JP2001140972A - 除振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成によって除振台の振動を防止する
とともに、十分な制振性能を発揮できるようにする。 【解決手段】 除振パッドを介して保持された除振台９
と、該除振台９上で移動するトップステージ５およびＸ
Ｙステージ６と、除振台９を異なる箇所で支持方向に駆
動する少なくとも３個のアクチュエータとしてのリニア
モータ１２等と、除振台９の位置を計測する複数の変位
センサ１３と、該変位センサ１３および加速度センサ１
４の出力に基づいて除振台９の振動を抑えるべくリニア
モータ１２等を制御する制御手段を備え、ステージ５，
６の駆動時の加速度目標値を、該ステージ５，６の駆動
によって生じる振動を打ち消すように前記制御手段の除
振台制御部４５にフィードフォワードする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体リソグラフ
ィに用いる投影露光装置、各種精密加工機あるいは各種
精密測定器等で用いられる可動ステージ装置を搭載し、
アクチュエータによる駆動機構を備える除振装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子製造に用いられる露光
装置として、いわゆるステッパおよびスキャナと呼ばれ
る装置が知られている。ステッパは、半導体ウエハを投
影レンズ下でステップ移動させながら、レチクル上に形
成されているパターン像を投影レンズでウエハ上に縮小
投影し、１枚のウエハ上の複数箇所に順次露光していく
ものである。スキャナは、半導体ウエハを投影レンズ下
でステップ移動と定速スキャンを繰り返しながら、レチ
クル上に形成されているパターン像を投影レンズでウエ
ハ上に縮小投影し、１枚のウエハ上の複数箇所に順次露
光していくものである。ステッパおよびスキャナは、解
像度および重ね合わせ精度の性能面から露光装置の主流
と見られている。

【０００３】図１は露光装置における本体構造体および
ウエハステージの搭載例を示す正面図である。同図にお
いて、１はレチクルパターンを照明する照明部、２は転
写すべきパターンを有するレチクル、３はレチクル２上
に形成されたパターンをウエハ上に投影する投影レン
ズ、４は投影レンズ３を支持する鏡筒支持体である。５
は不図示のウエハを載置するトップステージであり、θ
方向、Ｚ方向、α方向およびβ方向に移動可能な機能を
有している。６はトップステージ５を搭載しＸ方向およ
びＹ方向に移動可能なＸＹステージ、８は上面に案内面
を有しＸＹステージ６および可動ガイド７を静圧空気軸
受け部を介してＺ方向に非接触で支持するステージベー
スである。２１はＹ方向のガイド、２４ａ，２４ｂはＹ
方向のリニアモータである。９はステージベース８を搭
載し支持固定する除振台であり、鏡筒支持体４が一体的
に結合されている。３３ａは投影レンズ３とＸＹステー
ジ６との相対位置を計測するためのレーザ干渉計、１６
ａは投影レンズ３の焦点位置とウエハ上面間の距離を計
測するフォーカス検出部の投光部、１６ｂは同じくフォ
ーカス検出部の受光部である。

【０００４】１１は鏡筒支持体４を支持するために４カ
所に配置された除振手段である除振パッドおよびアクチ
ュエータである。これは、例えば、サーボ弁を備えたエ
アシリンダとして構成されている。また、１２はリニア
モータまたはボイスコイルモータであって、力を発生す
るための力アクチュエータとして使用される。これらの
アクチュエータを駆動することにより、床からの振動を
ステージ５，６に伝えない除振性能、およびステージ
５，６の移動等によって振動しない制振性能を発揮する
ことが除振装置に求められている。

【０００５】図５は従来例に係る除振装置およびステー
ジの制御ブロック図である。以下、図１も参照しなが
ら、従来の除振装置について説明する。ステージ制御部
２５ではステージ５，６の制御を行う。目標値波形発生
部２６により発生した目標位置に、レーザ干渉計３３ａ
により計測されたトップステージ５の位置が一致するよ
うにＰＩＤ等の補償器２７を用いて制御が行われる。ま
た、応答性を改善するために、目標値波形発生部２６に
おいて加速度波形２８も同時に発生させ、フィードフォ
ワードすることも一般的に行われている。

【０００６】除振台制御部３５では除振台９の制御を行
う。変位センサ１３は除振台９が設置された床面からの
除振台９の位置を検出する。変位センサ１３により検出
された除振台９の位置と目標値発生部３６で発生した目
標位置が一致するようにＰＩＤまたはＰＩ等の補償器３
７で指令値が演算される。また、加速度センサ１４で計
測された除振台９の加速度も補償器３８によってフィー
ドバックされ、これにより除振台９の振動減衰特性が向
上する。これらの指令値はサーボ弁およびエアシリンダ
１１に入力され除振台９を駆動する。なお、エアシリン
ダ１１は変位アクチュエータとしての役割も果たす。

【０００７】位置フィードバック系の補償器２７のゲイ
ンを大きくすると、床振動の除振特性が悪化してしまう
ため、できるだけ小さいゲインの方が望ましい。しか
し、その分応答性が悪化してしまう。通常位置フィード
バック系の周波数特性は数Ｈz程度になるように設定さ
れる。ステージ５，６は数十Ｈz 以上の周波数特性を持
つため、ステージ５，６が移動した場合の反力や重心移
動に対し、除振台９は応答し制振することができず、大
きく振動してしまう。これを避けるため、レーザ干渉計
３３ａにより検出されたステージ５の位置を微分器３９
で２回微分することによりステージ５，６の加速度すな
わち除振台９に与える反力を補償器４０で算出し、リニ
アモータ１２にフィードフォワードする。これによりス
テージ５等が移動した場合でも、除振台９が受ける反力
を打ち消す力をリニアモータ１２が発生させることがで
きるため、除振台９が揺れることはなくなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
干渉計３３ａの計測したステージ５の位置は、除振台９
との相対位置であるので、除振台９自身の振動をも含ん
でいる。そのため、除振台９の振動をレーザ干渉計３３
ａが検出し、それによりステージ５等が駆動されて除振
台９を加振し、さらにその振動をレーザ干渉計３３ａが
検出して除振台９にフィードフォワードされ、それによ
りリニアモータ１２が駆動されてさらに除振台９を振動
させる、というステージ制御系と除振台制御系の干渉に
よるポジティブフィードバックが形成され、発振を招く
ということがあった。

【０００９】また、レーザ干渉計３３ａの計測したステ
ージ５の位置から、反力に相当する加速度を求めるため
には微分を２回行わなければならない。微分演算は信号
の高周波ノイズを増幅させるため、リニアモータ１２が
ノイズの影響を受けて、除振台９を振動させてしまうこ
ともある。これを避けるためにはローパスフィルタ等に
よりノイズを除去する必要があるが、そのために加速度
信号の周波数帯域が制限されてしまい、十分な反力補償
ができなくなるという問題点があった。

【００１０】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、簡単な構成によって除振台の振動を防止す
るとともに、十分な制振性能を発揮できるようにするこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するため、本発明では、除振パッドを介して保持され
た除振台と、該除振台上で移動するステージと、前記除
振台を異なる箇所で支持方向に駆動する少なくとも３個
のアクチュエータと、前記除振台の位置を計測する複数
の変位センサと、前記除振台の振動を計測する複数の加
速度センサと、前記変位センサおよび加速度センサの出
力に基づいて前記除振台の振動を抑えるべく前記アクチ
ュエータを制御する制御手段を備える除振装置におい
て、前記ステージの駆動時の加速度目標値を、前記ステ
ージの駆動によって生じる振動を打ち消すように前記制
御手段にフィードフォワードすることを特徴とする。こ
の構成により、本発明に係る除振装置は、除振台にフィ
ードフォワードされるステージの加速度目標値には定盤
の振動は含まれないため、ポジティブフィードバックは
形成されず、除振台の発振を引き起こすことはない。

【００１２】

【発明の実施の形態および作用】本発明は、ステージ加
速度目標値を積分器とハイパスフィルタを介して除振台
にフィードフォワードすることが望ましい。また、本発
明では、アクチュエータは力を与える力アクチュエータ
と、変位を与える変位アクチュエータとを備え、ステー
ジの駆動時の加速度目標値を、前記力アクチュエータお
よび変位アクチュエータにフィードフォワードすること
が好ましい。

【００１３】この構成により、本発明に係る除振装置で
は、加速度目標値は目標値波形発生部において論理的に
計算することが可能であり、ノイズが含まれていないと
ともに、微分演算を行う必要がないため、ノイズを増幅
することもなく、十分な制振性能を発揮することが可能
となる。

【００１４】また、制御手段を構成するステージ制御部
と除振台制御部の間の信号は加速度信号だけでよいた
め、装置の構成を簡略化することができる。

【００１５】

【実施例】（実施例１）図２は本発明の実施例１に係る
除振装置の制御ブロック図である。図１も参照しながら
本発明の実施例１に係る除振装置について説明する。本
実施例に係る除振装置は、制御手段としてステージ制御
部２５および除振台制御部４５を備えている。

【００１６】ステージ制御部２５ではステージ５，６の
制御を行う。目標値波形発生部２６により発生した目標
位置に、レーザ干渉計３３ａにより計測されたステージ
５の位置が一致するようにＰＩＤ等の補償器２７を用い
て、指令値が求められる。指令値はリニアモータ２４等
に入力されて、ステージ５，６を駆動する。また、応答
性を改善するために、目標値波形発生部２６において加
速度波形２８も同時に発生させ、フィードフォワードす
る。目標値波形発生部２６では、移動時の過渡振動がで
きるだけ少なくなり、かつ移動時間ができるだけ少なく
なるように、位置および加速度の波形を演算により求め
る。

【００１７】除振台制御部４５では除振台９の制御を行
う。変位センサ１３は除振台９が設置された床面からの
除振台９の位置を、また加速度センサ１４は除振台９の
振動による加速度を検出する。変位センサ１３および加
速度センサ１４は、それぞれ図示しない複数箇所に設け
られているが、除振台９の設計により全てが除振台９上
の位置に付いているとは限らないため、それぞれ適切な
座標変換をして統一した座標系に基づき制御が行われ
る。変位センサ１３により検出された除振台９の位置と
目標値発生部３６で発生した目標位置が一致するように
ＰＩＤまたはＰＩ等の補償器３７で指令値が演算され
る。また、加速度センサ１４で計測された除振台９の加
速度ＰＩまたはＰ等の補償器３８によってフィードバッ
クされ、これにより除振台９の振動減衰特性が向上す
る。これらの指令値はサーボ弁およびエアシリンダ１１
に配置に合わせた座標変換を行って入力され除振台９を
駆動する。なお、エアシリンダ１１は変位アクチュエー
タとしての役割も果たす。

【００１８】位置フィードバック系の補償器２７のゲイ
ンを大きくすると、床振動の除振特性が悪化してしまう
ため、できるだけ小さいゲインの方が望ましい。しか
し、その分応答性は悪化してしまう。通常位置フィード
バック系の周波数特性は数Ｈz程度になるように設定さ
れる。ステージ５等は数十Ｈz 以上の周波数特性を持つ
ため、ステージ５，６が移動した場合の反力に対し、除
振台９は制振することができず、大きく振動してしま
う。これを避けるため、ステージ制御部２５の目標値波
形発生部２６において計算されたステージ５，６の加速
度から、適切な座標変換を行って除振台９に与える反力
を算出し、ＰＩまたはＰ等の補償器４０によって力を発
生するための力アクチュエータであるリニアモータ１２
にフィードフォワードする。これによりステージ５が移
動した場合でも、除振台９が受ける反力を打ち消す力を
リニアモータ１２で発生させることができるため、除振
台９が揺れることはなくなる。

【００１９】本実施例によれば、ステージ５，６の加速
度として目標値波形発生部２６で演算された値を用いる
ため、レーザ干渉計３３ａで測定されたステージ５の位
置から２回微分を行ってステージ加速度すなわち除振台
９に与える反力を求めるという計算をする必要がなく、
処理を簡略化することができる。

【００２０】また、目標値波形発生部２６で理論的に計
算された値を用いるため、加速度信号にノイズが含まれ
ておらず、また微分を行わないためノイズを増幅するこ
ともない。そのため、ノイズによる悪影響を抑えるため
のローパスフィルタ等を用いる必要がなく、制御帯域が
制限されないため、十分な制振性能を発揮することが可
能である。

【００２１】さらに、目標値波形発生部２６で理論的に
計算された値には除振台９の振動は含まれていないの
で、ステージ５等の加速度信号を除振台制御部４５にフ
ィードフォワードすることによって、ステージ制御系と
除振台制御系の干渉によるポジティブフィードバックが
形成されず、発振を招くということもない。

【００２２】（実施例２）図３は本発明の実施例２に係
る除振装置の制御ブロック図である。本実施例は、ステ
ージ制御部２５の目標値波形発生部２６で発生したステ
ージ加速度を適切な座標変換をした後、除振台制御部５
５の積分器４２によって２回積分し、その２回積分した
ものを、ハイパスフィルタ４３と補償器４４を介してリ
ニアモータ１２にフィードフォワードする。

【００２３】除振台制御部５５における加速度の２回積
分は位置に相当するため、定常出力が発生し、積分器４
２は時間の経過とともに演算誤差やノイズが蓄積されて
いくおそれがあるため、ハイパスフィルタ４３を介する
ことによって定常成分を除去している。ハイパスフィル
タ４３の折れ点周波数は、除振台９の制御周波数より十
分低く、かつ演算誤差やノイズの蓄積速度より高く設定
することにより、制御特性に悪影響を与えることなく、
定常時の出力をゼロにリセットすることができる。

【００２４】本実施例によれば、ステージ５，６の加速
度信号を２回積分することによって、ステージ５，６の
変位を求める。これはステージ５，６の移動に伴う重心
の移動の影響に相当するため、これをフィードフォワー
ドすることにより、ステージ５，６の重心移動によって
定盤が変位してしまうことを防ぐことができる。ハイパ
スフィルタ４３によりフィードフォワードの定常出力は
徐々にゼロになるが、ハイパスフィルタ４３の折れ点周
波数を除振台９の制御周波数よりも十分小さくしておく
ことによって、除振台９の変位フィードバック系が補償
することができる。

【００２５】また、ステージ制御部２５と除振台制御部
５５の間の信号は実施例１と同じく加速度信号だけでよ
いため、装置の構成を簡略化することができる。

【００２６】（実施例３）図４は本発明の実施例３に係
る除振装置の制御ブロック図である。本実施例は、ステ
ージ制御部２５の目標値波形発生部２６で発生したステ
ージ加速度を適切な座標変換をした後、除振台制御部６
５の積分器４１により１回積分して、その１回積分した
ものを、ハイパスフィルタ４３と補償器４４を介してエ
アシリンダ１１にフィードフォワードする点で実施例２
と異なる。

【００２７】本実施例によれば、サーボ弁を備えたエア
シリンダ１１は積分特性を持つため、積分器４１におい
ては１回積分をするだけでよい。加速度の１回積分は速
度に相当するため、定常出力は持たない。そのため、演
算誤差やノイズの影響が少なければハイパスフィルタ４
３を省くことも可能である。

【００２８】また、ステージ制御部２５と除振台制御部
６５の間の信号は実施例１と同じく加速度信号だけでよ
いため、装置の構成を簡略化することができる。

【００２９】

【デバイス生産方法の実施例】次に本発明に係る上記除
振装置を用いた露光装置を利用したデバイスの生産方法
の実施例を説明する。図６は微小デバイス（ＩＣやＬＳ
Ｉ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘ
ッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステ
ップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行
う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを
形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ
製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを
製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼
ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラ
フィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次
のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ
４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化す
る工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンデ
ィング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程
を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製され
た半導体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。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００３０】図７は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記投影露光装置によってマスク
の回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７
（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８
（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削
り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチング
が済んで不要となったレジストを取り除く。これらのス
テップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に
回路パターンが形成される。

【００３１】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ステージの加速度目標を直接、また積分器およびハイパ
スフィルタを介して除振台にフィードフォワードするこ
とにより、ポジティブフィードバックは形成されず、発
振を引き起こすことはない。また、加速度目標値にはノ
イズが含まれていないとともに、微分演算を行う必要が
ないため、ノイズを増幅することもなく、十分な制振性
能を発揮することが可能となる。また、ステージ制御部
と除振台制御部の間の信号は加速度信号だけでよく、微
分器も必要ないため、装置の構成を簡略化することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来例および本発明の実施例１に係る除振装
置を用いた露光装置を示す正面図である。

【図２】 本発明の実施例１に係る除振装置の制御ブロ
ック図である。

【図３】 本発明の実施例２に係る除振装置の制御ブロ
ック図である。

【図４】 本発明の実施例３に係る除振装置の制御ブロ
ック図である。

【図５】 従来例に係る除振装置の制御ブロック図であ
る。

【図６】 本発明に係る除振装置を用いた露光装置を利
用した微小デバイスの製造の流れの一例を示す図であ
る。

【図７】 図６におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。

【符号の説明】

１：照明部、２：レチクル、３：投影レンズ、４：鏡筒
支持体、５：トップステージ、６：ＸＹステージ、７：
可動ガイド、８：ステージベース、９：除振台、１１：
エアシリンダ（変位アクチュエータ）、１２：リニアモ
ータ（力アクチュエータ）、１３：変位センサ、１４：
加速度センサ、２５：ステージ制御部、２６：目標値波
形発生部、３６：目標値発生部、４１，４２：積分器、
４３：ハイパスフィルタ、４５，５５，６５：除振台制
御部（制御手段を構成する）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H097 BA10 3J048 AB08 AB11 AD02 AD03 DA01 EA13 5F046 AA05 AA23 BA04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 除振手段を介して保持された除振台と、
   該除振台上で移動するステージと、前記除振台を異なる
   箇所で駆動する少なくとも３個のアクチュエータと、前
   記除振台の位置を計測する複数の変位センサと、前記除
   振台の振動を計測する複数の加速度センサと、前記変位
   センサおよび加速度センサの出力に基づいて前記除振台
   の振動を抑えるべく前記アクチュエータを制御する制御
   手段とを備え、前記ステージの駆動時の加速度目標値
   を、前記ステージの駆動によって生じる振動を打ち消す
   ように前記制御手段にフィードフォワードすることを特
   徴とする除振装置。
2. 【請求項２】 前記ステージの駆動時の加速度目標値
   を、前記ステージの移動による前記除振台の傾きを打ち
   消すように、積分器を介して前記制御手段にフィードフ
   ォワードすることを特徴とする請求項１に記載の除振装
   置。
3. 【請求項３】 前記ステージの駆動時の加速度目標値
   を、前記ステージの移動による前記除振台の傾きを打ち
   消すように、折れ点周波数が前記除振台の制御周波数よ
   りも低く設定されたハイパスフィルタと積分器を介して
   前記制御手段にフィードフォワードすることを特徴とす
   る請求項１に記載の除振装置。
4. 【請求項４】 前記アクチュエータは、力を与える力ア
   クチュエータと、変位を与える変位アクチュエータとを
   備え、前記ステージの駆動時の加速度目標値を、前記力
   アクチュエータおよび変位アクチュエータにフィードフ
   ォワードすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載の除振装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の
   除振装置を用いたことを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の露光装置を用いて製造
   したことを特徴とする半導体デバイス。