(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体と、前記構造体に対して移動可能であるステージと、指令値によって前記ステージを前記構造体の所定の位置に移動させる駆動手段と、を有するステージ制御装置において、前記構造体を挟む空間の圧力を測定する第一の圧力測定手段と、前記ステージを挟む空間の圧力を測定する第二の圧力測定手段と、を有し、前記第一の圧力測定手段の測定値と、前記第二の圧力測定手段の測定値とを用いて、前記構造体に対する前記ステージの加速度を減少させる補正値を求め、前記指令値に前記補正値を加算することを特徴とするステージ制御装置。
【請求項２】
前記補正値は、前記第一の圧力測定手段の測定値から求めた気体からの振動により前記構造体に加えられる構造体力外乱と、前記第二の圧力測定手段の測定値から求めた気体からの振動により前記ステージに加えられるステージ力外乱とから求めることを特徴とする請求項１に記載のステージ制御装置。
【請求項３】
前記補正値は、前記構造体力外乱によって生ずる構造体の加速度外乱と、前記ステージ力外乱によって生ずるステージ加速度外乱と、の差に前記ステージの質量を乗算して求めることを特徴とする請求項２に記載のステージ制御装置。
【請求項４】
前記構造体の加速度外乱は、前記構造体力外乱を前記構造体の質量で除算して求め、前記ステージ加速度外乱は、前記ステージ力外乱を前記ステージの質量で除算して求めることを特徴とする請求項３に記載のステージ制御装置。
【請求項５】
前記第一の圧力測定手段は、前記構造体を挟む空間のそれぞれに設置された少なくとも２つのマイクロホンまたは圧力計であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項６】
前記第二の圧力測定手段は、前記ステージを挟む空間のそれぞれに設置された少なくとも２つのマイクロホン、または圧力計であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項７】
前記第一の圧力測定手段は、前記構造体を挟む空間のそれぞれに測定ポイントが設置された差圧計であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項８】
前記第二の圧力測定手段は、前記ステージを挟む空間のそれぞれに測定ポイントが設置された差圧計であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項９】
前記第一の圧力測定手段は、前記構造体を挟む空間のそれぞれに設置された少なくとも２つのマイクロホンまたは圧力計であって、前記構造体力外乱は、前記少なくとも２つのマイクロホンまたは圧力計のうちの一つが測定する圧力と該圧力が作用する前記構造体の面の面積を乗算した値と、前記少なくとも２つのマイクロホンまたは圧力計のうちの他方が測定する圧力と該圧力が作用する面の面積を乗算した値と、の差であることを特徴とする請求項２乃至４いずれか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項１０】
前記第二の圧力測定手段は、前記ステージを挟む空間のそれぞれに設置された少なくとも２つのマイクロホン、または圧力計であって、前記ステージ力外乱は、前記少なくとも２つのマイクロホンまたは圧力計のうちの一つが測定する圧力と該圧力が作用する前記ステージの面の面積を乗算した値と、前記少なくとも２つのマイクロホンまたは圧力計のうちの他方が測定する圧力と該圧力が作用する面の面積を乗算した値と、の差であることを特徴とする請求項２乃至４いずれか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項１１】
前記第一の圧力測定手段は、前記構造体を挟む空間のそれぞれに測定ポイントが設置された差圧計であって、前記構造体力外乱は、前記差圧計の測定値に前記構造体の断面積を乗算して求めることを特徴とする請求項２乃至４いずれか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項１２】
前記第二の圧力測定手段は、前記ステージを挟む空間のそれぞれに測定ポイントが設置された差圧計であって、前記ステージ力外乱は、前記差圧計の測定値に前記ステージの断面積を乗算して求めることを特徴とする請求項２乃至４いずれか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２いずれか一項に記載のステージ制御装置を有することを特徴とする加工装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１２いずれか一項に記載のステージ制御装置を有することを特徴とする測定装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１２いずれか一項に記載のステージ制御装置を有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は精密な移動精度及び静止精度を必要とする各種装置、具体的には半導体露光装置、切削機・研削機・研磨機等の加工装置、波面収差計測機・３次元形状測定機等の計測装置等に用いられるステージ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体露光装置の分野ではＩＣパターン線幅の微細化要求に対応するためにより精密な移動精度及び静止精度が求められている。また、精密なレンズやミラー等の光学部品及び光学部品の金型を製造する切削機・研削機・研磨機等の精密加工機では高精度な加工精度が求められている。同様に光学部品や金型を評価する波面収差計測機・３次元形状測定機等の精密計測機では計測精度の向上が求められている。更に精密な加工装置及び精密な計測装置においては、ワークや工具・プローブの移動軌跡が加工精度及び計測精度に大きな影響を与えるため、精密な移動精度及び静止精度が求められている。
【０００３】
この精密な移動精度及び静止精度を実現するためには従来のステージ制御装置では問題にもしなかった外乱要因が及ぼす影響を考慮する必要性がある。そのような外乱要因の１つとして、装置やワークを一定の雰囲気にならすための設備機械である空調装置から発生する振動・騒音が挙げられる。振動と騒音は、波の伝播媒体が異なるのみで物理現象は同じである。前者は振動源の振動が構造部材などの部材を伝播媒体として伝わってくる振動であり、後者は振動源の振動が空気の粗密波として伝わってくる気体からの振動である。
【０００４】
従来、振動に対しては、これを高精度な加速度センサによって検出し、適切な処理を施してステージに駆動力を付与するアクチュエータにフィードバックすることによって、能動的に振動を抑制する手法が行われている。具体例として、特許文献１には、ステージを駆動した際の振動を抑制するために、構造体に加速度計を搭載し、構造体が受ける加速度と同じ加速度をステージに作用させる。これにより構造体とステージの位置ずれを抑制し精密な移動精度及び静止精度を実現するという手法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、騒音に対して、これを音圧センサによって検出し、適切な処理を施して除振装置のアクチュエータにフィードフォワードとして補償信号を入力し、除振装置の静止精度を向上させるという手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３２７７５８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の方法は、ステージを駆動した時に構造体に発生する振動を抑制するものであり、ステージに直接作用する気体からの振動（例えば音による振動）は考慮されていない。よって、より精密な移動精度及び静止精度は達成することができないという課題がある。
【０００８】
一方、特許文献２に記載の方法は除振装置に対してのみ制御を行っているため、ステージ、構造体に直接作用する気体からの振動（例えば音による振動）には対応できておらず、より精密な移動精度及び静止精度は達成することができないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述の課題を解決するために、本発明のステージ制御装置は、構造体と、前記構造体に対して移動可能であるステージと、指令値によって前記ステージを前記構造体の所定の位置に移動させる駆動手段と、を有するステージ制御装置において、前記構造体を挟む空間の圧力を測定する第一の圧力測定手段と、前記ステージを挟む空間の圧力を測定する第二の圧力測定手段と、を有し、前記第一の圧力測定手段の測定値と、前記第二の圧力測定手段の測定値とを用いて、前記構造体に対する前記ステージの加速度を減少させる補正値を求め、前記指令値に前記補正値を加算することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の加工装置は、上記ステージ制御装置を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の測定装置は、上記ステージ制御装置を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の露光装置は、上記ステージ制御装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、ステージに直接作用する音等による気体からの振動による力（外乱）を打ち消すことができ、騒音等に起因する移動精度及び静止精度の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一の実施例によるステージ制御装置を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施例における演算式の関係をまとめた図である。
【図３】断面積が等しい場合の別演算例の図である。
【図４】圧力測定手段として差圧検出手段を用いた場合の図である。
【図５】本発明の第二の実施例によるステージ制御装置を示す図である。
【図６】本発明の第二の実施例における構造体力外乱推定部の演算例の図である。
【図７】圧力測定手段の一部を省略したときの図である。
【図８】圧力測定手段の一部を省略したときの図である。
【図９】構造体にのみ振動が伝わる場合の演算例を示した図である。
【図１０】本発明の第三の実施例による演算例を示す図である。
【図１１】本発明の第四の実施例による演算例を示す図である。
【図１２】本発明の第四の実施例によるパラメータ決定のフローチャートである。
【図１３】本発明の第五の実施例による演算例を示す図である。
【図１４】本発明の第六の実施例による演算例を示す図である。
【図１５】本発明の第六の実施例によるパラメータ決定のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の第一の実施例によるステージ制御装置を有する加工装置を示す図である。加工装置は、構造体と、前記構造体に対して移動可能であるステージと、前記構造体に対して前記ステージを移動させるための駆動手段とを有する。同図において１は装置搭載用の除振装置天板である。２は除振装置天板１を支持し、外部振動を遮断するための除振装置マウントである。３は除振装置天板１上に設けられた構造体である。４ｚは構造体３にたいして紙面上下方向に移動可能に非接触に支持されたＺステージである。５ｚはＺステージ４ｚを紙面上下方向に駆動し、所定の位置に移動させるための駆動手段であるＺリニアモータである。２５はＺステージ４ｚの自重を支えるためのバランスシリンダである。２９はワークである。４ｙは構造体３上を紙面左右方向に移動可能に非接触に支持されたＹステージである。５ｙはＹステージ４ｙを紙面左右方向に駆動するための駆動手段であるＹリニアモータである。２８は工具である。３０は工具２８を回転させる主軸であり、工具２８を回転させながら、工具２８とワーク２９を相対的に動かしてワーク２９を加工する。Ｚステージ４ｚには、ワーク２９を回転させる機構を有していてもよい。また、Ｙステージ４ｙにワークを取り付け、Ｚステージ４ｚに工具を取り付ける形態であってもよい。
【００１６】
また、本実施形態では加工装置について説明するが、これに限らず、工具にかえて、プローブ等の測定手段を取り付けることによって測定装置としても好適に用いることができる。
【００１７】
またここでは、駆動手段としてリニアモータを用いたがこれに限らず、ボイスコイルモータ等であってもよい。ボイスコイルモータであるとより応答性に優れ、駆動信号に対して、時間的な誤差を少なくすることができる。
【００１８】
さらに、Ｚステージ４ｚと構造体３の紙面上下方向の相対距離を測定するためにＺ反射鏡２３ｚ、Ｚ干渉計２４ｚを設けている。同様にＹステージ４ｙと構造体３の紙面左右方向の相対距離を測定するためにＹ反射鏡２３ｙ、Ｙ干渉計２４ｙを設けている。また、本装置は精密な加工精度を実現するため長時間に渡り温度安定性を保つ必要がある。従って、空調装置（図示せず）から一定温度の空気を供給している。２２は空調装置吹き出し部。２１は装置エリア。２７はフィルタ。２０は加工エリアである。加工エリア２０にはフィルタ２７を介して装置エリア２１から温調された空気が供給され、加工エリア２０内のオイルミストが装置エリア２１に流入しないような構造となっている。
【００１９】
さらに加工形状精度を向上するためには温調精度を向上させる必要があり、そのためには大流量の温調された空気を加工エリア２０と装置エリア２１に供給する必要がある。しかし、流量を多くすると空調装置により発生する気体からの振動も多くなる。気体からの振動が多くなるとその振動により、Ｚステージ４ｚやＹステージ４ｙ、構造体３が加振され加工精度が劣化してしまうという問題がある。そこで、本発明は気体からの振動による移動精度及び静止精度の劣化を防ぐために圧力測定手段６ａ〜６ｄと、力外乱推定部７、補償力演算部８を設け気体からの振動に対する補償を行う。
【００２０】
ここでは紙面上下方向についてのみ説明を行う。同図では紙面上下方向が重力方向となっているが、重力方向に限定されるものではなく、重力の影響を受けない紙面左右方向に対しても本発明は成り立つ。また、同図ではバランスシリンダ２５を用いて自重を支えているが、同様にバランスシリンダ２５が存在しないステージにおいても本発明は成り立つ。
【００２１】
まず、移動精度及び静止精度を向上させるための原理について説明する。移動精度及び静止精度を向上させるためにはワーク２９と工具２８の相対位置が指令通りの位置であれば良い。例えば構造体３が振動していても相対位置が指令通りであれば原理的には移動精度及び静止精度は向上する。ここで、工具２８を保持しているＹステージ４ｙと構造体３を紙面上下方向の剛性が十分に高いので一つの物体と見なす。すると、移動精度及び静止精度を向上させることはワーク２９を保持するＺステージ４ｚと構造体３の相対位置を指令通りとする問題と見なすことができる。まずステージを一定位置に静止させた際に相対位置を指令通りにする方法を考える。その場合、相対加速度が零になれば良い。本発明は気体からの振動が構造体３及びＺステージ４ｚに与える力外乱を力外乱推定部７によって推定し、推定した力外乱から相対加速度を小さくする（減少させる）ための補償力を補償力演算部８で演算しＺリニアモータ５ｚに加える。これにより、Ｚステージ４ｚと構造体３との相対加速度を小さくし（減少させ）、静止精度の向上を実現している。次に、ステージを移動させた際に相対位置を指令通りにする方法を考える。その場合、ステージの移動指令から運動方程式を解いて求められる相対加速度の値となるように相対加速度を制御する必要がある。しかしながら、気体からの振動による力外乱を力外乱推定部７で推定し、推定した力外乱から補償力演算部８により補償力を求め、補償力をＺリニアモータ５ｚに加えるという操作は気体からの振動によって発生する外乱のみを打ち消す操作である。そのため、ステージを一定位置に静止させた場合と同様のアルゴリズムで移動精度の向上についても実現できる。
【００２２】
本発明の詳細な動作について述べる。
【００２３】
まず、装置には構造体３とＺステージ４ｚの紙面上下方向の気体からの振動による力外乱を測定するために、圧力測定手段６ａ〜６ｄを配置する。設置場所は構造体３の上方部（６ａ）、構造体３の下方部（６ｂ）、加工エリア２０内のＺステージの上方部（６ｃ）、装置エリア２１内のＺステージ４ｚの下方部（６ｄ）である。つまり、構造体を挟む空間の圧力を測定することができる位置に設置する。また、Ｚステージを挟む空間の圧力を測定することができる位置に設置する。ここでは紙面上下方向の振動を測定する例を示したが、紙面左右方向の振動を測定する場合は、構造体およびステージを挟むように紙面左右方向に圧力測定手段を配置すればよい。圧力測定手段６ａ〜６ｄは、例えば圧力計やマイクロホンを用いることができる。また、ここでは、４か所に配置しているが、配置場所が近くほぼ同一の測定値となる配置点がある場合は重複分を除き４か所未満の配置でもよい。
【００２４】
なお、マイクロホンを用いる場合は圧力の直流（ＤＣ）成分が測定できないが本発明を実施するには実用上十分な場合も多い。
【００２５】
図２は圧力測定手段６ａ〜６ｄから測定した値を入力として、相対力外乱３３を出力するまでの過程を示したものである。ここで、相対力外乱３３とは構造体３を基準とした座標系においてＺステージ４ｚが気体振動により加えられる相対的な力外乱のことを指す。
【００２６】
気体からの振動により構造体３に加えられる力を構造体力外乱９と定義する。構造体力外乱推定部１２は構造体力外乱９を推定する。構造体力外乱９は構造体上方部と構造体下方部から加わる力から求められる。構造体上方部から加わる力は圧力測定手段６ａからの測定値に構造体上方部断面積Ａａを乗算したものである。同様に構造体下方部から加わる力は圧力測定手段６ｂからの測定値に構造体下方部断面積Ａｂを乗算したものになる。従って、構造体力外乱９は構造体上方部から加わる力から構造体下方部から加わる力を減算することで求められる。言い換えれば、構造体力外乱９は、圧力測定手段である、少なくとも２つのマイクロホンまたは圧力計のうちの一つが測定する圧力と該圧力が作用する前記構造体の面の面積を乗算した値を求める。そして、その値と、少なくとも２つのマイクロホンまたは圧力計のうちの他方が測定する圧力と該圧力が作用する面の面積を乗算した値と、の差である。
【００２７】
この演算は（１）式で表すことができる。
【００２８】
【数１】
0005859156.tif 000002
【００２９】
なお、圧力測定手段は、構造体を挟んで、構造体上方部の圧力と、構造体下方部の圧力が測定できればどこに設置してもよい。図１においては、構造体上方部（６ａ）、構造体下方部（６ｂ）に設置した例を示す。本明細書においては、構造体上方部の圧力と、構造体下方部の圧力を測定する圧力測定手段６ａ、６ｂを合わせて、第一の圧力測定手段と称する。あるいは、紙面左右方向の振動を測定する場合は、構造体を挟んで、構造体左側の圧力と、構造体右側の圧力を測定する圧力測定手段を合わせて、第一の圧力測定手段と称する。つまり、構造体を挟む空間の圧力を測定する圧力測定手段を第一の圧力測定手段と称する。
【００３０】
同様に気体からの振動によりＺステージ４ｚに加えられる力をステージ力外乱１０と定義する。ステージ力外乱推定部１３はステージ力外乱１０を推定する。ステージ力外乱１０はステージ上方部とステージ下方部から加わる力から求められる。ステージ上方部から加わる力は圧力測定手段６ｃからの測定値にステージ上方部断面積Ａｃを乗算したものになる。同様にステージ下方部から加わる力は圧力測定手段６ｄからの測定値にステージ下方部断面積Ａｄを乗算したものになる。従って、ステージ力外乱１０はステージ上方部から加わる力からステージ下方部から加わる力を減算することで求められる。言い換えれば、ステージ力外乱１０は、圧力測定手段である、少なくとも２つのマイクロホンまたは圧力計のうちの一つが測定する圧力と該圧力が作用する前記ステージの面の面積を乗算した値を求める。そしてその値と、少なくとも２つのマイクロホンまたは圧力計のうちの他方が測定する圧力と該圧力が作用する面の面積を乗算した値と、の差である。
【００３１】
この演算は（２）式で表すことができる。
【００３２】
【数２】
0005859156.tif 000003
【００３３】
なお、圧力測定手段は、ステージを挟んで、ステージ上方部の圧力と、ステージ下方部の圧力が測定できればどこに設置してもよい。図１においては、加工エリア２０内のＺステージ４ｚの上方部（６ｃ）、装置エリア２１内のＺステージ４ｚの下方部（６ｄ）に設置した例を示す。本明細書においては、ステージを挟んで、ステージ上方部の圧力と、ステージ下方部の圧力を測定する圧力測定手段６ｃ、６ｄを合わせて、第二の圧力測定手段と称する。あるいは、紙面左右方向の振動を測定する場合は、ステージを挟んで、ステージ左側の圧力と、ステージ右側の圧力を測定する圧力測定手段を合わせて、第二の圧力測定手段と称する。つまり、ステージを挟む空間の圧力を測定する圧力測定手段を第二の圧力測定手段と称する。
【００３４】
構造体力外乱９によって発生する構造体３に加わる加速度外乱を構造体加速度外乱（または構造体の加速度外乱）３１と定義する。同様にステージ力外乱１０によって発生するＺステージ４ｚに加わる加速度外乱をステージ加速度外乱３２と定義する。構造体の加速度外乱３１は構造体力外乱９に対し構造体質量を除算することで求められる。同様にステージ加速度外乱３２はステージ力外乱１０に対しステージ質量を除算することで求められる。この演算は（３）式で表すことができる。
【００３５】
【数３】
0005859156.tif 000004
【００３６】
次に、構造体３を基準とした座標系においてＺステージ４ｚが気体振動により加えられる相対的な力外乱を相対力外乱３３と定義する。相対力外乱３３はステージ加速度外乱３２から構造体の加速度外乱３１を減算した値にＺステージ質量を乗算することで得ることができる。この演算は（４）式のように表すことができる。（３）式、（４）式の演算は、例えば、演算部１４で行われる。
【００３７】
【数４】
0005859156.tif 000005
【００３８】
以降の説明は図１に戻って説明する。演算部１４の出力である相対力外乱３３を符号反転部１６に入力する。符号反転部１６では入力信号の符号が逆転され、気体振動を打ち消す力となる。ただし、ここで述べる気体からの振動を打ち消す力とは、構造体３とＺステージ４ｚの相対加速度を所望の値に制御することを妨げる外乱を打ち消す力である。つまり、気体からの振動による力外乱によって構造体３とＺステージ４ｚが振動するが、構造体３とＺステージ４ｚが同じ加速度かつ同相で振動することに対しては補償せず、相対的な位置関係を乱す成分のみ打ち消すのである。この符号反転部１６の出力が補償力（補正値）１１となる。以上が圧力測定手段６ａ〜６ｄから補償力（補正値）１１を演算する力外乱推定部７と補償力演算部８の動作である。
【００３９】
最後に補償力（補正値）１１を位置制御部１９の出力にフィードフォワードとして加算し、加算後の信号である推力指令（指令値）３８を求める。推力指令（指令値）３８により駆動手段であるＺリニアモータ５ｚが駆動される。方向によって補正値を減算する場合もあるが、本明細書ではこれも加算と称する。これにより、気体からの振動により発生した構造体３とステージの相対加速度外乱（相対力外乱）と同様の加速度（力）を、Ｚリニアモータ５ｚの駆動によりＺステージ４ｚに加え、気体からの振動による外乱を打ち消すことができる。ここで、構造体３とＺステージ４ｚの相対加速度は、構造体３とＺステージ４ｚとの加速度の差である。従って、移動精度及び静止精度の向上が実現でき装置の加工精度が向上する。
【００４０】
なお、位置制御部１９は位置指令２６と現在位置３７の差である位置偏差を用いてフィードバック制御演算を行いＺリニアモータ５ｚに加える推力指令３８の元になる値を演算し出力している。現在位置３７は構造体３とＺステージ４ｚの距離をレーザ測長器（図示せず）とＺ干渉計２４ｚとＺ反射鏡２３ｚを用いて測定している。
【００４１】
なお、本実施例では構造体３の上面と下面の面積を別々に演算している。しかし、圧力が作用する面の面積が同じ場合、すなわち、構造体上方部断面積Ａａと構造体下方部断面積Ａｂの断面積が等しい場合は図３（ａ）に示すように演算することができる。つまり、構構造体力外乱９は圧力測定手段６ａの測定値から圧力測定手段６ｂの値を減算した結果に構造体上方部断面積Ａａを乗算することによって求められる。この演算は（５）式で表すことができる。
【００４２】
【数５】
0005859156.tif 000006
【００４３】
同様に、本実施例ではＺステージ４ｚの上面と下面の面積を別々に演算している。しかし、圧力が作用する面の面積が同じ場合、すなわち、ステージ上方部断面積Ａｃとステージ下方部断面積Ａｄの断面積が等しい場合は図３（ｂ）に示すように演算することができる。つまり、ステージ力外乱１０は圧力測定手段６ｃの測定値から圧力測定手段６ｄの値を減算した結果にステージ上方部断面積Ａｃを乗算することによって求められる。この演算は（６）式で表すことができる。
【００４４】
【数６】
0005859156.tif 000007
【００４５】
また、構造体上方部断面積Ａａと構造体下方部断面積Ａｂの断面積が等しい場合、図４（ａ）に示すように圧力測定手段６ａと圧力測定手段６ｂの組みを差圧計（差圧測定手段）６ｉに置き換えることができる。このときの演算は（７）式で表すことができる。なお、差圧計の入力となる２つの測定ポイントは圧力測定手段６ａと圧力測定手段６ｂを設置した場所をそのまま使用することができる。
【００４６】
【数７】
0005859156.tif 000008
【００４７】
同様にステージ上方部断面積Ａｃとステージ下方部断面積Ａｄの断面積が等しい場合、図４（ｂ）に示すように圧力測定手段６ｃと圧力測定手段６ｄの組みを差圧計（差圧測定手段）６ｊに置き換えることができる。このときの演算は（８）式で表すことができる。なお、差圧計の入力となる２つの測定ポイントは圧力測定手段６ｃと圧力測定手段６ｄを設置した場所であってもよい。
【００４８】
【数８】
0005859156.tif 000009
【００４９】
また、本実施例では圧力測定手段６を６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの４つ設置しているが、必ずしも圧力測定手段６を４つ設置する必要はない。例えば構造体３の下方部（６ｂ）とＺステージの下方部（６ｄ）の圧力測定手段６は同じ装置エリア２１に配置されており、測定位置も近接している。ゆえに、測定値はほぼ同等の値を示す。よって圧力測定手段、６ｄによって測定される値の代わりに圧力測定手段６ｂの測定値を使用することができる。この場合、圧力測定手段６は３つ設置すれば良い。このように、圧力測定手段６の配置位置によってはいくつかの測定値がほぼ同等の値を示す。その場合、同等の値を示す複数の圧力測定手段６の代わりにその値を代表する圧力測定手段６を設置することで圧力測定手段６の数を減らすことができる。
【００５０】
また、本実施例では構造体質量とステージ質量を用いて簡略的に演算しているが、実際は構造体３とＺステージ４ｚのみが気体振動によって振動するのではない。気体振動によって一緒に剛体として振動する物体の質量を用いるべきである。従って、構造体質量は正確には紙面上下方向に力を受けた時に構造体３と一緒に動く部分全ての質量である。すなわち、除振装置天板１、構造体３、Ｙステージ４ｙ、主軸３０及び工具２８の質量の合計である。ステージ質量もＺステージ４ｚ及びワーク２９の質量の合計となる。
【００５１】
なお、ステージの移動精度の向上にはステージの移動に必要な力をフィードフォワードによって加えることも有効であり、本発明と併用することは容易である。その場合、位置指令２６に対してステージの逆伝達特性を乗算しその出力を位置制御部１９の出力に加算すればよい。
【００５２】
図５は、本発明の第二の実施例によるステージ制御装置を有する加工装置を示す図である。図１と同一符号は同一部分を示す。加工装置は、構造体と、前記構造体に対して移動可能であるステージと、前記構造体に対して前記ステージを移動させるための駆動手段とを有する。図１との違いは構造体３とＺステージ４ｚを別々の除振装置上に搭載していることである。すなわち、構造体３は第一の除振装置天板１ａの上に搭載され、第一の除振装置天板１ａは除振装置マウント２に連結されている。一方、Ｚステージ４ｚはＸステージ４ｘに搭載され、Ｘステージ４ｘはＹステージ４ｙに搭載され、Ｙステージ４ｙは第二の除振装置天板１ｂに搭載され、第二の除振装置天板１ｂは除振装置マウント２に連結された構成となっている。また、ステージの位置を測定するために、反射鏡２３がＸステージ４ｘ上に搭載されており、Ｘステージ４ｘと構造体３の相対距離をＸ、Ｙ、Ｚ軸の３軸分測定している。また、Ｘステージ４ｘとＺステージ４ｚの距離を測定するためにリニアスケール３９が設置してある。なお、構造体３とＺステージ４ｚの相対距離はＺ干渉計２４ｚと反射鏡２３により測定される距離とリニアスケール３９から測定される距離の差により求めており、構造体３とＺステージ４ｚの相対距離が現在位置３７となっている。なお、本装置にも空調装置（図示せず）があり、空調装置吹き出し部２２から温調した空気を第一の装置エリア２１ａに供給している。また、第一の装置エリア２１ａと加工エリア２０はフィルタ２７を介して接続しており、第一の装置エリア２１ａから加工エリア２０に温調した空気を供給している。また、第一の装置エリア２１ａと第二の装置エリア２１ｂも接続されており第一の装置エリア２１ａから第二の装置エリア２１ｂにも温調した空気を供給している。
【００５３】
本実施例では、構造体３とＺステージ４ｚの紙面上下方向の気体からの振動による力外乱を測定するために、圧力測定手段６ａ〜６ｅを配置する。設置場所は装置エリア２１ａ内の構造体３の上方部（６ａ）、装置エリア２１ｂ内の構造体３の下方部（６ｂ）、加工エリア２０内の構造体３の下方部（６ｅ）である。そして、加工エリア２０内のＺステージの上方部（６ｃ）、装置エリア２１ｂ内のＺステージ４ｚの下方部（６ｄ）である。圧力測定手段の測定値から相対力外乱３３を求める演算の大部分は第一の実施例と同じ方法で演算できる。すなわち図２に示す通りである。しかし、構造体３に接する空間は第一の装置エリア２１ａ、第二の装置エリア２１ｂ、加工エリア２０の三空間存在する。従って、気体からの振動により構造体３に加えられる力である構造体力外乱９はそれぞれの空間から受ける力を計算しなければならない。従って、構造体力外乱９を推定する構造体力外乱推定部１２は図６に示す通りとなる。すなわち、演算は次のようになる。構造体上方部の空間は一空間のみなので、構造体上方部から加わる力は圧力測定手段６ａからの測定値に構造体上方部断面積Ａａを乗算したものである。一方、構造体下方部の空間は二空間あるためそれぞれ演算する必要がある。すなわち、構造体下方部から加わる力は圧力測定手段６ｂからの測定値に第一の構造体下方部断面積Ａｂを乗算したものと、圧力測定手段６ｅからの測定値に第二の構造体下方部断面積Ａｅを乗算したものの和となる。構造体力外乱９は構造体上方部から加わる力から構造体下方部から加わる力を減算することで求められる。この演算は（９）式で表すことができる。なお、第一の構造体下方部断面積Ａｂとは構造体３が紙面上下方向に装置エリア２１ｂと接している面積を指す。同様に第二の構造体下方部断面積Ａｅとは構造体３が紙面上下方向に加工エリア２０と接している面積のことを指す。
【００５４】
【数９】
0005859156.tif 000010
【００５５】
なお、相対力外乱３３から補償力（補正値）１１を求める演算は第一の実施例と同じ方法で演算できる。
【００５６】
なお、本実施例の場合、加工エリア２０内の構造体３の下方部（６ｅ）、加工エリア２０内のＺステージの上方部（６ｃ）の圧力測定手段６が同一空間内に配置されており、測定値がほぼ同じ値となる。従って圧力測定手段６を１つ省略することもできる。図７には圧力測定手段６の一部を省略したときの図を示してある。この図においては圧力測定手段６ｅの値を６ｃの代わりに使用している。
【００５７】
また、配置や状況によっては圧力測定手段が省略できる場合がある。例えば、Ｚステージ４ｚの下方部は、空間が隔離されており空調装置吹き出し部２２からの気体振動が伝わりづらい。その場合、Ｚステージ４ｚの下方部（６ｄ）の圧力測定手段の測定値はほぼ一定である。そこで。図８に示すように、Ｚステージの上方部（６ｃ）の測定値に対しローパスフィルタ（ＬＰＦ）を通すことにより、擬似的にＺステージ４ｚの下方部（６ｄ）の測定値を作りだす事もできる。この場合、Ｚステージ４ｚの下方部（６ｄ）の圧力測定手段６は不要となり省略できる。
【００５８】
同様に考えると、空調装置吹き出し部２２からの気体振動が主に影響を与えるのは構造体３のみと考えることもできる。その場合、装置エリア２１ａ内の構造体３の上方部（６ａ）の測定値は大きく変化する。しかし、装置エリア２１ｂ内の構造体３の下方部（６ｂ）、加工エリア２０内の構造体３の下方部（６ｅ）、加工エリア２０内のＺステージの上方部（６ｃ）、装置エリア２１ｂ内のＺステージ４ｚの下方部（６ｄ）の測定値はほぼ一定であると考えることができる。外乱が一定である場合は位置制御系のフィードバック制御で十分補償が可能であるため、補償演算を大幅に単純化できる。図９は単純化した補償演算を示したものである。ステージ側は気体振動の影響を受けないので、考える必要がなくステージ力外乱推定部１３は省略できる。従って、次の手順で相対力外乱３３を求めることができる。まず、圧力測定手段６ａの測定値Ｐａをローパスフィルタ（ＬＰＦ）に通して擬似的に圧力測定手段６ｂの測定値Ｐｂを生成する。測定値Ｐｂは圧力測定手段６ｅの擬似的な測定値Ｐｅとしても使用できる。次に、構造体上方部から加わる力をもとめる力を求めるために測定値Ｐａに構造体上方部断面積Ａａを乗算する。同様に、構造体下方部から加わる力を求めるために、測定値Ｐｂに第一の構造体下方部断面積Ａｂを乗算したものと、測定値Ｐｅに第二の構造体下方部断面積Ａｅを乗算したものを加算する。次に、構造体上方部から加わる力から構造体下方部から加わる力を減算することで構造体力外乱９を求める。求めた構造体力外乱９を構造体質量Ｍｂａｓｅで除算することで構造体の加速度外乱３１求める。構造体の加速度外乱３１に（−１）を乗算し、ステージ質量Ｍｓｔａｇｅを乗算することで相対力外乱３３を求めることができる。
【００５９】
なお、擬似的な圧力測定手段の測定値を求めるためにローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いた例を示したが、気体振動を受けない圧力測定手段は測定値を０として省略することもできる。その場合、直流（ＤＣ）成分に大きな誤差が生じることになるが、直流（ＤＣ）成分は位置制御系のフィードバック制御で補償可能であるため、補償力（補正値）１１に直流（ＤＣ）成分の誤差が生じても無視できるためである。測定値を０として省略する場合、演算量が少なくなり高速で演算できるという利点がある。
【００６０】
図１０は、本発明の第三の実施例による演算例を示す図である。なお、図１、図５と同一符号は同一部分を示す。本実施例では、フィルタ部１５、遅延演算部１７、ゲイン演算部１８を備えている。本実施例では演算部１４の出力である相対力外乱３３をフィルタ部１５に入力する。フィルタ部１５では圧力測定手段６によって測定された測定値に重畳されたセンサノイズを取り除く。次にフィルタ部１５の出力を符号反転部１６に入力する。符号反転部１６では入力信号の符号が逆転され、気体振動を打ち消す力となる。次に符号反転部１６の出力を遅延演算部１７に入力する。遅延演算部１７では信号を予め設定した時間だけ遅らせる。これは、圧力測定手段６ａ〜６ｄで圧力を測定した時間に対し、Ｚステージ４ｚ及び構造体３が振動を開始する時間が遅れている場合があるため、その補償のタイミングを合わせるためである。次に遅延演算部１７の出力をゲイン演算部１８に入力する。ゲイン演算部１８では予め設定していた倍率で入力信号を乗算し補償力（補正値）１１を出力する。このゲイン演算部１８の目的は、補償力の大きさの微調整を可能とし、ステージの移動精度や静止精度を最適な状態に調整するためである。
【００６１】
なお、本実施例ではフィルタ部１５にて、２次のローパスフィルタをＩＩＲフィルタにて実装しているが、ＩＩＲフィルタではなくＦＩＲフィルタや移動平均を用いてもよい。同様に、フィルタの種類も２次のローパスフィルタの限らず、任意の次数のハイパスフィルタやバンドパスフィルタを用いてもよい。また、圧力測定手段６ａ〜６ｄが共振特性を持つ場合はその特性を打ち消すためにノッチフィルタを用いても良い。また、フィルタ部１５、遅延演算部１７、ゲイン演算部１８は必ずしも必要なわけではなく一部を省略することも可能である。また、各演算の順番も入れ替え可能である。
【００６２】
本実施例によれば、フィルタ部１５にてセンサノイズを取り除き、遅延演算部１７にて信号の位相を調整し、ゲイン演算部１８にて信号の大きさを調整することができる。これにより、第一の実施例及び第二の実施例に比べステージに直接作用する音等による気体からの振動による力（外乱）により発生する移動精度及び静止精度の劣化を抑制できる。
【００６３】
図１１は、本発明の第四の実施例による演算例を示す図である。なお、図１、図５、図１０と同一符号は同一部分を示す。本実施例では偏差評価部３４を備えている。偏差評価部３４は予め準備した遅延演算部１７及びゲイン演算部１８のパラメータの組みから移動精度及び静止精度の劣化が最も抑制されるパラメータの組みを求める設定をする機能を有する。パラメータの組みは、例えば、遅延演算部１７に設定する遅れ時間パラメータの候補が３種類、ゲイン演算部１８に設定するゲインパラメータの候補が三種類の場合、表１のように作成する。
【００６４】
【表１】
0005859156.tif 000011
【００６５】
この遅れ時間とゲインのパラメータの組みを順番に遅延演算部１７及びゲイン演算部１８に設定して移動精度及び静止精度の劣化が最も抑制されるパラメータの組みを求める。なお、表１のような遅れ時間パラメータとゲインパラメータの組みを保持したテーブルを遅れ時間＆ゲインパラメータテーブルと呼ぶこととする。
【００６６】
図１２はパラメータの組みを求める手順を示したフローチャートである。まず、３４ａにて遅れ時間＆ゲインパラメータテーブルから１セット読みだす。次に３４ｂにて遅延演算部１７及びゲイン演算部１８に読みだしたパラメータを設定する。次に３４ｃにて偏差データをクリアする。次に、３４ｄにて偏差データが蓄積されるのを待つ。ここで、偏差データとは位置指令２６と現在位置３７の差である。偏差データが十分蓄積されたら、３４ｅにて蓄積した偏差データから標準偏差を求め記憶する。３４ｆでは全てのパラメータの組みを評価したかによって条件分岐する。パラメータの組みを全て評価していない場合は、次のパラメータの組みを評価するために３４ａの遅れ時間＆ゲインパラメータテーブルから１セット読みだす処理に戻る。パラメータの組みを全て評価している場合は、３４ｇにてパラメータの組みのなかで一番標準偏差が小さかった組みを特定する。３４ｈでは遅延演算部１７及びゲイン演算部１８に特定したパラメータを設定する。これより、遅れ時間＆ゲインパラメータテーブルから移動精度及び静止精度の劣化が最も抑制されるパラメータの組みを求め、そのパラメータを設定したことになる。
【００６７】
なお、図１２に示す一連の処理はワークを加工する前に実施することが好ましい。また、偏差データは位置指令２６と現在位置３７の差をそのまま利用するほかに、差をフィルタに通したものを偏差データとしてもよい。フィルタはセンサノイズの除去やＺステージ４ｚを駆動できない周波数帯の信号を除去することを目的に例えばローパスフィルタを用いてもよい。
【００６８】
本実施例によれば、空調装置の経年変化によりステージに直接作用する音等による気体からの振動による力外乱が変化しても、騒音等に起因する移動精度及び静止精度の劣化を抑制できる。
【００６９】
図１３は本発明の第五の実施例による演算例を示す図である。なお、図１、図５、図１０と同一符号は同一部分を示す。本実施例では周波数分割部３５を備えており、補償力（補正値）１１を周波数成分ごとに演算し足し合わせて出力するように構成している。詳細な動作としては符号反転部１６の出力を周波数分割部３５に入力する。周波数分割部３５では信号を異なる周波数成分に分割する。分割するにはローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタ、ノッチフィルタ等を用いる。これによりそれぞれの周波数成分を持つ信号をそれぞれ取り出すことができる。分割した信号を遅延演算部１７に入力する。本実施例の場合、分割した信号それぞれに処理を施すために分割数分の遅延演算部１７を用意している。これにより、遅延演算部１７では分割した信号それぞれに対し予め設定した時間だけ信号を遅らせる。次に、遅延演算部１７の出力をゲイン演算部１８に入力する。ゲイン演算部１８も分割した信号それぞれに処理を施すために分割数分のゲイン演算部１８を用意している。これにより、遅延演算部１７からの複数の入力信号にそれぞれに対し予め指定した倍率で乗算する処理を行う。最後に、ゲイン演算部１８のそれぞれの出力を再び加算により結合し補償力（補正値）１１とする。なお、遅延演算部１７に設定する遅れ時間及びゲイン演算部１８に設定するゲインは分割数分だけ独立して設定できる。
【００７０】
なお、周波数の分割と結合はフィルタによる分割と加算による結合のほかに、フーリエ変換と逆フーリエ変換を用いてもよい。
【００７１】
また、本実施例では周波数分割部３５の後の処理が遅延演算部１７とゲイン演算部１８のみであるが、さらにフィルタ部を設けて信号をゲインや位相を調整してもよい。追加するフィルタ部と遅延演算部１７とゲイン演算部１８の処理順は所望の順番に入れ替えることができる。
【００７２】
本実施例によれば、周波数帯毎に遅れ時間とゲインを調整するため、第一、第二、第三の実施例に比べステージに直接作用する音等による気体からの振動による力外乱により発生する移動精度及び静止精度の劣化を抑制できる。
【００７３】
図１４は本発明の第六の実施例による演算例を示す図である。なお、図１、図５、図１１、図１３と同一符号は同一部分を示す。本実施例では複数用意した遅延演算部１７とゲイン演算部１８の各パラメータを最適化するために、偏差評価部３４とその入力信号を生成する第二の周波数分割部３６を備えている。これにより、複数用意した遅延演算部１７とゲイン演算部１８の各パラメータを移動精度及び静止精度の劣化が最も抑制されるように設定することができる。
【００７４】
図１５は図１４におけるパラメータ決定手順を示したフローチャートである。このフローでは、第一の周波数分割部３５と第二の周波数分割部３６での分割数分だけ用意した遅延演算部１７とゲイン演算部１８を周波数帯ごとに順番に調整していくフローとした。分割した周波数帯のインデックスが格納された周波数帯テーブルがあるとするとフローは次の通りとなる。まず、３４ｉにて周波数帯テーブルから周波数帯を一つ読みだす。次に３４ｊにて周波数帯テーブルから読みだした周波数帯について図１２のシーケンスを実行する。次に３４ｋにて全て周波数帯を処理したかによって条件分岐する。全ての周波数帯を処理していない場合は、次の周波数帯を処理するために、３４ｉの周波数帯テーブルから周波数帯を一つ読みだす処理に戻る。全ての周波数帯を処理した場合は処理終了となる。なお、本実施例における図１２のシーケンスにおいての偏差データとは図１４の第二の周波数分割部３６の出力データの内、選択されている周波数帯に対応する周波数帯の偏差データでのことである。
【００７５】
また、本実施例では最適なパラメータを求めるために図１５で示したフローを用いたが、遺伝的アルゴリズムやその他の最適化アルゴリズムを適用してもよい。
【００７６】
また、本実施例では周波数帯毎に遅れ時間とゲインを調整するため複数用意した遅延演算部１７とゲイン演算部１８の各パラメータ決定を周波数が低い順番に処理した。しかし、周波数帯毎に影響度が異なるため影響度が大きい周波数帯から順番に調整してもよい。
【００７７】
影響度が大きい周波数帯から順番に調整する場合、影響度が小さい周波数帯の処理を実行しないようにすることで処理時間を短縮することができる。また、ある周波数帯の遅延演算部１７とゲイン演算部１８のパラメータを変更すると別の周波数帯に影響を与える等の相互作用がある場合においては、影響度が大きいものから順番に処理を実行することで良い結果が得られる。影響度が大きい周波数帯から処理する方法としては次の手順があげられる。分割数分だけ用意した遅延演算部１７とゲイン演算部１８に適当な初期値を与える。初期値を与えた状態にて偏差評価部３４で周波数帯ごとに偏差の標準偏差を求める。求めた標準偏差の大きい周波数帯から処理する。
【００７８】
本実施例によれば周波数帯毎に遅れ時間とゲインを調整するため複数用意した遅延演算部１７とゲイン演算部１８の各パラメータを移動精度及び静止精度の劣化が最も抑制されるように設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は精密な移動精度及び静止精度を必要とする各種装置、具体的には半導体露光装置、切削機・研削機・研磨機等の精密な加工装置、波面収差計測機・３次元形状測定機等の精密な計測装置等のステージ制御に利用可能である。特に空調装置等によって発生する騒音により移動精度及び静止精度が劣化することを抑制することを図るものである。ゆえに、産業上の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００８０】
１  除振装置天板
２  除振装置マウント
３  構造体
４ｙ  Ｙステージ
４ｚ  Ｚステージ
５ｙ  Ｙリニアモータ
５ｚ  Ｚリニアモータ
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  圧力測定手段
【図１】
0005859156.tif 000012
【図２】
0005859156.tif 000013
【図３】
0005859156.tif 000014
【図４】
0005859156.tif 000015
【図５】
0005859156.tif 000016
【図６】
0005859156.tif 000017
【図７】
0005859156.tif 000018
【図８】
0005859156.tif 000019
【図９】
0005859156.tif 000020
【図１０】
0005859156.tif 000021
【図１１】
0005859156.tif 000022
【図１２】
0005859156.tif 000023
【図１３】
0005859156.tif 000024
【図１４】
0005859156.tif 000025
【図１５】
0005859156.tif 000026