(57)【要約】【課題】超電導性に起因した外乱力を抑え、高精度な制御が可能となる超電導リニアモータの制御装置を提供する。【解決手段】超電導線を用いたコイル２０４と、永久磁石を用いた磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂとを有する超電導リニアモータと、コイル２０４に電流を供給する電流ドライバ１０７と、磁石ユニットの駆動指令ｄを受信し、電流ドライバ１０７に駆動指令ｄに基づく指令値を送信して磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂの位置を制御する位置制御系１０１と、を有する超電導リニアモータの制御装置において、更に、コイルの温度情報とコイルと磁石ユニットとの相対位置情報とを引数にした制御指令テーブル１０５を有する変換指令算出部１０４を備え、変換指令算出部１０４は、制御指令テーブル１０５を参照して、超電導性に起因する外乱力を低減するように制御指令を変換し、制御指令を位置制御系１０１に送信する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線を用いたコイルと、永久磁石を用いた磁石ユニットとを有する超電導リニアモータと、
前記コイルに電流を供給する電流ドライバと、
前記磁石ユニットの駆動指令を受信し、前記電流ドライバに前記駆動指令に基づく指令値を送信して前記磁石ユニットの位置を制御する位置制御系と、
を有する超電導リニアモータの制御装置において、
更に、前記コイルの温度情報と、前記コイルと前記磁石ユニットとの相対位置情報とを引数にした制御指令テーブルを有する変換指令算出部を備え、
前記変換指令算出部は、前記制御指令テーブルを参照して、超電導性に起因する外乱力を低減するように制御指令を算出し、前記制御指令を前記位置制御系に送信することを特徴とする超電導リニアモータの制御装置。
【請求項２】
前記変換指令算出部は、前記コイルの温度情報を取得する温度情報取得部と、前記コイルと前記磁石ユニットとの相対位置情報を取得する位置情報取得部と、を備え、
前記取得された温度情報と相対位置情報とを用いて前記制御指令テーブルを参照し、超電導性に起因する外乱力を低減するように制御指令を算出し、前記制御指令を前記位置制御系に送信することを特徴とする請求項１に記載の超電導リニアモータの制御装置。
【請求項３】
前記変換指令算出部は、前記コイルの任意の温度において、前記相対位置情報と、該相対位置情報に対応した前記位置制御系におけるフィードバック制御系の出力である制御指令との各データを取得し、
前記データに基づいて、前記相対位置情報を分割した指標に対する制御軸のフィードバック制御指令のテーブルを作成し、
更に、前記コイルの温度を変更し、前記データの取得と前記テーブルの作成とを繰り返すことで、前記制御指令テーブルを作成することを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導リニアモータの制御装置。
【請求項４】
更に、前記制御指令テーブルを作成するテーブル作成部を有し、
前記テーブル作成部は、前記温度情報及び前記相対位置情報に対する前記位置制御系からのフィードバック制御系の指令値と、前記変換指令算出部からの指令値との和を用いて前記制御指令テーブルを作成し、
前記変換指令算出部は、前記テーブル作成部から送信された前記制御指令テーブルを新たな制御指令テーブルとして採用することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導リニアモータの制御装置。
【請求項５】
前記相対位置情報は、前記位置情報算出部からは取得せず、前記駆動指令に含まれる位置の指令を参照することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導リニアモータの制御装置。
【請求項６】
前記変換指令算出部は、前記コイルと前記磁石ユニットとの相対運動の方向で個別に制御指令テーブルを作成し、
前記駆動指令の位置の指令から前記磁石ユニットの駆動方向の情報を取得することで、いずれの制御指令テーブルを採用するかを判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導リニアモータの制御装置。
【請求項７】
更に、前記コイルの温度情報を算出する温度情報算出部と、
前記コイルと前記磁石ユニットとの相対位置情報を算出する位置情報算出部と、を備え、
前記変換指令算出部は、前記温度情報算出部及び前記位置情報算出部で算出された温度情報及び相対位置情報を取得することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の超電導リニアモータの制御装置。
【請求項８】
光源部からの光でレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルを載置して移動可能なレチクルステージ系と、前記レチクルからの光を基板に導く投影光学系と、前記基板を載置して移動可能な基板ステージ系とを有する露光装置であって、
前記レチクルステージ系及び前記基板ステージ系の少なくとも１つは、請求項１〜７のいずれか１項に記載の超電導リニアモータの制御装置を有することを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導リニアモータの制御装置、それを用いた露光装置及びデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
露光装置は、半導体素子や液晶表示素子等の製造工程であるリソグラフィ工程において、原版（レチクル）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（例えば、表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する装置である。この露光装置は、例えば、基板であるウエハをチャックに吸着させて位置決めステージ（基板ステージ）上に載置し、該位置決めステージを走査移動させることによりウエハ上の被露光位置を適宜変更し、投影露光を繰り返す。同様に、レチクルを載置し走査移動させる際にも、位置決めステージが使用される。
【０００３】
この位置決めステージは、高精度の位置決めと高速移動が要求される。そこで、近年、位置決めステージの駆動方法として、コイルと永久磁石との間で力を発生させるリニアモータを用いることが知られている。例えば、特許文献１は、走査方向と共にこれと直交する方向にも微小移動可能な固定子及び可動子を配列してユニット化したリニアモータと、該リニアモータを適用したステージ装置を開示している。
【０００４】
ここで、リニアモータを用いた位置決めステージの高速移動には、駆動時の加速度を上げる必要がある。例えば、リニアモータを大型化せずに位置決めステージの加速度を上げるには、リニアモータのコイルに流す電流を大きくする方法がある。ところが、コイルに電流を流すと、コイルにはジュール熱による銅損が生じる。半導体露光装置では、コイルで発生した熱が位置決めステージに伝達すると、位置決めステージ本体や、該位置決めステージ上に載置したレチクルやウエハが熱変形を起こし、露光精度を悪化させる。これに対して、この熱伝達を防止するために、コイルを冷却水等で冷却する方法があるが、コイルの発熱が大きくなると冷却系への負担が大きくなる。更に、コイルに大きな電流を流すためには、電流ドライバに大きな電圧を必要とし、コストが上昇する。そこで、コイルの銅損を減らす対策として、コイル線材に超電導体を採用することが考えられている。
【特許文献１】特許第３１５５９３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、超電導体を用いた超電導コイルでは、従来の銅線コイルでは全く生じない現象が現れる。即ち、超電導体固有の特性である、超電導体の周りの磁束を弾く「反磁性」と、超電導体内の欠陥部等に磁束が封じ込められる「ピン止め効果」である。これらの特性により、超電導コイルに電流を流していない状態でも、超電導コイルとリニアモータの磁石との間に力が作用する。この力は、超電導コイルと磁石との相対位置の変化に応じて大きさが変化する性質と、超電導コイルの温度に依存した超電導状態によって変化する性質とがある。この力は、これらの性質に起因し、ステージの位置決め動作に対して外乱力となって位置決め精度を悪化させるという懸念がある。
【０００６】
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、超電導性に起因した外乱力を抑え、高精度な制御が可能となる超電導リニアモータの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、超電導線を用いたコイルと、永久磁石を用いた磁石ユニットとを有する超電導リニアモータと、コイルに電流を供給する電流ドライバと、磁石ユニットの駆動指令を受信し、電流ドライバに駆動指令に基づく指令値を送信して磁石ユニットの位置を制御する位置制御系と、を有する超電導リニアモータの制御装置において、更に、コイルの温度情報と、コイルと磁石ユニットとの相対位置情報とを引数にした制御指令テーブルを有する変換指令算出部を備え、変換指令算出部は、制御指令テーブルを参照して、超電導性に起因する外乱力を低減するように制御指令を変換し、制御指令を位置制御系に送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、超電導コイルと可動磁石ユニットとの間で作用し、その相対位置により変動する外乱力を相殺するための制御指令を制御指令テーブルから得ることができるので、超電導リニアモータを高精度に制御することができる。また、この超電導リニアモータの制御装置を露光装置等のステージ系に採用することにより、高精度な位置決めが可能となる。更に、制御指令テーブルは、超電導コイルの温度情報を用いてテーブルを参照することにより、超電導コイルの温度変化による外乱力変動にも対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超電導リニアモータ（以下、単に「リニアモータ」と表記する）の制御装置を示す概略図である。なお、この制御装置は、半導体露光装置のレチクルステージに適用するものとして説明する。また、以下の各図において、レチクルステージの走査方向に対して垂直方向上方にＺ軸を取り、該Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルの走査方向にＹ軸を取り、該Ｙ軸に直交する非走査方向にＸ軸を取って説明する。
【００１１】
まず、リニアモータの制御装置は、露光パターンが描かれたレチクル２０７を保持して移動可能なリニアモータで構成されるレチクルステージ系２０１を備える。このレチクルステージ系２０１は、ステージ２０２と、可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂと、超電導コイル２０４と、真空チャンバ２０５ａ、２０５ｂとを備える。
【００１２】
ステージ２０２は、レチクル２０７を載置するステージであって、不図示のベースに対して、静圧案内等を用いてＹ方向に移動自由に保持される。その他、Ｘ、Ｚ方向、及びＸ、Ｙ、Ｚ軸周りの回転方向については、案内の剛性により姿勢が保持される。また、ステージ２０２の位置は、レーザ干渉計２０９と、ステージ２０２に設置された反射鏡２０６とにより計測される。
【００１３】
可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂは、ステージ２０２の左右に設けられた、永久磁石を搭載する磁石ユニットである。また、可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂのＺ方向上下には、永久磁石と対面するように、超電導線を用いた複数の超電導コイル２０４が並べられる。
【００１４】
超電導コイル２０４は、超電導体を用いた超電導線を巻いて構成されるコイルである。超電導体は、周りの磁束を弾く反磁性の性質と、超電導体内の欠陥部等に磁束が封じ込められるピン止め効果の性質との超電導固有の２つの特性を持つ。この特性により、超電導コイル２０４に電流を流していない状態でも、超電導コイル２０４と永久磁石との間に力が発生する。
【００１５】
図２は、図１に示すリニアモータの片側の構成の一部を示す概略断面図である。リニアモータは、超電導コイル２０４と可動磁石ユニット２０３ａとによりＹ方向に推力を発生するものである。超電導コイル２０４は、冷却用の熱伝導板２０８ａに設置されており、Ｙ方向に対して間隔ＣＰで並べられる。超電導コイル２０４は、不図示の冷凍機により、熱伝導板２０８ａを介して冷却される。また、可動磁石ユニット２０３ａには、Ｚ方向上下に４個ずつの合計８個の永久磁石２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ、及び永久磁石２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、２１２ｄがそれぞれ設けられる。
【００１６】
ここで、永久磁石は、Ｚ方向に着磁されており、それぞれ永久磁石２１１ａ、２１２ａ、２１１ｃ、２１２ｃは、Ｚ軸上方がＮ極となり、永久磁石２１１ｂ、２１２ｂ、２１１ｄ、２１２ｄは、Ｚ軸上方がＳ極となる。即ち、磁極方向は、交互に周期的に変化している。なお、永久磁石の並び間隔をＭＰとすると、コイルの並び間隔ＣＰは、公知の数式ＣＰ＝３／２×ＭＰで表される。また、超電導コイル２０４は、永久磁石に対面している上下二個ずつのコイルを選択して通電される。選択されるコイルは、ステージ２０２の移動と共に切り替えられる。
【００１７】
更に、後述の電流ドライバ１０７には、以下に示すコミュテーション処理を施した電流指令が送られる。ここで、コミュテーション処理について、コイル２０４の対面する一組のコイルをコイル２０４Ａ１、２０４Ａ２とし、その隣のコイルをコイル２０４Ｂ１、２０４Ｂ２として説明する。
【００１８】
可動磁石２０３ａで作られる磁束分布は、コイル２０４付近では、およそ正弦波状となる。また、レーザ干渉計２０９で計測されたステージ位置情報より算出した可動磁石２０３ａとコイル相対位置を変数ｙとする。以上の条件により、コイル２０４Ａ１、２０４Ａ２と、コイル２０４Ｂ１、２０４Ｂ２の対向する各組のコイルに同じ方向の電流を流したときに各組のコイルと磁石の作用で発生する力ｆＡ、ｆＢは、
ｆＡ＝Ｋ×ｃｏｓ（２×π／（２ＭＰ）×ｙ）、及び
ｆＢ＝−Ｋ×ｓｉｎ（２×π／（２ＭＰ）×ｙ）で表される。
但し、Ｋは、推力に関する定数である。
【００１９】
ここで、片側のリニアモータに必要な力をｆｈとしたとき、電流指令ｉ（＝ｆｈ／Ｋ）に対し、以下のコミュテーション演算を行う。コイル２０４Ａ１、２０４Ａ２に対する電流指令ｉＡ、及びコイル２０４Ｂ１、２０４Ｂ２に対する電流指令ｉＢを、
ｉＡ＝ｉ×ｃｏｓ（２×π／（２ＭＰ）×ｙ）、及び
ｉＢ＝−ｉ×ｓｉｎ（２×π／（２ＭＰ）×ｙ）とする。
【００２０】
したがって、リニアモータの力ｆは、
ｆ＝ｉＡ×ｆＡ＋ｉＢ×ｆＢ
＝（ｆｈ／Ｋ）×Ｋ×ｃｏｓ２（２×π／（２ＭＰ）×ｙ）
＋（ｆｈ／Ｋ）×Ｋ×ｓｉｎ２（２×π／（２ＭＰ）×ｙ）
＝ｆｈ
となり、可動磁石ユニット２０３ａは、コイルと磁石の相対位置に関係なく、指令に対して比例した推力が得られる。
【００２１】
真空チャンバ２０５ａ、２０５ｂは、超電導コイル２０４と熱伝導板２０８ａ、２０８ｂとを内部に収め、外部との熱の出入りを少なくするために設けられた真空収納部である。真空チャンバ２０５ａ、２０５ｂは、前記ベースと同じ構造体に設置され、可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂが通過する部分は、窪み状になっている。以下、真空チャンバ２０５ａ、２０５ｂ内の構造を総じて「固定子」と呼ぶ。
【００２２】
更に、リニアモータの制御装置は、不図示のデジタル計算機（コンピュータ）に実装された、位置制御系１０１と、位置情報算出部１０２と、温度情報算出部１０３と、変換指令算出部１０４とを備える。該変換指令算出部１０４は、不図示の温度情報取得部と位置情報取得部とを備える。
【００２３】
位置制御系１０１は、不図示である露光装置の主制御系からステージの駆動指令ｄを受信し、ステージの位置を制御する制御系である。駆動指令ｄには各制御軸のステージ位置、ステージ加速度の情報が指令として含まれている。位置制御系１０１では駆動指令ｄのステージ位置の指令から前記位置情報算出部１０４より送られたステージの位置計測値を差し引いた位置偏差を算出する。位置偏差はステージ位置情報のステージ位置から一計測値を差し引いたものなので、ステージ加速度情報は含まれない。
【００２４】
更に、位置制御系１０１は、前記位置偏差を零にすべく指令を算出するフィードバック制御系を有する。該フィードバック制御系は、ＰＩＤ（Proportional，Integral and Derivative）制御系であるが、他の制御手法を用いても良い。同様に、位置制御系１０１は、駆動指令ｄに含まれるステージ加速度情報に基づいて、ステージ２０２の加減速力に相当するフィードフォワード指令を算出するフィードフォワード制御系を有する。
【００２５】
位置情報算出部１０２は、レーザ干渉計２０６の測定値から、ステージ２０２のＹ軸の制御軸の位置計測値を算出する。該位置計測値は、位置制御系１０１と、後述の変換指令算出部１０４に送られる。
【００２６】
温度情報算出部１０３は、超電導コイル２０４の温度情報を算出する。ここで、超電導コイル２０４の温度情報を求める２つの方法を以下に例示する。
【００２７】
第１の方法は、超電導コイル２０４に少なくとも１つの温度センサを設置し、該温度センサの出力値を温度情報とする方法である。ここで、温度センサを複数設置した場合は、その平均値を算出する等の処理を適宜行う。この場合、ステージ位置と温度センサ位置とから、ステージ位置に近いものを選択したり、ステージ位置に近い温度センサの出力値に重みを付けて算出したりする方法もある。また、温度センサは、超電導コイル２０４に直接設置せず、コイルの周辺部材に設置してもよい。この場合、周辺部材と超電導コイル２０４との熱の入出を考慮し、超電導コイル自体の温度を算出する。この場合、予め、周辺部材と超電導コイル２０４との温度の関係を実験的に求める。
【００２８】
第２の方法は、温度センサを用いずに、超電導コイル２０４に通電した電流の情報に基づいて、超電導コイル２０４の温度を算出する方法である。ここで、超電導線では、変化のない直流成分の電流に対する電気抵抗は、ほぼ無視できる。しかしながら、交流成分の電流が流れると、「交流損失」と呼ばれる発熱が生じる。この交流損失は、電流振幅値及び周波数が大きくなるほど増える性質がある。そこで、超電導コイル２０４に通電した電流の振幅と周波数、更に、超電導コイル２０４や周辺部材の熱容量、熱伝導率、部材間の熱抵抗、及び冷凍機の能力等に基づいて計算式を作成する。なお、これらの関係は、予め実験的に検証しておくことが望ましい。また、前記計算式を作成するのではなく、実験的に得られたテーブルを用いることも可能である。
【００２９】
次に、本発明の特徴である変換指令算出部１０４について説明する。
【００３０】
変換指令算出部１０４は、超電導コイル２０４の温度情報と、超電導コイル２０４と可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂとの相対位置情報とを引数にした制御指令テーブル１０５を用いて、外乱力を相殺（低減）するように変換する指令を算出する。変換指令算出部１０４は、位置制御系１０１に前記指令を送信する。なお、制御指令テーブル１０５は、変換指令算出部１０４内に設けられる。
【００３１】
ここで、ステージ２０２の位置決め精度を悪化させる要因となる「外乱力」について説明する。図２に示すように、超電導コイル２０４と可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂとの相対位置の変化により、超電導コイルと永久磁石との間に発生する力は、周期的に変化する。外乱力は、超電導コイル２０４を冷却し、超電導状態に遷移すると発生する。更に、超電導状態になった後も、温度が低下するほど外乱力が大きくなる。また、室温では超電導性は現れないので、外乱力は零である。なお、以下の説明において、「外乱力」とは、超電導コイル２０４と可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂとの間に作用する超電導性による力を示すものとする。
【００３２】
次に、制御指令テーブル１０５の作成方法について説明する。図３は、制御指令テーブル１０５の作成の流れを示すフローチャートである。なお、制御指令テーブル１０５は、露光装置において、露光処理を行う前に作成しておくことが望ましい。
【００３３】
まず、不図示の冷凍機は、冷却用の熱伝導板２０８ａを介し、超電導コイル２０４を冷却する（ステップＳ３０１）。ここで、超電導コイル２０４の温度は、冷凍機の運転中、かつ、ステージ２０２を駆動していない状態であれば、冷凍機の性能と外部からの入熱量と平衡した温度に到達する。
【００３４】
次に、位置制御系１０１は、ステージ２０２を駆動できる状態にするための初期化を行う（ステップＳ３０２）。
【００３５】
次に、位置制御系１０１は、ステージ２０２をＹ軸のストローク範囲内で極低速で駆動させ、Ｙ軸のステージ位置、及びフィードバック制御系の出力である制御指令のデータをそれぞれ取得する（ステップＳ３０３）。ここで、本実施形態では、ステージ位置は、固定子がベースに固定されているので不変である。したがって、超電導コイル２０４と可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂとの相対位置は、Ｙ軸ステージ位置としてよい。なお、リニアモータの駆動反力を逃がすために、固定子をベース上で移動自由とした場合は、位置情報算出部１０２が、ステージ位置の計測値と固定子の位置計測値とに基づいて、相対位置を算出する。
【００３６】
ここで、外乱力の周波数は、ステージ２０２が極低速で駆動している状態では、極めて低い。したがって、フィードバック制御系の制御指令は、外乱力をほぼ相殺していると考えてよい。また、前述の外乱力以外の外乱、例えば、レーザ干渉計の計測誤差等を考慮して、ステージ２０２の駆動を複数回実行し、相対位置の平均値を求めることが望ましい。
【００３７】
次に、変換指令算出部１０４は、上記取得したデータに基づいて、Ｙ軸のステージ位置を適宜分割した指標に対するフィードバック制御指令のテーブルを作成する（ステップＳ３０４）。ここで、「Ｙ軸のステージ位置を適宜分割した指標」とは、例えば、６００ｍｍストロークのステージ位置に対して、０．１ｍｍ刻みで０〜６００ｍｍまで６００１個の指標とすることである。即ち、変換指令算出部１０４は、この６００１個の指標に対して、同数のテーブル値を作成する。
【００３８】
なお、ステップＳ３０３〜Ｓ３０４において、更に、超電導コイル２０４の温度を同時に測定し、前記制御指令テーブルは、温度データ付のテーブルとする。これにより、ある任意のコイル温度とステージの位置に対して、外乱力の相殺（低減）を行う制御指令テーブル１０５が作成される。
【００３９】
次に、変換指令算出部１０４は、超電導コイル２０４の温度を変更し（ステップＳ３０５）、ステップＳ３０３〜Ｓ３０４と同様の測定とテーブル作成を繰り返す。この場合、超電導コイル２０４の温度を変更するには、冷凍機の運転を止めて、時間を経過させればよい。なお、超電導コイル２０４の温度上昇は、非常にゆっくりであり、一方、ステージ２０２の駆動の測定は、１分程度と短い時間であるので、測定中の超電導コイル２０４の温度は、一定とみなしてよい。
【００４０】
以上、超電導コイル２０４の温度は、予め定めた任意の各値で測定を行い、超電導コイルの温度設定の数と同じ数の制御指令テーブル１０５を作成する。なお、制御指令テーブルの作成は、露光装置の立ち上げ時に一回行えばよい。また、露光装置毎のテーブル値の違いは、ほとんど無いので、ある露光装置で測定したテーブルを他の露光装置で用いることもできる。即ち、同じ仕様のリニアモータを用いたレチクルステージ系であれば、制御指令テーブルの作成は、最初に立ち上げた露光装置で一回のみ行えばよい。
【００４１】
次に、変換指令算出部１０４の作用について説明する。
【００４２】
まず、変換指令算出部１０４内の制御指令テーブル１０５は、超電導コイル２０４の温度情報と、超電導コイル２０４と可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂとの相対位置情報とを参照する。前述の通り、超電導コイル２０４の温度情報は、温度情報算出部１０３にて算出された情報である。また、超電導コイル２０４と可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂとの相対位置情報は、位置情報算出部１０２で得られたステージ２０２の位置計測値である。
【００４３】
次に、制御指令テーブル１０５は、上記の温度情報と相対位置情報とに基づいて、制御指令値を算出する。ここで、制御指令テーブル１０５の引数である温度と相対位置の指標は、理論上の離散的な値であるが、実際上の温度情報と相対位置情報は、連続的な値である。したがって、制御指令値は、該温度情報と相対位置情報とから直接的に制御指令テーブル１０５を参照することはできないが、公知の補間技術を用いて、複数の制御指令テーブル１０５の値から算出することができる。
【００４４】
次に、位置制御系１０１は、制御指令テーブル１０５から制御指令値を受信する。ここで、制御指令値は、外乱力の相殺指令の意味合いを有しており、位置制御系１０１では、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系の指令値に、更に足し込まれる。
【００４５】
次に、電流ドライバ１０７には、位置制御系１０１から、前述のコミュテーション演算を施した電流指令値が、位置制御系１０１内の不図示のＤ／Ａ変換機によりアナログ信号に変換されて送られる。そして、電流ドライバ１０７は、各超電導コイル２０４に所望の電流を供給ことにより、リニアモータを駆動し、ステージ２０２の位置決め動作を実行する。
【００４６】
以上のように、本発明によれば、変換指令算出部１０４は、外乱力をほぼ相殺する指令を算出し、該指令に基づいてステージ２０２を駆動するので、該ステージ２０２の駆動は、外乱力が無い様相となり、高精度な位置決めが可能となる。
【００４７】
また、ステージ２０２が静止している状態と、露光処理を繰り返して連続的に駆動している状態とでは、超電導コイルの温度は異なる。この原因としては、前述の交流損失が挙げられる。本発明のリニアモータの制御装置は、このような交流損失に起因した超電導コイルの温度変化による外乱力変動にも対応可能である。更に、超電導コイルの温度は、冷凍機の性能に起因して変化する場合がある。本発明のリニアモータの制御装置は、このような露光装置毎の冷凍機の違いや、一つの露光装置内の冷凍機の経年変化にも対応可能である。
【００４８】
なお、本実施形態の変換指令算出部１０４は、制御指令テーブル１０５を採用したが、温度と相対位置とによる二変数関数を予め作成し、温度情報と相対位置情報とから直接的に制御指令を得る方法を採用してもよい。つまり、制御指令テーブル１０５を使用する場合は、指令値の算出に補間技術を用い、一方、二変数関数を使用する場合は、関数化に補間的動作が入るので、両者の方法の差異は、無視できる。
【００４９】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るリニアモータの制御装置を示す概略図である。なお、図４において、図１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態のリニアモータの制御装置の特徴は、更に、テーブル作成部１０６を設けた点にある。
【００５０】
テーブル作成部１０６は、温度情報算出部１０３から温度情報を取得し、更に、位置情報算出部１０２から相対位置情報を取得する。そして、テーブル作成部１０６は、この温度情報及び相対位置情報に対する位置制御系１０１からのフィードバック制御系の指令値と、変換指令算出部１０４からの指令値との和を用いて制御指令テーブル１０５を作成する。該制御指令テーブル１０５は、変換指令算出部１０４に送られ、古い制御指令テーブルを適宜更新する。これにより、制御指令テーブル１０５に誤差が生じた場合でも、新たなデータに更新するので、外乱力の相殺の精度を高くすることができる。
【００５１】
以上のように、露光装置の立ち上げ直後における位置決め精度の悪化を容認できれば、制御指令テーブル１０５を予め作成せず、ステージ２０２の駆動は、テーブル作成部１０６で作成する制御指令テーブル１０５を用いて制御してもよい。この場合、露光装置の立ち上げ直後では、制御指令テーブル１０５が完備されていないために位置決め精度は悪くなる。しかしながら、露光装置を駆動し続けることにより、テーブル作成部１０６は、制御指令テーブル１０５を刻々更新するので、ステージ２０２の位置決め精度を高くすることができる。
【００５２】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係るリニアモータの制御装置を示す概略図である。なお、図５において、図１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態のリニアモータの制御装置の特徴は、制御指令テーブル１０５が参照する相対位置情報を位置情報算出部１０２から取得するのではなく、相対位置情報に、駆動指令ｄのステージ位置の指令を用いる点にある。
【００５３】
ステージ２０２は、高精度に位置決め制御されるので、駆動指令ｄのステージ位置の指令と、位置計測値による相対位置情報との差は、非常に小さい。したがって、ステージ位置の指令を用いて制御指令テーブル１０５の値を参照する方式を採用してもよい。
【００５４】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係るリニアモータの制御装置を示す概略図である。なお、図６において、図１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態のリニアモータの制御装置の特徴は、変換指令算出部１０４が、駆動指令ｄのステージ位置の指令からステージ２０２の駆動方向の情報を取得する点にある。
【００５５】
ここで、前述の通り、外乱力は、超電導性による反磁性及びピン止め効果と、永久磁石との作用に起因する。この外乱力は、磁気ヒステリシスの影響を受け、超電導コイル２０４と可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂとの相対運動の方向によりその大きさが変わるＡＣ成分を有する。
【００５６】
図７は、ステージ２０２のＹ軸移動量に対する外乱力を示す概念図である。なお、外乱力のＹ軸プラス方向のＡＣ成分を「Ａｐ」、Ｙ軸マイナス方向のＡＣ成分を「Ａｍ」とする。また、磁気ヒステリシスに起因し発生するオフセット力を「Ｏｆ」（＞０）とする。
【００５７】
オフセット力Ｏｆは、ステージ２０２の移動方向によって大きさは変化せず、符合のみが変化するＤＣ成分を有する。即ち、外乱力は、Ｙ軸プラス方向では、「−Ｏｆ＋Ａｐ」、Ｙ軸マイナス方向では、「＋Ｏｆ＋Ａｍ」となる。ここで、ステージ２０２がＹ軸プラス方向に移動するときの外乱力のＤＣ成分が「−Ｏｆ」ということは、リニアモータの制御力には、外乱力に対抗するための力「＋Ｏｆ」が必要になる。一方、ステージ２０２がＹ軸マイナス方向に移動するときには、ＤＣ成分として「−Ｏｆ」の制御力が必要になる。
【００５８】
即ち、本実施形態は、ＡｐとＡｍとの値が大きく異なる場合や、ステージ２０２の移動方向による外乱力のＤＣ成分のみの変動に対して、その時点の位置偏差が問題となる場合に有効となるものである。一方、ＡｐとＡｍとの値がほぼ等しい場合は、上記第１〜第３実施形態により対応可能である。ステージ２０２の移動方向による外乱力のＤＣ成分のみの変動に対しては、フィードバック制御系で瞬時に影響を抑えられるからである。
【００５９】
本実施形態の制御指令テーブル１０５は、超電導コイル２０４と可動磁石ユニット２０３ａ、２０３ｂとの相対運動の方向、即ち、ステージ２０２がＹ軸プラス方向に移動する場合とＹ軸マイナス方向に移動する場合とで個別に作成する。そして、変換指令算出部１０４は、制御指令テーブル１０５の値を参照するときに、駆動指令ｄのステージ位置の指令からステージ２０２の駆動方向の情報を取得し、どちらの制御指令テーブルを採用するかを適宜判断する。
【００６０】
以上のように、本実施形態の変換指令算出部１０４は、ステージ２０２の移動方向に応じて制御指令テーブルを選択するので、ステージ２０２の移動方向による外乱力の変動の影響を抑制することができる。
【００６１】
（露光装置）
図８は、本発明のリニアモータの制御装置を適用した半導体露光装置の概略図である。なお、図８において、図１と同一構成のものには同一の符号を付し、説明を省略する。本発明の露光装置の特徴は、レチクルステージ系２０１を有する上記実施形態の超電導リニアモータの制御装置を適用した点にある。
【００６２】
半導体露光装置１０は、レチクルステージ系２０１と、ウエハ１１を搭載する基板ステージ系１２と、露光用の照明光を照射する照明光学系１３と、ウエハ１１に対して照明光を投影する投影光学系１４と、該投影光学系１４を支持するフレーム１５とを備える。
【００６３】
まず、レチクルステージ系２０１に載置されたレチクル２０７に照明光学系１３から露光用の照明光が照射される。光源部に使用される照明光源は、例えば、波長１９３ｎｍのエキシマレーザ光である。照射領域は、スリット状であり、レチクル２０７のパターン領域の一部をカバーする。このスリット部に相当するパターンは、フレーム１５に搭載されている投影光学系１４により、例えば１／４に縮小されてウエハ１１上に投影される。投影光学系１４に対してレチクル２０７とウエハ１１とを走査することにより、レチクル２０７のパターン領域をウエハ１１上の感光剤に転写する。この走査露光は、ウエハ１１上の複数の転写領域（ショット）に対して繰り返し行う。
【００６４】
本発明によれば、半導体露光装置にレチクルステージ系２０１を有する上記実施形態の超電導リニアモータの制御装置を適用しているので、レチクルステージの駆動に対しては外乱力の影響が無い様相となり、高精度な位置決めが可能となる。なお、本発明の超電導リニアモータの制御装置を基板ステージ系１２に適用しても、同様の効果が得られる。
【００６５】
（デバイスの製造方法）
次に、上記の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
【００６６】
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスは、レジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を、上記の露光装置を用いて露光する工程をまず経る。続いて、露光された前記基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を行うことによってデバイスが製造される。該周知の工程は、例えば、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、及びパッケージング等の少なくとも１つの工程を含む。
【００６７】
（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定するものでなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成が代替的に置換されても良い。
【００６８】
上記実施形態では、１軸のみに推力を発生する超電導リニアモータの構成で例示したが、本発明は、２軸以上に推力を発生する超電導リニアモータ、例えば、６軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θｘ、θｙ、θｚ）構成の平面リニアモータにも対応可能である。この場合、平面リニアモータは、制御軸も同様に６軸有しているため、コイルを超電導線で作成した場合は、外乱力も６軸に作用する。したがって、６軸の制御軸に対して各々制御指令テーブルを作成すれば、本発明のリニアモータの制御装置を適用することが可能である。
【００６９】
なお、本発明は、その精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実現する事ができる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点に於いて単なる例示に過ぎ
ず、限定的に解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第１の実施形態に係る超電導リニアモータの制御装置を示す概略図である。
【図２】図１に示すリニアモータの片側の構成の一部を示す概略断面図である。
【図３】制御指令テーブルの作成の流れを示すフローチャートである。
【図４】第２の実施形態に係る超電導リニアモータの制御装置を示す概略図である。
【図５】第３の実施形態に係る超電導リニアモータの制御装置を示す概略図である。
【図６】第４の実施形態に係る超電導リニアモータの制御装置を示す概略図である。
【図７】ステージのＹ軸移動量に対する外乱力を示す概念図である。
【図８】本発明の超電導リニアモータの制御装置を適用した半導体露光装置の概略図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０１    位置制御系
１０２    位置情報算出部
１０３    温度情報算出部
１０４    変換指令算出部
１０５    制御指令算出部
１０６    テーブル作成部
１０７    電流ドライバ
２０１    レチクルステージ系
２０３ａ  可動磁石ユニット
２０３ｂ  可動磁石ユニット
２０４    超電導コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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