JPH0927443A - ステージ駆動制御装置 - Google Patents

ステージ駆動制御装置

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JPH0927443A
JPH0927443A JP7198183A JP19818395A JPH0927443A JP H0927443 A JPH0927443 A JP H0927443A JP 7198183 A JP7198183 A JP 7198183A JP 19818395 A JP19818395 A JP 19818395A JP H0927443 A JPH0927443 A JP H0927443A
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center
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stage
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JP7198183A
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Masaaki Tokunaga
雅昭 徳永
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Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステージを自由度より多い数の駆動手段によ
り駆動する場合に制御手段（コントローラ）相互間の干
渉を効果的に防止する。 【構成】 ステージ１０の位置が干渉計２０、２２、２
４により検出されると、変換手段２６では干渉計で検出
した情報をステージの重心の自由度毎の位置及び速度情
報に変換する。自由度毎のＰＩコントローラ５４、５
６、５８では重心のθ方向、Ｙ方向、Ｘ方向の位置偏差
の速度変換値と重心のそれぞれの方向の速度との差であ
るれぞれの方向の速度偏差に基づいて重心の運動に必要
な自由度毎の制御量を（比例＋積分）動作により求め
る。変換手段６０ではコントローラ５４、５６、５８の
出力を入力し、モータ１２、１４、１６、１８のそれぞ
れで発生すべき制御量に変換し、変換後の制御量を各モ
ータに指令値として与える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ステージ駆動制御
装置に係り、特に半導体の製造工程で使用される露光装
置や測定装置等においてウエハ等の基板あるいはマスク
（又はレチクル）が載置されるステージの駆動制御用と
して好適なステージ駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、露光装置等においては、ステ
ージを所定の位置に位置決めするため、ステージのＸ、
Ｙ２次元方向及びＺ軸回りの回転方向（以下、「θ方
向」という）の位置又は速度を制御することがなされて
いる。図４には、この種のステージの駆動系の一例が示
されている。図４において、ステージ８０は、第１モー
タ８２、第２モータ８４とこれらのモータ８２、８４に
よってそれぞれ駆動されるボールねじ機構８６、８８と
によってＹ方向、θ方向へ駆動され、第３モータ９０と
当該モータ９０によって駆動されるボールねじ機構９２
とによってＸ方向に駆動されるようになっている。この
場合、ステージ８０のＹ方向、θ方向の位置はＹl レー
ザ干渉計９４、Ｙr レーザ干渉計９６によって検出さ
れ、Ｘ方向の位置はＸレーザ干渉計９８によって検出さ
れる。
【０００３】図５には、ステージ８０を駆動制御するス
テージ駆動制御装置の構成が示されている。この図にお
いて、重心θ位置計算ブロック１００ではＹl レーザ干
渉計９４、Ｙr レーザ干渉計９６からの位置情報をステ
ージ８０の重心位置でのＺ軸回りの回転量（θ方向の位
置情報）に変換して出力し、同様に重心Ｙ位置計算ブロ
ック１０２ではＹl レーザ干渉計９４、Ｙr レーザ干渉
計９６からの位置情報を重心のＹ方向の位置情報に変換
して出力する。また、重心Ｘ位置計算ブロック１０４で
は、Ｘレーザ干渉計９８からの位置情報と重心θ位置計
算ブロック１００からの重心のθ方向の位置情報とを入
力し、重心のＸ方向の位置情報に変換して出力する。こ
こで、前記３つの重心位置計算ブロック１００、１０
２、１０４では、いわゆる非干渉化計算が行なわれる。
【０００４】前記３つの重心位置計算ブロック１００、
１０２、１０４から出力された重心の位置情報は、それ
ぞれ主フィードバック信号となって、θ方向、Ｙ方向、
Ｘ方向の位置の指令値（目標値を示す基準入力信号）と
それぞれ比較され、重心のθ方向の位置偏差、Ｙ方向の
位置偏差、Ｘ方向の位置偏差が３つのモータ位置への変
換ブロック１０６、１０８、１１０に入力される。ま
た、３つの重心位置計算ブロック１００、１０２、１０
４から出力された重心のそれぞれの方向の位置情報は、
微分回路１１２、１１４、１１６でそれぞれ重心のθ方
向の速度情報、Ｙ方向の速度情報、Ｘ方向の速度情報に
変換され、３つのモータ速度への変換ブロック１１８、
１２０、１２２に送出される。
【０００５】第１のモータ位置への変換ブロック１０６
では、重心のθ方向の位置偏差、Ｙ方向の位置偏差、Ｘ
方向の位置偏差を入力し、第１モータ８２の位置での位
置情報に変換する。この第１モータ８２の位置での位置
情報が位置ゲイン１２４によって第１モータ８２の位置
での速度の目標値に変換される。第２のモータ位置への
変換ブロック１０８では、重心のθ方向の位置偏差、Ｙ
方向の位置偏差、Ｘ方向の位置偏差を入力し、第２モー
タ８４の位置での位置情報に変換し、この第２モータ８
４の位置での位置情報が位置ゲイン１２６によって第２
モータ８４の位置での速度の目標値に変換される。第３
のモータ位置への変換ブロック１１０では、重心のθ方
向の位置偏差、Ｙ方向の位置偏差、Ｘ方向の位置偏差を
入力し、第３モータ９０の位置での位置情報に変換し、
この第３モータ９０の位置での位置情報が位置ゲイン１
２８によって第３モータ９０の位置での速度の目標値に
変換される。
【０００６】一方、第１のモータ速度への変換ブロック
１１８では、重心のθ方向の速度情報、Ｙ方向の速度情
報、Ｘ方向の速度情報を第１モータ８２の位置での速度
情報に変換し、この第１モータ８２の位置での速度情報
が内部フィードバック信号として第１モータ８２の位置
での速度の目標値と比較され、両者の差が第１のコント
ローラ１３０の動作信号となる。第２のモータ速度への
変換ブロック１２０では、重心のθ方向の速度情報、Ｙ
方向の速度情報、Ｘ方向の速度情報を第２モータ８４の
位置での速度情報に変換し、この第２モータ８４の位置
での速度情報が内部フィードバック信号として第２モー
タ８４の位置での速度の目標値と比較され、両者の差が
第２のコントローラ１３２の動作信号となる。第３のモ
ータ速度への変換ブロック１２２では、重心のθ方向の
速度情報、Ｙ方向の速度情報、Ｘ方向の速度情報を第３
モータ９０の位置での速度情報に変換し、この第３モー
タ９０の位置での速度情報が内部フィードバック信号と
して第３モータ９０の位置での速度の目標値と比較さ
れ、両者の差が第３のコントローラ１３４の動作信号と
なる。
【０００７】第１、第２、第３のコントローラ１３０、
１３２、１３４では、比例動作（Ｐ動作）又は（比例＋
積分）動作（ＰＩ動作）により第１、第２、第３モータ
８２、８４、９０の制御量をそれぞれ求め、この求めた
制御量を指令値として第１、第２、第３モータ８２、８
４、９０に与えていた。
【０００８】本明細書中で、Ｐ動作とは、いわゆる調節
器の基本制御動作の内、出力信号が動作信号（偏差）に
比例するもの、即ち偏差に比例して制御対象を操作する
ものをいい、フィードバック制御の基本となる制御動作
をいう。この制御動作を行なうコントローラの伝達関数
Ｇ（ｓ）は比例ゲインをＫP とすると、Ｇ（ｓ）＝ＫP
で表わされる。また、ＰＩ動作とは、いわゆる調節器の
基本制御動作の内、出力信号が、上記の偏差に比例した
制御出力と偏差の時間積分値に比例した制御出力との合
成値となる制御動作をいい、この制御動作を行なうコン
トローラの伝達関数はＧ（ｓ）＝ＫP （１＋１／ＴI ／
ｓ）で表わされる。但し、ＴI は積分時間である。この
ＰＩ動作は、Ｐ動作のみでは定常偏差が残るという問題
を改善すべく、採用されるものである。即ち、偏差の積
分値を加えた制御出力によって制御すれば（ＰＩ動
作）、僅かな偏差でも時間経過に伴い大きいフィードバ
ック出力を生ずるため、定常偏差の問題は解決する。本
明細書においては、Ｐ動作を行なうコントローラをＰコ
ントローラ、ＰＩ動作を行なうコントーラをＰＩコント
ローラという。
【０００９】従来のステージの３自由度の駆動制御装置
では、上記の如く、レーザ干渉計から取り込んだ情報を
重心の位置や速度に変換し、さらにモータ位置の位置や
速度に変換し、各モータ毎に設けられたＰコントローラ
あるいはＰＩコントローラ等で、位置制御や速度制御を
行うことにより、３自由度間を干渉なく制御していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】露光装置等、特にいわ
ゆるステッパ等の一括露光方式の露光装置では、スルー
プットの向上が非常に重要な課題であり、そのために
は、ステージの移動速度を含む位置決め速度の向上が必
須となる。
【００１１】しかし、上記の如くボールねじによりステ
ージを駆動する場合、ボールねじの剛性がステージの位
置決めを制限する要因となることがあるのでより高剛性
のステージが要求される。この要求に応えるべく、例え
ば、図２に示されるように、、ステージ（１０）を４つ
のモータ（１２、１４、１６、１８）で３自由度方向に
駆動することが考えられている。
【００１２】しかしながら、図２に示される装置の構成
では、ステージの自由度よりモータの数が多く、従来の
ように、各モータ毎にコントローラを配置した制御系で
は、以下のような不都合が生じるおそれがある。
【００１３】即ち、干渉計、ボールねじ、モータ等各部
の機械的取付け誤差に起因する重心位置計算ブロック、
モータ位置への変換ブロック、モータ速度への変換ブロ
ックにおける変換（非干渉化計算）の誤差、コントロー
ラの制御誤差、モータの推力誤差、各駆動部の動きムラ
等の誤差があると、コントローラ間の干渉が発生し、こ
のため、調整が困難となり、制御応答が低下し、更には
ロバスト性の悪化等の問題が生じる。一方、上記の各種
誤差を完全に防止することはほぼ不可能である。
【００１４】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その目的は、ステージを自由度より多い数の駆動手
段により駆動する場合に制御手段（コントローラ）相互
間の干渉を効果的に防止することができるステージ駆動
制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、少なくとも１自由度を持ち当該自由度より多い数の
駆動手段で駆動されるステージを駆動制御するステージ
駆動制御装置であって、前記ステージの位置を検出する
位置検出手段と；前記位置検出手段で検出した情報を前
記ステージの重心の自由度毎の位置及び速度の少なくと
もいずれか一方の情報に変換する第１の変換手段と；重
心の自由度毎の目標位置と前記第１の変換手段で変換さ
れた重心の自由度毎の位置との差である自由度毎の位置
偏差と、重心の自由度毎の目標速度と前記第１の変換手
段で変換された重心の自由度毎の速度との差である自由
度毎の速度偏差の少なくとも一方に基づいて重心の運動
に必要な自由度毎の制御量を比例動作又は（比例＋積
分）動作により求める自由度毎の制御手段と；前記全て
の自由度毎の制御手段の出力を入力し、前記各駆動手段
毎に発生すべき制御量に変換し、変換後の制御量を前記
各駆動手段に指令値として与える第２の変換手段とを有
する。
【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のステージ駆動制御装置において、前記自由度毎の制御
手段は、前記重心の自由度毎の位置偏差の速度変換値と
前記第１の変換手段で変換された重心の自由度毎の速度
との差に基づいて重心の運動に必要な自由度毎の制御量
を（比例＋積分）動作により求めることを特徴とする。
【００１７】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
に記載のステージ駆動制御装置は、前記第１の変換手段
が、遅れ時間の補償系を有することを特徴とする。
【００１８】
【作用】請求項１記載の発明によれば、ステージの位置
が位置検出手段により検出されると、第１の変換手段で
は位置検出手段で検出した情報をステージの重心の自由
度毎の位置及び速度の少なくともいずれか一方の情報に
変換する。ここで、ステージの重心の自由度毎の位置及
び速度の少なくともいずれか一方の情報に変換すると
は、第１の変換手段が、位置検出手段で検出した情報を
ステージの重心の自由度毎の位置の情報に変換する場
合、位置検出手段で検出した情報をステージの重心の自
由度毎の速度の情報に変換する場合、あるいは位置検出
手段で検出した情報をステージの重心の自由度毎の位置
の情報及びステージの重心の自由度毎の速度の情報に変
換する場合のいずれかの場合である。
【００１９】第１の変換手段により位置検出手段で検出
した情報がステージの重心の自由度毎の位置の情報に変
換された場合は、自由度毎の制御手段では重心の自由度
毎の目標位置と第１の変換手段で変換された重心の自由
度毎の位置との差である自由度毎の位置偏差に基づいて
重心の運動に必要な自由度毎の制御量を比例動作又は
（比例＋積分）動作により求める。また、第１の変換手
段により位置検出手段で検出した情報がステージの重心
の自由度毎の速度の情報に変換された場合には、自由度
毎の制御手段では重心の自由度毎の目標速度と第１の変
換手段で変換された重心の自由度毎の速度との差である
自由度毎の速度偏差に基づいて重心の運動に必要な自由
度毎の制御量をＰ（比例）動作又はＰＩ（比例＋積分）
動作により求める。また、第１の変換手段により位置検
出手段で検出した情報がステージの重心の自由度毎の位
置の情報及びステージの重心の自由度毎の速度の情報に
変換された場合には、自由度毎の制御手段では重心の自
由度毎の位置偏差及び速度偏差の両方又はいずれか一方
に基づいて重心の運動に必要な自由度毎の制御量をＰ動
作又はＰＩ動作により求める。
【００２０】そして、第２の変換手段では前記全ての自
由度毎の制御手段の出力を入力し、各駆動手段毎に発生
すべき制御量に変換し、変換後の制御量を各駆動手段に
指令値として与える。これにより、各駆動手段がそれぞ
れの指令値に応じて駆動される。
【００２１】請求項２に記載の発明によれば、自由度毎
の制御手段が、重心の自由度毎の位置偏差の速度変換値
と第１の変換手段で変換された重心の自由度毎の速度と
の差に基づいて重心の運動に必要な自由度毎の制御量を
ＰＩ動作により求めるようになっているので、位置の制
御ループの内部ループとして１型の速度制御ループを構
成することができる。即ち、当該速度制御ループにより
定常特性を補償した状態で、その外側に位置ループを構
成することができる。
【００２２】請求項３に記載の発明によれば、第１の変
換手段が、遅れ時間の補償系を有することから、例えば
ディジタル制御系を中心に装置を構成した場合、重心位
置への変換を行なう非干渉化計算等に時間を要し、時間
遅れが生じても、時間遅れを補償して制御応答の向上を
計ることができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図２に
基づいて説明する。
【００２４】図２には、一実施例に係るステージ１０の
駆動系が示されている。このステージ１０は、同図にお
けるＸ、Ｙ２次元方向の移動と、Ｚ軸回りの回転が可能
に構成されている。即ち、このステージ１０は、Ｘ、
Ｙ、θの３自由度を持っている。
【００２５】このステージ１０のＸ軸方向の一端面と他
端面には、Ｙ軸方向に沿ってステージ１０をそれぞれ駆
動する駆動手段としての第１リニアモータ１２と第２リ
ニアモータ１４とが、ステージ１０の重心を通るＸ軸上
からＹ方向の一側と他側にそれぞれ所定量だけ変位した
位置に設けられている。また、このステージ１０のＹ方
向の一端面と他端面には、Ｘ軸方向に沿ってステージ１
０をそれぞれ駆動する駆動手段としての第３リニアモー
タ１６と第４リニアモータ１８とが、ステージ１０の重
心を通るＹ軸上からＸ方向の一側と他側にそれぞれ所定
量だけ変位した位置に設けられている。
【００２６】従って、このステージ１０は、第３リニア
モータ１６、第４リニアモータ１８の推力が零でかつ第
１リニアモータ１２、第２リニアモータ１４の推力が等
しいとき、Ｙ軸方向に駆動され、反対に第１リニアモー
タ１２、第２リニアモータ１４の推力が零でかつ第３リ
ニアモータ１６、第４リニアモータ１８の推力が等しい
とき、Ｘ軸方向に駆動されるようになっている。また、
このステージ１０は、第１ないし第４リニアモータ１０
〜１８の推力の重心回りのモーメントの総和が零以外の
時、そのモーメントの総和に応じてθ方向に駆動される
（重心を通るＺ軸回りに回転駆動される）ようになって
いる。このステージ１０のＹ方向、θ方向の位置は位置
検出手段としてのＹl レーザ干渉計２０、Ｙr レーザ干
渉計２２によって検出され、Ｘ方向の位置は位置検出手
段としてのＸレーザ干渉計２４によって検出される。
【００２７】図１には、ステージ１０の移動位置を制御
するステージ駆動制御装置５０の構成が示されている。
このステージ駆動制御装置５０は、３つのレーザ干渉計
２０、２２、２４と、これらのレーザ干渉計２０、２
２、２４で検出した位置情報をステージ１０の重心の自
由度毎の位置情報及び速度情報に変換する第１の変換手
段２６と、重心の自由度毎の目標位置の指令を行なう３
つの位置指令部２８、３０、３２と、重心の自由度毎の
目標位置と第１の変換手段２６で変換された重心の自由
度毎の位置との差である自由度毎の位置偏差を演算する
３つの演算回路３４、３６、３８と、これらの演算回路
３４、３６、３８で演算された自由度毎の位置偏差を当
該位置偏差の速度変換値に変換する３つの位置−速度変
換ゲイン４０、４２、４４と、重心の自由度毎の位置偏
差の速度変換値と第１の変換手段２６で変換された重心
の自由度毎の速度との差を演算する３つの演算回路４
６、４８、５２と、これらの演算回路４６、４８、５２
の出力に基づいて重心の運動に必要な自由度毎の制御量
求める自由度毎の制御手段としての３つのＰＩコントロ
ーラ５４、５６、５８と、これら３つのＰＩコントロー
ラ５４、５６、５８の出力を入力して４つのリニアモー
タ１２、１４、１６、１８がそれぞれ発生すべき制御量
に変換し、変換後の制御量を各リニアモータ１２、１
４、１６、１８に指令値として与える第２の変換手段６
０と、を有する。
【００２８】第１の変換手段２６は、Ｙl レーザ干渉計
２０、Ｙr レーザ干渉計２２によってそれぞれ検出され
た位置情報を同時に入力し、ステージ重心位置でのθ方
向の位置（回転量）に変換する重心θ位置への変換ブロ
ック６２と、Ｙl レーザ干渉計２０、Ｙr レーザ干渉計
２２によってそれぞれ検出された位置情報を同時に入力
し、ステージ重心のＹ方向の位置へ変換する重心Ｙ位置
への変換ブロック６４と、Ｘレーザ干渉計２４により検
出された位置情報と変換ブロック６２により変換された
ステージ重心位置でのθ方向の位置情報とを入力し、ス
テージ重心のＸ方向の位置へ変換する重心Ｘ位置への変
換ブロック６６と、これら３つの変換ブロック６２、６
４、６６から出力される重心のθ方向の位置情報、Ｙ方
向の位置情報、Ｘ方向の位置情報をそれぞれ微分して速
度情報に変換する微分回路６８、７０、７２とを有して
いる。
【００２９】第２の変換手段６０は、θＰＩコントロー
ラ５４、ＹＰＩコントローラ５６、ＸＰＩコントローラ
５８で演算された制御量を同時に入力し、第１リニアモ
ータ１２、第２リニアモータ１４、第３リニアモータ１
６、第４リニアモータ１８がそれぞれ発生すべき制御量
に変換し、変換後の制御量をリニアモータ１２、１４、
１６、１８にそれぞれ指令値として与える第１のモータ
指令への変換ブロック７４、第２のモータ指令への変換
ブロック７６、第３のモータ指令への変換ブロック７８
及び第４のモータ指令への変換ブロック７９を有してい
る。
【００３０】次に、上述のようにして構成されたステー
ジ駆動制御装置５０の作用を説明する。
【００３１】重心θ位置への変換ブロック６２ではＹl
レーザ干渉計２０、Ｙr レーザ干渉計２２からの位置情
報を非干渉化計算により重心のθ方向の位置情報に変換
して出力し、同様に重心Ｙ位置への変換ブロック６４で
はＹl レーザ干渉計２０、Ｙr レーザ干渉計２２からの
位置情報を非干渉化計算により重心のＹ方向の位置情報
に変換して出力する。また、重心Ｘ位置への変換ブロッ
ク６６では、Ｘレーザ干渉計２４からの位置情報と変換
ブロック６２からの重心のθ方向の位置情報とを入力
し、非干渉化計算により重心のＸ方向の位置情報に変換
して出力する。
【００３２】前記３つの重心位置への変換ブロック６
２、６４、６６から出力された重心の位置情報は、それ
ぞれ主フィードバック信号となって演算回路３４、３
６、３８に入力する。演算回路３４ではθ位置指令部２
８からの重心のθ方向の目標位置と変換ブロック６２か
らの重心のθ方向の位置との差である重心のθ方向の位
置偏差を演算する。同様に、演算回路３６ではＹ位置指
令部３０からの重心のＹ方向の目標位置と変換ブロック
６４からの重心のＹ方向の位置との差である重心のＹ方
向の位置偏差を演算する。また、同様に、演算回路３８
ではＸ位置指令部３２からの重心のＸ方向の目標位置と
変換ブロック６６からの重心のＸ方向の位置との差であ
る重心のＸ方向の位置偏差を演算する。演算回路３４、
３６、３８でそれぞれ演算された重心のθ、Ｙ、Ｘ方向
の位置偏差が、位置ゲイン４０、４２、４４でそれぞれ
θ、Ｙ、Ｘ方向の速度の目標値に変換される。
【００３３】また、変換ブロック６２、６４、６６から
出力された重心のθ方向の位置情報、Ｙ方向の位置情
報、Ｘ方向の位置情報は、微分回路６８、７０、７２で
それぞれ重心のθ方向の速度情報、Ｙ方向の速度情報、
Ｘ方向の速度情報に変換され、これらの速度情報が内部
フィードバック信号として演算回路４６、４８、５２に
入力される。演算回路４６では、θ方向の速度の目標値
と微分回路６８からの重心のθ方向の速度情報との差を
演算し、この差を動作信号としてθＰＩコントローラ５
４に与える。同様に、演算回路４８では、Ｙ方向の速度
の目標値と微分回路７０からの重心のＹ方向の速度情報
との差を演算し、この差を動作信号としてＹＰＩコント
ローラ５６に与える。また、同様に、演算回路５２で
は、Ｘ方向の速度の目標値と微分回路７２からの重心の
Ｘ方向の速度情報との差を演算し、この差を動作信号と
してＸＰＩコントローラ５８に与える。
【００３４】θＰＩコントローラ５４では前記動作信号
に基づいてＰＩ動作により重心の運動に必要なθ方向の
制御量を求めて第２の変換手段６０を構成する４つの変
換ブロック７４、７６、７８、７９に出力する。同様
に、ＹＰＩコントローラ５６では前記動作信号に基づい
てＰＩ動作により重心の運動に必要なＹ方向の制御量を
求めて第２の変換手段６０を構成する４つの変換ブロッ
ク７４、７６、７８、７９に出力する。また、同様に、
ＸＰＩコントローラ５８では前記動作信号に基づいてＰ
Ｉ動作により重心の運動に必要なＸ方向の制御量を求め
て第２の変換手段６０を構成する４つの変換ブロック７
４、７６、７８、７９に出力する。
【００３５】第１のモータ指令への変換ブロック７４
は、３つのＰＩコントローラ５４、５６、５８からのそ
れぞれの方向の制御量を入力して非干渉化計算により第
１リニアモータ１２で発生すべき制御量に変換し、この
変換後の制御量を指令値として第１リニアモータ１２に
与える。同様に、第２のモータ指令への変換ブロック７
６は、３つのＰＩコントローラ５４、５６、５８からの
それぞれの方向の制御量を入力して非干渉化計算により
第２リニアモータ１４で発生すべき制御量に変換し、こ
の変換後の制御量を指令値として第２リニアモータ１４
に与える。第３のモータ指令への変換ブロック７８は、
３つのＰＩコントローラ５４、５６、５８からのそれぞ
れの方向の制御量を入力して非干渉化計算により第３リ
ニアモータ１６で発生すべき制御量に変換し、この変換
後の制御量を指令値として第３リニアモータ１６に与え
る。第４のモータ指令への変換ブロック７９は、３つの
ＰＩコントローラ５４、５６、５８からのそれぞれの方
向の制御量を入力して非干渉化計算により第４リニアモ
ータ１８で発生すべき制御量に変換し、この変換後の制
御量を指令値として第４リニアモータ１８に与える。
【００３６】これにより、第１、第２、第３、第４リニ
アモータ１２〜１８がそれぞれの指令値に応じて駆動さ
れ、このようにして第１、第２、第３、第４リニアモー
タ１２〜１８のフィードバック制御が行なわれ、ステー
ジ１０が目標位置（θ、Ｘ、Ｙ）に位置決めされる。
【００３７】以上説明したように、本実施例によると、
従来と異なり、自由度毎にＰＩコントローラを設けて自
由度毎の制御量を求めた後に、これら自由度毎の制御量
を各リニアモータ１２〜１８で発生すべき制御量に変換
して指令値として各リニアモータ１２〜１８に与えてい
ることから、干渉計、モータ等の機械的取付け誤差によ
る第１の変換手段２６、第２の変換手段６０における非
干渉化計算の誤差、コントローラの制御誤差、リニアモ
ータの推力誤差、各駆動部の動きムラ等の誤差があって
も、ＰＩコントローラ相互間の干渉が発生し難くなり、
これにより、調整の簡単化、制御応答の向上、ロバスト
性の向上及び自由度毎の最適調整の容易化等の種々の効
果を得ることができる。
【００３８】なお、上記実施例では、位置のフィードバ
ックループの内側に速度の内部フィードバックループを
構成し、これに対応してレーザ干渉計で検出した位置情
報を第１の変換手段２６で重心の位置情報及び速度情報
に変換する場合を例示したが、本発明がこれに限定され
るものではない。例えば、速度の内部フィードバックル
ープを設けない場合には、第１の変換手段２６ではレー
ザ干渉計で検出した位置情報を重心の位置情報に変換す
ることのみで足りる。あるいは、ステージの速度を制御
することは、位置を制御することと実質上同じであるか
ら、目標値としてステージ重心の速度を用いてもよく、
かかる場合には、フィードバックループとしては速度の
フィードバックループのみを構成し、第１の変換手段２
６ではレーザ干渉計で検出した位置情報を重心の速度情
報にのみ変換するようにしても良い。
【００３９】また、位置検出手段も上記実施例で例示し
たレーザ干渉計に限られるものではなく、これに代えて
例えばエンコーダ等を位置検出手段として用いることは
可能である。
【００４０】更に、上記実施例では、駆動手段としてリ
ニアモータを用いる場合を例示したが、これは従来のロ
ータリモータとボールねじとの組み合わせに比べて剛性
の面で有利であることから、このようにしたものであ
り、本発明がこれに限定されるものでないことは勿論で
ある。従って、ロータリモータとボールねじとの組み合
わせや、ピエゾ素子等の推力発生手段を駆動手段として
使用しても良い。
【００４１】また、上記実施例では、制御手段としてＰ
Ｉコントローラを自由度毎に設ける場合を例示したが、
比例ゲインを大きくするだけで、定常偏差を充分に小さ
くすることができ、しかも制御系の遅れに起因するハン
チングのおそれがないような場合であれば、制御手段と
してＰコントローラを自由度毎に設けてもよい。
【００４２】なお、上記のステージ駆動制御装置は、ア
ナログ制御系でもディジタル制御系でも実現はできる
が、ディジタル制御系の場合は、何等かのＣＰＵ計算に
よる遅れ補償を行なうことが望ましい。
【００４３】図３には、この遅れ時間の補償系の一例が
示されている。この遅れ時間の補償系２００は、実際に
は、第１の変換手段２６を構成する変換ブロック６２、
６４、６６の出口に配置されるもので、微分回路２０
２、遅れ時間ゲイン２０４、演算回路（加え合わせ点）
２０６とを有する。これによれば、入力された重心の位
置情報が微分回路２０２により速度情報に変換され、こ
の速度情報が遅れ時間ゲイン２０４を通過することによ
り、当該遅れ時間におけるステージの移動距離の情報に
変換され、ステージの移動距離の情報と入力された重心
位置情報が演算回路２０６で加算される。即ち、この遅
れ時間の補償系２００によれば、重心位置への変換を行
なう非干渉化計算等に時間を要し、時間遅れが生じて
も、この遅れ時間にステージが進むであろう距離を加え
た位置を重心の位置として算出するので、結果的に時間
遅れが補償され、制御応答の向上を計ることができる。
【００４４】なお、上記実施例では、重心の位置にコン
トローラがあるものとする場合について説明したが、本
発明の応用として、非干渉化計算の係数を操作すること
で、重心の他の任意の位置にコントローラを設置するこ
とが可能である。
【００４５】例えば、ウエハ露光装置におけるレチクル
微動ステージでは当該レチクル微動ステージの重心では
なく、レチクル中心の位置が重要であり、かかる場合に
は、レチクル中心をレチクル微動ステージの重心に座標
変換し、重心位置においたコントローラで制御する方法
の他、干渉計で位置を読み込んだ後、重心があたかもレ
チクル中心にあるように考えて各モータの制御量を計算
するところまでＣＰＵにより計算処理する方法が考えら
れ、後者のような場合には、重心の他の任意の位置にコ
ントローラを設置することが可能となる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
自由度毎にＰ動作あるいはＰＩ動作を行なう制御手段に
より、重心の運動に必要な自由度毎の制御量が求められ
るので、干渉計等の位置検出手段やモータ等の駆動手段
の機械的取付け誤差に起因する位置の読取りからモータ
制御量の演算までの間の非干渉化計算の誤差、制御手段
の制御誤差、駆動手段の推力誤差、各駆動部の動きムラ
等の誤差があっても、制御手段相互間の干渉が発生しに
くいという従来にない優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例に係るステージ駆動制御装置の構成を
示すブロック図である。
【図２】図１の装置により制御されるステージ駆動系の
構成を示す平面図である。
【図３】時間遅れの補償系の一構成例を示す図である。
【図４】従来のステージ駆動系の構成を示す平面図であ
る。
【図５】従来のステージ駆動制御装置の構成を示すブロ
ック図である。
【符号の説明】
１０ ステージ １２ 第１リニアモータ（駆動手段） １４ 第２リニアモータ（駆動手段） １６ 第３リニアモータ（駆動手段） １８ 第４リニアモータ（駆動手段） ２０ Ｙl レーザ干渉計（位置検出手段） ２２ Ｙr レーザ干渉計（位置検出手段） ２４ Ｘレーザ干渉計（位置検出手段） ５０ ステージ駆動制御装置 ２６ 第１の変換手段 ５４ θＰＩコントローラ（制御手段） ５６ ＹＰＩコントローラ（制御手段） ５８ ＸＰＩコントローラ（制御手段） ６０ 第２の変換手段 ２００ 遅れ時間の補償系

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１自由度を持ち当該自由度よ
    り多い数の駆動手段で駆動されるステージを駆動制御す
    るステージ駆動制御装置であって、 前記ステージの位置を検出する位置検出手段と；前記位
    置検出手段で検出した情報を前記ステージの重心の自由
    度毎の位置及び速度の少なくともいずれか一方の情報に
    変換する第１の変換手段と；重心の自由度毎の目標位置
    と前記第１の変換手段で変換された重心の自由度毎の位
    置との差である自由度毎の位置偏差と、重心の自由度毎
    の目標速度と前記第１の変換手段で変換された重心の自
    由度毎の速度との差である自由度毎の速度偏差の少なく
    とも一方に基づいて重心の運動に必要な自由度毎の制御
    量を比例動作又は（比例＋積分）動作により求める自由
    度毎の制御手段と；前記全ての自由度毎の制御手段の出
    力を入力し、前記各駆動手段毎に発生すべき制御量に変
    換し、変換後の制御量を前記各駆動手段に指令値として
    与える第２の変換手段とを有するステージ駆動制御装
    置。
  2. 【請求項２】 前記自由度毎の制御手段は、前記重心の
    自由度毎の位置偏差の速度変換値と前記第１の変換手段
    で変換された重心の自由度毎の速度との差に基づいて重
    心の運動に必要な自由度毎の制御量を（比例＋積分）動
    作により求めることを特徴とする請求項１に記載のステ
    ージ駆動制御装置。
  3. 【請求項３】 前記第１の変換手段が、遅れ時間の補償
    系を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のス
    テージ駆動制御装置。
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