1…制御装置 2,12…ばね自然長設定部 3,13 …制御入力値補正部 4,14…FF制御部 5…FB制� �部 6~8…加算部 9…対象物 10…外乱推定部  101…制御装置 102…摩擦補償部 103…FF(フィ� �ドフォワード)制御部 104…FB(フィードバッ� �)制御部 105…第1フィルタ部 106…第2フィル� ��部 107~110…加算部 111…対象物 121…対象物 数式モデル 122…ばね伸び算出部 123…補正� � PST…プレートステージ(物体、ステージ)、1 010…露光装置、1011…主制御装置(駆動信号生� ��装置)、1011a…制御装置(駆動制御装置、ステ ージ制御装置)、1016…リニアモータ(第1アク� �ュエータ)、1056…サーボモータ(第2アクチュ� ��ータ)

 以下、図面を参照しながら本発明の実施形� ��について詳しく説明する。
 本発明の一実施形態では、以下に詳述するV NLSモデルと称するモデルを新たに導入して位 置決め制御の対象物をモデル化する。対象物 は、後述の図3のようにモデル化される。本� �明の一実施形態による制御装置は、VNLSモデ� ��におけるばねの自然長を可変値として更新� ��、この更新された自然長のばねに基づくVNLS モデルの伝達関数を用いて対象物を制御する 、という制御アルゴリズムを採用している。

 図1A及び1Bは、VNLS(可変自然長ばね:Variable Na tural Length Spring)モデルの説明図である。VNLS� ��デルでは、転がり摩擦を伴って移動する対� ��物の摩擦力を、以下に説明するようなばね� ��とみなしてモデル化する。図1は、このばね 力を生じさせるばねの特性を表しており、図 1Aは、ばねの長さy,ばねの自然長y ₀ ,及びばねの伸びy-y ₀ の時間変化を示し、図1Bは、ばねの長さyに応 じて可変に設定されるばねの自然長y ₀ の状態を示している。また、図1Bに対応する� ��ばねの自然長y ₀ を与える式を式(1a)~(1c)に示す。

 ここで、x _l はばねの伸びの最大値、y _0h は対象物の移動方向が反転した時点でのばね の自然長(初期値=0)である。ばねの長さyは、� ��象物の実位置として計測される物理量であ� ��、ばねの先端の位置とみなしてもよい。ま� ��同様に、ばねの自然長y ₀ は、ばねの長さが自然長となった時のばねの 先端の位置とみなすことができる。なお、ば ねの長さyとばねの自然長y ₀ は、ばねの先端の位置の代わりに、例えば、 ボールねじ駆動ステージのステージ位置(位� �の被測定点)として設定してもよい。

 まず、初期状態のA点では、ばねの長さ及び 自然長ともに値がゼロ(y=y ₀ =0)であるとする。対象物が移動してばねが伸 びる(ばねの長さyが増加する)と、ばねの伸び y-y ₀ が最大値x _l に達するまでは式(1c)の条件が成り立ち、ば� �の自然長はy ₀ =y _0h (=0(初期値))となる。即ち、ばねの自然長y ₀ は初期状態のままで変化しない。このとき、 図1Bに示すように、ばねの状態(yとy ₀ の関係)はy軸(横軸)に沿ってA点からB点まで遷 移し、ばねの全長は伸びるがその自然長y ₀ は0のままである。また、図1Aにおいては、ば ねの自然長y ₀ は変化せず、ばねの伸びy-y ₀ が増加しながらA点からB点まで変化する。

 ばねの伸びy-y ₀ が最大値x _l に達し(B点)、更にそれ以上ばねが伸びようと すると、式(1a)の条件が成り立ち、ばねの自� �長はy ₀ =y-x _l で表される。即ち、ばねが伸びの最大値x _l を超えて伸びようとした場合には、ばねの長 さyの増加に応じてばねの自然長y ₀ が増加する。このとき、図1Bでは、ばねの自� ��長y ₀ は直線BCに沿って増加していく。つまり、ば� ��の全長は増加していくが、その増加分はば� ��の自然長y ₀ の増加によるものとみなされ、ばねの伸びy-y ₀ は一定値x _l を維持することになる。したがって、図1Aの� ��段の図に示されるように、ばねの伸びはB点 での値と同じままで時間変化せず、グラフは 時間軸(横軸)と平行な直線を描く。この状況� ��、対象物の移動方向が反転するまで、即ち� ��図1Aにおいてばねの長さyの曲線がピーク位� ��に達する(C点)まで、継続する。

 その後、対象物の移動方向が反転してばね� ��長さyが減少し始めるが、ばねの自然長y ₀ の値は式(1c)の条件から移動方向反転時点の� �であるy _0h (=C点での値)を維持する。即ち、C点でのばね� ��自然長y _0h が新たなy ₀ の値として更新される。その結果、ばねの自 然長y ₀ は一定値となるので、図1Bにおいてばねの状� ��は、C点を通るy軸(横軸)に平行な直線CDに沿� ��て遷移する。また、図1Aにおいては、下段� �図に示すばねの伸びy-y ₀ は、上段の図に示すyの減少に伴ってC点からD 点へ向かって右下がりに減少する。

 ばねの長さyが減少していくと、あるところ で長さyがC点での自然長y ₀ =y _0h よりも短くなり、ばねが縮んだ状態になる。 更にばねの長さyが減少してばねの伸びy-y ₀ が最小値-x _l に達し(D点)、それ以上ばねが縮もうとすると 、式(1b)が成り立ち、ばねの自然長はy ₀ =y+x _l となる。即ち、ばねが伸びの最小値-x _l を超えて縮もうとした場合は、ばねの長さy� �減少に応じてばねの自然長y ₀ が減少する。このとき、図1Bでは、ばねの自� ��長y ₀ は直線DEに沿って減少していく。つまり、ば� ��の全長は減少していくが、その減少分はば� ��の自然長y ₀ の減少によるものとみなされ、ばねの伸びy-y ₀ は一定値-x _l を維持することになる。したがって、図1Aの� ��段の図に示されるように、ばねの伸びはD点 での値と同じままで時間変化せず、グラフは 時間軸(横軸)と平行な直線を描く。この状況� ��、対象物の移動方向が再度反転するまで、� ��ち、図1Aにおいてばねの長さyの曲線が下限� ��ピーク位置に達する(E点)まで、継続する。

 以降、同様にして、E点からF点までは式(1c)� ��条件が成り立つので、ばねの自然長y ₀ は、移動方向反転時であるE点での自然長の� �y _0h をとって一定になる。F点を過ぎた後も同様� �、上述したモデルに従ってばねの状態が変� �していく。

 したがって、移動方向反転の前後において� ��ばねの自然長y ₀ はその反転時の値y _0h を保持しておくだけで求めることができる。

 式(2)は、VNLSモデルにおいて、ばね力(摩� �力)Fを与える式である。

 ここで、K _f はばね定数、D _f は粘性係数、τ _f は擬似微分器の時定数である。

 このように、VNLSモデルでは、ばねの自然長 y ₀ を式(1a)~(1c)に従って随時更新して可変値とし て扱っている。したがって、VNLSモデルに基� �く後述する制御アルゴリズムは、転がり摩� �モデルのように対象物の移動方向反転を検� �する必要がないため、制御装置への実装が� �易な簡単なアルゴリズムとすることができ� �。

 図2は、実際に測定した対象物の動特性とVNL Sモデルに従う動特性とを対比して示した図� �ある。VNLSモデルの動特性は、実際の動特性� ��合うように式(1a)~(1c)及び式(2)のパラメータx _l ,K _f ,D _f ,τ _f をフィッティングにより求めたものである。 具体的には、図2に示す実際の動特性の場合� �各パラメータの値は、
x _l =x _c /5=4[μm]
K _f =Fc/x _l =2750[N・m]D _f =4.69[Ns/m]
τ _f =1[ms]
と求められる。

 次に、本発明の一実施形態による制御装� ��が位置決め制御を行う対象とする対象物の� ��デルを図3に示す。本実施形態において、対 象物は、転がり摩擦を伴うボールねじで駆動 されるステージであって、通常の剛体運動方 程式に従う剛体モデルで表される部分と、非 線形摩擦を生じさせる上述したVNLSモデルで� �される部分と、からなる。このようなボー� �ねじ駆動ステージは、ステージ上の制御対� �を精密に位置決めする機構として工作機械� �露光装置等で用いることができるものであ� �。このモデルを数式で表したものが次の式(3 )である。

 ここで、図3及び式(3)において、τは制御� ��置から対象物に与える力(制御入力値)、yは� ��測される対象物の実位置(制御出力値)、Jは� ��体モデルにおける回転駆動機構(モータやカ ップリングやねじ)で作られる慣性モーメン� �と並進機構(ステージ)の質量を換算した回転 軸まわりの慣性モーメントの合計、Dは剛体� �デルにおける粘性係数、dは外乱(対象物に加 わる外力と対象物のモデル化誤差とを含む)� �である。

 図3及び式(3)のモデルは、本実施形態の制御 装置が位置決め制御する対象物を一般的に表 したものである。この一般化したモデルは、 対象物の変位量であるyが大きい(|y|>>x _l )粗動領域では、伝達関数が式(4)で表される� �常の剛体モデルになる。

 また、対象物の変位量が小さい(|y|<x _l )微動領域では、上述した図1A及び1Bの説明か� ��y ₀ =0であるので、伝達関数は次式(5)で表すこと� ��できる。

 さて、上式(3)において、対象物へ与える制� ��入力値τを次の式(6)のように補正すること� �考える。但し、τ ₀ は補正前の制御入力値である。

 このような補正を行うと、上述した本実� ��形態における一般化した対象物のモデルを� ��す式(3)は、次式(7)のようになる。

 ここで、補正前の制御入力値τ ₀ に対して、次式(8)で表されるようなフィード フォワード制御とフィードバック制御を行う 。但し、rは目標位置であり、式(8)の右辺第1� ��はフィードフォワード制御に対応し、第2項 はフィードバック制御に対応する。式(8)の補 償を施すことで、目標位置r及び外乱rから実� ��置yまでの伝達関数は式(9)のようになる。

 したがって、外乱が存在しない理想環境� ��で式(8)の補償を行うと、式(9)より、y=r、即� ��、目標位置rから実位置yまでの伝達関数は1� ��なり、位置決め誤差のない高精度な制御を� ��現することができる。外乱dが存在する場合 には、式(8)の右辺第2項のフィードバック制� �を機能させることで、高精度な位置決めが� �能である。これは、外乱dは低周波成分を多� ��含むがフィードバック制御系のゲインは低� ��波領域で小さいため、式(9)の右辺第2項に起 因する外乱dの影響は無視できる程度に小さ� �なるからである。このように、VNLSモデルに� ��れば、上述した式(6)のように制御入力値を� ��正することによって、非常に高精度な位置� ��めをすることが可能である。なお、式(7)か� ��分かるように、式(6)の補正により粗動領域� ��微動領域も見かけ上の伝達関数は同じにな� ��ので、制御アルゴリズムも同一である。

 次に、以上説明したVNLSモデルの制御アル ゴリズムを実行する制御装置の構成を説明す る。図4は、本発明の一実施形態による制御� �置のブロック図である。

 図4において、制御装置1は、ばね自然長� �定部2と、制御入力値補正部3と、FF(フィード フォワード)制御部4と、FB(フィードバック)制 御部5と、加算部6~8と、を有している。

 ばね自然長設定部2は、図示しない位置セン サによって計測した対象物9の実位置yを入力� ��して、式(1a)~(1c)に従ってばねの自然長y ₀ を随時更新し、更新後のy ₀ の値を制御入力値補正部3に出力する。前記� �置センサとしては、エンコーダや干渉計等� �使用することができる。

 制御入力値補正部3は、ばね自然長設定部2� �ら入力されるばねの自然長y ₀ に次式(10)の伝達関数C _f (s)を乗算し、その結果を加算部6へ出力する� �これにより、制御入力値補正部3は補正前の� ��御入力値τ ₀ を上述した式(6)のように補正する。

 FF制御部4は、対象物9を位置決めする目標位 置rを入力とし、上述した式(8)の右辺第1項に� ��当する次式(11)の伝達関数C _FF (s)をrに乗算してその結果を加算部8へ出力す� ��。

 FB制御部5は、対象物9を位置決めする目標位 置rと前記位置センサから得られた実位置yの� ��分r-yを入力とし、次式(12)の伝達関数C _FB (s)をr-yに乗算してその結果を加算部8へ出力� �る。

 但し、上式(10)~(12)において、各パラメータ� ��図2の実際の動特性に対して求めたパラメー タを用い、
J=0.133[kg・m]
D=0.150[Ns/m]
τ _fb =10[ms]
とする。

 以上、図面を参照してこの発明の一実施� ��態について詳しく説明してきたが、具体的� ��構成は上述のものに限られることはなく、� ��の発明の要旨を逸脱しない範囲内において� ��々な設計変更等をすることが可能である。

 例えば、式(10)~(12)に示した伝達関数は一� ��であり、本発明はこれらに限定されるもの� ��はない。式(10)~(12)の伝達関数に代えて、適� ��、他の伝達関数を用いることができる。

 また、図2のVNLSモデルにおいて、モデルの� �性を実際の動特性により近づけるために、VN LSモデルを多数組み合わせた、次の式(13a)~(13c )及び式(14)で表されるように複数個のばねで� ��成される多重VNLSモデル(多重数(ばねの個数) :n)を適用することもできる。この場合は、図 5に示すように、多重VNLS(Multi-VNLS)モデルの動� ��性が実際の動特性と良く合うので、位置決� ��の精度を更に向上させることができる。こ� ��で、yは各ばねの先端の実位置であり、例え ば対象物の実位置に相当する。また、y _i はばねの長さが自然長となった時の各ばねの 先端の位置(各ばねの自然長)、y _ih は対象物の移動方向が反転した時点での各ば ねの自然長、x _li は各ばねの伸びの最大値、である。

 また、本実施形態では、ボールねじで駆� ��されるステージを例にとって説明したが、� ��れに限定されるものではない。例えば、リ� ��アモータで駆動力を生成し、ボールベアリ� ��グでガイドされるように構成されたステー� ��においても、ステージは転がり摩擦を伴っ� ��移動をすることになり、本発明を適用する� ��とが可能である。

 また、VNLSモデルに基づいて外乱dを推定� �ることによって、以下に説明するようによ� �高性能な制御装置を実現することもできる� �上述した式(3)をdについて解くと次式(15)が得 られる。

 ここで、式(15)の右辺の第1項は上述の式(11)� ��伝達関数C _FF (s)に相当し、第2項は上述の式(10)の伝達関数C _f (s)に相当している。この式(15)に従って計算� �た値dを次式(16)で与えられる時定数τのロー� ��スフィルタに通すことで、式(17)のように外 乱dの推定値d’が得られる。

 したがって、図6のようにばね自然長設定 部12と制御入力値補正部13とFF制御部14とから� ��る外乱推定部(外乱オブザーバ)10を用いて、 対象物の実位置yから推定外乱d’を推定しフ� ��ードバック制御する場合、対象物のモデル� ��次式(18)で表される。

 図7は、図6の外乱推定部10を組み合わせた 制御装置のブロック図である。式(18)では外� �dにハイパスフィルタがかかっているので、� ��乱抑圧特性が向上する。そのため、図7の制 御装置はより高性能な位置決めが可能である 。

 更に、転がり摩擦を伴って移動する対象� ��の摩擦特性を計測する計測装置に本発明を� ��用することが可能である。この計測装置は� ��例えば、ボールねじで駆動されるステージ� ��の対象物の移動時に発生する転がり摩擦の� ��擦力を検出する摩擦力検出手段と、対象物� ��移動によって生じる変位量を検出する変位� ��検出手段と、転がり摩擦の摩擦力を自然長� ��可変なばねのばね力としてモデル化し、該� ��デルの伝達関数に基づいて、前記検出され� ��摩擦力と変位量とから対象物の摩擦特性を� ��出する演算手段と、を備えている。ここで� ��摩擦特性として、ボールねじが発生するト� ��クとステージの変位との関係を求めること� ��するが、それに限定されるものではない。

 摩擦力検出手段は、ボールねじを駆動す� ��モータのモータ電流を電流測定器によって� ��定してトルク値に換算するものであるが、� ��れに限定されない。例えば、ステージを駆� ��するボールねじに取り付けられたトルク計� ��ロードセル等の他の計測手段からトルク値� ��求めるようにしてもよい。変位量検出手段� ��しては、例えば、ステージの位置を測定す� ��ように構成されたレーザ干渉計を用いても� ��いし、ボールねじの回転量を測定してステ� ��ジの変位量に換算するためのエンコーダを� ��いてもよいが、これらに限定されるもので� ��ない。演算手段は、式(1a)~(1c)及び式(2)のVNLS モデルに従って、これらの式の各パラメータ を同定することで、対象物の摩擦特性(トル� �とステージの変位との関係)を算出するもの� ��ある。

 このように構成された計測装置では、ス� ��ージを移動する際に発生する転がり摩擦の� ��擦力は、VNLSモデルに基づくばね力としてモ デル化されている。このとき、従来のように ステージの移動方向の反転位置を検出する必 要がないため計測装置への実装が容易なこと から、モデル化した結果を容易に検証するこ とが可能となる。

 ここで、上述したように、外乱が存在しな� ��理想環境下で式(8)の補償を行うと、式(9)よ� ��、y=r、即ち、目標位置rから実位置yまでの� �達関数は1となり、位置決め誤差のない高精� ��な制御を実現することができる。外乱dが存 在する場合には、式(8)の右辺第2項のフィー� �バック制御を次式(19)の伝達関数C _FB1 (s)に基づいて機能させることで、高精度な位 置決めが可能である。これは、外乱dは低周� �成分を多く含むがフィードバック制御系の� �インは低周波領域で大きいため、式(9)の右� �第2項に起因する外乱dの影響は無視できる程 度に小さくなるからである。このように、VNL Sモデルによれば、上述した式(6)のように制� �入力値を補正することによって、非常に高� �度な位置決めをすることが可能である。な� �、式(7)から分かるように、式(6)の補正によ� �粗動領域も微動領域も見かけ上の伝達関数� �同じになるので、制御アルゴリズムも同一(� ��り替える必要がない)となる。

 以下、VNLSモデルを用いた制御装置の別の 構成を説明する。図8は、本発明の一実施形� �による制御装置のブロック図である。本実� �形態において、制御装置は、VNLSモデルによ� ��て位置決め制御の対象物をモデル化し、対� ��物を制御する制御入力値から、該VNLSモデル の伝達関数を用いて該制御入力値を補正する という制御アルゴリズムを採用している。

 図8において、制御装置101は、摩擦補償部 102と、FF(フィードフォワード)制御部103と、FB (フィードバック)制御部104と、第1フィルタ部 105と、第2フィルタ部106と、加算部107~110と、� ��ら構成される。

 FF制御部103は、対象物111を位置決めする目� �位置r(ここで、目標位置r自身は目標位置生� �装置等の別の装置で生成されるものとする)� ��入力とし、次式(20)の伝達関数P _r ^-1 (s)をrに乗算してその結果を加算部108へ出力� �る。

 なお、このFF制御部103は、上述した図3の対� ��物のモデルにおいて対象物の変位量であるy が大きい(|y|>>x _l )粗動領域を示す式(4)で表される通常の剛体� �デルの逆モデルによって構成されたフィー� �フォワード補償器を備えている。なお、前� �の伝達関数Prのrは、対象物が剛体モデルで� �ることを表すもので、剛体(rigid)の頭文字のr を添えて表記したものである。

 FB制御部104は、対象物111を位置決めする目� �位置rと図示しない位置センサによって計測� ��た対象物111の実位置yとの差分r-yを入力とし 、次式(21)の伝達関数C _FB (s)をr-yに乗算してその結果を加算部108へ出力 する。

 なお、このFB制御部104は、PD(比例,微分)補 償器で構成されたフィードバック補償器を備 えている。前記位置センサとしては、エンコ ーダや干渉計等を使用することができるが、 特に限定されるものではない。

 式(21)において、K _p は比例ゲイン、K _d は微分ゲイン、τ _d は微分器の時定数である。

 第1フィルタ部105と第2フィルタ部106は、� �者合わせてフィードバック補償器として動� �する。また、このフィードバック補償器は� �対象物111への外乱を除去する外乱オブザー� �の機能を有する。この外乱オブザーバは、� �記位置センサから得られた実位置yを入力と� ��て、上述した通常の剛体モデルの逆モデル� ��表す伝達関数と次式(22)に示す1次外乱オブ� �ーバのフィルタ係数Q(s)とに基づいて、対象� ��111の外乱を除去するための制御入力を計算� ��、得られた値を加算部110へ出力する。

 ここで、τは低域通過フィルタ(LPF)の時定 数である。

 また、第1フィルタ部105のフィルタは次式 (23)で表され、第2フィルタ部106のフィルタは� ��式(24)で表される。

 以上の構成により、対象物111の外乱の影� ��を抑制することが可能となる。

 摩擦補償部102は、加算部108から出力され� ��対象物111を制御する補正前の制御入力値か� ��後述する方法で補正値を算出し、加算部110� ��出力する。摩擦補償部102は、対象物数式モ� ��ル121と、ばね伸び算出部122と、補正部123と� ��から構成される。

 対象物数式モデル121は、加算部108から出力� ��れた補正前の制御入力値から、上述したVNLS モデルにおいて対象物の変位量であるyが大� �い(|y|>>x _l )粗動領域で表される通常の剛体モデルを示� �式(4)の伝達関数P _r (s)に基づいて対象物111の位置yを算出し、そ� �結果をばね伸び算出部122へ出力する。即ち� �目標位置rからFF制御部103とFB制御部104により 求められた制御入力値から上述の式(7)の一般 化した補正後の対象物モデルを用いて対象物 111の実位置yを推測する。なお、上述のよう� �外乱が存在しない理想環境下では、目標位� �rから実位置yまでの伝達関数は1であるため� �y=rである。

 ばね伸び算出部122は、対象物数式モデル121� ��よって推測された対象物111の位置yの値から VNLSモデルの式(1)に基づいてばねの伸びy-y ₀ を算出し、その結果を補正部123へ出力する。

 補正部123は、ばね伸び算出部122から入力さ� ��たばねの伸びy-y ₀ に次式(25)の伝達関数F _n (s)を乗算してVNLSモデルにおけるばね力(摩擦� ��)Fを算出し、その結果を加算部110へ出力す� �。これにより、摩擦補償部102は補正前の制� �入力値から算出されたばね力(摩擦力)を補正 値とした補正を行う。すなわち、上述の式(2) に表されるVNLSモデルにおけるばね力(摩擦力) Fを補正値とする。

 但し、上式(19)~(25)において、各パラメータ� ��図2の実際の動特性に対して求めたパラメー タを用い、
J=0.133[kg・m]
D=0.150[Ns/m]
D _f =4.69[Ns/m]
K _f =Fc/x _l =2750[N/m]x _l =4[μm]
τ _f =1[ms]
τ _fb =10[ms]
とする。
 また、閉ループ極を-100[rad/s]としたときの� �式(21)の各パラメータ値は、
K _p =133.3[N/m]
K _d =2.52[N/m]
τ _d =1.4[ms]
とする。
 また、上式(22)に示した1次外乱オブザーバ� �用いる低域通過フィルタ(LPF)の時定数は、
τ=3[ms]
とする。

 上記に述べたとおり、本発明の一実施形� ��によれば、粗動モデルに対して設計した通� ��の位置決め制御系に対して、VNLSモデルによ る摩擦補償の機能を並列に追加する構成のみ で構成されるため、簡易に全制御領域で高精 度な位置決め制御を行うことが可能となる。

 従来において、通常の位置決め制御系は� ��制御量が比較的大きい領域(粗動領域)の対� �部の数式モデル(粗動モデル)を基に設計する が、VNLSモデルに基づく制御方法は、制御量� �比較的小さな領域(微動領域)の対象物の数式 モデルを基に計算する必要があった。そのた め、摩擦補償器を追加する場合に制御系を再 設計する必要があった。また従来において、 非線形摩擦補償は、粗動領域でハイゲインの フィードバック制御を行うため、粗動領域で フィードバック制御系が不安定になる可能性 があった。

 本実施形態によれば、対象物を移動制御� ��るに際し、制御系を再設計することなく、� ��制御領域で高精度な位置決め制御を行うこ� ��が可能な制御装置が提供可能である。

 次に、ボールねじ駆動装置を備え、この� ��ールねじ駆動装置に上記の位置決め制御系� ��適用させた例として露光装置1010について説 明する。図11は、露光装置1010の構成を示す概 略図である。この露光装置1010は、液晶表示� �子パターンが形成されたマスクMと、第1ステ ージとしてのプレートステージPSTに保持され た基板(及び物体)としてのガラスプレート(以 下、「プレート」という)Pとを、投影光学系P Lに対して第1方向、すなわち所定の走査方向( ここでは、図11のX軸方向(紙面内左右方向)と� ��る)に沿って同一速度で同一方向に相対走査 し、マスクMに形成されたパターンをプレー� �P上に転写する等倍一括転写型の液晶用走査� ��露光装置である。

 この露光装置1010は、露光用照明光ILによ� ��マスクM上の所定のスリット状照明領域(図11 のY軸方向(紙面直交方向)に細長く延びる長方 形の領域または円弧状の領域)を照明する照� �系IOP、パターンが形成されたマスクMを保持� ��てX軸方向に移動する第2ステージとしての� �スクステージMST、マスクMの上記照明領域部� ��を透過した露光用照明光ILをプレートPに投� ��する投影光学系PL、本体コラム1012、前記本� ��コラム1012への床からの振動を除去するため の除振台(図示せず)、及び前記両ステージMST� ��PSTを制御する主制御装置(ステージ制御装置 )1011等を備えている。主制御装置1011は、例え ば、図8に記載されたブロック図で表される� �御装置を含んでおり、露光装置1010が備える� ��ールねじ駆動装置に関しては、前述のよう� ��制御方法を適用させる。ボールねじ駆動装� ��部分の説明は後述する。

 前記照明系IOPは、例えば特開平9-320956号� �報に開示されたように、光源ユニット、シ� �ッタ、2次光一形成光学系、ビームスプリッ� ��、集光レンズ系、視野絞り(ブラインド)、� �び結像レンズ系等(いずれも図示省略)から構 成され、次に述べるマスクステージMST上に載 置され保持されたマスクM上の上記スリット� �照明領域を均一な照度で照明する。

 マスクステージMSTは、不図示のエアパッ� ��によって、本体コラム1012を構成する上部定 盤1012aの上面の上方に数μm程度のクリアラン� ��を介して浮上支持されており、駆動機構1014 によってX軸方向に駆動される。

 マスクステージMSTを駆動する駆動機構1014 としては、ここではリニアモータが用いられ ているので、以下、この駆動機構をリニアモ ータ1014と呼ぶ。このリニアモータ1014の固定� ��1014aは、上部定盤1012aの上部に固定され、X� �方向に沿って延設されている。また、リニ� �モータ1014の可動子1014bはマスクステージMST� �固定されている。また、マスクステージMST� �X軸方向の位置は、本体コラム1012に固定され たマスクステージ位置計測用レーザ干渉計(� �下、「マスク用干渉計」という)1018によって 投影光学系PLを基準として所定の分解能、例� ��ば数nm程度の分解能で常時計測されている� �このマスク用干渉計1018で計測されるマスク� ��テージMSTのX軸位置情報S3は、主制御装置(駆 動制御装置、ステージ制御装置)1011に供給さ� ��るようになっている。

 投影光学系PLは、本体コラム1012の上部定� ��1012aの下方に配置され、本体コラム1012を構� ��する保持部材1012cによって保持されている� �投影光学系PLとしては、ここでは等倍の正立 正像を投影するものが用いられている。従っ て、照明系IOPからの露光用照明光ILによって� ��スクM上の上記スリット状照明領域が照明さ れると、その照明領域部分の回路パターンの 等倍像(部分正立像)がプレートP上の前記照明 領域に共役な被露光領域に投影されるように なっている。なお、例えば、特開平7-57986号� �報に開示されるように、投影光学系PLを、複 数組の等倍正立の投影光学系ユニットで構成 しても良い。

 さらに、本実施形態では、プレートPのZ� �向位置を計測する不図示の焦点位置検出系� �例えばCCDなどから構成されるオートフォー� �スセンサ(図示せず)が投影光学系PLを保持す� ��保持部材1012cに固定されている。この焦点� �置検出系からのプレートPのZ位置情報が主制 御装置1011に供給されており、主制御装置1011� ��は例えば、走査露光中にこのZ位置情報に基 づいてプレートPのZ位置を投影光学系PLの結� �面に一致させるオートフォーカス動作を実� �するようになっている。

 プレートステージPSTは、投影光学系PLの� �方に配置され、不図示のエアパッドによっ� �、本体コラム1012を構成する下部定盤1012bの� �面の上方に数μm程度のクリアランスを介し� �浮上支持されている。このプレートステー� �PSTは、駆動機構としてのリニアモータ1016に� ��ってX軸方向に駆動される。

 このリニアモータ1016の固定子1016aは、下� ��定盤1012bに固定され、X軸方向に沿って延設� ��れている。また、リニアモータ1016の可動部 としての可動子1016bはプレートステージPSTの� ��部に固定されている。プレートステージPST� ��、前記リニアモータ1016の可動子1016bが固定� ��れた移動テーブル1022と、この移動テーブル 1022上に搭載されたY駆動機構1020と、このY駆� �機構1020の上部に設けられたY可動子1020aとを� ��えている。

 前記プレートテーブル1019のX軸方向の位� �は、本体コラム1012に固定されたプレート用� ��渉計1025によって投影光学系PLを基準として� ��所定の分解能、例えば数nm程度の分解能で� �時計測されている。このプレート用干渉計10 25としては、ここでは、X軸方向に直交するY� �方向(図1における紙面直交方向)に所定距離L� ��け離れた2本のX軸方向の測長ビームをプレ� �トテーブル1019に対して照射する2軸干渉計が 用いられており、各測長軸の計測値が主制御 装置1011に供給されている。

 このプレート用干渉計1025の各測長軸の計 測値をX1、X2とすると、X=(X1+X2)/2によりプレー トテーブル1019のX軸方向の位置を求め、θ=(X1- X2)/Lによりプレートテーブル1019のZ軸回りの� �転量を求めることができるが、以下の説明� �おいては、特に必要な場合以外は、プレー� �用干渉計1025から上記のXがプレートテーブル 1019のX位置情報S1として出力されるものとす� �。

 本実施形態においては、リニアモータ1016 とY駆動機構1020とによって第1アクチュエータ を構成するものとするが、X方向に駆動する� �めの構成だけを前記第1アクチュエータとし� ��もよいし、Y方向に駆動するための構成だけ を前記第1アクチュエータとしてもよい。

 図12は、レベリングユニット1050の構成を� ��す図である。各レベリングユニット1050はそ れぞれ同一の構成となっているので、そのう ちの1つを例に挙げてその構成を説明する。

 レベリングユニット1050は、Y可動子1020a上 に設けられたカム部材1051、ガイド部材1052、� ��ム移動機構1053及び支持部材1054と、プレー� �テーブル1019側に設けられたベアリング部材1 055とを含んで構成されている。

 カム部材1051は、断面視台形に形成された 部材であり、下面1051aが水平方向に平坦な面� ��なっている。カム部材1051の当該下面1051aは� ��ガイド部材1052に支持されている。カム部材 1051の上面1051bは、水平面に対して傾斜して設 けられた平坦面である。カム部材1051の一方� �側面1051cには、ネジ穴1051dが形成されている� ��ガイド部材1052は、支持部材1054上にカム部� �1051に沿って設けられており、図中左右方向� ��延在している。

 カム移動機構1053は、サーボモータ1056と� �ボールネジ1057と、連結部材1058とを含んで構 成されている。サーボモータ1056は、制御装� �1011aからの信号に基づいて軸部材1056aを回転� ��せるようになっている。この軸部材1056aは� �ここでは例えば図中左右方向に延在してい� �。ボールネジ1057は、連結部材1058を介してサ ーボモータ1056の軸部材1056aに連結されており 、軸部材1056aの回転が伝達されるようになっ� ��いる。このボールネジ1057は、図中左右方向 (サーボモータ1056の回転軸の軸方向と同一方� ��)にネジ部が設けられており、当該ネジ部が カム部材1051の側面1051cに形成されたネジ穴105 1dに螺合されている。軸部材1056a及びボール� �ジ1057は、支持部材1054の突出部1054a及び1054b� �よってそれぞれ支持されている。

 このカム移動機構1053は、サーボモータ105 6の回転によってボールネジ1057が回転し、ボ� ��ルネジ1057の回転によって当該ボールネジ105 7に螺合されたカム部材1051がガイド部材1052に 沿って図中左右方向に移動するようになって いる。

 ベアリング部材1055は、図中下側に半球状 に形成された部分1055aを有し、当該半球状の� ��分1055aの下面1055bがカム部材1051の上面1051bに 当接するように設けられている。カム部材105 1が移動することで、ベアリング部材1055の下� ��1055bとカム部材1051の上面1051bとの当接位置� �変化するようになっており、当該上面1051bと の当接位置が変化することによって下面1055b� ��Z方向上の位置が変化するようになっている 。この位置の変化によってプレートテーブル 1019のZ方向の位置が微調節されるようになっ� ��いる。

 プレートテーブル1019のZ方向上の位置に� �しては、検出装置1059によって検出可能にな� ��ている。この検出装置1059についても、プレ ートテーブル1019に対して複数、例えば3つ設� ��られている。各検出装置1059は、例えば光セ ンサ1059aと、被検出部材1059bとを含んで構成� �れており、光センサ1059aによって被検出部材 1059bの位置を検出することで、被検出部材1059 bのZ方向の位置を検出するようになっている� ��また、光センサ1059aは、Y可動子1020a上に設� �られた突出部1020bに固定されている。したが って、当該検出装置1059は、Y可動子1020aの上� �1020cを基準としたときのプレートテーブル101 9の位置や姿勢等を検出可能となっている。� �の検出装置1059によって検出された位置情報� ��、主制御装置1011に送信されるようになって いる。

 主制御装置1011は、前述のように、例えば 、図8のブロック図で表される制御装置を含� �でおり、前述のようなボールネジ1057の制御( サーボモータ1056の回転の制御)を行う。例え� ��、検出装置1059の検出結果は図8における変� �量yに反映されるので、図8における目標位置 rとこの検出結果から得られる位置とが一致� �るように、サーボモータ1056の駆動信号が主� ��御装置1011(1011a)から出力される。この場合� �ボールネジ1057の駆動対象はプレートテーブ� ��1019(あるいはテーブル1019に載置されるガラ� ��プレート露光面のZ位置)であるが、図8にお� ��る対象物としては、プレートテーブル1019と してもよいし、カム移動機構1053あるいはレ� �リングユニット1050全体として設定すること� ��可能である。また、図8の対象物数式モデル 121は、ボールネジ1057の特性等に基づいて設� �することができる。

 また、プレートテーブル1019の一端は、弾 性部材1060によってY可動子1020a上の突出部1020d に接続されている。弾性部材1060は、一端が� �定部材1060aによってプレートテーブル1019の� �部1019bに固定されており、他端が固定部材106 0bによって突出部1020dに固定されている。こ� �弾性部材1060によって、プレートテーブル1019 がX方向及びY方向へ移動するのを抑えつつ、Z 方向に対しての移動を許容できるようになっ ている。

 以上のような構成により、プレートステ� ��ジPSTは、プレートテーブル1019に保持されて いるプレートPの所定の露光すべき領域が投� �光学系PLによる露光領域に位置するように、 移動テーブル1022(リニアモータ1016の可動子)� �X方向に移動(X位置の位置決め)させ、さらに� ��動テーブル1022に対してY可動子1020をY方向に 移動(Y位置の位置決め)させることができる。 このとき、プレートPのθz方向の位置を調整� �きるようにしてもよい。さらに、レベリン� �ユニット1050(第2アクチュエータ)により、前� ��オートフォーカスセンサの検出結果を基に� ��プレートPのZ位置がジャストフォーカス(投� ��光学系PLの結像点と一致)となるように、プ� ��ートテーブル1019をY可動子1020aに対してZ方� �、θx方向、およびθy方向に移動させる(Z位置 、θx方向、およびθy方向の位置決め)ことが� �きる。

 なお、露光装置1010においては、ボールね じ駆動部がレベリングユニット1050に用いら� �た例について説明したがこれに限定される� �のではない。例えば、リニアモータに代え� �、マスクステージMSTやプレートステージPST� �X軸方向やY軸方向に移動させる駆動装置(Y駆� ��機構等)として用いることも可能である。ま た、露光装置としては液晶用の露光装置に限 定されるものではなく、半導体製造用の露光 装置や有機EL、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD 等)、マクロマシン及びDNAチップなどを製造� �るための露光装置にも広く適用できる。

 また、ボールねじ駆動部は、ステージを� ��動するものに限定されるものではない。例� ��ば、ステージに代えて、工作機械用ロボッ� ��の移動アームや搬送ロボットに用いること� ��でき、その駆動制御に本実施形態の制御方� ��を適用させてもよい。

 なお、法令で許容される限りにおいて、� ��述の各実施形態及び変形例で引用した全て� ��文献の開示を援用して本文の記載の一部と� ��る。

 なお、上述のように本発明の実施形態を� ��明したが、本発明は上述した全ての構成要� ��を適宜組み合わせて用いる事が可能であり� ��また、一部の構成要素を用いない場合もあ� ��。