JPH05250041A - 多重加速度フィードバック付き位置決め装置 - Google Patents
多重加速度フィードバック付き位置決め装置Info
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- JPH05250041A JPH05250041A JP4084974A JP8497492A JPH05250041A JP H05250041 A JPH05250041 A JP H05250041A JP 4084974 A JP4084974 A JP 4084974A JP 8497492 A JP8497492 A JP 8497492A JP H05250041 A JPH05250041 A JP H05250041A
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70716—Stages
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
- G03F7/70858—Environment aspects, e.g. pressure of beam-path gas, temperature
- G03F7/709—Vibration, e.g. vibration detection, compensation, suppression or isolation
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 定盤に搭載される粗動ステージと、その上に
設置される微動ステージとからなる位置決め装置におい
て、定盤に印加される外乱が微動ステージと粗動ステー
ジの両位置決め特性に及ぼす影響を零にするかあるいは
著しく軽減させた位置決め装置を提供する。 【構成】 除振装置からなる定盤と、該定盤に搭載され
る粗動ステージと、該粗動ステージに搭載される微動ス
テージとからなる位置決め装置において、粗動ステージ
の加速度信号を検出して微動ステージの駆動力に加算す
る粗動ステージ加速度フィードバック手段１４と、定盤
の加速度を検出して粗動ステージの駆動力に加算する定
盤加速度フィードバック手段１８とを備え、粗動ステー
ジ加速度フィードバック量は微動ステージの可動質量分
に対し最適フィードバックを施し、定盤加速度フィード
バック量は粗動ステージと微動ステージ両方の可動質量
分に対し最適なフィードバックを施す。
設置される微動ステージとからなる位置決め装置におい
て、定盤に印加される外乱が微動ステージと粗動ステー
ジの両位置決め特性に及ぼす影響を零にするかあるいは
著しく軽減させた位置決め装置を提供する。 【構成】 除振装置からなる定盤と、該定盤に搭載され
る粗動ステージと、該粗動ステージに搭載される微動ス
テージとからなる位置決め装置において、粗動ステージ
の加速度信号を検出して微動ステージの駆動力に加算す
る粗動ステージ加速度フィードバック手段１４と、定盤
の加速度を検出して粗動ステージの駆動力に加算する定
盤加速度フィードバック手段１８とを備え、粗動ステー
ジ加速度フィードバック量は微動ステージの可動質量分
に対し最適フィードバックを施し、定盤加速度フィード
バック量は粗動ステージと微動ステージ両方の可動質量
分に対し最適なフィードバックを施す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばレチクルやマス
クのパターンを基板に焼付ける半導体露光装置や液晶基
板製造装置あるいは電子顕微鏡等で用いられる位置決め
装置に関し、特に除振装置である定盤と、それに搭載さ
れる粗動ステージと、更にその粗動ステージ上に搭載さ
れる微動ステージとからなる位置決め装置において、外
乱からの応答を著しく抑圧して高速高精度位置決めを実
現可能とするための改良に関するものである。
クのパターンを基板に焼付ける半導体露光装置や液晶基
板製造装置あるいは電子顕微鏡等で用いられる位置決め
装置に関し、特に除振装置である定盤と、それに搭載さ
れる粗動ステージと、更にその粗動ステージ上に搭載さ
れる微動ステージとからなる位置決め装置において、外
乱からの応答を著しく抑圧して高速高精度位置決めを実
現可能とするための改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電子ビームを応用した電子顕微鏡やステ
ッパ等のＬＳＩ製造装置では、除振装置上に粗動ステー
ジであるＸＹステージを搭載し、さらにその上に微動ス
テージを搭載した構成が採用される。この構成の中にお
ける除振装置は空気バネ、コイルバネ、防振ゴムなどの
振動吸収手段により振動を減衰させる機能を有する。し
かしながら、受動的除振装置においては、床から伝達す
る振動はある程度減衰できても、それに搭載される粗動
ステージ自身ないしは微動ステージ自身が発生する振動
は有効に減衰できないという問題点がある。つまり、粗
動ステージ自身の高速移動によって生じる反力は除振装
置を揺らせることになり、この振動は粗動ステージの高
速高精度位置決めを阻害する外乱になる。また、微動ス
テージ自身の高速移動に対する反力は粗動ステージを揺
らせこの揺れが除振装置にも伝達されることになり、こ
の振動は微動ステージの高速高精度位置決めを阻害する
外乱要因になる。
ッパ等のＬＳＩ製造装置では、除振装置上に粗動ステー
ジであるＸＹステージを搭載し、さらにその上に微動ス
テージを搭載した構成が採用される。この構成の中にお
ける除振装置は空気バネ、コイルバネ、防振ゴムなどの
振動吸収手段により振動を減衰させる機能を有する。し
かしながら、受動的除振装置においては、床から伝達す
る振動はある程度減衰できても、それに搭載される粗動
ステージ自身ないしは微動ステージ自身が発生する振動
は有効に減衰できないという問題点がある。つまり、粗
動ステージ自身の高速移動によって生じる反力は除振装
置を揺らせることになり、この振動は粗動ステージの高
速高精度位置決めを阻害する外乱になる。また、微動ス
テージ自身の高速移動に対する反力は粗動ステージを揺
らせこの揺れが除振装置にも伝達されることになり、こ
の振動は微動ステージの高速高精度位置決めを阻害する
外乱要因になる。
【０００３】まず、除振装置（以下、定盤と略記する）
上に粗動ステージのみが搭載された場合の力学モデルの
定式化により本発明の関連技術内容を説明する。
上に粗動ステージのみが搭載された場合の力学モデルの
定式化により本発明の関連技術内容を説明する。
【０００４】図５は定盤２に搭載された粗動ステージ１
のＸあるいはＹ水平１軸方向の力学モデルである。図示
のように、定盤２と粗動ステージ１とを含めた２自由度
の力学モデルになっている。ここで、図示の記号を使っ
て運動方程式は以下のように書き表される。
のＸあるいはＹ水平１軸方向の力学モデルである。図示
のように、定盤２と粗動ステージ１とを含めた２自由度
の力学モデルになっている。ここで、図示の記号を使っ
て運動方程式は以下のように書き表される。
【０００５】
【数１】 ただし、各記号の意味は次のとおりである。
【０００６】ｍ1：粗動ステージ質量〔Ｋｇ〕 ｍ2：定盤質量〔Ｋｇ〕 ｂ1：粗動ステージの粘性摩擦係数〔Ｎｓ／ｍ〕 ｂ2：定盤の粘性摩擦係数〔Ｎｓ／ｍ〕 ｋ1：粗動ステージのバネ定数〔Ｎ／ｍ〕 ｋ2：定盤のバネ定数〔Ｎ／ｍ〕 ｘ1：粗動ステージ変位〔ｍ〕 ｘ2：定盤変位〔ｍ〕 ｆ：粗動ステージ駆動力〔Ｎ〕 ｆext：外乱〔Ｎ〕
【０００７】上式をブロック表現すると図６の破線内に
示す制御対象３となる。ここで、ｆとｆextからｘ1とｘ
2までの関係をまず求めておく。ただし、ｓはラプラス
演算子である。
示す制御対象３となる。ここで、ｆとｆextからｘ1とｘ
2までの関係をまず求めておく。ただし、ｓはラプラス
演算子である。
【０００８】
【数２】
【０００９】したがって、ｆとｆextから相対変位（ｘ1
−ｘ2）までの関係は以下の式となる。ただし、位置検
出が相対変位（ｘ1−ｘ2）である理由は、例えば粗動ス
テージ１に対する位置検出手段のレーザ干渉計が定盤２
に設置されるからである。
−ｘ2）までの関係は以下の式となる。ただし、位置検
出が相対変位（ｘ1−ｘ2）である理由は、例えば粗動ス
テージ１に対する位置検出手段のレーザ干渉計が定盤２
に設置されるからである。
【００１０】
【数３】
【００１１】従来、外乱ｆｅｘｔが相対変位（ｘ1−
ｘ2）に及ぼす影響を抑圧する方法として、定盤２の加
速度信号を検出して粗動ステージ１を駆動する電力増幅
器入力部へフィードバックする手法があった。すなわ
ち、粗動ステージ１の駆動力に定盤加速度信号を加算す
る方法が知られていた。例えば、文献、精密工学会誌
『空気浮上式高速ＸＹステージの試作(JSPE-52-10 、'8
6-10-1713)』には、定盤加速度を検出して制御系にフィ
ードバックする構成が開示されている。
ｘ2）に及ぼす影響を抑圧する方法として、定盤２の加
速度信号を検出して粗動ステージ１を駆動する電力増幅
器入力部へフィードバックする手法があった。すなわ
ち、粗動ステージ１の駆動力に定盤加速度信号を加算す
る方法が知られていた。例えば、文献、精密工学会誌
『空気浮上式高速ＸＹステージの試作(JSPE-52-10 、'8
6-10-1713)』には、定盤加速度を検出して制御系にフィ
ードバックする構成が開示されている。
【００１２】この定盤加速度フィードバックの効果を運
動方程式に基づいて考察してみる。
動方程式に基づいて考察してみる。
【００１３】まず、以下の運動方程式が成立する。
【００１４】
【数４】
【００１５】この場合、（３）式と同様の関係式は以下
のようになる。
のようになる。
【００１６】
【数５】
【００１７】上式から明らかなように、外乱ｆextから
相対変位（ｘ1−ｘ2）までの影響は加速度フィードバッ
クゲインＡを、
相対変位（ｘ1−ｘ2）までの影響は加速度フィードバッ
クゲインＡを、
【００１８】
【数６】 と選ぶことによって零にできる。上式（６）の関係は、
制御対象３に対して位置の制御ループを構成しない場合
の議論であったが、例えば位置制御ループを構成した場
合も（６）式の関係は同様に導くことが可能である。確
認のため、位置制御ループを構成したときにおいて、定
盤加速度フィードバックを投入した場合の外乱ｆextか
ら相対変位（ｘ1−ｘ2）までの応答の軽減具合を以下に
説明する。
制御対象３に対して位置の制御ループを構成しない場合
の議論であったが、例えば位置制御ループを構成した場
合も（６）式の関係は同様に導くことが可能である。確
認のため、位置制御ループを構成したときにおいて、定
盤加速度フィードバックを投入した場合の外乱ｆextか
ら相対変位（ｘ1−ｘ2）までの応答の軽減具合を以下に
説明する。
【００１９】図６は図５に示した力学モデルに対して位
置制御系を構成したときの制御ブロック図である。同図
において、３は図５のブロック表現である制御対象、４
は位置検出変換手段、５は位置制御系の特性改善用の補
償器、６は電力増幅器、７はアクチュエータの推力定
数、８は定盤加速度フィードバック回路である。ただ
し、位置検出変換手段４には、位置検出器としての例え
ばレーザ干渉系と偏差カウンタが含まれる。
置制御系を構成したときの制御ブロック図である。同図
において、３は図５のブロック表現である制御対象、４
は位置検出変換手段、５は位置制御系の特性改善用の補
償器、６は電力増幅器、７はアクチュエータの推力定
数、８は定盤加速度フィードバック回路である。ただ
し、位置検出変換手段４には、位置検出器としての例え
ばレーザ干渉系と偏差カウンタが含まれる。
【００２０】以下、同図の動作説明をする。まず、相対
変位（ｘ1−ｘ2）を検出し、目標位置ｘ0との偏差であ
るｘ0 −(ｘ1−ｘ2）に対して位置検出変換手段４の位
置ゲインＫpが乗ぜられる。さらに、位置制御系の特性
改善用の補償器５を通 って電力増幅器６を駆動する。
最後に、粗動ステージ１を駆動するアクチュエータの推
力定数Ｋtによる変換を経て駆動力ｆを発生させるよう
に構成されている。なお、図示の場合、位置制御系の特
性改善用の補償器はＰＩＤ補償器となっており、それぞ
れＰ：比例動作、Ｉ：積分動作、Ｄ：微分動作、を意味
する。さらに図示の記号の意味と次元は以下のとおりで
ある。
変位（ｘ1−ｘ2）を検出し、目標位置ｘ0との偏差であ
るｘ0 −(ｘ1−ｘ2）に対して位置検出変換手段４の位
置ゲインＫpが乗ぜられる。さらに、位置制御系の特性
改善用の補償器５を通 って電力増幅器６を駆動する。
最後に、粗動ステージ１を駆動するアクチュエータの推
力定数Ｋtによる変換を経て駆動力ｆを発生させるよう
に構成されている。なお、図示の場合、位置制御系の特
性改善用の補償器はＰＩＤ補償器となっており、それぞ
れＰ：比例動作、Ｉ：積分動作、Ｄ：微分動作、を意味
する。さらに図示の記号の意味と次元は以下のとおりで
ある。
【００２１】Ｋp:位置ゲイン 〔Ｖ
／ｍ〕 Ｆx:Ｐ動作ゲイン 〔Ｖ／Ｖ〕 Ｆi:Ｉ動作ゲイン 〔Ｖ／Ｖｓｅｃ〕 Ｆv:Ｄ動作ゲイン 〔Ｖｓｅｃ／Ｖ〕 Ｋi:電力増幅器のゲイン 〔Ａ／Ｖ〕 Ｔd:電力増幅器の時定数 〔ｓｅｃ〕 Ｋt:推力定数 〔Ｎ／Ａ〕 Ａa:定盤加速度フィードバックゲイン〔Ｖ／ｍ／ｓｅｃ
2〕 Ｔa:加速度信号の時定数 〔ｓｅｃ〕
／ｍ〕 Ｆx:Ｐ動作ゲイン 〔Ｖ／Ｖ〕 Ｆi:Ｉ動作ゲイン 〔Ｖ／Ｖｓｅｃ〕 Ｆv:Ｄ動作ゲイン 〔Ｖｓｅｃ／Ｖ〕 Ｋi:電力増幅器のゲイン 〔Ａ／Ｖ〕 Ｔd:電力増幅器の時定数 〔ｓｅｃ〕 Ｋt:推力定数 〔Ｎ／Ａ〕 Ａa:定盤加速度フィードバックゲイン〔Ｖ／ｍ／ｓｅｃ
2〕 Ｔa:加速度信号の時定数 〔ｓｅｃ〕
【００２２】図６の位置制御系において、目標位置ｘ0
と外乱ｆextから相対変位（ｘ1−ｘ2）までの関係は次
式のようになる。ただし、ここではまだ定盤加速度フィ
ードバック回路８は未投入とする。
と外乱ｆextから相対変位（ｘ1−ｘ2）までの関係は次
式のようになる。ただし、ここではまだ定盤加速度フィ
ードバック回路８は未投入とする。
【００２３】
【数７】
【００２４】次に、定盤加速度フィードバック回路８を
機能させたときの関係式は次式のようになる。
機能させたときの関係式は次式のようになる。
【００２５】
【数８】
【００２６】上記（８ａ）、（８ｂ）式は、位置決め時
間が目標位置ｘ0からと外乱ｆｅｘｔからの応答の和に
なっていることを示している。したがって、外乱ｆext
から相対変位（ｘ1−ｘ2）に及ぼす影響を抑圧すること
が位置決め時間の短縮のみならず位置決め精度確保の観
点からも重要なことになっている。
間が目標位置ｘ0からと外乱ｆｅｘｔからの応答の和に
なっていることを示している。したがって、外乱ｆext
から相対変位（ｘ1−ｘ2）に及ぼす影響を抑圧すること
が位置決め時間の短縮のみならず位置決め精度確保の観
点からも重要なことになっている。
【００２７】今、（８ａ）式においてｘ0＝0 とおいて
外乱ｆext からの応答だけを考える。外乱項の分子多項
式において〔〕内の式を抜き出すと
外乱ｆext からの応答だけを考える。外乱項の分子多項
式において〔〕内の式を抜き出すと
【００２８】
【数９】 である。したがって、定盤加速度フィードバックゲイン
Ａaを次式のように設定すれば、外乱ｆextからの応答は
（７ａ）式の場合に比較してかなり低減させることが可
能である。
Ａaを次式のように設定すれば、外乱ｆextからの応答は
（７ａ）式の場合に比較してかなり低減させることが可
能である。
【００２９】
【数１０】
【００３０】この関係式は（６）式と同様の内容を示
す。つまり、（６）式の場合には定盤加速度フィードバ
ックゲインＡを質量の単位で明記したが、（１０）式の
場合には、加速度検出ゲインＡaの単位をＶ／ｍ／ｓｅ
ｃ2とし、かつ駆動力を発生する電力増幅記６のゲイン
とその時定数とが考慮されているのである。したがっ
て、議論上の本質的差異はなく
す。つまり、（６）式の場合には定盤加速度フィードバ
ックゲインＡを質量の単位で明記したが、（１０）式の
場合には、加速度検出ゲインＡaの単位をＶ／ｍ／ｓｅ
ｃ2とし、かつ駆動力を発生する電力増幅記６のゲイン
とその時定数とが考慮されているのである。したがっ
て、議論上の本質的差異はなく
【００３１】
【数１１】 と考えれば等価である。
【００３２】以上の解析から、外乱ｆextから相対位置
（ｘ1−ｘ2）までの影響を低減する加速度フィードバッ
クの効果は、位置制御系のような制御ループを組んだ状
態において議論してもよいが、簡単には制御ループを構
成しない制御対象のみの構成に対して議論してもよいこ
とがわかる。要するに、定盤に粗動ステージだけが搭載
された場合位置決めに対して、外乱ｆextから粗動ステ
ージの位置検出出力である相対変位（ｘ1−ｘ2）までの
影響を軽減する定盤加速度フィードバックの効果が示さ
れたわけである。
（ｘ1−ｘ2）までの影響を低減する加速度フィードバッ
クの効果は、位置制御系のような制御ループを組んだ状
態において議論してもよいが、簡単には制御ループを構
成しない制御対象のみの構成に対して議論してもよいこ
とがわかる。要するに、定盤に粗動ステージだけが搭載
された場合位置決めに対して、外乱ｆextから粗動ステ
ージの位置検出出力である相対変位（ｘ1−ｘ2）までの
影響を軽減する定盤加速度フィードバックの効果が示さ
れたわけである。
【００３３】整理すると、定盤加速度フィードバックが
無い場合とそのフィードバックゲインを（１０）式のよ
うに最適設定した場合で外乱ｆextから相対変位（ｘ1−
ｘ2）までの伝達関数はそれぞれ以下のようになる。
（１）定盤加速度フィードバックが無い場合
無い場合とそのフィードバックゲインを（１０）式のよ
うに最適設定した場合で外乱ｆextから相対変位（ｘ1−
ｘ2）までの伝達関数はそれぞれ以下のようになる。
（１）定盤加速度フィードバックが無い場合
【００３４】
【数１２】 （２）定盤加速度フィードバックが最適に設定された場
合
合
【００３５】
【数１３】
【００３６】ここで、（１２）と（１３）式の分子多項
式をみると、（１２）式の方が次数が１次低いことが了
解される。また数値解析および周波数応答の実測結果よ
り、定盤加速度フィードバックの有無で位置制御系の特
性方程式の主要な根がほとんど変化しないことが分かっ
ている。したがって、（１２）と（１３）式の分子多項
式の次数を比較すれば、（１０）式のような定盤加速度
フィードバックゲインの最適設定を行うことによって、
低周波数成分の応答が同フィードバックの無い場合に比
較してより抑圧されることになる。
式をみると、（１２）式の方が次数が１次低いことが了
解される。また数値解析および周波数応答の実測結果よ
り、定盤加速度フィードバックの有無で位置制御系の特
性方程式の主要な根がほとんど変化しないことが分かっ
ている。したがって、（１２）と（１３）式の分子多項
式の次数を比較すれば、（１０）式のような定盤加速度
フィードバックゲインの最適設定を行うことによって、
低周波数成分の応答が同フィードバックの無い場合に比
較してより抑圧されることになる。
【００３７】以上の定式化を実験事実によって示す。つ
まり、粗動ステージのステップ応答波形の実測結果を示
して定盤加速度フィードバックの有無による比較を行
う。図７（ａ）は定盤加速度フィードバックが無い場合
で、粗動ステージをステップ応答させたときの位置制御
系の偏差出力である。この場合、位置制御系の固有振動
数で過渡振動を経たのち定盤機構の固有振動数で長時間
にわたって振動を繰り返すという現象が生じている。し
かし、同図（ｂ）の場合は、定盤加速度フィードバック
がほぼ最適に設定されており、ステップ応答の初期の段
階はやはり制御系の固有周波数で過渡振動が生じるもの
の、その後の定盤機構の固有周波数の振動は抑圧されて
いる。
まり、粗動ステージのステップ応答波形の実測結果を示
して定盤加速度フィードバックの有無による比較を行
う。図７（ａ）は定盤加速度フィードバックが無い場合
で、粗動ステージをステップ応答させたときの位置制御
系の偏差出力である。この場合、位置制御系の固有振動
数で過渡振動を経たのち定盤機構の固有振動数で長時間
にわたって振動を繰り返すという現象が生じている。し
かし、同図（ｂ）の場合は、定盤加速度フィードバック
がほぼ最適に設定されており、ステップ応答の初期の段
階はやはり制御系の固有周波数で過渡振動が生じるもの
の、その後の定盤機構の固有周波数の振動は抑圧されて
いる。
【００３８】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来例
では定盤に粗動ステージのみが搭載された場合の位置決
めに係り、外乱からの位置決め精度および位置決め時間
を向上させようというものであった。しかしながら、定
盤と粗動ステージと微動ステージとからなる位置決め装
置においては、最上段にある微動ステージの性能が最終
的に重要な役割を果たす。この事情は、位置決め装置が
ステッパの場合、至極当然のことである。すなわち、外
乱に対する粗動ステージの位置決め性能をいくら向上し
ても、その上に搭載される微動ステージの位置決め性能
を問題視しなければＩＣウエハへの焼付け精度向上は期
待できない。つまり、位置決め装置を構成する可動機構
３種の中で中間段に位置する粗動ステージの性能向上の
みに注目するわけにはいかないのである。最終的に意味
をなす位置決め装置の性能指標は焼付け精度であって、
粗動ステージそのものの位置決め精度ではないのであ
る。この焼付け精度を向上させるためには、最上段に存
在しＩＣウエハを直接位置決めする微動ステージの位置
決め精度を向上させなければならない。従来の技術で
は、定盤上に粗動ステージだけが搭載された構成におい
て定盤加速度信号を粗動ステージの駆動力に加算すると
いう技術内容であった。したがって、床から順番に定
盤、粗動ステージ、微動ステージという３種類の可動機
構が一体となった位置決め装置を対象にした外乱軽減の
方法は明確に示されていなかった。
では定盤に粗動ステージのみが搭載された場合の位置決
めに係り、外乱からの位置決め精度および位置決め時間
を向上させようというものであった。しかしながら、定
盤と粗動ステージと微動ステージとからなる位置決め装
置においては、最上段にある微動ステージの性能が最終
的に重要な役割を果たす。この事情は、位置決め装置が
ステッパの場合、至極当然のことである。すなわち、外
乱に対する粗動ステージの位置決め性能をいくら向上し
ても、その上に搭載される微動ステージの位置決め性能
を問題視しなければＩＣウエハへの焼付け精度向上は期
待できない。つまり、位置決め装置を構成する可動機構
３種の中で中間段に位置する粗動ステージの性能向上の
みに注目するわけにはいかないのである。最終的に意味
をなす位置決め装置の性能指標は焼付け精度であって、
粗動ステージそのものの位置決め精度ではないのであ
る。この焼付け精度を向上させるためには、最上段に存
在しＩＣウエハを直接位置決めする微動ステージの位置
決め精度を向上させなければならない。従来の技術で
は、定盤上に粗動ステージだけが搭載された構成におい
て定盤加速度信号を粗動ステージの駆動力に加算すると
いう技術内容であった。したがって、床から順番に定
盤、粗動ステージ、微動ステージという３種類の可動機
構が一体となった位置決め装置を対象にした外乱軽減の
方法は明確に示されていなかった。
【００３９】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
って、定盤に搭載される粗動ステージと、その上に設置
される微動ステージとからなる位置決め装置において、
定盤に印加される外乱が微動ステージと粗動ステージの
両位置決め特性に及ぼす影響を零にするかあるいは著し
く軽減させることを目的とする。
って、定盤に搭載される粗動ステージと、その上に設置
される微動ステージとからなる位置決め装置において、
定盤に印加される外乱が微動ステージと粗動ステージの
両位置決め特性に及ぼす影響を零にするかあるいは著し
く軽減させることを目的とする。
【００４０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、定盤の加速度を検出して粗動ステージ
の駆動力に加算し、かつ粗動ステージの加速度を検出し
て微動ステージの駆動力に加算するという多重加速度フ
ィードバックを備えた位置決め制御装置を提供する。
め、本発明では、定盤の加速度を検出して粗動ステージ
の駆動力に加算し、かつ粗動ステージの加速度を検出し
て微動ステージの駆動力に加算するという多重加速度フ
ィードバックを備えた位置決め制御装置を提供する。
【００４１】
【実施例】図１は、本発明の一実施例に係り、定盤と粗
動ステージと微動ステージとからなる位置決め装置に対
して多重加速度フィードバックを具備させた位置制御系
の構成を示す制御ブロック図である。同図の説明の前に
図２に示す定盤と粗動ステージと微動ステージとからな
る位置決め装置の水平１軸方向力学モデルを使って関連
技術内容を説明する。
動ステージと微動ステージとからなる位置決め装置に対
して多重加速度フィードバックを具備させた位置制御系
の構成を示す制御ブロック図である。同図の説明の前に
図２に示す定盤と粗動ステージと微動ステージとからな
る位置決め装置の水平１軸方向力学モデルを使って関連
技術内容を説明する。
【００４２】図２は、定盤２に粗動ステージ１が搭載さ
れ、さらに粗動ステージ１の上に微動ステージ９が存在
した力学モデルを示す。ここで、図示の記号を使って運
動方程式は次式のように書き表される。
れ、さらに粗動ステージ１の上に微動ステージ９が存在
した力学モデルを示す。ここで、図示の記号を使って運
動方程式は次式のように書き表される。
【００４３】
【数１４】
【００４４】ただし、各記号の意味は（１）式の説明と
同様であり、そこで説明しなかった新しい記号は以下の
とおりである。
同様であり、そこで説明しなかった新しい記号は以下の
とおりである。
【００４５】ｍB: 微動ステージ質量〔Ｋｇ〕 ｂB: 微動ステージの粘性摩擦係数〔Ｎｓ／ｍ〕 ｋB: 微動ステージのバネ定数〔Ｎ／ｍ〕 ｘB: 微動ステージ変位〔ｍ〕 ｆB: 微動ステージ駆動力〔Ｎ〕
【００４６】（１４ａ）〜（１４ｃ）式の内容をブロッ
ク表現すると図１の破線で示す制御対象１０となる。図
１において、１１は微動ステージ９を駆動するための電
力増幅器、１２は微動ステージ９に対する位置制御系の
特性を改善するための補償回路、１３は位置検出変換手
段である。また、１５は粗動ステージ１を駆動するため
の電力増幅器、１６は粗動ステージ１に対する位置制御
系の特性を改善するための補償回路、１７は位置変換手
段である。上述の位置制御系構成において、さらに、粗
動ステージ１の加 速度
ク表現すると図１の破線で示す制御対象１０となる。図
１において、１１は微動ステージ９を駆動するための電
力増幅器、１２は微動ステージ９に対する位置制御系の
特性を改善するための補償回路、１３は位置検出変換手
段である。また、１５は粗動ステージ１を駆動するため
の電力増幅器、１６は粗動ステージ１に対する位置制御
系の特性を改善するための補償回路、１７は位置変換手
段である。上述の位置制御系構成において、さらに、粗
動ステージ１の加 速度
【００４７】
【数１５】 を粗動ステージ加速度フィードバック回路 １４に導き
電力増幅器１１の入力部に加算し、かつ定盤２の加速度
電力増幅器１１の入力部に加算し、かつ定盤２の加速度
【００４８】
【数１６】 を定盤 加速度フィードバック回路１８に導き電力増幅
器１５の入力部に加算するという多重加速度フィードバ
ックが備えられている。以下、多重加速度フィードバッ
クの効果を示す。
器１５の入力部に加算するという多重加速度フィードバ
ックが備えられている。以下、多重加速度フィードバッ
クの効果を示す。
【００４９】ここでは、（６）式と（１０）式の等価性
を説明した背景に基づき、定盤と粗動ステージと微動ス
テージとからなる制御対象１０に対して定盤加速度フィ
ードバックと粗動ステージ加速度フィードバックとを同
時に掛けた場合の定式化を行う。即ち、粗動および微動
ステージに対する位置あるいは速度の制御ループは構成
されない状態で議論する。
を説明した背景に基づき、定盤と粗動ステージと微動ス
テージとからなる制御対象１０に対して定盤加速度フィ
ードバックと粗動ステージ加速度フィードバックとを同
時に掛けた場合の定式化を行う。即ち、粗動および微動
ステージに対する位置あるいは速度の制御ループは構成
されない状態で議論する。
【００５０】まず、図２の力学モデルを参照して、多重
加速度フィードバックが施された場合の運動方程式は次
式のようになり、そのブロック表現は図３となる。
加速度フィードバックが施された場合の運動方程式は次
式のようになり、そのブロック表現は図３となる。
【００５１】
【数１７】
【００５２】簡単な計算から、外乱ｆextから相対変位
と（ｘB−ｘ1）と（ｘ1−ｘ2）までの伝達関数は次式の
ようになる。
と（ｘB−ｘ1）と（ｘ1−ｘ2）までの伝達関数は次式の
ようになる。
【００５３】
【数１８】
【００５４】よって、（１６ａ）式からは粗動ステージ
加速度フィードバックゲインＢを
加速度フィードバックゲインＢを
【００５５】
【数１９】 と選ぶことによって外乱ｆextから相対変位（ｘB−
ｘ1）までの影響を零にすることが可能となる。
ｘ1）までの影響を零にすることが可能となる。
【００５６】また、（１６ｂ）式より定盤加速度フィー
ドバックゲインＡを
ドバックゲインＡを
【００５７】
【数２０】 と選ぶことによって、外乱ｆextから相対変位（ｘ1−ｘ
2）までの影響を軽減することが可能となる。
2）までの影響を軽減することが可能となる。
【００５８】つまり、粗動ステージ加速度フィードバッ
クゲインＢの最適値は粗動ステージ１の上に搭載される
微動ステージ９の可動部質量に相当する量であり、定盤
加速度フィードバックゲインＡの最適値は定盤上に搭載
される粗動ステージ１と微動ステージ９の合計質量分だ
けの量である。これらの多重加速度フィードバックを上
述の意味で最適に行うことによって、定盤に印加された
外乱に対する粗動ステージおよび微動ステージへの影響
を同時に除去または軽減することができる。
クゲインＢの最適値は粗動ステージ１の上に搭載される
微動ステージ９の可動部質量に相当する量であり、定盤
加速度フィードバックゲインＡの最適値は定盤上に搭載
される粗動ステージ１と微動ステージ９の合計質量分だ
けの量である。これらの多重加速度フィードバックを上
述の意味で最適に行うことによって、定盤に印加された
外乱に対する粗動ステージおよび微動ステージへの影響
を同時に除去または軽減することができる。
【００５９】（１７）式と（１８）式の効果は、微動ス
テージ９と粗動ステージ１に対して制御系を構成した場
合にも成り立つ。この事実はすでに（６）式と（１０）
式の導出過程で示した。したがって、図１に示すよう
に、微動ステージ９と粗動ステージ１の両者に位置の制
御系が構成された場合にも、多重加速度フィードバック
による外乱からの抑圧効果は有効に機能する。
テージ９と粗動ステージ１に対して制御系を構成した場
合にも成り立つ。この事実はすでに（６）式と（１０）
式の導出過程で示した。したがって、図１に示すよう
に、微動ステージ９と粗動ステージ１の両者に位置の制
御系が構成された場合にも、多重加速度フィードバック
による外乱からの抑圧効果は有効に機能する。
【００６０】上述の実施例では、微動ステージ９と装置
動ステージ１に対してそれぞれ粗動ステージ加速度フィ
ードバックと定盤加速度フィードバックを同時に施し
た。しかしながら、図４に示すように、微動ステージ９
にのみ粗動ステージ加速度フィードバックを施しただけ
でもよい。この場合には、定盤に印加される外乱ｆext
から相対変位（ｘB−ｘ1）までの伝達関数は以下のよう
になる。
動ステージ１に対してそれぞれ粗動ステージ加速度フィ
ードバックと定盤加速度フィードバックを同時に施し
た。しかしながら、図４に示すように、微動ステージ９
にのみ粗動ステージ加速度フィードバックを施しただけ
でもよい。この場合には、定盤に印加される外乱ｆext
から相対変位（ｘB−ｘ1）までの伝達関数は以下のよう
になる。
【００６１】
【数２１】
【００６２】上式の意味するところは、（６）式あるい
は（１６ａ）と同様である。すなわち、粗動ステージの
加速度フィードバックゲインＢを微動ステージの質量ｍ
Bと丁度同じ量に設定すれば、定盤に印加される外乱ｆ
ext からの影響は無くなる。
は（１６ａ）と同様である。すなわち、粗動ステージの
加速度フィードバックゲインＢを微動ステージの質量ｍ
Bと丁度同じ量に設定すれば、定盤に印加される外乱ｆ
ext からの影響は無くなる。
【００６３】前述の従来技術では、定盤上に１つの可動
機構である粗動ステージが搭載された場合を対象とする
のに対して、本発明では３つの可動機構からなる位置決
め装置を対象としている。しかも、本発明では定盤に印
加される外乱ｆext から最上段に存在する微動ステージ
への影響が、中間段に存在する粗動ステージの加速度を
微動ステージの駆動力に加算することによって改善され
る。このような技術内容は従来技術には開示されていな
い。さらに、従来技術においては加速度フィードバック
量に最適値が存在することは全く知られていなかった。
機構である粗動ステージが搭載された場合を対象とする
のに対して、本発明では３つの可動機構からなる位置決
め装置を対象としている。しかも、本発明では定盤に印
加される外乱ｆext から最上段に存在する微動ステージ
への影響が、中間段に存在する粗動ステージの加速度を
微動ステージの駆動力に加算することによって改善され
る。このような技術内容は従来技術には開示されていな
い。さらに、従来技術においては加速度フィードバック
量に最適値が存在することは全く知られていなかった。
【００６４】なお、本発明では除振装置である定盤を受
動的なものとしているが、能動的除振装置であってもか
まわない。すなわち、能動的除振装置上に粗動ステージ
が搭載され、さらにその上に微動ステージが存在すると
いう構成の位置決め装置に対して、多重加速度フィード
バックを備えた場合も能動的除振装置に印加される外乱
からの影響を軽減する多重加速度フィードバックの効果
は有効である。
動的なものとしているが、能動的除振装置であってもか
まわない。すなわち、能動的除振装置上に粗動ステージ
が搭載され、さらにその上に微動ステージが存在すると
いう構成の位置決め装置に対して、多重加速度フィード
バックを備えた場合も能動的除振装置に印加される外乱
からの影響を軽減する多重加速度フィードバックの効果
は有効である。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
３種の可動機構からなる位置決め装置において定盤に印
加される外乱から最上段に存在する微動ステージの位置
決め特性への影響と、中間段にある粗動ステージの位置
決め特性への影響とを同時に軽減できるという効果があ
る。したがって、本位置決め装置が例えばステッパであ
る場合、ＩＣウエハに対する焼付け精度を高めることに
つながり生産性と歩留り向上が図られ、またこれによ
り、ＩＣチップのコスト低減が図られる。
３種の可動機構からなる位置決め装置において定盤に印
加される外乱から最上段に存在する微動ステージの位置
決め特性への影響と、中間段にある粗動ステージの位置
決め特性への影響とを同時に軽減できるという効果があ
る。したがって、本位置決め装置が例えばステッパであ
る場合、ＩＣウエハに対する焼付け精度を高めることに
つながり生産性と歩留り向上が図られ、またこれによ
り、ＩＣチップのコスト低減が図られる。
【図１】 本発明の一実施例に係り、定盤と粗動ステー
ジと微動ステージとからなる位置決め装置において多重
加速度フィードバックを具備した位置制御系の構成を示
す制御ブロック図である。
ジと微動ステージとからなる位置決め装置において多重
加速度フィードバックを具備した位置制御系の構成を示
す制御ブロック図である。
【図２】 定盤と粗動ステージと微動ステージとからな
る位置決め装置の水平１軸方向力学モデルを示す説明図
である。
る位置決め装置の水平１軸方向力学モデルを示す説明図
である。
【図３】 定盤と粗動ステージと微動ステージとからな
る位置決め装置に対して多重加速度フィードバックを施
したときのブロック図である。
る位置決め装置に対して多重加速度フィードバックを施
したときのブロック図である。
【図４】 定盤と粗動ステージと微動ステージとからな
る位置決め装置に対して粗動ステージ加速度フィードバ
ックを施したブロック図である。
る位置決め装置に対して粗動ステージ加速度フィードバ
ックを施したブロック図である。
【図５】 定盤に搭載された粗動ステージの水平１軸方
向の力学モデルを示す説明図である。
向の力学モデルを示す説明図である。
【図６】 位置制御系を構成したときの制御ブロック図
である。
である。
【図７】 定盤加速度フィードバックの有無による粗動
ステージのステップ応答波形図である。
ステージのステップ応答波形図である。
１；粗動ステージ、２；定盤、３；制御対象、４；位置
検出変換手段、５；補償器、６；電力増幅器、７；推力
定数、８；定盤加速度フィードバック回路、９；微動ス
テージ、１０；制御対象、１１；電力増幅器、１２；補
償器、１３；位置検出変換手段、１４；粗動ステージ加
速度フィードバック回路、１５；電力増幅器、１６；補
償器、１７；位置検出変換手段、１８；定盤加速度フィ
ードバック回路。
検出変換手段、５；補償器、６；電力増幅器、７；推力
定数、８；定盤加速度フィードバック回路、９；微動ス
テージ、１０；制御対象、１１；電力増幅器、１２；補
償器、１３；位置検出変換手段、１４；粗動ステージ加
速度フィードバック回路、１５；電力増幅器、１６；補
償器、１７；位置検出変換手段、１８；定盤加速度フィ
ードバック回路。
Claims (1)
- 【請求項１】 除振装置からなる定盤と、該定盤に搭載
される粗動ステージと、該粗動ステージに搭載される微
動ステージとからなる位置決め装置において、 粗動ステージの加速度信号を検出して微動ステージの駆
動力に加算する粗動ステージ加速度フィードバック手段
と、 定盤の加速度を検出して粗動ステージの駆動力に加算す
る定盤加速度フィードバック手段とを備え、 粗動ステージ加速度フィードバック量は微動ステージの
可動質量分に対し最適フィードバックを施し、定盤加速
度フィードバック量は粗動ステージと微動ステージ両方
の可動質量分に対し最適なフィードバックを施したこと
を特徴とする多重加速度フィードバック付き位置決め装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4084974A JPH05250041A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 多重加速度フィードバック付き位置決め装置 |
| DE69322983T DE69322983T2 (de) | 1992-02-21 | 1993-02-18 | System zum Steuern von Trägerplatten |
| US08/019,579 US5504407A (en) | 1992-02-21 | 1993-02-18 | Stage driving system |
| EP93301204A EP0557100B1 (en) | 1992-02-21 | 1993-02-18 | Stage driving system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4084974A JPH05250041A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 多重加速度フィードバック付き位置決め装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05250041A true JPH05250041A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=13845598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4084974A Pending JPH05250041A (ja) | 1992-02-21 | 1992-03-09 | 多重加速度フィードバック付き位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05250041A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6359688B2 (en) | 1998-02-19 | 2002-03-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection exposure apparatus and method of controlling same |
| JP2008175823A (ja) * | 1998-07-16 | 2008-07-31 | Canon Inc | 駆動ステージ、走査型プローブ顕微鏡、情報記録再生装置、加工装置 |
| JP2009217329A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Fuji Mach Mfg Co Ltd | 作動装置 |
| US8138693B2 (en) | 2006-11-30 | 2012-03-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Vibration isolation control system |
| JP2012059146A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Toshiba Corp | 位置決め装置及び位置決め方法 |
| JP2012253144A (ja) * | 2011-06-01 | 2012-12-20 | Canon Inc | 位置決め装置、露光装置およびデバイス製造方法 |
| US10261520B2 (en) | 2015-02-04 | 2019-04-16 | Mitsubishi Electric Corporation | Motor controller and industrial machine |
-
1992
- 1992-03-09 JP JP4084974A patent/JPH05250041A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6359688B2 (en) | 1998-02-19 | 2002-03-19 | Canon Kabushiki Kaisha | Projection exposure apparatus and method of controlling same |
| JP2008175823A (ja) * | 1998-07-16 | 2008-07-31 | Canon Inc | 駆動ステージ、走査型プローブ顕微鏡、情報記録再生装置、加工装置 |
| JP2010164577A (ja) * | 1998-07-16 | 2010-07-29 | Canon Inc | 走査型プローブ顕微鏡 |
| US8138693B2 (en) | 2006-11-30 | 2012-03-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Vibration isolation control system |
| JP2009217329A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Fuji Mach Mfg Co Ltd | 作動装置 |
| US8154226B2 (en) | 2008-03-07 | 2012-04-10 | Fuji Machine Mfg. Co., Ltd. | Operating apparatus |
| JP2012059146A (ja) * | 2010-09-10 | 2012-03-22 | Toshiba Corp | 位置決め装置及び位置決め方法 |
| JP2012253144A (ja) * | 2011-06-01 | 2012-12-20 | Canon Inc | 位置決め装置、露光装置およびデバイス製造方法 |
| US10261520B2 (en) | 2015-02-04 | 2019-04-16 | Mitsubishi Electric Corporation | Motor controller and industrial machine |
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