(57)【要約】【課題】  ステージの駆動条件又は負荷条件が変動してもフィードフォワード制御に係るパラメータを最適化することで、整定時間を短縮することができるステージ制御装置等を提供する。【解決手段】  制御装置３３に設けられた加速度ＦＦコントローラ６２は、レチクルステージＲＳについて加速度フィードフォワード制御する。更新部６４は、基準信号Ｒ２とレーザ干渉計ＩＦの帰還信号ＦＳ２との差である誤差信号ＥＳ２に基づいて、加速度ＦＦコントローラ６２のフィードフォワード制御に係るパラメータを更新する。具体的には、レチクルステージＲＳの走査毎の整定時間内における位置誤差の総和に応じてパラメータを更新し、又は走査中において位置誤差ＥＳ２を時間微分して得られる速度追従誤差に応じてパラメータを更新する。【選択図】  図３
2005322720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を保持した状態で移動可能に構成されたステージを制御するステージ制御装置であって、
前記ステージの目標位置に基づいて前記ステージの加速度をフィードフォワード制御する加速度制御部と、
前記ステージの移動毎に、前記ステージの目標位置に対する前記ステージの位置誤差の積分値に基づいて、前記加速度制御部におけるフィードフォワード制御に係るパラメータを所定の関数に基づいて更新する更新部と
を備えることを特徴とするステージ制御装置。
【請求項２】
前記更新部は、前記ステージが停止状態から加速して減速停止までの一連の動作毎に前記パラメータを更新することを特徴とする請求項１記載のステージ制御装置。
【請求項３】
前記更新部は、前記ステージの加速期間終了後における整定時間内の位置誤差の積分値に基づいて、前記パラメータを更新することを特徴とする請求項１記載のステージ制御装置。
【請求項４】
前記更新部は、前記ステージの移動中における目標速度に対する前記ステージの速度誤差に基づいて、前記フィードフォワード制御に係るパラメータを逐次更新することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項５】
前記加速度制御部は、前記更新部により更新されたパラメータに基づいて、前記ステージの適応制御を行うことを特徴とする請求項４記載のステージ制御装置。
【請求項６】
前記ステージの目標位置に基づいて、前記ステージの速度をフィードフォワード制御する速度制御部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項７】
前記ステージの目標位置に対する前記ステージの位置誤差に基づいて、前記ステージをフィードバック制御するフィードバック制御部を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のステージ制御装置。
【請求項８】
物体を保持した状態で移動可能に構成されたステージを制御するステージ制御方法であって、
少なくとも前記ステージの加速度をフィードフォワード制御しつつ前記ステージを移動させる第１ステップと、
前記ステージを移動させる度に、前記ステージの目標位置に対する前記ステージの位置誤差の積分値を求める第２ステップと、
前記第２ステップの結果に基づいて前記フィードフォワード制御に係るパラメータを更新する第３ステップと
を含むことを特徴とするステージ制御方法。
【請求項９】
前記第２ステップは、前記ステージの加速終了後における整定時間内の位置誤差に基づいて、前記積分値を求めることを特徴とする請求項８記載のステージ制御方法。
【請求項１０】
前記更新を行った後に、前記ステージの移動中における目標速度に対する前記ステージの速度誤差に基づいて、前記フィードフォワード制御に係るパラメータを逐次更新して前記ステージの適応制御を行う第４ステップを含むことを特徴とする請求項８又は請求項９記載のステージ制御方法。
【請求項１１】
前記第１ステップは、前記ステージの加速度のフィードフォワード制御に加えて、前記ステージの速度のフィードフォワード制御を行うことを特徴とする請求項８から請求項１０の何れか一項に記載のステージ制御方法。
【請求項１２】
前記第１ステップは、前記ステージのフィードバック制御を含む制御を行うことを特徴とする請求項１１記載のステージ制御方法。
【請求項１３】
マスクのパターンを基板上に露光する露光手段と、前記マスクを保持するマスクステージと、前記基板を保持する基板ステージとを備える露光装置であって、
前記基板ステージ及び前記マスクステージの少なくとも一方を前記ステージとして制御する請求項１から請求項７の何れか一項に記載のステージ制御装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
マスクステージ上に保持されたマスクのパターンを、基板ステージ上に保持された基板上に露光する露光方法であって、
請求項８から請求項１２の何れか一項に記載のステージ制御方法を用いて、前記基板ステージ及び前記マスクステージの少なくとも一方を前記ステージとして制御するステップを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１５】
リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法であって、
前記リソグラフィ工程において請求項１３記載の露光装置又は請求項１４記載の露光方法を用いて露光を行う露光工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスク（レチクル）、基板（プレート）等の移動対象物を載置した状態で移動可能に構成されたステージの動作を制御するステージ制御装置及び方法、当該装置及び方法を用いる露光装置及び露光方法、並びに当該露光装置及び方法を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他の各種デバイスの製造工程の１つとして設けられるフォトリソグラフィ工程では、マスク又はレチクルに形成されたパターンを、投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたガラスプレート又はウェハ等の基板に転写する露光装置が用いられている。従来から種々の露光装置が案出されているが、近年においては、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（ステッパー）又はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が用いられることが多くなっている。
【０００３】
ステッパーは、レチクルに形成されたパターンを基板上に設定された各ショット領域に一括して縮小投影し、１つのショット領域に対するパターンの転写が終了すると基板をステップ移動させて他のショット領域へのパターン転写を行う露光装置である。また、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、スリット状の露光光をレチクルに照射している状態で、レチクルと基板とを投影光学系に対して互いに同期移動させつつレチクルに形成されたパターンの一部を基板のショット領域に逐次転写し、１つのショット領域に対するパターンの転写が終了すると基板をステップ移動させて他のショット領域へのパターン転写を行う露光装置である。
【０００４】
上記のステップ・アンド・スキャン方式の露光装置において、スループット（単位時間当たり露光処理することができる基板の枚数）を向上させるためには、レチクルを載置するレチクルステージ及び基板を載置する基板ステージ各々の加速を終えてから各ステージの振動（目標位置に対する位置誤差）が収まって各々の速度が一定になるまでに要する時間（整定時間）を短縮する必要がある。また、基板ステージをステップ移動させる場合の整定時間を短縮する必要もある。
【０００５】
ステージ各々の位置情報をフィードバックして制御する制御方式では整定時間の短縮に限界があるため、近年においては上記のフィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせた制御が用いられている。尚、フィードフォワード制御にも種々の制御方法があるが、ステージの加速度に関してフィードフォワード制御を行う場合が多い。従来のフィードフォワード制御については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
【特許文献１】特開２００２−０７３１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のフィードフォワード制御においては、予め一定の条件の下で試験的にレチクルステージ及び基板ステージを移動させて調整されたパラメータを用いてフィードフォワード制御を行っている。このフィードフォワード制御に係るパラメータは、露光装置の立ち上げ時に一度決定されると、定期又は不定期のメンテナンス時等に変更されない限りは固定的なものである。
【０００７】
上記のフィードフォワード制御に係るパラメータは、上記の一定の条件下においては最適であるが、ステージの駆動条件又は負荷条件が変動すると最適なものではなくなる。これらの変動は、例えばステージの機械的特性の変化によって数ヶ月〜数年程度の時間間隔で生ずる長期的なものと、例えばステージに接続されるケーブル等の張力の変化によってパターン転写の最中に生ずる短期的なものがある。フィードフォワード制御は、端的にいうとある操作量を与えたときの応答量を予め予測して行う制御であるため、フィードフォワード制御に係るパラメータが最適でない場合には、目標位置に対する位置合わせ精度の悪化を招いてしまい整定時間を短縮することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ステージの駆動条件又は負荷条件が変動してもフィードフォワード制御に係るパラメータを最適化することで、整定時間を短縮することができるステージ制御装置及び方法、当該装置又は方法を用いる露光装置及び方法、並びに当該露光装置又は方法を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のステージ制御装置は、物体（Ｒ）を保持した状態で移動可能に構成されたステージ（ＲＳ、ＲＦＳ）を制御するステージ制御装置（３３）であって、前記ステージの目標位置に基づいて前記ステージの加速度をフィードフォワード制御する加速度制御部（６２）と、前記ステージの移動毎に、前記ステージの目標位置に対する前記ステージの位置誤差の積分値に基づいて、前記加速度制御部におけるフィードフォワード制御に係るパラメータを所定の関数に基づいて更新する更新部（６４）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、ステージが移動される毎に、加速度制御部におけるフィードフォワード制御に係るパラメータが、ステージの目標位置に対するステージの位置誤差の積分値に基づき所定の関数により更新される。
また、本発明のステージ制御方法は、物体（Ｒ）を保持した状態で移動可能に構成されたステージ（ＲＳ、ＲＦＳ）を制御するステージ制御方法であって、少なくとも前記ステージの加速度をフィードフォワード制御しつつ前記ステージを移動させる第１ステップ（Ｓ１２）と、前記ステージを移動させる度に、前記ステージの目標位置に対する前記ステージの位置誤差の積分値を求める第２ステップ（Ｓ１３）と、前記第２ステップの結果に基づいて前記フィードフォワード制御に係るパラメータを更新する第３ステップ（Ｓ１４）とを含むことを特徴としている。
この発明によると、ステージを移動させる度に、ステージの目標位置に対するステージの位置誤差の積分値が求められ、この結果に基づいてフィードフォワード制御に係るパラメータが更新される。
また、本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）のパターンを基板（Ｐ）上に露光する露光手段（１４、３０）と、前記マスクを保持するマスクステージ（ＲＳ、ＲＦＳ）と、前記基板を保持する基板ステージ（ＰＳ）とを備える露光装置であって、前記基板ステージ及び前記マスクステージの少なくとも一方を前記ステージとして制御する上記のステージ制御装置を備えることを特徴としている。
この発明によると、マスクを保持するマスクステージと基板を保持する基板ステージとの少なくとも一方が上記のステージ装置の制御の下で走査される。
また、本発明の露光方法は、マスクステージ（ＲＳ、ＲＦＳ）上に保持されたマスク（Ｒ）のパターンを、基板ステージ（ＰＳ）上に保持された基板上に露光する露光方法であって、上記のステージ制御方法を用いて、前記基板ステージ及び前記マスクステージの少なくとも一方を前記ステージとして制御するステップを含むことを特徴としている。
この発明によると、マスクを保持するマスクステージと基板を保持する基板ステージとの少なくとも一方が上記のステージ方法を用いて制御される。
また、本発明のデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法であって、前記リソグラフィ工程において上記の露光装置又は上記の露光方法を用いて露光を行う露光工程（Ｓ１、Ｓ２６）を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加速度制御部におけるフィードフォワード制御に係るパラメータを、ステージの目標位置に対するステージの位置誤差の積分値に基づき所定の関数により更新しているため、ステージの駆動条件又は負荷条件が変動してもフィードフォワード制御に係るパラメータを最適化され、これによりステージの整定時間を短縮することができる。その結果として、デバイスを高スループットで効率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるステージ制御装置及び方法、露光装置及び方法、並びにデバイス製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による露光装置の構成を示す正面図である。図１に示す露光装置は、液晶表示素子を製造するための露光装置であり、プレートＰとレチクルＲとを同期移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンを逐次プレートＰ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影型の露光装置である。
【００１２】
尚、以下の説明においては、必要であれば図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。このＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、露光時におけるプレートＰ及びレチクルＲの同期移動方向（走査方向）はＸ方向に設定されているものとする。
【００１３】
図１において、設置面１１の上に４つ（図１では２つのみを図示）の防振装置（除振機構）１２を介してベース部材（ベース又は定盤）１３が設けられている。防振装置１２は、ベース部材１３の４隅付近にそれぞれ配置されており、特に限定はされないが、例えば空気式ダンパやダンピング液中に圧縮コイルバネを入れた機械式ダンパ等からなるパッシブ型のもの、ベース部材に設けられた不図示の振動検出器による検出信号に基づいて該振動を抑制するように変位されるアクチュエータを備えたアクティブ型のもの、或いはこれらの双方を備えたもの等が用いられる。ベース部材１３は、石、セラミックス或いは鉄等の高剛性の部材から構成される。
【００１４】
ベース部材１３の上には、その上部に投影光学系１４を保持した第１コラム１５が設けられており、第１コラム１５の上には第２コラム（ベース又は定盤）１６が設けられている。第２コラム１６上にはパターンが形成されたマスクとしてのレチクルＲを移動するための粗動ステージとしてのレチクル粗動ステージＲＣＳ及び微動ステージとしてのレチクル微動ステージＲＦＳが設けられている。
【００１５】
また、ベース部材１３上には、基板としてのプレートＰを移動するための基板ステージとしてのプレートステージＰＳが設けられている。これにより、レチクルＲ及びプレートＰは、投影光学系１４の光軸に沿う方向（図１中のＺ方向）の位置が互いに異なる面であって、この光軸に直交する面内で２次元方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動可能となっている。
【００１６】
本実施形態では露光装置の走査方向はＸ方向に設定してあるため、主としてレチクルＲ及びプレートＰのＸ方向に関する駆動制御について説明する。レチクルＲ及びプレートＰのＹ方向の位置決め制御並びにＺ軸回りの回転方向（θ方向）及びＸＹ平面に対する傾斜角の調節については通常通り容易に実施することができるので、その説明は省略する。
【００１７】
プレートステージＰＳは、固定子１７と、固定子１７に対してＸ方向に移動可能な可動子１８と、可動子１８上に取り付けられたステージ（プレートホルダ）１９とを備えている。固定子１７及びこれと協働する可動子１８は、リニアモータにより提供され得る。特に、本実施形態では、固定子１７はエアベアリング等によるスライド機構２０によってベース部材１３上でＸ方向に移動可能に設けられている。固定子１７はベース部材１３上に固定されていても良い。上面に感光剤が塗布されたプレートＰは、例えばその裏面全体を吸引吸着されることによりステージ１９上に保持される。尚、図１においては、可動子１８及びステージ１９が別の部材として図示されているが、これらは共通の部材により提供されても良い。
【００１８】
レチクル粗動ステージＲＣＳは、固定子２１と、固定子２１に対してＸ方向に移動可能な可動子２２と、可動子２２上に取り付けられたステージ２３とを備えている。固定子２１及びこれと協働する可動子２２は、リニアモータによって提供され得る。特に、この実施形態では、固定子２１は、エアベアリング等を有するスライド機構２４によって第２コラム１６上でＸ方向に移動可能に設けられている。固定子２１は第２コラム１６上に固定されていても良い。尚、図１においては、可動子２２及びステージ２３が別部材として図示されているが、これらは共通の部材により提供されても良い。
【００１９】
レチクル微動ステージＲＦＳは、レチクル粗動ステージＲＣＳのステージ２３上に設けられている。レチクル微動ステージＲＦＳは、固定子２５と、固定子２５に対してＸ方向に移動可能に設けられた可動子２６と、可動子２６上に取り付けられたステージ（レチクルホルダ）２７とを備えている。固定子２５及びこれと協働する可動子２６はリニアモータによって提供され得る。この実施形態では、固定子２５はレチクル粗動ステージＲＣＳのステージ２３上に固定されている。
【００２０】
また、図１においては、可動子２６及びステージ２７が別部材として図示されているが、これらは共通の部材により提供されても良い。ステージ２７は、その表面に転写すべきパターンが形成されたレチクルＲをそのパターン形成面を下に向けた状態でその周辺部近傍を吸着保持する機能を有している。尚、上記レチクル粗動ステージＲＣＳ及びレチクル微動ステージＲＦＳは、本発明にいうマスクステージに相当する。第２コラム１６上には第３コラム２９が設けられており、第３コラム２９には、不図示のエキシマレーザ等の光源から射出された光を所定の照明光に変換してレチクルＲに導くための照明光学系３０が取り付けられている。尚、照明光学系３０及び投影光学系１４は、本発明にいう露光手段に相当するものである。
【００２１】
プレートＰを保持するステージ１９上の一端には移動鏡３１が取り付けられており、第１コラム１５には移動鏡３１に対応するように位置検出装置であるレーザ干渉計３２が設けられている。レーザ干渉計３２及び移動鏡３１によってステージ１９のＸ方向の位置が所定の分解能（例えば、数ｎｍ程度）で計測される。その計測値はコンピュータのハードウェア及びソフトウェアによって提供され得る制御装置３３に供給されて、計測値に基づいてプレートステージＰＳが制御されることにより、ステージ１９の加速、減速、及び走査に際しての移動並びに位置決めが実行される。
【００２２】
レチクル微動ステージＲＦＳのためのステージ２３上には移動鏡３４が取り付けられており、第３コラム２９には移動鏡３４に対応するように位置検出装置であるレーザ干渉計３５が取り付けられている。レーザ干渉計３５及び移動鏡３４によってステージ２３のＸ方向の位置が所定の分解能（例えば、数ｎｍ程度）で計測される。その計測値は制御装置３３に供給されて、計測値に基づいてレチクル粗動ステージＲＣＳが制御されることにより、ステージ２３の加速、減速、及び走査に際しての移動並びに位置決めが実行される。
【００２３】
レチクルＲを保持するステージ２７上には移動鏡３６が取り付けらてれおり、第３コラム２９には移動鏡３６に対応するように位置検出装置であるレーザ干渉計３７が設けられている。レーザ干渉計３７及び移動鏡３６によってステージ２７のＸ方向の位置が所定の分解能（例えば、数ｎｍ程度）で計測される。その計測値は制御装置３３に供給されて、計測値に基づいてレチクル微動ステージＲＦＳが制御されることにより、ステージ２７の加速、減速、及び走査に際しての移動並びに位置決めが実行される。
【００２４】
尚、図１においては図示を簡略化しているが、移動鏡３１，３４，３６はＸ方向に沿って延びる移動鏡とＹ方向の沿って延びる移動鏡とから構成され、レーザ干渉計３２、レーザ干渉計３５、及びレーザ干渉計３７はそれぞれ各移動鏡の複数点における位置を検出している。例えば、レーザ干渉計３２はＹ方向に延びる移動鏡の２点にレーザを照射しており、各点の計測結果の平均値からステージ１９のＸ方向の座標値が求められ、各点の計測結果の差からステージ１９のＺ軸周りの回転量θが求められる。
【００２５】
照明光学系３０は、レチクルＲの矩形のパターン領域を、走査露光時の走査方向（Ｘ方向）と直交した方向（Ｙ方向）に断面スリット状（矩形状）に伸びた照明光で上から照射する。このＹ方向に直線的なスリット状照明光のレチクルＲ上での照明領域は、投影光学系１４の光軸と垂直な物体面側の円形視野の中央に位置し、所定の縮小倍率β（本実施形態では１／４とする）の投影光学系１４を介して、その照明領域内のレチクルＲのパターンの一部の像が、所定の解像度でプレートＰ上に投影される。この投影光学系１４としては、レチクルＲのパターン面に形成されたパターンの縮小倒立像をプレートＰ上に投影するものが用いられる。
【００２６】
走査露光時においては、制御装置３３からプレートステージＰＳ、レチクル粗動ステージＲＣＳ、及びレチクル微動ステージＲＦＳに露光開始のコマンドが送出され、これに応じてレチクルＲは＋Ｘ方向に速度Ｖｍで走査移動するとともに、これと同期して、プレートＰは−Ｘ方向に速度Ｖｗ（＝β・Ｖｍ）で走査移動する。尚、同様の速度比でレチクルＲを−Ｘ方向に移動させると共にプレートＰを＋Ｘ方向に移動させても良い。
【００２７】
このとき、レチクル粗動ステージＲＣＳに着目すると、可動子２２及びステージ２３の加速又は減速に伴い、その反力が固定子２１に作用し、固定子２１はこの実施形態ではスライド機構２４により第２コラム１６に対して移動可能にされているので、固定子２１は可動子２２の移動方向に対して反対方向に移動しようとする。それにより生じる反力の影響を防止するために、リアクションフレーム機構が採用されている。
【００２８】
リアクションフレーム機構は、第２コラム１６（従って、ベース部材１３）とは独立して設けられたリアクションフレーム３８と、リアクションフレーム３８に配設されステージ２３の移動により固定子２１に作用する反力を相殺する力を発生する反力装置とを備えている。特にこの実施形態では、パッシブ型のリアクションフレーム機構が採用され、反力装置は、固定子２１とリアクションフレーム２８とを接続する弾性体或いは剛体からなるリアクションバー３９によって提供されている。
【００２９】
これにより、ステージ２３の加速又は減速に伴う反力はリアクションバー３９及びリアクションフレーム３８を介して設置面１１に逃がされ、一定の露光精度が確保されるようになっている。尚、リアクションバー３９の途中にその伸縮を電気的に制御可能なアクチュエータを設ける等によりアクティブ型のリアクションフレーム機構を構成しても良い。また、同様にして、プレートステージＰＳにリアクションフレーム機構を適用しても良い。
【００３０】
図２は、図１に示した露光装置に適用可能なリニアモータの断面図である。このリニアモータは固定子Ｓと固定子Ｓに対して移動する可動子Ｍとを有している。このリニアモータがレチクル粗動ステージＲＣＳ（図１参照）に適用される場合には、固定子Ｓは図１に示した固定子２１の一部を構成し、可動子Ｍは図１に示した可動子２２の一部を構成する。固定子Ｓは、フレーム４０と、フレーム４０に対して固定されたコイル４１と、フレーム４０に固定されコイル４１を覆う金属板からなるカバー４２とを備えている。可動子Ｍはコイル４１と協働して推力を得るための永久磁石を含んでいる。
【００３１】
プレートステージＰＳの駆動力及びレチクル粗動ステージＲＣＳの駆動力は図２に示したほぼ同様の構成のリニアモータによって提供される。本実施形態では、かかる同様の特性を有するリニアモータの特徴を考慮して制御装置３３がプレートステージＰＳとレチクル粗動ステージＲＣＳ及びレチクル微動ステージＲＦＳとの同期誤差を迅速且つ高精度に解消する制御を行っている。
【００３２】
次に、本発明の一実施形態によるステージ制御装置としての制御装置３３について説明する。図３は、本発明の一実施形態によるステージ制御装置の主要部をなす制御装置３３の構成を示すブロック図である。図３に示す通り、制御装置３３は、プレートＰ又はプレートステージＰＳのステージ１９（図１参照）の目標位置を与える基準信号Ｒ１を発生する目標位置発生器５０と、目標位置発生器５０から出力される基準信号Ｒ１に基づいてプレートステージＰＳとレチクル粗動ステージＲＣＳ及びレチクル微動ステージＲＦＳ（以下、これらを総称する場合には、レチクルステージＲＳという）との同期を取りつつ駆動するコントローラ部とを含んで構成される。尚、本実施形態においては、説明の簡単のために、レチクル粗動ステージＲＣＳとレチクル微動ステージＲＦＳとをまとめてレチクルステージＲＳとして説明する。
【００３３】
上記のコントローラ部は、プレートステージＰＳの動作を制御するプレートステージ制御部ＰＣと、レチクルステージＲＳの動作を制御するレチクルステージ制御部ＲＣとから構成される。プレートステージ制御部ＰＣは、演算部５１、ＰＩＤ（比例積分微分）コントローラ５２、演算部５３、及びＦＦ（Feed-Forward）コントローラ５４を含んで構成される。また、レチクルステージ制御部ＲＣは、座標系変換部５５、座標変換部５６、演算部５７、ゲイン調整部５８、ＰＩＤコントローラ５９、座標変換部６０、演算部６１、加速度ＦＦコントローラ６２、速度ＦＦコントローラ６３、及び更新部６４を含んで構成される。
【００３４】
プレートステージ制御部ＰＣの一部をなす演算部５１は、目標位置発生器５０から出力される基準信号Ｒ１と、レーザ干渉計３２から出力される帰還信号ＦＳ１との差分に応じた偏差信号ＥＳ１を出力する。ここで、偏差信号ＥＳ１は、目標位置に対するプレートステージＰＳの実際の位置のずれ量であるため、プレートステージＰＳの追従誤差であるということができる。尚、プレートステージＰＳに含まれるステージ１９の位置はレーザ干渉計３２（図１参照）により検出され、その結果が帰還信号ＦＳ１としてレーザ干渉計３２から出力される。
【００３５】
ＰＩＤコントローラ５２は、演算部５１から出力される偏差信号ＥＳ１に基づいて、プレートステージＰＳに推力を与える制御信号ＣＳ１を生成する。ＰＩＤコントローラ５２は、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御、及びＤ（微分）制御の何れか一つ又は複数を組み合わせた制御を行う。ＦＦコントローラ５４は、目標位置発生器５０から出力される基準信号Ｒ１に基づいて、プレートステージＰＳに推力を与える制御信号ＤＳ１を出力してフィードフォワード制御する。ここで、ＦＦコントローラ５４を用いてプレートステージＰＳをフィードフォワード制御するのは、プレートステージＰＳの位置決めに要する時間及び設定速度に達する時間を仕様で定められた時間内に収めるため、及び同期精度を仕様で定められた同期精度内に収めるためである。
【００３６】
演算部５３は、ＰＩＤコントローラ５４から出力される制御信号ＣＳ１とＦＦコントローラ５４から出力される制御信号ＤＳ１とを加算してプレートステージＰＳに設けられた駆動部ＰＤに供給する制御信号ＣＳ１０を生成する。ここで、駆動部ＰＤは制御信号ＣＳ１０を所定の増幅率で増幅するアンプ及びリニアモータ装置を含んで構成され、制御信号ＣＳ１０に応じた推力を発生するものである。
【００３７】
レチクルステージ制御部ＲＣの一部をなす座標系変換部５５は、レーザ干渉計３２から出力される帰還信号ＦＳ１で示される座標値をレチクルステージＲＳが目標とする座標値に変換する。図３に示す通り、本実施形態ではプレートステージＰＳの座標値（レーザ干渉計３２の計測値）に基づいてレチクルステージＲＳを制御することで、プレートＰに対してレチクルＲを追従させるマスター・スレーブ方式の制御を行っている。
【００３８】
このマスター・スレーブ方式の制御を行う上でレチクルステージＲＳの目標値を得るため、プレートステージＰＳに設定された座標系で計測された座標値を座標系変換部５５によって変換している。尚、レーザ干渉計３２は、プレートステージＰＳの重心位置を計測するように設定されるため、座標系変換部５５で求められる座標値はレチクルステージＲＳの重心位置の座標値である。
【００３９】
座標変換部５６は、座標系変換部５５で変換されたレチクルステージＲＳの座標値（重心位置）を、レーザ干渉計３５，３７（以下、これらを総称する場合にはレーザ干渉計ＩＦという）で用いられる座標系の座標値に変換した基準信号Ｒ２を出力する。レチクルステージＲＳの制御は、レーザ干渉計ＩＦの計測値を用いて行われるため、座標系変換部５５から出力される座標値をレーザ干渉計３５，３７で用いられる座標系の座標値に変換する処理が行われる。
【００４０】
演算部５７は、座標変換部５６から出力される基準信号Ｒ２と、レーザ干渉計ＩＦから出力される帰還信号ＦＳ２との差分に応じた偏差信号ＥＳ２を出力する。ここで、偏差信号ＥＳ２は、レーザ干渉計３２から出力される帰還信号ＦＳ１に基づいて得られた基準信号Ｒ２に対するレチクルステージＲＳの実際の位置のずれ量であるため、プレートステージＰＳに対するレチクルステージＲＳの追従誤差（同期誤差）であるということができる。
【００４１】
ゲイン調整部５８は、レチクルステージＲＳの位置に応じて誤差信号ＥＳ２に対するゲイン（利得）を調整するものである。レチクルステージＲＳに対する最適ゲインは一定ではなく、レチクルステージＲＳの位置に応じて変化する。このため、レチクルステージＲＳの位置に拘わらずレチクルステージＲＳに対する最適ゲインを確保するために、ゲイン調整部５８が設けられている。このゲイン調整部５８は、例えばヤコビ行列により与えられ、演算部５７から出力される誤差信号ＥＳ２をレチクルステージＲＳの位置に応じたゲインで増幅する。
【００４２】
ＰＩＤコントローラ５９は、ゲイン調整部５８で増幅された誤差信号に基づいて、レチクルステージＲＳに推力を与える制御信号ＣＳ２を生成する。ＰＩＤコントローラ５９は、Ｐ（比例）制御、Ｉ（積分）制御、及びＤ（微分）制御の何れか一つ又は複数を組み合わせた制御を行う。座標変換部６０は、レチクルステージＲＳの重心位置と、レチクルステージＲＳに設けられる駆動部（リニアモータ）との位置関係を考慮して、ＰＩＤコントローラ５９から出力される制御信号ＣＳ２を変換するものである。
【００４３】
レチクルステージＲＳの制御はレチクルステージＲＳの重心の位置が目標位置に達するよう行われるが、レチクルステージＲＳを実際に駆動するのは重心位置とは異なる位置に設けられた駆動部（リニアモータ）である。従って、ＰＩＤコントローラ５９からの制御信号ＣＳ２をそのまま駆動部ＲＤに入力しても、レチクルステージＲＳが目標位置に移動しないことがある。いま、図４に示すレチクルステージＲＳを考える。図４は、レチクルステージＲＳの概略構成を示す上面図である。図４に示す通り、レチクルステージＲＳには２つのリニアモータＬＭ１，ＬＭ２が設けられているとする。
【００４４】
これら２つのリニアモータＬＭ１，ＬＭ２のＸ方向（走査方向）の駆動量及び駆動方向が等しい場合にはレチクルステージＲＳはＸ方向に並進する。一方、Ｘ方向の駆動量は等しいが駆動方向が反対の場合には、レチクルステージＲＳはＺ軸の周りに微小回転する。いま、微小回転がレチクルステージＲＳの重心ＣＧ周りで行われるとすると、その回転量はレチクルステージＲＳの重心位置ＣＧから各々のリニアモータＬＭ１，ＬＭ２までの距離Ｌ１，Ｌ２に依存する。このため、レチクルステージＲＳの重心の位置を目標位置に配置すべく、座標変換部６０はレチクルステージＲＳの重心位置と駆動部（リニアモータ）との位置関係を考慮して、レチクルステージＲＳの重心位置を目標位置に移動させるために制御信号ＣＳ２の変換を行っている。
【００４５】
加速度ＦＦコントローラ６２は、座標系変換部５５から出力される座標値に基づいてレチクルステージＲＳに推力を与える制御信号ＤＳ２を上述した座標変換部６０に出力し、レチクルステージＲＳの加速度に関するフィードフォワード制御を行う。ここで、加速度ＦＦコントローラ６２で用いられるフィードフォワード制御に係るパラメータは、例えばレチクルステージＲＳの機械的特性の変化又はステージに接続されるケーブル等の張力の変化によってレチクルステージＲＳの駆動条件又は負荷条件が変動した場合であっても最適な制御が行えるよう更新部６４によって更新される。詳細は後述するが、フィードフォワード制御に係るパラメータは、レチクルステージＲＳ及びプレートステージＰＳを走査したときの整定期間における追従誤差の総和に応じて更新され、又は走査中における速度追従誤差に応じて更新される。
【００４６】
ここで、加速度に関するフィードフォワード制御を行うための制御信号ＤＳ２（Ｘ方向の加速度Ａｘ、ｙ方向の加速度Ａｙ、及びＺ軸周りの回転加速度Ａｔを得るための信号を含む）は、原理的には、以下の（１）式から求められる。
【数１】
2005322720.tif 000003
但し、上記（１）式において、ｍはレチクルステージＲＳの質量、Ｉはイナーシャ（回転慣性質量）である。即ち、制御信号ＤＳ２はレチクルステージＲＳのＸ座標、Ｙ座標、及びＺ軸周りの回転θを２階微分することにより得られる。
【００４７】
しかしながら、実際上は上記の微分演算時における演算誤差、駆動部ＲＤの応答遅れ、ステージの駆動条件又は負荷条件の変動によりずれが生ずる。そこで、このずれを補正するための補正係数Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｔを導入し、これらを行列式にすると以下の（２）式が得られる。
【数２】
2005322720.tif 000004
上記の更新部６４は、上記（２）式中の補正係数Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｔを更新し、レチクルステージＲＳの駆動条件又は負荷条件が変動した場合の最適化を行っている。
【００４８】
速度ＦＦコントローラ６３は、座標系変換部５５から出力される座標値に基づいてレチクルステージＲＳに推力を与える制御信号ＤＳ３を出力し、レチクルステージＲＳの速度に関するフィードフォワード制御を行う。ここで、速度に関するフィードフォワード制御を行うための制御信号ＤＳ３（リニアモータＬＭ１のＸ方向の速度Ｖ１、リニアモータＬＭ２のＸ方向の速度Ｖ２、リニアモータＬＭ１，ＬＭ２のＹ方向の速度Ｖ３を得るための信号を含む）は、原理的にはマスクステージＲＳの重心ＣＳの速度を駆動点（リニアモータＬＭ１，ＬＭ２の位置）での速度に変換した値とリニアモータＬＭ１，ＬＭ２の粘性抵抗係数とから求められ、以下の（３）式で表される。
【数３】
2005322720.tif 000005
但し、上記（３）式において、Ｄ１はリニアモータＬ１のＸ方向の移動に伴う粘性抵抗係数、Ｄ２はリニアモータＬ２のＸ方向の移動に伴う粘性抵抗係数、Ｄ３はリニアモータＬ１，Ｌ２のＹ方向の移動に伴う粘性抵抗係数である。
【００４９】
しかしながら、実際上は上記の微分演算時における演算誤差、駆動部ＲＤの応答遅れ、ステージの駆動条件又は負荷条件の変動によりずれが生ずる。そこで、このずれを補正するための補正係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を導入し、これらを行列式にすると以下の（４）式が得られる。
【数４】
2005322720.tif 000006
上記の更新部６４は、上記（４）式中の補正係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を更新し、レチクルステージＲＳの駆動条件又は負荷条件が変動した場合の最適化を行っている。
【００５０】
速度ＦＦコントローラ６３からの制御信号ＤＳ３は演算部６１に出力される、演算部６１は、制御信号ＤＳ３と、座標変換部６０から出力される制御信号とを加算してレチクルステージＲＳに設けられた駆動部ＲＤに供給する制御信号ＣＳ１１を生成する。ここで、駆動部ＲＤは、上記の駆動部ＰＤと同様の構成であり、制御信号ＣＳ１１を所定の増幅率で増幅するアンプ及びリニアモータ装置を含んで構成され、制御信号ＣＳ１１に応じた推力を発生する。
【００５１】
更新部６４は、演算部５７から出力される誤差信号ＥＳ２に基づいて、加速度ＦＦコントローラ６２のフィードフォワード制御に係るパラメータ（上記（２）式中の補正係数Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｔ）の更新を行う。ここで、更新部６４は、逐次パラメータ推定により加速度ＦＦコントローラ６２のフィードフォワード制御に係るパラメータの更新を行う。逐次パラメータ推定アルゴリズムは、一般的に以下の（５）式で表される。
【００５２】
【数５】
2005322720.tif 000007
上記（５）式中の変数Θ（ｋ）、ｇ（ｋ）、ｅ（ｋ）の意味は以下の通りである。
Θ（ｋ）：時刻ｋにおけるパラメータ推定値
ｇ（ｋ）：時刻ｋにおけるパラメータ更新ゲイン
ｅ（ｋ）：時刻ｋにおけるパラメータ推定誤差
【００５３】
更新部６４は、上記（５）式を応用した以下の（６）式を用いて加速度ＦＦコントローラ６２のフィードフォワード制御に係るパラメータの更新を行っている。尚、本実施形態においては、レチクルステージＲＳ及びプレートステージＰＳを走査したときの整定期間における追従誤差の総和に応じてパラメータを更新し、又は走査中における速度追従誤差に応じてパラメータを更新している。以下の（６）式は前者の更新を行うときに用いられる式である。
【数６】
2005322720.tif 000008
上記（６）式中の変数Ｃ１ｘ（ｋ）、Ｌｇ、Σｅ（ｋ）の意味は、以下の通りである。
Ｃ１ｘ（ｋ）：第ｋ回目の走査における加速度フィードフォワード補正係数の推定値
Ｌｇ       ：パラメータ更新ゲイン
Σｅ（ｋ） ：第ｋ回目の走査の整定期間中における追従誤差の総和（積分値）
【００５４】
上記（６）式を参照すると、第ｋ−１回目の走査の予測値Ｃ１ｘ（ｋ−１）に対し、第ｋ回目の走査におけるパラメータ更新ゲインと第ｋ回目の走査における追従誤差の総和との積を加算したものが第ｋ回目の走査における予測値Ｃ１ｘ（ｋ）となることが分かる。上記（６）式中のパラメータ更新ゲインＬｇは、現在の予測誤差をパラメータの推定値の更新にどれ位影響させるかを決定する変数であり、アルゴリズムの安定性及び収束性を左右する重要なパラメータである。
【００５５】
本実施形態では、上記のパラメータ更新ゲインＬｇの値を例えば「１０」に固定し、走査を行う度に整定期間（レチクルステージＲＳの加速を終えてから十分の数秒程度）の追従誤差を積分した追従誤差の総和を上記（６）式に代入し、算出された値をもって更新部６４が加速度ＦＦコントローラ６２のフィードフォワード制御に係るパラメータの更新を行う。尚、以下においては、便宜上、上記（６）式を用いたパラメータの更新を「学習制御」という。
【００５６】
また、上記（５）式は、加速度ＦＦコントローラ６２の適応制御、即ちレチクルステージＲＳ及びプレートステージＰＳの走査中における速度追従誤差に応じてパラメータを更新する制御を行う場合にも応用することができる。更新部６４は、以下の以下の（７）式を用いて加速度ＦＦコントローラ６２のフィードフォワード制御に係るパラメータの更新を行っている。
【数７】
2005322720.tif 000009
上記（７）式中の変数Ｃ２ｘ（ｊ）、Ａｇ、Ｖｅ（ｋ）の意味は、以下の通りである。
Ｃ２ｘ（ｊ）：走査中の時刻ｊにおける加速度フィードフォワード補正係数の推定値
Ａｇ       ：パラメータ更新ゲイン
Ｖｅ（ｋ） ：走査中の時刻ｊにおける速度追従誤差
【００５７】
上記（７）式を参照すると、現在時刻（ｊ−１）の予測値Ｃ２ｘ（ｊ−１）に対し、時刻ｊにおけるパラメータ更新ゲインと時刻ｊにおける追従誤差との積を加算したものが時刻ｊにおける予測値Ｃ２ｘ（ｊ）となることが分かる。上記（７）式中におけるパラメータ更新ゲインＡｇも、現在の予測誤差をパラメータの推定値の更新にどれ位影響させるかを決定する変数であり、アルゴリズムの安定性及び収束性を左右する重要なパラメータである。尚、以下においては、便宜上、上記（７）式を用いたパラメータの更新を「適応制御」という。
【００５８】
本実施形態では、上記のパラメータ更新ゲインＡｇの値を例えば「１００」に固定し、プレートステージＰＳとレチクルステージＲＳとを同期移動（走査）させ、走査中の速度追従誤差を上記（７）式に代入し、更新部５４が加速度ＦＦコントローラ６２のフィードフォワード制御に係るパラメータの最適値を推定する。尚、速度追従誤差は、更新部６４が演算部５７から出力される誤差信号ＥＳ２を時間微分して求める。
【００５９】
次に、加速度ＦＦコントローラ６２のフィードフォワード制御に係るパラメータの算出方法について説明する。本実施形態では、このパラメータを求めるために上記の（６）式を用いた学習制御による更新と（７）式を用いた適応制御によるパラメータの更新とを組み合わせ、以下の手順により算出している。図５は、フィードフォワード制御に係るパラメータの算出方法を示すフローチャートである。
【００６０】
まず、適応制御によって加速度フィードフォワード制御に係るパラメータが更新されないよう適応制御をオフに設定する（ステップＳ１１）。具体的には、更新部６４で用いられる上記（７）式中の予測値Ｃ２ｘ（ｊ）の値を常に「１」に設定する処理が行われる。以上の設定が終了すると、制御装置３３は目標位置発生器５０から基準信号Ｒ１を出力してレチクルステージＲＳとプレートステージＰＳとの移動を開始させ、フィードバック制御並びに加速度フィードフォワード制御及び速度フィードフォワード制御によりレチクルステージＲＳとプレートステージＰＳとを走査する（ステップＳ１２）。
【００６１】
目標位置発生器５０から基準信号Ｒ１が出力されると、レチクルステージＲＳ及びプレートステージＰＳは加速されて速度が徐々に上昇する。加速期間が終了すると整定期間において加速に伴うレチクルステージＲＳ及びプレートステージＰＳの振動（目標位置に対する位置誤差）が収束し、両ステージの速度は一定になる。レチクルステージＲＳ及びプレートステージＰＳを一定の速度で移動させる走査期間が終了すると、両ステージを減速させ、これによりレチクルステージＲＳ及びプレートステージＰＳは停止する。
【００６２】
レチクルステージＲＳ及びプレートステージＰＳの走査を行っている間、更新部６４は、演算部５７から出力される誤差信号ＥＳ２を常時モニタしており、整定期間が経過した後で整定期間における誤差信号ＥＳ２を積分した追従誤差の総和を算出する（ステップＳ１３）。次に、この算出結果を上記の（６）式に代入して加速度フィードフォワード補正係数の推定値を求め、加速度ＦＦコントローラ６２の加速度フィードフォワード制御に係るパラメータの更新を行う（ステップＳ１４）。
【００６３】
続いて、制御装置３３は、更新部６４で算出された上記ステップＳ１３の積分値が予め設定された所定値以下であるか否かを判断し（ステップＳ１５）、所定値よりも大であると判断した場合には、ステップＳ１２に戻って再度レチクルステージＲＳとプレートステージＰＳとの走査を行って学習制御を行う。即ち、積分値が所定値以下になるまで、学習制御が繰り返される。
【００６４】
他方、ステップＳ１５において、ステップＳ１３で算出された積分値が上記の所定値以下であると判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、適応制御をオンに設定する（ステップＳ１６）。具体的には、更新部６４で算出される誤差信号ＥＳ２の微分値に基づいて上記（７）式中の予測値Ｃ２ｘ（ｊ）の値が更新可能な状態にする処理が行われる。
【００６５】
以上の設定処理が終了すると、制御装置３３は目標位置発生器５０から基準信号Ｒ１を出力してレチクルステージＲＳとプレートステージＰＳとの移動を開始させ、レチクルステージＲＳとプレートステージＰＳとを走査する（ステップＳ１７）。両ステージの走査が開始されると、更新部６４は演算部５７から出力される誤差信号ＥＳ２を一定の周期（例えば、数百μｓｅｃ）毎にサンプリングしてその時間微分を演算して速度追従誤差を求め、得られた速度追従誤差を上記（７）式に代入して加速度フィードフォワード補正係数の推定値を求め、加速度ＦＦコントローラ６２の加速度フィードフォワード制御に係るパラメータを逐次更新する処理を行う（ステップＳ１８）。この処理では、レチクルステージＲＳとプレートステージＰＳが停止状態から加速して減速停止までの一連の動作毎に行われる。
【００６６】
加速度ＦＦコントローラ６２で最終的に用いられるパラメータは、上記の学習制御により更新されたパラメータ（このパラメータをＣａとする）と、適応制御により更新されたパラメータ（このパラメータをＣｂとする）とを考慮したものとなり、Ｃａ×Ｃｂで表される。以上の手順を経て、加速度ＦＦコントローラ６２で用いられるパラメータの更新処理が行われる。尚、以上の処理は、露光装置を組み上げた後で性能を追い込む時点、定期若しくは不定期のメンテナンス時点、又は露光処理と露光処理との間（例えば、ロット交換中）の時点において行われる。
【００６７】
次に、フィードフォワード制御に係るパラメータを更新したときのレチクルステージＲＳの位置誤差の変化を示すシミュレーション結果について説明する。図６は、フィードフォワード制御に係るパラメータの更新回数を変えたときの走査中における位置誤差の変化を示すシミュレーション結果を表す図である。また、図７は、フィードフォワード制御に係るパラメータの更新回数と補正係数及び誤差の総和との関係を示すシミュレーション結果を表す図である。
【００６８】
まず、レチクルステージＲＳが移動を開始すると、図６（ａ）に示す通り、レチクルステージＲＳは徐々に速度が上昇して所定時間経過後一定速度になる。尚、図６（ａ）においては、加速開始時点を「０」にするとともに加速終了時点を「１」として、この加速期間Ｔａを単位として横軸の時間経過を表している。加速期間Ｔａが終了してから加速期間Ｔａの半分の時間が経過するまでが整定期間Ｔｓである。この整定期間Ｔｓ中においては加速に伴うレチクルステージＲＳの振動（目標位置に対する位置誤差）が生じるが、振動は整定時間Ｔｓ中において徐々に収束する。この振動に伴う速度変化は速度全体からみると値が小さいため図６（ａ）には明示されていない。尚、図６（ａ）においては、整定期間Ｔｓ終了後のレチクルステージＲＳの速度を「１」として正規化を行っている。
【００６９】
図６（ｂ）は、走査中におけるレチクルステージＲＳの目標位置に対する位置誤差、即ち図３中の誤差信号ＥＳ２の変化を示す図である。尚、図６（ｂ）においては縦軸を適当に正規化している。図６（ｂ）において、符号Ｅ０を付した曲線は、上述したパラメータの更新を何ら行わないでレチクルステージＲＳを走査したときの位置誤差の変化を表す曲線であり、誤差が大きいため一部の図示が省略されている。また、曲線ＥＲ１〜ＥＲ３は上述した学習制御により加速度ＦＦコントローラ６２で用いられる加速度フィードフォワード制御に係るパラメータを更新した後でレチクルステージＲＳを走査したときの位置誤差の変化を表す曲線であって、曲線ＥＲ１はパラメータの更新を１度行い、曲線ＥＲ２はパラメータの更新を２度行い、曲線ＥＲ３はパラメータの更新を３度行ってからレチクルステージＲＳを走査したときの位置誤差の変化を表す曲線である。
【００７０】
図６（ｂ）を参照すると、パラメータの更新を何ら行わないでレチクルステージＲＳを走査したときの位置誤差の変化を示す曲線ＥＲ０は極めて大きな変化をする。加速期間Ｔａ及び整定期間Ｔｓ中のみならず、整定期間Ｔｓが終了した以降（横軸の時間が「１．５」になった後）においても位置誤差は大きいことが分かる。これに対し、学習制御によりパラメータの更新を行うと、曲線ＥＲ１〜ＥＲ３に示す通り、劇的に位置誤差が小さくなっていることが分かる。また、位置誤差は学習制御によるパラメータの更新回数を増やすことによって徐々に小さくなることが分かる。
【００７１】
図６（ｃ）は、適応制御の有無による誤差信号ＥＳ２の変化を示す図である。尚、図６（ｃ）においても縦軸を適当に正規化している。図６（ｃ）おいて、符号ＥＲ０１を付した曲線は、学習制御によるパラメータの更新を行わずに、適応制御をしながらレチクルステージＲＳを走査したときの位置誤差の変化を表す曲線である。また、符号ＥＲ３１を付した曲線は学習制御によりパラメータの更新を３回行った上で、適応制御をしながらレチクルステージＲＳを走査したときの位置誤差の変化を表す曲線である。
【００７２】
ここで、曲線ＥＲ０と曲線ＥＲ０１とを比較すると、学習制御によるパラメータの更新を行わずに適応制御のみでも位置誤差は大幅に改善されることが分かる。しかしながら、曲線ＲＥ０１で示される位置誤差は、学習制御によりパラメータの更新を３回行った曲線ＥＲ３で示される位置誤差よりも大きいことが分かる。次に、曲線ＥＲ３と曲線ＥＲ３１とを比較すると、学習制御を用いてパラメータの更新を３回行った上で適応制御を行うと、整定期間Ｔｓの経過後のみならず加速期間Ｔａ及び整定時間Ｔｓにおける位置誤差までも極めて小さくなっているのが分かる。
【００７３】
次に、学習制御を繰り返したときの補正係数及び誤差の総和の変化について説明する。図７は、学習制御によるパラメータの更新回数の変化による補正係数及び位置誤差の総和の変化を示すシミュレーション結果を表す図である。尚、本シミュレーションにおいては、学習制御に用いる補正値（推定値Ｃ１ｘ（０））の初期値を「１．２」に設定している。また、図７において、繰り返し回数が「４」のときには学習制御に替えて適応制御を行っている。
【００７４】
図７（ａ）を参照すると、本シミュレーションでは１度目の学習制御により補正係数が「１．２」から「１．０」まで大幅に低下するが、２度目の学習制御によって補正係数は僅かに上昇する。３度目の学習制御を行うと補正係数は僅かに低下するものの、２度目の学習制御によって得られる補正係数とほぼ同じ値を有する補正係数となることが分かる。また、学習制御を３回行った後で適応制御を行っても、補正係数は学習制御を３回行ったときに得られたものと殆ど同じであることが分かる。
【００７５】
また、図７（ｂ）を参照すると、誤差の総和（上記（６）式中のΣｅ（ｋ））も図７（ａ）に示す補正係数と同様の変化を示すことが分かる。つまり、本シミュレーションでは１度目の学習制御により誤差の総和が「２０」から「−３」程度まで大幅に低下するが、２度目の学習制御によって補正係数は僅かに上昇してほぼ「０」になる。３度目の学習制御を行うと補正係数は僅かに低下するものの、２度目の学習制御によって得られる補正係数とほぼ同じ値を有する補正係数となることが分かる。また、学習制御を３回行った後で適応制御を行っても、補正係数は学習制御を３回行ったときに得られたものと殆ど同じであり、誤差の総和はほぼ「０」になることが分かる。
【００７６】
このように、本実施形態においては、レチクルステージＲＳとプレートステージＰＳとを数回走査させるだけで、加速度ＦＦコントローラ５２のフィードフォワード制御に係るパラメータを最適化することができる。このように、パラメータの最適化にはさほど時間を要しないため、例えばロット交換による露光装置の休止中にパラメータの最適化を行うことができ、露光装置の稼働率を低下させることはない。
【００７７】
上記の学習制御は、例えば機械的特性の変化によって数ヶ月〜数年程度の時間間隔に亘って変化するレチクルステージＲＳの駆動条件又は負荷条件の変動に対して加速度フィードフォワード制御に係るパラメータを最適化するのに適している。また、適応制御は、例えばパターン転写時におけるケーブル等の張力の変化によって短時間で変化するレチクルステージＲＳの駆動条件又は負荷条件の変動に対して加速度フィードフォワード制御に係るパラメータを最適化するのに適している。本実施形態では、学習制御と適応制御とを組み合わせることにより、ステージの駆動条件又は負荷条件の長期的な変動及び短期的変動の何れの変動に対してもフィードフォワード制御に係るパラメータを最適化することができる。これによって整定時間を短縮することができ、液晶表示素子を高スループットで効率的に製造することができる。
【００７８】
以上、本発明の一実施形態よるステージ制御装置及び方法、露光装置、並びにシミュレーション結果について説明したが、次に露光時の動作、即ち露光方法について図３を参照して簡単に説明する。露光開始のコマンドが送出されると、制御装置３３に設けられた目標位置発生器５０は、予め設定されたレシピに従った基準信号Ｒ１を出力する。ここで、レシピとは露光装置の露光動作を規定する制御情報、例えば照明条件、使用するレチクルＲ、プレートＰの種類、プレートＰ上に設定されたショット領域の配列等の情報を含むものである。
【００７９】
目標位置発生器５０から基準信号Ｒ１が出力されると、演算部５１において基準信号Ｒ１及び帰還信号ＦＳ１から誤差信号ＥＳ１が演算され、この誤差信号ＥＳ１に基づいてＰＩＤコントローラ５２が制御信号ＣＳ１を生成する。また、ＦＦコントローラ５４は基準信号Ｒ１に基づいて制御信号ＤＳ１を生成する。一方、レーザ干渉計３２からの帰還信号ＦＳ１は座標系変換部５５及び座標変換部５６において座標変換されて基準信号Ｒ２とされる。演算部５７において基準信号Ｒ２と帰還信号ＦＳ２から誤差信号ＥＳ２が演算され、この誤差信号ＥＳ２はゲイン調整部５８でゲインが調整された後でＰＩＤコントローラ５９に入力し、ＰＩＤコントローラ５９において制御信号ＣＳ２が生成される。また、加速度ＦＦコントローラ６２及び速度ＦＦコントローラ６３は、座標系変換部５５で変化された信号に基づいて制御信号ＤＳ２，ＤＳ３をそれぞれ生成する。
【００８０】
ＰＩＤコントローラ５２で生成された制御信号ＣＳ１及びＦＦコントローラ５４で生成された制御信号ＤＳ１は演算部５３において演算され、制御信号ＣＳ１０が生成される。他方、ＰＩＤコントローラ５９で生成された制御信号ＣＳ２及び加速度ＦＦコントローラ６２で生成された制御信号ＤＳ２は、座標変換部６０で座標変換された後、演算部６１において制御信号ＤＳ３とともに演算され、制御信号ＣＳ１１が生成される。尚、加速度ＦＦコントローラ６２において加速度フィードフォワード制御に用いられるパラメータは既に学習制御により更新されているものとする。
【００８１】
演算部５３で生成された制御信号ＣＳ１０及び演算部６１で生成された制御信号ＣＳ１１は駆動部ＰＤ，ＲＤにそれぞれ出力され、制御信号ＣＳ１０，ＣＳ１１に応じた推力がそれぞれ発生する。ここで、プレートステージＰＳ及びレチクルステージＲＳが走査されている間は、レーザ干渉計ＩＦからの帰還信号ＦＳ２に基づいて演算部５７において誤差信号ＥＳ２が生成されている。この誤差信号ＥＳ２は更新部６４に入力されて適応制御により加速度ＦＦコントローラ６２の加速度フィードフォワード制御に係るパラメータを逐次更新している。
【００８２】
以上の処理が繰り返されつつ、プレートステージＰＳは−Ｘ方向に加速され、レチクルステージＲＳは＋Ｘ方向に加速される。プレートステージＰＳ及びレチクルステージＲＳの加速が終了すると、図６に示した整定期間Ｔａ内においてプレートステージＰＳ及びレチクルステージＲＳの速度が一定の速度になる。整定時間Ｔａが経過すると、制御装置３３はスリット状の照明光をレチクルＲに照射しつつ、プレートステージＰＳを−Ｘ方向に速度Ｖｐ（＝β・Ｖｍ）で走査移動するとともに、レチクルステージＲＳを＋Ｘ方向に速度Ｖｍで走査移動しつつ、レチクルに形成されたパターンを、投影光学系１４を介してプレートＰ上に設定されたショット領域に転写する。レチクルのパターンの転写が終了すると、制御装置３３はプレートステージＰＳ及びレチクルステージユニットを減速して停止させる。以上の動作はプレートＰ上の他のショットに対しても同様に行われる。
【００８３】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。以上説明した実施形態ではレチクルＲを保持するステージがレチクル粗動ステージＲＣＳとレチクル微動ステージＲＦＳとから構成されていたが、本発明の実施形態ではレチクルステージが１つのステージから構成されている。図８は、本発明の他の実施形態による露光装置の構成を示す正面図である。尚、図８において、図１に示す露光装置と同様の部材については同一の符号を付してある。
【００８４】
図８に示す通り、本実施形態においては、図１に示したレチクル粗動ステージＲＣＳとレチクル微動ステージＲＦＳに代えて、レチクルステージ７０が設けられている。レチクルステージ７０は、固定子７１と、固定子７１に対してＸ方向に移動可能に設けられた可動子７２と、可動子７２上に取り付けられたステージ（レチクルホルダ）７３とを含んで構成される。ステージ７３上の端部には移動鏡７４が取り付けられており、この移動鏡７４に対応するようにレーザ干渉計３５が取り付けられている。上記の固定子７１及びこれと協働する可動子７２はリニアモータによって提供され得る。
【００８５】
このレチクルステージ７０は、図３に示す構成と同様の構成を有する制御装置３３により制御される。つまり、図３中におけるレチクルステージＲＳの伝達関数をレチクルステージ７０の伝達関数に置き替えるとともに、駆動部ＲＤの伝達関数を固定子７１と可動子７２とから構成され得るリニアモータの伝達関数に置き替え、更にレーザ干渉計ＩＦをレーザ干渉計３５に置き替えれば、前述した実施形態の制御と同様の制御方法を用いてレチクルステージ７０の制御を行うことができる。
【００８６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、説明の簡単のために、レチクル粗動ステージＲＣＳとレチクル微動ステージＲＦＳとをまとめてレチクルステージＲＳとして説明したが、例えばレチクル微動ステージＲＦＳの駆動のみに上記実施形態の制御方法を適用しても良い。
【００８７】
かかる制御を行うときには、レチクル微動ステージＲＦＳに対しては図３に示すレチクルステージ制御部ＲＣを設けるとともに、レチクル粗動ステージＲＣＳに対しては図３に示すプレートステージ制御部ＰＣとほぼ同様の制御部を設けた構成とする。そして、目標位置発生器５０から出力される基準信号を所定倍（例えば、投影光学系１４の投影倍率の逆数）した信号をレチクル粗動ステージＲＣＳに対して設けられた制御部に与えてレチクル粗動ステージＲＣＳのフィードバック制御及びフィードフォワード制御を行えばよい。
【００８８】
また、上記実施形態ではレチクルステージＲＳに本発明を適用した場合について説明したが、プレートステージＰＳにも適用することができ、更にはレチクルステージＲＳとプレートステージＰＳの両ステージに適用することも可能である。尚、プレートステージＰＳに適用した場合、制御信号ＤＳ２は、目標位置発生器のプレートステージ目標位置（Ｘ，Ｙ，θ）を各々２階微分することにより得られる。また、上記実施形態では、整定期間における位置誤差の積分値を算出して上記（６）式から加速度フィードフォワード補正係数の推定値を求めていた。しかしながら、（６）式中のΣｅ（ｋ）は整定時間中の位置誤差の積分値に限られることはなく、レチクルステージＲＳ及びプレートステージＰＳの移動を開始してから停止するまでの間の一部の期間又は全部の期間を用いることができる。例えば、加速期間又は走査期間（整定期間と減速期間との間）の位置誤差の積分値を用いるようにしても良い。
【００８９】
また、光源としては、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）等のエキシマレーザに限らず、超高圧水銀ランプから射出されるｇ線（４３６ｎｍ）及びｉ線（３６５ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）から射出されるレーザ光、Ｋｒ２レーザ（１４６ｎｍ）から射出されるレーザ光、Ａｒ２レーザ（１２６ｎｍ）から射出されるレーザ光、更には、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。
【００９０】
また、上記実施形態においては、露光装置に設けられる制御装置３３を個別に設計する場合を例に挙げたが、複数の露光装置をオンラインで接続し、各々の露光装置に設けられた制御装置３３のパラメータをステージの動作状況に応じて変更することができるように構成しても良い。かかる構成にすることで、露光装置の個体差を一括して把握することができ、新規の露光装置の開発に役立てることもできる。
【００９１】
更に、本発明は、図３に示す制御装置３３の機能をハードウェアで構成することも可能であり、ソフトウェアで実現することも可能である。ソフトウェアで実現する場合には、制御装置３３のハードウェア構成を、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、通信インタフェース、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等の外部記憶装置等から構成し、上述した制御を行うプログラムを通信回線を介して制御装置３３に読み込ませ、又は記録媒体に記憶させたプログラムを外部記憶装置を用いて制御装置３３に読み込ませる。
【００９２】
次に、本発明の一実施形態による露光装置を用いた液晶表示素子の製造方法について説明する。図９は、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する製造工程の一部を示すフローチャートである。図９中のパターン形成工程Ｓ１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンをプレートＰ上に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、プレートＰ上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光されたプレートＰは、現像工程、エッチング工程、剥離工程等の各工程を経ることによって、プレートＰ上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ２に移行する。
【００９３】
カラーフィルタ形成工程Ｓ２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列され、又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ２の後に、セル組み立て工程Ｓ３が実行される。このセル組み立て工程Ｓ３では、パターン形成工程Ｓ１にて得られた所定パターンを有するプレートＰ、及びカラーフィルタ形成工程Ｓ２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００９４】
セル組み立て工程Ｓ３では、例えば、パターン形成工程Ｓ１にて得られた所定パターンを有するプレートＰとカラーフィルタ形成工程Ｓ２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組立工程Ｓ４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００９５】
本発明の一実施形態による露光装置は、液晶表示素子を製造する露光装置のみならず、半導体素子を製造する露光装置、ＣＣＤを製造する露光装置、薄膜磁気ヘッドを製造する露光装置等の各種のデバイスを製造する露光装置に適用することができる。次に、本発明の実施形態による露光装置を半導体素子を製造する露光装置に適用し、この露光装置を用いて半導体素子を製造する方法について説明する。
【００９６】
図１０は、マイクロデバイスとしての半導体素子を製造する製造工程の一部を示すフローチャートである。図１０に示す通り、まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、半導体素子の機能・性能設計を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１（マスク製作ステップ）において、設計したパターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ１２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
【００９７】
次に、ステップＳ１３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。
【００９８】
図１１は、図１０のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。図１１において、ステップＳ２１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜ステップＳ２４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【００９９】
ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ２５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２６（露光工程）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクのパターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ２７（現像工程）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ２８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ２９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重にパターンが形成される。
【０１００】
以上説明した本実施形態のマイクロデバイス製造方法を用いれば、パターン形成工程（ステップＳ１）又は露光工程（ステップＳ２６）において上記の露光装置及び露光方法が用いられてレチクル（マスク）を保持するステージとプレート（ウェハ）を保持するステージとが走査される。このため、レチクル（マスク）とプレート（ウェハ）との重ね合わせ精度を高めることができるため、微細なデバイスを歩留まり良く生産することができる。
【０１０１】
また、液晶表示素子又は半導体素子等のマイクロデバイスだけではなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置等で使用されるレチクル又はマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウェハ等ヘパターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（深紫外）やＶＵＶ（真空紫外）光等を用いる露光装置では、一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶等が用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置や電子線露光装置等では、透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハ等が用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／６６３７０号、特開平11−194479号、特開2000−12453号、特開2000−29202号等に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の一実施形態による露光装置の構成を示す正面図である。
【図２】図１に示した露光装置に適用可能なリニアモータの断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるステージ制御装置の主要部をなす制御装置３３の構成を示すブロック図である。
【図４】レチクルステージＲＳの概略構成を示す上面図である。
【図５】フィードフォワード制御に係るパラメータの算出方法を示すフローチャートである。
【図６】フィードフォワード制御に係るパラメータの更新回数を変えたときの走査中における位置誤差の変化を示すシミュレーション結果を表す図である。
【図７】フィードフォワード制御に係るパラメータの更新回数と補正係数及び誤差の総和との関係を示すシミュレーション結果を表す図である。
【図８】本発明の他の実施形態による露光装置の構成を示す正面図である。
【図９】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する製造工程の一部を示すフローチャートである。
【図１０】マイクロデバイスとしての半導体素子を製造する製造工程の一部を示すフローチャートである。
【図１１】図１０のステップＳ１３の詳細なフローの一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１４      投影光学系（露光手段）
３０      照明光学系（露光手段）
３３      ステージ制御装置（制御装置）
５８      ゲイン調整部（フィードバック制御部）
５９      ＰＩＤコントローラ（フィードバック制御部）
６２      加速度ＦＦコントローラ（加速度制御部）
６３      速度ＦＦコントローラ（速度制御部）
６４      更新部
７０      レチクルステージ
ＥＳ２    誤差信号（位置誤差）
Ｐ        プレート（基板）
ＰＳ      プレートステージ（基板ステージ）
Ｒ        レチクル（物体、マスク）
ＲＦＳ    レチクル微動ステージ（ステージ）
ＲＳ      レチクルステージ（ステージ）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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