JPH08241848A - ステージ位置決め制御装置 - Google Patents
ステージ位置決め制御装置Info
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- JPH08241848A JPH08241848A JP7066682A JP6668295A JPH08241848A JP H08241848 A JPH08241848 A JP H08241848A JP 7066682 A JP7066682 A JP 7066682A JP 6668295 A JP6668295 A JP 6668295A JP H08241848 A JPH08241848 A JP H08241848A
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- 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
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70716—Stages
- G03F7/70725—Stages control
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- 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】 （修正有）
【目的】 水平面内の位置決めを行なう粗動ステージ上
に鉛直方向の位置および鉛直軸からの傾きを制御する微
動ステージを搭載してなるステージ位置決め制御装置の
位置決め性能を向上する。 【構成】 水平面内を位置決めするＸＹステージ１９
と、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌが配置され
た微動ステージ９と、ＸＹステージ制御装置２１〜２９
と、微動ステージ制御装置１００とからなり、ＸＹステ
ージ制御装置内のステップ駆動信号を検出しこの駆動信
号をステップ駆動期間だけ選択するためのスイッチ手段
３０と、このスイッチ手段で選択された信号に対して適
切な周波数整形を施すためのフィードフォワード補償器
３１とを設け、このフィードフォワード補償器の出力信
号をＸＹステージのステップ駆動の期間だけ微動ステー
ジ制御装置へ運動モードを考慮してフィードフォワード
する。
に鉛直方向の位置および鉛直軸からの傾きを制御する微
動ステージを搭載してなるステージ位置決め制御装置の
位置決め性能を向上する。 【構成】 水平面内を位置決めするＸＹステージ１９
と、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌが配置され
た微動ステージ９と、ＸＹステージ制御装置２１〜２９
と、微動ステージ制御装置１００とからなり、ＸＹステ
ージ制御装置内のステップ駆動信号を検出しこの駆動信
号をステップ駆動期間だけ選択するためのスイッチ手段
３０と、このスイッチ手段で選択された信号に対して適
切な周波数整形を施すためのフィードフォワード補償器
３１とを設け、このフィードフォワード補償器の出力信
号をＸＹステージのステップ駆動の期間だけ微動ステー
ジ制御装置へ運動モードを考慮してフィードフォワード
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、粗動用のＸＹステージ
上に微細な位置決めを行なわせる微動ステージを搭載し
てなるステージ位置決め制御装置に関し、特にその位置
決め特性を向上させたステージ位置決め制御装置に関す
る。
上に微細な位置決めを行なわせる微動ステージを搭載し
てなるステージ位置決め制御装置に関し、特にその位置
決め特性を向上させたステージ位置決め制御装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ステッパなどに代表される半導体露光装
置では、受動的除振装置もしくは能動的除振装置上に、
粗動のためのＸＹステージを搭載し、さらにその上には
微細な位置決めを行なわせるための微動ステージを搭載
する機構となっている。例えば、図３のように、図示し
ない受動的除振装置もしくは能動的除振装置によって防
振支持される定盤８の上にＸＹステージおよび微動ステ
ージが搭載された装置構成を採る。図３において、１は
Ｘステージ、２はＸステージ１の上に搭載されたシリコ
ンウエハ３を微細に位置決めするための微動ステージ、
４はＹステージ、５Ｒと５ＬはそれぞれＹステージ４を
駆動するリニアモータの可動子、６Ｒと６Ｌはリニアモ
ータの固定子であるコイル、７はステージ定盤、８は図
示しない除振装置によって支持される定盤を示す。
置では、受動的除振装置もしくは能動的除振装置上に、
粗動のためのＸＹステージを搭載し、さらにその上には
微細な位置決めを行なわせるための微動ステージを搭載
する機構となっている。例えば、図３のように、図示し
ない受動的除振装置もしくは能動的除振装置によって防
振支持される定盤８の上にＸＹステージおよび微動ステ
ージが搭載された装置構成を採る。図３において、１は
Ｘステージ、２はＸステージ１の上に搭載されたシリコ
ンウエハ３を微細に位置決めするための微動ステージ、
４はＹステージ、５Ｒと５ＬはそれぞれＹステージ４を
駆動するリニアモータの可動子、６Ｒと６Ｌはリニアモ
ータの固定子であるコイル、７はステージ定盤、８は図
示しない除振装置によって支持される定盤を示す。
【０００３】次に、微動ステージ２とそれを位置決めす
るための装置を具体的に説明する。図４は鉛直方向の並
進１自由度と水平面内の回転２自由度の合計３自由度を
位置決め制御するための微動ステージ制御装置のブロッ
ク図を示す。この微動ステージ制御装置の構成は、本出
願人による特願平６−１３２４０５号で提案されてお
り、並進と回転という運動モードに関して非干渉で制御
できることが特徴となっている。図４において、９は位
置決めする平板状の基板、１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌは鉛
直方向に変位を発生するアクチュエータである。例え
ば、これには圧電素子（ピエゾ素子）を駆動素子として
変位拡大機構も含まれるものとする。さらに、アクチュ
エータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌによる駆動点近傍には基
板９の鉛直方向（ｚ軸）の変位を計測する位置センサ１
１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌがあり、これらをもって駆動ステ
ージと呼ぶことにする。
るための装置を具体的に説明する。図４は鉛直方向の並
進１自由度と水平面内の回転２自由度の合計３自由度を
位置決め制御するための微動ステージ制御装置のブロッ
ク図を示す。この微動ステージ制御装置の構成は、本出
願人による特願平６−１３２４０５号で提案されてお
り、並進と回転という運動モードに関して非干渉で制御
できることが特徴となっている。図４において、９は位
置決めする平板状の基板、１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌは鉛
直方向に変位を発生するアクチュエータである。例え
ば、これには圧電素子（ピエゾ素子）を駆動素子として
変位拡大機構も含まれるものとする。さらに、アクチュ
エータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌによる駆動点近傍には基
板９の鉛直方向（ｚ軸）の変位を計測する位置センサ１
１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌがあり、これらをもって駆動ステ
ージと呼ぶことにする。
【０００４】さて、位置センサ１１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌ
によって計測される基板９の鉛直方向の変位は、変位増
幅器１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌによって電気信号ｚM ，ｚ
R ，ｚL に変換される。この電気信号は、運動モード抽
出回路１７に導かれて運動モード変位信号（ｚg ，ｚθ
x ，ｚθy ）となり、それぞれが指令電圧入力端子１３
Ｍ，１３Ｒ，１３Ｌに加えられる電圧と比較されて運動
モード偏差信号（ｅg，ｅθx ，ｅθy ）となる。これ
らの運動モード偏差信号は所定の感度を得るべく偏差増
幅器１４Ｍ，１４Ｒ，１４Ｌに入力され、制御ループの
調整を行なうゲイン補償器１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌへと
導かれる。これらの補償器の運動モード制御信号（ｃ
g ，ｃθx ，ｃθy ）をもって運動モード分配回路１８
への入力となし各軸への駆動信号（ｄM ，ｄR ，ｄL ）
を生成する。最後に、各軸への駆動信号（ｄM ，ｄR ，
ｄL ）によって電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌを励
起し、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの上下動
で基板９を上下方向に並進移動させたり、あるいはｚ軸
に対して傾かせる駆動が行なわれる。これらの閉ループ
はフィードバック装置と呼び、ここでは上述した微動ス
テージとフィードバック装置とを含めて微動ステージ制
御装置と呼ぶことにする。なお、上述の説明において、
電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌは電圧入力に対して
電流を出力するタイプのものとする。このとき、ゲイン
補償器１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌはゲイン調整のみ可能な
補償器で済む。なんとなれば、アクチュエータ１０Ｍ，
１０Ｒ，１０Ｌを構成する圧電素子は電気的にみるとコ
ンデンサであり、電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌと
それらが駆動する各圧電素子とを含めた伝達関数は積分
特性になるからである。したがって、閉ループを構成し
たときには１型の制御系となり、制御理論の教えるとこ
ろによるとステップ入力に対して定常偏差ゼロが保証さ
れることになる。
によって計測される基板９の鉛直方向の変位は、変位増
幅器１２Ｍ，１２Ｒ，１２Ｌによって電気信号ｚM ，ｚ
R ，ｚL に変換される。この電気信号は、運動モード抽
出回路１７に導かれて運動モード変位信号（ｚg ，ｚθ
x ，ｚθy ）となり、それぞれが指令電圧入力端子１３
Ｍ，１３Ｒ，１３Ｌに加えられる電圧と比較されて運動
モード偏差信号（ｅg，ｅθx ，ｅθy ）となる。これ
らの運動モード偏差信号は所定の感度を得るべく偏差増
幅器１４Ｍ，１４Ｒ，１４Ｌに入力され、制御ループの
調整を行なうゲイン補償器１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌへと
導かれる。これらの補償器の運動モード制御信号（ｃ
g ，ｃθx ，ｃθy ）をもって運動モード分配回路１８
への入力となし各軸への駆動信号（ｄM ，ｄR ，ｄL ）
を生成する。最後に、各軸への駆動信号（ｄM ，ｄR ，
ｄL ）によって電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌを励
起し、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの上下動
で基板９を上下方向に並進移動させたり、あるいはｚ軸
に対して傾かせる駆動が行なわれる。これらの閉ループ
はフィードバック装置と呼び、ここでは上述した微動ス
テージとフィードバック装置とを含めて微動ステージ制
御装置と呼ぶことにする。なお、上述の説明において、
電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌは電圧入力に対して
電流を出力するタイプのものとする。このとき、ゲイン
補償器１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌはゲイン調整のみ可能な
補償器で済む。なんとなれば、アクチュエータ１０Ｍ，
１０Ｒ，１０Ｌを構成する圧電素子は電気的にみるとコ
ンデンサであり、電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌと
それらが駆動する各圧電素子とを含めた伝達関数は積分
特性になるからである。したがって、閉ループを構成し
たときには１型の制御系となり、制御理論の教えるとこ
ろによるとステップ入力に対して定常偏差ゼロが保証さ
れることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図３に示す
位置決め機構、すなわち図示しない受動的除振装置もし
くは能動的除振装置と、粗動の役割を担うＸステージ１
とＹステージ４とからなるＸＹステージと、微動ステー
ジ２とを含めた位置決め機構の最終目的は、微動ステー
ジ２の上のシリコンウエハ３を位置決めし、それに対し
て露光を掛けることである。そのために、上記３種類の
位置決め機構は運動的に連成して動かされることにな
る。
位置決め機構、すなわち図示しない受動的除振装置もし
くは能動的除振装置と、粗動の役割を担うＸステージ１
とＹステージ４とからなるＸＹステージと、微動ステー
ジ２とを含めた位置決め機構の最終目的は、微動ステー
ジ２の上のシリコンウエハ３を位置決めし、それに対し
て露光を掛けることである。そのために、上記３種類の
位置決め機構は運動的に連成して動かされることにな
る。
【０００６】しかしながら、図３に示す位置決め機構に
おいては、微動ステージの位置決め性能を追求していく
と、ＸＹステージとの力学的な干渉が顕著となり、もっ
てＸＹステージと微動ステージを含めた総合の位置決め
性能を向上できなくなるという問題があった。例えば、
微動ステージ制御装置内のゲインを安定範囲内で最大に
設定し、微動ステージ自身にとっては最高の位置決め性
能を発揮する状態にすることはできる。しかし、このよ
うな微動ステージを搭載したＸＹステージを加減速駆動
すると、ｘ軸とｙ軸方向のステップ駆動によってそれぞ
れ微動ステージにはトルク外乱が作用し、ＸＹステージ
と微動ステージとを含めた総合の位置決め整定性を著し
く阻害していた。
おいては、微動ステージの位置決め性能を追求していく
と、ＸＹステージとの力学的な干渉が顕著となり、もっ
てＸＹステージと微動ステージを含めた総合の位置決め
性能を向上できなくなるという問題があった。例えば、
微動ステージ制御装置内のゲインを安定範囲内で最大に
設定し、微動ステージ自身にとっては最高の位置決め性
能を発揮する状態にすることはできる。しかし、このよ
うな微動ステージを搭載したＸＹステージを加減速駆動
すると、ｘ軸とｙ軸方向のステップ駆動によってそれぞ
れ微動ステージにはトルク外乱が作用し、ＸＹステージ
と微動ステージとを含めた総合の位置決め整定性を著し
く阻害していた。
【０００７】本発明は、上述の従来例における問題点に
鑑みてなされたもので、水平面内の位置決めを行なう粗
動ステージ上に鉛直方向の位置および鉛直軸からの傾き
を制御する微動ステージを搭載してなるステージ位置決
め制御装置において、その位置決め性能を向上すること
を課題とする。
鑑みてなされたもので、水平面内の位置決めを行なう粗
動ステージ上に鉛直方向の位置および鉛直軸からの傾き
を制御する微動ステージを搭載してなるステージ位置決
め制御装置において、その位置決め性能を向上すること
を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明ではＸＹステージをステップ駆動させる
信号に対して適切な補償を施し、この補償信号を微動ス
テージ制御装置内へ微動ステージの運動モードを考慮し
てフィードフォワードするよう構成する。より具体的に
は、床面上に設置された除振装置である定盤に搭載され
た水平面内を位置決めするＸＹステージと、前記ＸＹス
テージの上に搭載されて鉛直軸方向と鉛直軸からの傾き
を制御するようにアクチュエータが配置された微動ステ
ージとからなる位置決め装置であって、前記ＸＹステー
ジを位置決めするためのＸＹステージ制御装置と、前記
微動ステージを位置決めするための微動ステージ制御装
置と、前記ＸＹステージを位置決めするためのステップ
駆動信号に対し運動モードに応じて周波数整形を施した
補償信号を前記ＸＹステージのステップ駆動期間だけ前
記微動ステージ制御装置へフィードフォワードする手段
を設けたことを特徴とする。本発明の好ましい実施例に
おいて、前記フィードフォワードする手段は、前記ＸＹ
ステージ制御装置内のステップ駆動信号を検出しこの駆
動信号をステップ駆動期間だけ選択するためのスイッチ
手段と、前記スイッチ手段で選択された信号に対して適
切な周波数整形を施すためのフィードフォワード補償器
とを備え、前記フィードフォワード補償器を出力信号を
前記ＸＹステージのステップ駆動の期間だけ前記微動ス
テージ制御装置へ運動モードを考慮してフィードフォワ
ードするように構成される。
ために、本発明ではＸＹステージをステップ駆動させる
信号に対して適切な補償を施し、この補償信号を微動ス
テージ制御装置内へ微動ステージの運動モードを考慮し
てフィードフォワードするよう構成する。より具体的に
は、床面上に設置された除振装置である定盤に搭載され
た水平面内を位置決めするＸＹステージと、前記ＸＹス
テージの上に搭載されて鉛直軸方向と鉛直軸からの傾き
を制御するようにアクチュエータが配置された微動ステ
ージとからなる位置決め装置であって、前記ＸＹステー
ジを位置決めするためのＸＹステージ制御装置と、前記
微動ステージを位置決めするための微動ステージ制御装
置と、前記ＸＹステージを位置決めするためのステップ
駆動信号に対し運動モードに応じて周波数整形を施した
補償信号を前記ＸＹステージのステップ駆動期間だけ前
記微動ステージ制御装置へフィードフォワードする手段
を設けたことを特徴とする。本発明の好ましい実施例に
おいて、前記フィードフォワードする手段は、前記ＸＹ
ステージ制御装置内のステップ駆動信号を検出しこの駆
動信号をステップ駆動期間だけ選択するためのスイッチ
手段と、前記スイッチ手段で選択された信号に対して適
切な周波数整形を施すためのフィードフォワード補償器
とを備え、前記フィードフォワード補償器を出力信号を
前記ＸＹステージのステップ駆動の期間だけ前記微動ス
テージ制御装置へ運動モードを考慮してフィードフォワ
ードするように構成される。
【０００９】
【作用】図３および図４に示す従来の位置決め機構にお
いては、図示しない受動的もしくは能動的除振装置と、
粗動の役割を担うＸＹステージと、微動ステージ２の３
種類の位置決め機構は、微動ステージ２の上のシリコン
ウエハ３を位置決めするために、運動的に連成して動か
されることになる。しかし、従来の位置決め機構におい
ては、水平方向に運動の自由度を持つＸＹステージに対
する制御装置と、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０
Ｌを用いて鉛直軸方向に駆動の自由度を持たせられた微
動ステージに対する制御装置とが何等かの制御ループで
互いに結ばれている、という関係は無かった。むしろ、
そのような制御ループ間の関係は持たせられなかった、
と言った方がよいかもしれない。水平方向の粗い位置決
めを主眼とするＸＹステージと、シリコンウエハ３の表
面をベストフォーカスの状態にするための微動ステージ
とは、互いに位置決めする自由度の方向が異なるので、
両ステージに対する制御装置が独立に構成されることは
極く自然なことであった。
いては、図示しない受動的もしくは能動的除振装置と、
粗動の役割を担うＸＹステージと、微動ステージ２の３
種類の位置決め機構は、微動ステージ２の上のシリコン
ウエハ３を位置決めするために、運動的に連成して動か
されることになる。しかし、従来の位置決め機構におい
ては、水平方向に運動の自由度を持つＸＹステージに対
する制御装置と、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０
Ｌを用いて鉛直軸方向に駆動の自由度を持たせられた微
動ステージに対する制御装置とが何等かの制御ループで
互いに結ばれている、という関係は無かった。むしろ、
そのような制御ループ間の関係は持たせられなかった、
と言った方がよいかもしれない。水平方向の粗い位置決
めを主眼とするＸＹステージと、シリコンウエハ３の表
面をベストフォーカスの状態にするための微動ステージ
とは、互いに位置決めする自由度の方向が異なるので、
両ステージに対する制御装置が独立に構成されることは
極く自然なことであった。
【００１０】しかしながら、互いの制御装置が独立であ
っても、ＸＹステージと微動ステージとが力学的な干渉
を持ち、それが両ステージを含めた総合の位置決め特性
向上を阻害する原因になっている事実は見逃してはなら
ない。すなわち、ＸＹステージの位置決めにとって微動
ステージは振動負荷となることに注意せねばならない。
ＸＹステージのステップ駆動によって微動ステージには
外乱が作用し、これを振動させてしまうのである。
っても、ＸＹステージと微動ステージとが力学的な干渉
を持ち、それが両ステージを含めた総合の位置決め特性
向上を阻害する原因になっている事実は見逃してはなら
ない。すなわち、ＸＹステージの位置決めにとって微動
ステージは振動負荷となることに注意せねばならない。
ＸＹステージのステップ駆動によって微動ステージには
外乱が作用し、これを振動させてしまうのである。
【００１１】本発明では、互いに制御する自由度の方向
が異なるＸＹステージ制御装置と微動ステージ制御装置
とを前者の制御装置から後者のそれへのフィードフォワ
ードパスによって互いに制御的に関連づける。そして、
微動ステージとＸＹステージとを含めた総合の位置決め
性能を向上させんとするものである。具体的には、ＸＹ
ステージのステップ駆動によって微動ステージには振動
が発生し、もって位置決め時間と位置決め精度を含めた
位置決め特性の劣化を招くわけであるから、ＸＹステー
ジのステップ駆動に同期したフィードフォワード補償信
号を運動の自由度を考慮して微動ステージ制御装置へ入
力することを本発明では案出したのである。
が異なるＸＹステージ制御装置と微動ステージ制御装置
とを前者の制御装置から後者のそれへのフィードフォワ
ードパスによって互いに制御的に関連づける。そして、
微動ステージとＸＹステージとを含めた総合の位置決め
性能を向上させんとするものである。具体的には、ＸＹ
ステージのステップ駆動によって微動ステージには振動
が発生し、もって位置決め時間と位置決め精度を含めた
位置決め特性の劣化を招くわけであるから、ＸＹステー
ジのステップ駆動に同期したフィードフォワード補償信
号を運動の自由度を考慮して微動ステージ制御装置へ入
力することを本発明では案出したのである。
【００１２】なお、二つ以上の駆動物体を速度制御や位
置決め制御する装置に対してフィードフォワードが施さ
れることは、それらの駆動物体の駆動方向が同じであれ
ば、一般的なことである。例えば、特開平６−２１６０
３では、防振台の上にステージを搭載した機構構成にお
いて、ステージ制御部の信号を防振台制御部にフィード
フォワードし、ステージの駆動によって生じる防振台の
反力を抑圧する技術の開示がなされている。また、特開
平６−２３２０２１では、テーブルの駆動による揺れが
発生してもテーブルと基盤との間に位置ずれが起こらな
いように、基盤の加速度と同じ加速度をテーブルに作用
させるための第２の駆動手段を持たせている。さらに、
特開平６−２８０９３０では、デジタル制御方式の能動
的除振装置に係り、地動フィードフォワードと駆動物体
のフィードフォワードを併用する技術が開示されてい
る。これらの特許のみならず通常用いられているフィー
ドフォワードでも、例えば二つの駆動物体を考えた場
合、互いに動かされる運動方向が同一の対象に適用され
ている。すなわち、水平面内にｘｙ軸を定めた場合、ｘ
軸方向に駆動する第１の駆動物体の動きを検知し、これ
をフィードフォワードしてやはりｘ軸方向に第２の駆動
物体を駆動せしめる、といった技術である。
置決め制御する装置に対してフィードフォワードが施さ
れることは、それらの駆動物体の駆動方向が同じであれ
ば、一般的なことである。例えば、特開平６−２１６０
３では、防振台の上にステージを搭載した機構構成にお
いて、ステージ制御部の信号を防振台制御部にフィード
フォワードし、ステージの駆動によって生じる防振台の
反力を抑圧する技術の開示がなされている。また、特開
平６−２３２０２１では、テーブルの駆動による揺れが
発生してもテーブルと基盤との間に位置ずれが起こらな
いように、基盤の加速度と同じ加速度をテーブルに作用
させるための第２の駆動手段を持たせている。さらに、
特開平６−２８０９３０では、デジタル制御方式の能動
的除振装置に係り、地動フィードフォワードと駆動物体
のフィードフォワードを併用する技術が開示されてい
る。これらの特許のみならず通常用いられているフィー
ドフォワードでも、例えば二つの駆動物体を考えた場
合、互いに動かされる運動方向が同一の対象に適用され
ている。すなわち、水平面内にｘｙ軸を定めた場合、ｘ
軸方向に駆動する第１の駆動物体の動きを検知し、これ
をフィードフォワードしてやはりｘ軸方向に第２の駆動
物体を駆動せしめる、といった技術である。
【００１３】しかしながら、例えば、ｘ軸方向の駆動物
体の動きを検知し、これとは駆動する自由度の方向が異
なるｙ軸方向の第２の駆動物体に対してフィードフォワ
ードするようなことは実現されていない。つまり、本発
明は互いに制御する自由度の方向が異なる駆動物体、す
なわちＸＹステージと微動ステージに対するフィードフ
ォワードの技術なのであり従来技術とは一線を画する。
体の動きを検知し、これとは駆動する自由度の方向が異
なるｙ軸方向の第２の駆動物体に対してフィードフォワ
ードするようなことは実現されていない。つまり、本発
明は互いに制御する自由度の方向が異なる駆動物体、す
なわちＸＹステージと微動ステージに対するフィードフ
ォワードの技術なのであり従来技術とは一線を画する。
【００１４】ＸＹステージと微動ステージとが力学的に
干渉し合い、これらを含めた位置決め機構全体の位置決
め特性向上を阻害する事実を示す。図５は、ＸＹステー
ジをＸ方向にステップ駆動したときにおける、微動ステ
ージ制御装置内の運動モード偏差信号（ｅg ，ｅθx ，
ｅθy ）の様子を示す実測結果である。同図上段から、
微動ステージの鉛直方向の並進運動偏差信号ｅg 、ｘ軸
回りの回転運動偏差信号ｅθx 、ｙ軸回りの回転運動偏
差信号ｅθy 、そしてＸＹステージ制御装置におけるＰ
ＩＤ補償信号Ｘ−ＰＩＤである。ここで、Ｐは比例、Ｉ
は積分、そしてＤは微分動作を意味する。同図より、Ｘ
Ｙステージの加減速期間中、すなわちステップ駆動のＰ
ＩＤ補償信号Ｘ−ＰＩＤの振れに応じてｙ軸回りの回転
運動偏差信号ｅθy に揺動を惹起せしめていることがわ
かる。この原因は明白である。すなわち、ＸＹステージ
のｘ軸方向への急激な加減速に原因して、ＸＹステージ
上の微動ステージにｙ軸回りの回転モーメントがトルク
外乱として作用するからにほかならない。ここで、ｅθ
y の揺動の減衰性が良好な場合、すなわちＸＹステージ
のステップ駆動期間だけにｅθy の揺動が発生してお
り、ＸＹステージが目標位置に達する直前ではこれが消
滅しているようであれば、ＸＹステージと微動ステージ
を含めた総合の位置決め性能を悪化させるものではな
い。しかし、微動ステージ自身の位置決め時間を短縮す
るために、微動ステージ制御装置のゲインを高くしてい
くと、ステップ駆動のときに生じるｅθy の暴れの振幅
は次第に大きくなり、しかもそれが整定するまでに要す
る時間は長引く。この様子を数値計算によって図６に示
す。ｙ軸回りのトルク外乱の印加によって生じる偏差信
号の揺動はｅθy が支配的なので、この波形のみを示
す。ここで、トルク外乱の大きさは０．０７５［ｋｇ
ｍ］であり、０．０１から０．１３［ｓｅｃ］にわたっ
て０．１２［ｓｅｃ］間印加した。また、図６におい
て、太線のゲインを１として規格化すると、細線は２、
破線は２．５の場合の応答である。さて、図６を参照す
ると、ゲイン大に応じてｅθy の振幅も大となり、しか
もそれが整定するまでの時間が著しく増大していること
がわかる。既に述べたように、ＸＹステージは加減速さ
せて所望の位置に位置決めさせねばならないのである
が、加減速で生じた微動ステージ制御装置における運動
モード偏差信号の暴れが素早く減衰しない状態にある
と、所望の位置決め精度内への位置決めが完了しない。
つまり、位置決め完了を受けて、微動ステージの位置決
めを行なうという段階に移れないという問題が発生す
る。何故ならば、微動ステージ上には、ＸＹステージの
位置決めに必要な位置計測値を得るレーザ干渉計の反射
ミラーが備えられており、微動ステージが揺らされる結
果としてＸＹステージに位置誤差が混入しＸＹステージ
が動かされてしまうからである。
干渉し合い、これらを含めた位置決め機構全体の位置決
め特性向上を阻害する事実を示す。図５は、ＸＹステー
ジをＸ方向にステップ駆動したときにおける、微動ステ
ージ制御装置内の運動モード偏差信号（ｅg ，ｅθx ，
ｅθy ）の様子を示す実測結果である。同図上段から、
微動ステージの鉛直方向の並進運動偏差信号ｅg 、ｘ軸
回りの回転運動偏差信号ｅθx 、ｙ軸回りの回転運動偏
差信号ｅθy 、そしてＸＹステージ制御装置におけるＰ
ＩＤ補償信号Ｘ−ＰＩＤである。ここで、Ｐは比例、Ｉ
は積分、そしてＤは微分動作を意味する。同図より、Ｘ
Ｙステージの加減速期間中、すなわちステップ駆動のＰ
ＩＤ補償信号Ｘ−ＰＩＤの振れに応じてｙ軸回りの回転
運動偏差信号ｅθy に揺動を惹起せしめていることがわ
かる。この原因は明白である。すなわち、ＸＹステージ
のｘ軸方向への急激な加減速に原因して、ＸＹステージ
上の微動ステージにｙ軸回りの回転モーメントがトルク
外乱として作用するからにほかならない。ここで、ｅθ
y の揺動の減衰性が良好な場合、すなわちＸＹステージ
のステップ駆動期間だけにｅθy の揺動が発生してお
り、ＸＹステージが目標位置に達する直前ではこれが消
滅しているようであれば、ＸＹステージと微動ステージ
を含めた総合の位置決め性能を悪化させるものではな
い。しかし、微動ステージ自身の位置決め時間を短縮す
るために、微動ステージ制御装置のゲインを高くしてい
くと、ステップ駆動のときに生じるｅθy の暴れの振幅
は次第に大きくなり、しかもそれが整定するまでに要す
る時間は長引く。この様子を数値計算によって図６に示
す。ｙ軸回りのトルク外乱の印加によって生じる偏差信
号の揺動はｅθy が支配的なので、この波形のみを示
す。ここで、トルク外乱の大きさは０．０７５［ｋｇ
ｍ］であり、０．０１から０．１３［ｓｅｃ］にわたっ
て０．１２［ｓｅｃ］間印加した。また、図６におい
て、太線のゲインを１として規格化すると、細線は２、
破線は２．５の場合の応答である。さて、図６を参照す
ると、ゲイン大に応じてｅθy の振幅も大となり、しか
もそれが整定するまでの時間が著しく増大していること
がわかる。既に述べたように、ＸＹステージは加減速さ
せて所望の位置に位置決めさせねばならないのである
が、加減速で生じた微動ステージ制御装置における運動
モード偏差信号の暴れが素早く減衰しない状態にある
と、所望の位置決め精度内への位置決めが完了しない。
つまり、位置決め完了を受けて、微動ステージの位置決
めを行なうという段階に移れないという問題が発生す
る。何故ならば、微動ステージ上には、ＸＹステージの
位置決めに必要な位置計測値を得るレーザ干渉計の反射
ミラーが備えられており、微動ステージが揺らされる結
果としてＸＹステージに位置誤差が混入しＸＹステージ
が動かされてしまうからである。
【００１５】本発明では、ＸＹステージをステップ駆動
させる信号に対して適切な補償を施し、この補償信号を
微動ステージ制御装置内へ微動ステージの運動モードを
考慮してフィードフォワードするよう構成することによ
り、ＸＹステージの位置決めによる微動ステージの揺れ
を補償し、微動ステージ、ひいてはステージ位置決め制
御装置全体の位置決め特性の向上を図っている。
させる信号に対して適切な補償を施し、この補償信号を
微動ステージ制御装置内へ微動ステージの運動モードを
考慮してフィードフォワードするよう構成することによ
り、ＸＹステージの位置決めによる微動ステージの揺れ
を補償し、微動ステージ、ひいてはステージ位置決め制
御装置全体の位置決め特性の向上を図っている。
【００１６】いま、ＸＹステージのｘ軸（ｙ軸）方向へ
のステップ駆動によって、微動ステージにｙ軸回り（ｘ
軸回り）のトルク外乱が作用し、このトルク外乱によっ
て微動ステージ制御装置内ではｙ軸回り（ｘ軸回り）の
回転運動偏差信号ｅθy （ｅθx ）が暴れるものとす
る。すなわち、ＸＹステージと微動ステージとからなる
位置決め機構が、このような現象を生じるように構成さ
れているものとする。ここで、ＸＹステージの駆動信号
に対して適切な周波数整形を施したフィードフォワード
補償信号を生成し、この補償信号を微動ステージ制御装
置内へ微動ステージの運動モードを考慮して加算する。
すると、ＸＹステージのステップ駆動に同期して生じる
微動ステージ制御装置内の偏差信号の揺動を同期的に抑
圧するように作用する。
のステップ駆動によって、微動ステージにｙ軸回り（ｘ
軸回り）のトルク外乱が作用し、このトルク外乱によっ
て微動ステージ制御装置内ではｙ軸回り（ｘ軸回り）の
回転運動偏差信号ｅθy （ｅθx ）が暴れるものとす
る。すなわち、ＸＹステージと微動ステージとからなる
位置決め機構が、このような現象を生じるように構成さ
れているものとする。ここで、ＸＹステージの駆動信号
に対して適切な周波数整形を施したフィードフォワード
補償信号を生成し、この補償信号を微動ステージ制御装
置内へ微動ステージの運動モードを考慮して加算する。
すると、ＸＹステージのステップ駆動に同期して生じる
微動ステージ制御装置内の偏差信号の揺動を同期的に抑
圧するように作用する。
【００１７】
【実施例】図１に本発明の一実施例に係るステージ位置
決め制御装置のブロック図を示す。簡単のために水平ｘ
軸方向にステップ駆動される粗動ステージ１９の上に図
５に示す微動ステージが搭載された場合を示す。従っ
て、粗動ステージ１９が図３のＸステージ１に対応す
る。
決め制御装置のブロック図を示す。簡単のために水平ｘ
軸方向にステップ駆動される粗動ステージ１９の上に図
５に示す微動ステージが搭載された場合を示す。従っ
て、粗動ステージ１９が図３のＸステージ１に対応す
る。
【００１８】図１の装置は、基板９の上にバーミラー２
０を備え、レーザー干渉計２１からの出射ビーム２２を
バーミラー２０に当て粗動ステージ１９のｘ軸方向の位
置が計測される。この計測値は位置計測手段２３によっ
て電気信号に変換され、制御指令端子２４に加えられる
値と比較される。この比較出力信号は速度補償器２５ま
たは位置補償器２６を通り、電力アンプ２７に入力され
る。すると、電力アンプ２７は、粗動ステージ１９を駆
動するアクチュエータ２８に電流を通電する。ここで、
２９は第１のスイッチ手段であり、粗動ステージ１９を
所望の位置近傍まで高速移動せしめるステップ駆動の状
態にある場合には速度補償器２５の出力を、目標位置へ
の漸近をはかるときには位置補償器２６の出力をそれぞ
れ選択して電力アンプ２７に入力する。
０を備え、レーザー干渉計２１からの出射ビーム２２を
バーミラー２０に当て粗動ステージ１９のｘ軸方向の位
置が計測される。この計測値は位置計測手段２３によっ
て電気信号に変換され、制御指令端子２４に加えられる
値と比較される。この比較出力信号は速度補償器２５ま
たは位置補償器２６を通り、電力アンプ２７に入力され
る。すると、電力アンプ２７は、粗動ステージ１９を駆
動するアクチュエータ２８に電流を通電する。ここで、
２９は第１のスイッチ手段であり、粗動ステージ１９を
所望の位置近傍まで高速移動せしめるステップ駆動の状
態にある場合には速度補償器２５の出力を、目標位置へ
の漸近をはかるときには位置補償器２６の出力をそれぞ
れ選択して電力アンプ２７に入力する。
【００１９】さて、図４の従来例について上述したよう
に、粗動ステージ１９のステップ駆動によって基板９に
はおおむねｙ軸回りのトルク外乱が作用する。このため
微動ステージ制御装置におけるｙ軸回りの回転運動偏差
信号ｅθy が主に暴れ、もって微動ステージの基板９の
位置決め整定性を乱す。それに留まらず、基板９の上に
は粗動ステージ１９の位置情報を取得するためのバーミ
ラー２０があるので、基板９が振動していると粗動ステ
ージ１９の位置決め整定性も劣化させてしまう。そこ
で、図１に示す装置では、粗動ステージ１９をステップ
駆動するため指令端子２４に印加される信号を、粗動ス
テージ１９が急速に加減速される速度モードでのみ、す
なわちステップ駆動期間のみスイッチがオンとなる第２
のスイッチ手段３０を介してｙ軸回りのフィードフォワ
ード補償器３１へ入力する。そして、このｙ軸回りのフ
ィードフォワード補償器３１の出力を微動ステージ制御
装置１００内の運動モード分配回路１８の前段で補償器
１５Ｌの出力信号に加算する。したがって、ステップ駆
動に同期して微動ステージ制御装置の中で発生する運動
モード偏差信号の揺動を同期的に抑制することができ
る。
に、粗動ステージ１９のステップ駆動によって基板９に
はおおむねｙ軸回りのトルク外乱が作用する。このため
微動ステージ制御装置におけるｙ軸回りの回転運動偏差
信号ｅθy が主に暴れ、もって微動ステージの基板９の
位置決め整定性を乱す。それに留まらず、基板９の上に
は粗動ステージ１９の位置情報を取得するためのバーミ
ラー２０があるので、基板９が振動していると粗動ステ
ージ１９の位置決め整定性も劣化させてしまう。そこ
で、図１に示す装置では、粗動ステージ１９をステップ
駆動するため指令端子２４に印加される信号を、粗動ス
テージ１９が急速に加減速される速度モードでのみ、す
なわちステップ駆動期間のみスイッチがオンとなる第２
のスイッチ手段３０を介してｙ軸回りのフィードフォワ
ード補償器３１へ入力する。そして、このｙ軸回りのフ
ィードフォワード補償器３１の出力を微動ステージ制御
装置１００内の運動モード分配回路１８の前段で補償器
１５Ｌの出力信号に加算する。したがって、ステップ駆
動に同期して微動ステージ制御装置の中で発生する運動
モード偏差信号の揺動を同期的に抑制することができ
る。
【００２０】同様に、基板９を含む微動ステージが図示
しないＹ方向の粗動ステージで、すなわちＹステージで
ｙ軸方向にステップ駆動されるときには、基板９におお
むねｘ軸回りのトルク外乱が作用し微動ステージ制御装
置内のｘ軸回りの回転運動偏差信号ｅθx が揺動され
る。このときは、上記のＹステージへの駆動信号をステ
ップ駆動時のみ信号線３２に導き、続いてｘ軸回りのフ
ィードフォワード補償器３３に入力して、この補償器３
３の出力信号を微動ステージ制御装置内の補償器１５Ｒ
の出力信号と加算するように構成すればよい。なお、Ｘ
ステージをステップ駆動させ最終的に所望の位置に位置
決めするために備えられた位置計測手段２１，２３、速
度補償器２５、位置補償器２６および電力アンプ２７か
ら構成される閉ループを、Ｙステージに対する同様の閉
ループと含めてＸＹステージ制御装置と呼ぶことにす
る。
しないＹ方向の粗動ステージで、すなわちＹステージで
ｙ軸方向にステップ駆動されるときには、基板９におお
むねｘ軸回りのトルク外乱が作用し微動ステージ制御装
置内のｘ軸回りの回転運動偏差信号ｅθx が揺動され
る。このときは、上記のＹステージへの駆動信号をステ
ップ駆動時のみ信号線３２に導き、続いてｘ軸回りのフ
ィードフォワード補償器３３に入力して、この補償器３
３の出力信号を微動ステージ制御装置内の補償器１５Ｒ
の出力信号と加算するように構成すればよい。なお、Ｘ
ステージをステップ駆動させ最終的に所望の位置に位置
決めするために備えられた位置計測手段２１，２３、速
度補償器２５、位置補償器２６および電力アンプ２７か
ら構成される閉ループを、Ｙステージに対する同様の閉
ループと含めてＸＹステージ制御装置と呼ぶことにす
る。
【００２１】次に、本発明の有効性を数値計算によって
示す。図４に示す従来の微動ステージ制御装置１００に
おいて、微動ステージを構成する基板９にｙ軸回りのト
ルク外乱が作用したときの運動モード偏差信号（ｅg 、
ｅθx 、ｅθy ）を制御モデルに基づいてシミュレーシ
ョンすると、図７に示す結果が得られる。計算条件は図
６の場合と同様である。図７の上段から、並進運動偏差
信号ｅg 、ｘ軸回りの回転運動偏差信号ｅθx およびｙ
軸回りの回転運動偏差信号ｅθy を示す。図５に示した
実験結果と定性的にみて同様の応答波形が得られている
ことがわかる。次に、微動ステージを搭載しているＸＹ
ステージへのステップ駆動信号は既知であるから、この
駆動信号に補償を施して微動ステージ制御装置にフィー
ドフォワードする。結果を図８に示す。図中の破線はフ
ィードフォワード無しの場合を、実線はフィードフォワ
ード有りの場合の応答である。明らかに、フィードフォ
ワードを施すと、ｅθy のバタツキがよく抑圧できてい
ることが確認できる。したがって、Ｘステージのステッ
プ駆動によって微動ステージに発生するｙ軸回りの外乱
応答を抑圧できたのである。同様に、Ｙステージのｙ軸
方向のステップ駆動によって、微動ステージにはｘ軸回
りの外乱応答が生じるが、この応答はＹステージのステ
ップ駆動信号を受けたフィードフォワード補償信号を微
動ステージ制御装置における運動モード分配回路１８の
前段でｘ軸回りの制御信号ｃθx に対して加算すること
によって抑圧できる。
示す。図４に示す従来の微動ステージ制御装置１００に
おいて、微動ステージを構成する基板９にｙ軸回りのト
ルク外乱が作用したときの運動モード偏差信号（ｅg 、
ｅθx 、ｅθy ）を制御モデルに基づいてシミュレーシ
ョンすると、図７に示す結果が得られる。計算条件は図
６の場合と同様である。図７の上段から、並進運動偏差
信号ｅg 、ｘ軸回りの回転運動偏差信号ｅθx およびｙ
軸回りの回転運動偏差信号ｅθy を示す。図５に示した
実験結果と定性的にみて同様の応答波形が得られている
ことがわかる。次に、微動ステージを搭載しているＸＹ
ステージへのステップ駆動信号は既知であるから、この
駆動信号に補償を施して微動ステージ制御装置にフィー
ドフォワードする。結果を図８に示す。図中の破線はフ
ィードフォワード無しの場合を、実線はフィードフォワ
ード有りの場合の応答である。明らかに、フィードフォ
ワードを施すと、ｅθy のバタツキがよく抑圧できてい
ることが確認できる。したがって、Ｘステージのステッ
プ駆動によって微動ステージに発生するｙ軸回りの外乱
応答を抑圧できたのである。同様に、Ｙステージのｙ軸
方向のステップ駆動によって、微動ステージにはｘ軸回
りの外乱応答が生じるが、この応答はＹステージのステ
ップ駆動信号を受けたフィードフォワード補償信号を微
動ステージ制御装置における運動モード分配回路１８の
前段でｘ軸回りの制御信号ｃθx に対して加算すること
によって抑圧できる。
【００２２】次に、フィードフォワードを行なうための
具体的な補償器の一構成例を示す。ここでは簡単のため
に、１自由度の微動位置決め機構に対して位置制御系を
構成したときのブロック図に基づき、フィードフォワー
ドの施し方の一例を説明する。図９は微動ステージ制御
装置へのフィードフォワードを説明するための制御ブロ
ック図を示す。ここで、ｍは質量、ｄは粘性摩擦係数、
ｋはばね定数、ｋi は積分器ゲイン、ｋloopはループゲ
イン、ｋs は位置センサ変換定数、Ｖcom は指令値、Ｖ
s は位置センサ出力電圧、ｘは変位、ＦF はフィードフ
ォワード入力、ｄd は外乱入力を表わす。図９記載の記
号を使って、Ｖs ，Ｖcom ，ＦF ，ｄdの間の関係を求
めると簡単な計算によって（１）式を得る。
具体的な補償器の一構成例を示す。ここでは簡単のため
に、１自由度の微動位置決め機構に対して位置制御系を
構成したときのブロック図に基づき、フィードフォワー
ドの施し方の一例を説明する。図９は微動ステージ制御
装置へのフィードフォワードを説明するための制御ブロ
ック図を示す。ここで、ｍは質量、ｄは粘性摩擦係数、
ｋはばね定数、ｋi は積分器ゲイン、ｋloopはループゲ
イン、ｋs は位置センサ変換定数、Ｖcom は指令値、Ｖ
s は位置センサ出力電圧、ｘは変位、ＦF はフィードフ
ォワード入力、ｄd は外乱入力を表わす。図９記載の記
号を使って、Ｖs ，Ｖcom ，ＦF ，ｄdの間の関係を求
めると簡単な計算によって（１）式を得る。
【００２３】
【数１】 ここで、外乱ｄd の入力が位置センサ出力Ｖs に及ぼす
影響をフィードフォワードＦF の入力のよって抑圧すれ
ばよいので、（２）式の関係を満たすフィードフォワー
ドＦF を構成すればよいことがわかる。すなわち、疑似
微分特性の伝達関数を実現すればよいのである。
影響をフィードフォワードＦF の入力のよって抑圧すれ
ばよいので、（２）式の関係を満たすフィードフォワー
ドＦF を構成すればよいことがわかる。すなわち、疑似
微分特性の伝達関数を実現すればよいのである。
【００２４】
【数２】 なお、（２）式の実現に当たっては、ｄ，ｋの値を同定
する必要がある。しかし、結局のところｄd とＦF との
関係を示す伝達関数の形は
する必要がある。しかし、結局のところｄd とＦF との
関係を示す伝達関数の形は
【００２５】
【数３】 となり、ゲインｋffと時定数Ｔffとが共に調整できるよ
うな実装設計を行なっておけばよいのである。すなわ
ち、ｋ，ｄの正確な同定ができない場合でも、フィ−ド
フォワード補償器を実現しかつこれを調整して所望の性
能を確保する際の困難さは生じない。上述の考えに基づ
いて設計し、かつ図８の数値計算を得るに際して用いた
ｙ軸回りのフィードフォワード補償器３１の伝達関数は
次式のようになっている。
うな実装設計を行なっておけばよいのである。すなわ
ち、ｋ，ｄの正確な同定ができない場合でも、フィ−ド
フォワード補償器を実現しかつこれを調整して所望の性
能を確保する際の困難さは生じない。上述の考えに基づ
いて設計し、かつ図８の数値計算を得るに際して用いた
ｙ軸回りのフィードフォワード補償器３１の伝達関数は
次式のようになっている。
【００２６】
【数４】
【００２７】なお、疑似微分特性を有する（２）式の伝
達関数は、ステップ状の外乱が印加されることを想定し
たときに導かれる。しかし、本発明の主旨は、ＸＹステ
ージの駆動信号に対して適切な周波数整形を施し、その
出力信号を運動モードを考慮して微動ステージ制御装置
へフィードフォワードすることにある。上述の場合、こ
の周波数整形が（３）式の如き疑似微分特性であったに
すぎない。したがって、フィードフォワード補償は疑似
微分特性に限定されるものではなく、ＸＹステージ制御
装置内から取得するステップ駆動信号のパターンとその
信号品質によって適宜な周波数整形を施すものであれば
よい。
達関数は、ステップ状の外乱が印加されることを想定し
たときに導かれる。しかし、本発明の主旨は、ＸＹステ
ージの駆動信号に対して適切な周波数整形を施し、その
出力信号を運動モードを考慮して微動ステージ制御装置
へフィードフォワードすることにある。上述の場合、こ
の周波数整形が（３）式の如き疑似微分特性であったに
すぎない。したがって、フィードフォワード補償は疑似
微分特性に限定されるものではなく、ＸＹステージ制御
装置内から取得するステップ駆動信号のパターンとその
信号品質によって適宜な周波数整形を施すものであれば
よい。
【００２８】
【他の実施例】図１に示す実施例では微動ステージ制御
装置内へフィードフォワードする信号を指令端子２４か
ら受け取った。しかし、本発明の主旨を逸脱しない限
り、フィードフォワードのための信号は指令端子２４の
信号に限定されるものではない。フィードフォワードの
ための信号は、例えば（１）ｘ軸方向へのステップ駆動
の状態を検出する振動センサ、例えば加速度センサを粗
動ステージ１９あるいは微動ステージの基板９に装着
し、この出力信号を適切に周波数整形してから微動ステ
ージ制御装置内の制御信号ｃθy と加算するか、また
は、（２）電力アンプ２７への入力信号あるいは出力信
号など粗動ステージ１９を位置決め制御する閉ループ内
の任意の信号を検出し、やはり適切な周波数整形を行っ
てステップ駆動の期間のみ選択的に微動ステージ制御装
置内の制御信号ｃθyと加算するようにしてもよい。
装置内へフィードフォワードする信号を指令端子２４か
ら受け取った。しかし、本発明の主旨を逸脱しない限
り、フィードフォワードのための信号は指令端子２４の
信号に限定されるものではない。フィードフォワードの
ための信号は、例えば（１）ｘ軸方向へのステップ駆動
の状態を検出する振動センサ、例えば加速度センサを粗
動ステージ１９あるいは微動ステージの基板９に装着
し、この出力信号を適切に周波数整形してから微動ステ
ージ制御装置内の制御信号ｃθy と加算するか、また
は、（２）電力アンプ２７への入力信号あるいは出力信
号など粗動ステージ１９を位置決め制御する閉ループ内
の任意の信号を検出し、やはり適切な周波数整形を行っ
てステップ駆動の期間のみ選択的に微動ステージ制御装
置内の制御信号ｃθyと加算するようにしてもよい。
【００２９】また、上述の実施例においては、図１０に
示す如く微動ステージの基板９の中心を原点にしたｘｙ
座標系において、ｙ軸上で正側にアクチュエータ１０Ｍ
を、ｘ軸正側でｙ軸負側にアクチュエータ１０Ｒを、そ
してｘ軸負側でｙ軸負側にアクチュエータ１０Ｌをそれ
ぞれ配置し、このようなアクチュエータ配置の微動ステ
ージを搭載するＸＹステージを、図１０に示すｘｙ座標
系のｘ軸あるいはｙ軸方向にステップ駆動した例を示し
た。したがって、ｘ軸方向へのステップ駆動ではｙ軸回
りのトルク外乱が、ｙ軸方向へのステップ駆動ではｘ軸
回りのトルク外乱がそれぞれ主に微動ステージに作用す
ることとなり、したがって微動ステージ制御装置内の運
動モード編差信号もｘ軸方向のステップ駆動ではｅθy
が、ｙ軸方向のステップ駆動ではｅθx が主に揺動する
ことになった。しかし、本発明はこのようなアクチュエ
ータ配置の特殊性に依存するものではない。さらに、上
述においては微動ステージ制御装置は運動モードに基づ
く非干渉化の制御系構成を採っていたが、本発明はこの
ような制御系の特殊構造に依存するものでもない。図２
は、通常の独立な制御系構造を持つ微動ステージ制御装
置に本発明を適用した場合のブロック図を示す。図２に
おいて、図１の構成要素とほぼ同一の作用および機能を
有する構成要素は同一符号を付けて説明は省略する。図
２では、図１に示した微動ステージ制御装置から運動モ
ード抽出回路１７と運動モード分配回路１８が除去され
ており、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの近傍
に在る位置センサ１１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌの信号からの
フィードバックによって各軸独立の制御ループが構成さ
れている。従って、指令電圧入力端子１３’Ｍ，１３’
Ｒ，１３’Ｌには各軸への位置目標値が印加され、偏差
信号（ｅM ，ｅR ，ｅL）と制御信号（ｃM ，ｃR ，ｃL
）も各軸のものである。ここでは、粗動ステージ１９
がｘ軸方向にステップ駆動されたとき、微動ステージの
基板９にはｙ軸回りのトルク外乱が作用するわけである
が、指令端子２４の信号をステップ駆動の期間だけｙ軸
回りのフィードフォワード補償器３１に導き、さらにそ
の出力信号をフィードフォワード信号分配演算回路３４
に通して各軸の電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌの前
段に加算している。フィードフォワード信号分配演算回
路３４の働きは、ｙ軸回りのフィードフォワード補償器
３１の出力を受け、この信号を分配して最終的にはアク
チュエータ１０Ｒ，１０Ｌに変位を発生してトルク外乱
に抗することである。同様に、図示しないＹ方向粗動ス
テージがｙ軸方向へステップ駆動された場合には、ｘ軸
回りのフィードフォワード補償器３３の信号がフィード
フォワード信号分配演算回路３４に導かれ、基板９のｘ
軸回りのトルク外乱に抗するように、アクチュエータ１
０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌに変位を発生させるべく電力増幅
器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌの前段にフィードフォワード
信号分配演算回路３４の出力信号が加算される。
示す如く微動ステージの基板９の中心を原点にしたｘｙ
座標系において、ｙ軸上で正側にアクチュエータ１０Ｍ
を、ｘ軸正側でｙ軸負側にアクチュエータ１０Ｒを、そ
してｘ軸負側でｙ軸負側にアクチュエータ１０Ｌをそれ
ぞれ配置し、このようなアクチュエータ配置の微動ステ
ージを搭載するＸＹステージを、図１０に示すｘｙ座標
系のｘ軸あるいはｙ軸方向にステップ駆動した例を示し
た。したがって、ｘ軸方向へのステップ駆動ではｙ軸回
りのトルク外乱が、ｙ軸方向へのステップ駆動ではｘ軸
回りのトルク外乱がそれぞれ主に微動ステージに作用す
ることとなり、したがって微動ステージ制御装置内の運
動モード編差信号もｘ軸方向のステップ駆動ではｅθy
が、ｙ軸方向のステップ駆動ではｅθx が主に揺動する
ことになった。しかし、本発明はこのようなアクチュエ
ータ配置の特殊性に依存するものではない。さらに、上
述においては微動ステージ制御装置は運動モードに基づ
く非干渉化の制御系構成を採っていたが、本発明はこの
ような制御系の特殊構造に依存するものでもない。図２
は、通常の独立な制御系構造を持つ微動ステージ制御装
置に本発明を適用した場合のブロック図を示す。図２に
おいて、図１の構成要素とほぼ同一の作用および機能を
有する構成要素は同一符号を付けて説明は省略する。図
２では、図１に示した微動ステージ制御装置から運動モ
ード抽出回路１７と運動モード分配回路１８が除去され
ており、アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの近傍
に在る位置センサ１１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌの信号からの
フィードバックによって各軸独立の制御ループが構成さ
れている。従って、指令電圧入力端子１３’Ｍ，１３’
Ｒ，１３’Ｌには各軸への位置目標値が印加され、偏差
信号（ｅM ，ｅR ，ｅL）と制御信号（ｃM ，ｃR ，ｃL
）も各軸のものである。ここでは、粗動ステージ１９
がｘ軸方向にステップ駆動されたとき、微動ステージの
基板９にはｙ軸回りのトルク外乱が作用するわけである
が、指令端子２４の信号をステップ駆動の期間だけｙ軸
回りのフィードフォワード補償器３１に導き、さらにそ
の出力信号をフィードフォワード信号分配演算回路３４
に通して各軸の電力増幅器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌの前
段に加算している。フィードフォワード信号分配演算回
路３４の働きは、ｙ軸回りのフィードフォワード補償器
３１の出力を受け、この信号を分配して最終的にはアク
チュエータ１０Ｒ，１０Ｌに変位を発生してトルク外乱
に抗することである。同様に、図示しないＹ方向粗動ス
テージがｙ軸方向へステップ駆動された場合には、ｘ軸
回りのフィードフォワード補償器３３の信号がフィード
フォワード信号分配演算回路３４に導かれ、基板９のｘ
軸回りのトルク外乱に抗するように、アクチュエータ１
０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌに変位を発生させるべく電力増幅
器１６Ｍ，１６Ｒ，１６Ｌの前段にフィードフォワード
信号分配演算回路３４の出力信号が加算される。
【００３０】さらに、図２によれば、微動ステージのア
クチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの配置が図１０以
外の場合でも、フィードフォワード信号分配演算回路３
４の演算内容に設計変更を加えれば対処できることがわ
かる。すなわち、図１０のｘｙｚ座標系において、ｚ軸
回りに回転させた新たな座標系にアクチュエータ１０
Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌが再配置され、粗動ステージである
ＸＹステージはそれぞれ旧座標系におけるｘ軸とｙ軸方
向にステップ駆動される場合においても、ステップ駆動
時のトルク外乱に抗するようにフィードフォワード信号
分配演算回路３４の演算内容を構成することができる。
クチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの配置が図１０以
外の場合でも、フィードフォワード信号分配演算回路３
４の演算内容に設計変更を加えれば対処できることがわ
かる。すなわち、図１０のｘｙｚ座標系において、ｚ軸
回りに回転させた新たな座標系にアクチュエータ１０
Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌが再配置され、粗動ステージである
ＸＹステージはそれぞれ旧座標系におけるｘ軸とｙ軸方
向にステップ駆動される場合においても、ステップ駆動
時のトルク外乱に抗するようにフィードフォワード信号
分配演算回路３４の演算内容を構成することができる。
【００３１】なお、図１と図２の実施例ではアナログ演
算回路で制御装置を実現しているが、この内の一部もし
くは全部を電子計算機のようなディジタル演算装置で置
き換えても構わない。
算回路で制御装置を実現しているが、この内の一部もし
くは全部を電子計算機のようなディジタル演算装置で置
き換えても構わない。
【００３２】
【発明の効果】従来、ＸＹステージ制御装置と微動ステ
ージ制御装置とは制御ループ間の関連は持たせられてい
なかった。このため、微動ステージの位置決め性能を追
求していくと、制御装置は互いに独立でもＸＹステージ
との力学的な干渉が顕著となり、もってＸＹステージと
微動ステージを含めた総合の位置決め性能を向上できな
くなっていた。本発明のステージ位置決め制御装置で
は、ＸＹステージ制御装置と微動ステージ制御装置との
制御ループ間に関連を持たせたため、微動ステージ制御
装置内のゲインを安定範囲で最大に設定しておいた状態
にしておいても、ＸＹステージのステップ駆動によって
生じる微動ステージ制御装置の整定性の乱れをステップ
駆動に同期して抑圧することができる。したがって、総
合の位置決め性能向上に質するところ大という効果があ
る。
ージ制御装置とは制御ループ間の関連は持たせられてい
なかった。このため、微動ステージの位置決め性能を追
求していくと、制御装置は互いに独立でもＸＹステージ
との力学的な干渉が顕著となり、もってＸＹステージと
微動ステージを含めた総合の位置決め性能を向上できな
くなっていた。本発明のステージ位置決め制御装置で
は、ＸＹステージ制御装置と微動ステージ制御装置との
制御ループ間に関連を持たせたため、微動ステージ制御
装置内のゲインを安定範囲で最大に設定しておいた状態
にしておいても、ＸＹステージのステップ駆動によって
生じる微動ステージ制御装置の整定性の乱れをステップ
駆動に同期して抑圧することができる。したがって、総
合の位置決め性能向上に質するところ大という効果があ
る。
【００３３】また、従来、ＸＹステージ制御装置と微動
ステージ制御装置に対する閉ループ系としてのパラメー
タ調整は、制御装置が独立であるにもかかわらず結果と
して独立にはならなかったのであるが、本発明によれば
いわゆる直交調整が可能という効果が生じる。すなわ
ち、それぞれの制御装置に対するパラメータ調整が独立
に成し得るのでパラメータ調整に要する作業時間の短縮
が図れ、もって装置の立ち上げ時間短縮に貢献するとこ
ろ大である。
ステージ制御装置に対する閉ループ系としてのパラメー
タ調整は、制御装置が独立であるにもかかわらず結果と
して独立にはならなかったのであるが、本発明によれば
いわゆる直交調整が可能という効果が生じる。すなわ
ち、それぞれの制御装置に対するパラメータ調整が独立
に成し得るのでパラメータ調整に要する作業時間の短縮
が図れ、もって装置の立ち上げ時間短縮に貢献するとこ
ろ大である。
【図１】 本発明の一実施例に係るステージ位置決め制
御装置のブロック図である。
御装置のブロック図である。
【図２】 本発明の他の実施例に係るステージ位置決め
制御装置のブロック図である。
制御装置のブロック図である。
【図３】 定盤に搭載されたＸＹステージの概略図であ
る。
る。
【図４】 微動ステージ制御装置のブロック図である。
【図５】 ＸＹステージＸステップ駆動時の微動ステー
ジ制御装置内の運動モード偏差信号である。
ジ制御装置内の運動モード偏差信号である。
【図６】 微動ステージにｙ軸回りのトルク外乱が作用
した場合でループゲインを変化させたときの運動モード
偏差信号ｅθy である。
した場合でループゲインを変化させたときの運動モード
偏差信号ｅθy である。
【図７】 微動ステージにｙ軸回りのトルク外乱が作用
したときの運動モード偏差信号である。
したときの運動モード偏差信号である。
【図８】 微動ステージにｙ軸回りのトルク外乱が作用
した場合のフィードフォワード補償の有無による運動モ
ード偏差信号である。
した場合のフィードフォワード補償の有無による運動モ
ード偏差信号である。
【図９】 微動ステージ制御装置へのフィードフォワー
ド補償を説明するための制御ブロック図である。
ド補償を説明するための制御ブロック図である。
【図１０】 アクチュエータ１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌの
配置図である。
配置図である。
１：Ｘステージ、２：微動ステージ、３：シリコンウエ
ハ、４：Ｙステージ、５Ｒ、５Ｌ：リニアモータの可動
子、６Ｒ、６Ｌ：コイル、７：ステージ定盤、８：定
盤、９：基板，１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌ：アクチュエー
タ、１１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌ：位置センサ、１２Ｍ，１
２Ｒ，１２Ｌ：変位増幅器、１３Ｍ，１３Ｒ，１３Ｌ：
指令電圧入力端子、１４Ｍ，１４Ｒ，１４Ｌ：偏差増幅
器、１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌ：ゲイン補償器、１６Ｍ，
１６Ｒ，１６Ｌ：電力増幅器、１７：運動モード抽出回
路、１８：運動モード分配回路、１９：粗動ステージ、
２０：バーミラー、２１：レーザー干渉計、２２：出射
ビーム、２３：位置計測手段、２４：指令端子、２５：
速度補償器、２６：位置補償器、２７：電力アンプ、２
８：アクチュエータ、２９：第１のスイッチ手段、３
０：第２のスイッチ手段、３１：ｙ軸回りのフィードフ
ォワード補償器、３２：信号線、３３：ｘ軸回りのフィ
ードフォワード補償器、３４：フィードフォワード信号
分配演算回路。
ハ、４：Ｙステージ、５Ｒ、５Ｌ：リニアモータの可動
子、６Ｒ、６Ｌ：コイル、７：ステージ定盤、８：定
盤、９：基板，１０Ｍ，１０Ｒ，１０Ｌ：アクチュエー
タ、１１Ｍ，１１Ｒ，１１Ｌ：位置センサ、１２Ｍ，１
２Ｒ，１２Ｌ：変位増幅器、１３Ｍ，１３Ｒ，１３Ｌ：
指令電圧入力端子、１４Ｍ，１４Ｒ，１４Ｌ：偏差増幅
器、１５Ｍ，１５Ｒ，１５Ｌ：ゲイン補償器、１６Ｍ，
１６Ｒ，１６Ｌ：電力増幅器、１７：運動モード抽出回
路、１８：運動モード分配回路、１９：粗動ステージ、
２０：バーミラー、２１：レーザー干渉計、２２：出射
ビーム、２３：位置計測手段、２４：指令端子、２５：
速度補償器、２６：位置補償器、２７：電力アンプ、２
８：アクチュエータ、２９：第１のスイッチ手段、３
０：第２のスイッチ手段、３１：ｙ軸回りのフィードフ
ォワード補償器、３２：信号線、３３：ｘ軸回りのフィ
ードフォワード補償器、３４：フィードフォワード信号
分配演算回路。
Claims (4)
- 【請求項１】 床面上に設置された除振装置である定盤
に搭載され水平面内を位置決めするＸＹステージと、 前記ＸＹステージの上に搭載され鉛直軸方向の位置と鉛
直軸からの傾きを制御するようにアクチュエータが配置
された微動ステージと、 前記ＸＹステージを位置決めするためのＸＹステージ制
御装置と、 前記微動ステージを位置決めするための微動ステージ制
御装置とからなるステージ位置決め制御装置において、 前記ＸＹステージを位置決めするためのステップ駆動信
号に対し運動モードに応じた周波数整形を施した補償信
号を前記ＸＹステージのステップ駆動期間だけ前記微動
ステージ制御装置へフィードフォワードする手段を設け
たことを特徴とするステージ位置決め制御装置。 - 【請求項２】 前記フィードフォワード手段は、前記Ｘ
Ｙステージ制御装置内のステップ駆動信号を検出しこの
駆動信号をステップ駆動期間だけ選択するためのスイッ
チ手段と、このスイッチ手段で選択された信号に対して
適切な周波数整形を施すためのフィードフォワード補償
器と、このフィードフォワード補償器の出力信号を前記
ＸＹステージのステップ駆動の期間だけ前記微動ステー
ジ制御装置へ運動モードを考慮してフィードフォワード
するフィードフォワード回路とからなることを特徴とす
る請求項１記載のステージ位置決め制御装置。 - 【請求項３】 前記微動ステージ制御装置は運動モード
に基づく非干渉化の構造を持つ制御装置であり、前記Ｘ
Ｙステージ制御装置内のステップ駆動信号は指令端子に
印加される信号であり、前記フィードフォワード補償器
は疑似微分特性を持つものであり、前記フィードフォワ
ード回路は前記疑似微分特性を有するフィードフォワー
ド補償器の出力を運動モードに基づく非干渉化の構造を
持つ前記微動ステージ制御装置内の運動モード分配回路
の前段に加算するものであることを特徴とする請求項２
記載のステージ位置決め制御装置。 - 【請求項４】 前記微動ステージ制御装置は駆動軸が各
軸独立の制御ループで構成された制御装置であり、前記
ＸＹステージ制御装置内のステップ駆動信号は指令端子
に印加される信号であり、前記フィードフォワード補償
器は疑似微分特性を持つものであり、前記フィードフォ
ワード回路は前記疑似微分特性を有するフィードフォワ
ード補償器の出力を各軸独立の制御ループで構成された
前記微動ステージ制御装置内各軸の電力増幅器の前段に
分配するためのフィードフォワード信号分配演算回路を
備えるものであることを特徴とする請求項２記載のステ
ージ位置決め制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06668295A JP3215280B2 (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | ステージ位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06668295A JP3215280B2 (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | ステージ位置決め制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08241848A true JPH08241848A (ja) | 1996-09-17 |
| JP3215280B2 JP3215280B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=13322955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06668295A Expired - Fee Related JP3215280B2 (ja) | 1995-03-02 | 1995-03-02 | ステージ位置決め制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3215280B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005001913A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-06 | Nikon Corporation | ステージ制御装置及び方法並びに露光装置及び方法 |
| JP2006165523A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-06-22 | Nikon Corp | 測定システム、初期化、振動補償、低伝播性、及び軽量精密ステージを有するステージ装置 |
| US7078848B2 (en) | 2002-07-16 | 2006-07-18 | Baldor Electric Company | Multi-axes, sub-micron positioner |
| JP2006191055A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-20 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
| JP2007318107A (ja) * | 2006-05-04 | 2007-12-06 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| JP2008028392A (ja) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| JPWO2016051542A1 (ja) * | 2014-09-30 | 2017-04-27 | 株式会社牧野フライス製作所 | 送り軸制御方法および数値制御工作機械 |
| KR102761272B1 (ko) * | 2024-03-11 | 2025-02-03 | 한화시스템 주식회사 | 조향미러 작동 제어장치 및 제어방법 |
-
1995
- 1995-03-02 JP JP06668295A patent/JP3215280B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7078848B2 (en) | 2002-07-16 | 2006-07-18 | Baldor Electric Company | Multi-axes, sub-micron positioner |
| WO2005001913A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-06 | Nikon Corporation | ステージ制御装置及び方法並びに露光装置及び方法 |
| JPWO2005001913A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2006-08-10 | 株式会社ニコン | ステージ制御装置及び方法並びに露光装置及び方法 |
| JP2006165523A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-06-22 | Nikon Corp | 測定システム、初期化、振動補償、低伝播性、及び軽量精密ステージを有するステージ装置 |
| JP2006191055A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-20 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
| JP2007318107A (ja) * | 2006-05-04 | 2007-12-06 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| JP2008028392A (ja) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| JPWO2016051542A1 (ja) * | 2014-09-30 | 2017-04-27 | 株式会社牧野フライス製作所 | 送り軸制御方法および数値制御工作機械 |
| KR102761272B1 (ko) * | 2024-03-11 | 2025-02-03 | 한화시스템 주식회사 | 조향미러 작동 제어장치 및 제어방법 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3215280B2 (ja) | 2001-10-02 |
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