JP2004532469A - ベース安定化システム - Google Patents

Abstract

制御された構造の運動を制御するためのベース安定化システムを提供するシステム。本システムは、製造施設のフロアのような基礎構造を含み、制御された構造は、機器が取り付けられるベース（４０５）を含む。本システムはまた、ベースを基礎構造から分離してベースを安定化させるために全てが基礎構造とベースとに取り付けられた、少なくとも３つのエアマウント（４８０）と複数のアクチュエータ（４３０）とを含む。本システムは、それぞれ相当するアクチュエータに並置された複数の位置センサ及び加速度センサ（４２０）を有する。本システムはまた、各センサからのフィードバック信号に基づいて各アクチュエータを制御するためのフィードバック制御アルゴリズムでプログラムされたコンピュータプロセッサを有する、多重入力多重出力フィードバック制御システムを含む。センサとアクチュエータとの並置により、高次オーダーの振動モードがもたらす重大な問題が回避される。
【選択図】図８

Description

【技術分野】
【０００１】
本出願は、本明細書においてその開示内容が引用により組み込まれる、２００１年３月９日出願の米国特許出願第０９／８０３，３２０号の一部継続出願である２００２年２月１１日出願の米国特許出願第１０／０７４，０５９号に対して優先権を主張し、２００１年１１月３０日出願の米国特許仮出願一連番号６０／３３８，５９２号の恩典に対する権利を有する。本発明は、一般に、リソグラフィステージのような構造の運動を正確かつ最適に制御する方法及びそのための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元空間内で構造の運動を正確に制御するか又は所定の空間内で１つの構造の別の構造に対する運動を制御する能力は、半導体チップ、プリント回路基板、液晶ディスプレイ、及び薄膜装置を製造するのに使用されるもののような多くの製造用途に対して、その技術的及び経済的な結果が重要な問題を提起する。そのような作業では、多くの場合、リソグラフィステージ、レーザ光源、測定学ステージ、ピックアンドプレイス装置、ウェーハ操作ロボット、ガントリ／ヘッド・アセンブリ、リニアモータ、写真画像化システム、及び、エッチングシステムのような特殊な構造が使用され、これらの往々にして精巧で敏感な製品を製造及び検査する。
【０００３】
実際には、半導体チップの製造は非常に敏感で、例えば範囲がマイクロメートル（μｍ）からナノメートル（ｎｍ）の小さな範囲の望ましくない運動が、精密な位置決めと配置を必要とする構成要素又はサブシステムを外乱する可能性がある。チップ製造におけるそのような殆ど骨が折れるような精度の必要性は、例えばウェーハマスクのシリコン基板に対する注意深いマッチングに示されている。マスク配置の小さなばらつきは、品質管理検査まで又は最終製品への組込まで見逃される場合があるので、まず第一に配置及び外乱に関連する誤差の影響を識別して迅速に是正する必要性が最も重要である。
【０００４】
これらの構造は、空間の特定の点まで、それが絶対座標か又は別の構造のような別の点に対して定められた点であるかに関わらず、非常に迅速に動くことが要求されるであろう。ウェーハステージは、ウェーハを搬送してそれらを照明のために配置するリソグラフィ機械における可動構造である。ウェーハを搬送するステージは、フォトリソグラフィ処理を使用してウェーハ上に画像を作り出すことができるように、光学レンズに対して正確に位置合わせされた点まで移動しなければならない。次に、画像が更に処理されて、半導体装置内に精巧な回路を作り出す。これらの処理は、通常は複数回繰り返されて精巧な回路の層を作り出し、これらの層の位置合わせは、装置の特性にとって重大である可能性がある。数ナノメートルの位置合わせの誤差は、場合によっては、装置が使用不能になるか又はその性能がひどく制限されるのに十分である。これらのような構造は、通常は、特別に較正された比較的非フォールト・トレラントな動きの作動可能範囲で作動し、また、動き自体が正確に効率よく調節されて実行される必要があるので、正確で最適な制御を実行できる方法と装置は、そのような製造と検査工程を改善する歓迎すべき機会を呈示すると考えられる。
【０００５】
例えば米国カリフォルニア州サンディエゴ所在の「Ｃｙｍｅｒ」インコーポレーテッドから販売されているもののような最新のフォトリソグラフィレーザの使用により、チップの製造技術が進歩したので、チップの処理能力の要求も増えている。要求が増えた１つの結果は、レチクルとウェーハが載るステージの位置合わせがより高速になることである。位置合わせが高速になると、それに付随して運動制御の問題が劇的に増えてくる。例えば、製造における他の影響の中でもとりわけ、より高速の位置合わせにより、ステージの可撓性変形モードを予測して制御するという必要性が生じてきた。これが、典型的なステージの比較的低レベルの構造的減衰（ステージが軽量の剛体でなければならないという要求から生じる）と相俟って、ステージが最適に近い持続する作動可能な挙動を達成するために慎重に制御されるべきである多くのシナリオを作り出す。
【０００６】
能動振動及び運動制御は、適切なシステム管理を達成する確実な一方法を提供する。しかし、プラント力学における未知の領域や、制御されているシステムに対する予知できない外乱は、特に半導体の主要装置のような敏感な機械を使用する場合には、能動構造制御から得られた実際の結果を大幅に変える可能性がある。この関連において、外乱は、制御されているシステムに対する信号の入力に影響したり、センサ信号に変化をもたらしたり、性能変数に影響を与えるなど、様々な方法で出現する可能性がある。更に、ベース又はステージ力学における不確実性や、装置構成及び質量分布の変化と、器具、サブシステム、又は構成要素の劣化とにより生じるこれらの力学に対する影響は、全て、選択された任意の標準的制御方法の性能を制限するように働く場合がある。
【０００７】
要求精度を達成するために、リソグラフィステージは、フロアの振動から能動的に分離されたベース構造によって支持される。最も単純な形態の能動分離制御には、これらのベースがステージと比較して極端に重く、能動分離制御帯域において構造的な弾性挙動のないことが要求される。大抵の場合、これらの要求によって、重さが数トンで花崗岩のような使い方が難しい材料でベースを作ることになる。そのために、これらのベースのコスト、及び、集荷や搬送のような関連コストが大幅に上昇する。システムで使用されるアクチュエータの最高出力がかなり高いこともまた要求され、従って、コスト高となって取り扱いが難しく、増幅器その他の構成要素のために大きなスペースが必要となる。従来技術の能動分離制御システムは、一般に単純な低次オーダーの単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）制御アルゴリズムを使用している。
【０００８】
「ＳＩＳＯ」制御アルゴリズムは、ベース構造に対してこれらの厳しい制限を課すが、それは以下のようないくつかの理由による。
１．「ＳＩＳＯ」コントローラでの複数軸線の制御は、別々の軸線（プランジ、ピッチ、ロールなど）に沿った運動の効率的で強力な分離を要求する。ベースに対する移動するステージの質量比が極端に低くない場合に起こるように重力中心と回転慣性が時間の関数として変化すると、そのような分離は達成できない。
２．移動する質量が何もない場合でも、運動軸線の分離は、ベースが１つの剛体として挙動する時（第１の共振周波数よりも低く）だけ可能である。ベースが分離制御帯域内に弾性振動を有する場合は、分離「ＳＩＳＯ」制御はどれも不可能である。
３．低次オーダーのコントローラは、それらの利得ロールオフ値が制限されているために（通常、１０年間につき２０デシベル）、軽度に減衰された構造的振動には対処できず、従って、そのような振動の存在は、所望の制御帯域において、又はその付近でさえも、そのような低次オーダーのコントローラの性能を大きく制限することになる。
従って、能動分離システムは、その性能が制限され、極端に厄介な機械設計を必要とする。更に、現行の慣例における低次オーダー「ＳＩＳＯ」コントローラは、高度に訓練された技術者による調整が必要である。
【０００９】
能動制御の短所は、特に、完全に予測できる実験室環境から厳しい工場環境に取り込まれる時に認められる。実験室の試験では、実験によって誘起される外乱も含めて、ループを閉じる前に制御されているシステムを完全に特徴付けることができ、可能な最良の応答をシステムから得るために制御利得を調節することができる。このようにして、特に近代的なシステム識別手法を使用する時に、特定の周波数領域におけるシステムの入力／出力の挙動に関するほとんど全ての不確定性を排除することが可能である。しかし、実際面の応用では、実験室で観測されるのと同様のシステム特性を再現することが不可能な場合が多い。部品間の変動は、名目上の同一システム間であってさえも、及び、同じコントローラを使用する場合であってさえも、制御入力に応答して有意な差をもたらす。環境と装置構成の変化は、それらが場所から場所で変化することができ、時間によっても変化する場合があるので、更に多くの知らない間の（そして、特定するのが難しい）モデル化の誤差が発生する可能性がある。半導体製造装置の場合には、そのような問題は常に発生し、工場に配備されて使用されるまでは個々のシステムの力学を完全に知ることができない。更に、物理的な条件における外乱の正確な特性は、特定の外乱周波数は言うまでもなく、性能を最適化するのに必要な精度で予め知られることはほとんどなく、残念なことに、それら自体が時間で変化する可能性がある。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許出願第０９／８０３，３２０号
【特許文献２】
米国特許出願第１０／０７４，０５９号
【特許文献３】
米国特許仮出願一連番号６０／３３８，５９２号
【特許文献４】
米国特許出願番号０９／８９６，６８９号
【特許文献５】
米国特許出願番号０９／９６８，１８０号
【特許文献６】
米国特許第５，６５６，８８２号
【特許文献７】
米国特許出願一連番号０９／７３３，１９４号
【非特許文献１】
Ａｓｔｒｏｍ、Ｋ．Ｊ．及びＷｉｔｔｅｎｍａｒｋ、Ｂ．著、「適応制御」、Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ、１９９５年
【非特許文献２】
Ｎａｒｅｎｄｒａ、Ｋ．Ｓ．及びＡｎｎａｓｗａｍｙ、Ａ．Ｍ．著、「安定適応システム」、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ Ｉｎｃ．、１９８９年
【非特許文献３】
Ａｎｎａｓｗａｍｙ、Ａ．Ｍ．及びＣｌａｎｃｙ、Ｄ．Ｊ．著、「可撓性空間構造のための適応制御戦略」、ＩＥＥＥ刊「航空宇宙及び電子システムに関する論文集」、第３２巻、第３号、１９９６年６月
【非特許文献４】
Ｂａｋｋｅｒ、Ｒ．及びＡｎｎａｓｗａｍｙ、Ａ．Ｍ．著、「可撓性構造に対する応用を伴う低次オーダー多変数制御」、「Ａｕｔｏｍａｔｉｃａ」、第３２巻、第３号、１９９６年３月
【非特許文献５】
Ｈｏ、Ｍ−Ｔ Ｙａｎｇ、Ｊ．Ｃ．及びＣｈｅｗ、Ｍ．著、「先端荷重が未知の可撓性梁の旋回制御に対する新しい適応可能な基準モデル適応制御」、「ＳＰＩＥ」スマート構造及び材料会議講演集：スマート構造及び統合システム、第２４４３巻、１９９５年２−３月
【非特許文献６】
Ｙｅｎ、Ｇ．Ｇ．著、「精密構造における能動振動制御」、「ＳＰＩＥ」人工神経網に関する会議ＩＩＩ講演集、第３０７７巻、１９９７年４月
【非特許文献７】
Ｂｏｓｏｎ、Ｍ．及びＤｏｕｇｌａｓ、Ｓ．Ｃ．著、「適応フィードバックアルゴリズムを使用する狭帯域の外乱の排除」、「ＳＰＩＥ」スマート構造及び材料会議講演集：スマート構造における数学及び制御、第３０３９巻、１９９７年３月
【非特許文献８】
Ｂｏｄｓｏｎ、Ｍ．及びＤｏｕｇｌａｓ、Ｓ．Ｃ．著、「周波数が未知の大きな正弦波成分を有する外乱の排除」、「ＳＰＩＥ」スマート構造及び材料会議講演集：スマート構造における数学及び制御、第２７１５巻、１９９６年２月
【非特許文献９】
Ｄａｖｉｓ、Ｌ．Ｄ．及びＨｙｌａｎｄ、Ｄ．Ｃ．著、「ＡＳＴＲＥＸ試験台のための適応神経制御」、米国制御会議講演集、第３巻、１９９７年６月
【非特許文献１０】
Ｂａｚ、Ａ．及びＨｏｎｇ、Ｊ−Ｔ．著、「正のモード位置フィードバックを使用する可撓性構造の適応制御」、適応制御及び信号処理の国際雑誌、第１１巻、第３号、１９９７年５月
【非特許文献１１】
Ｇｏｐｉｎａｔｈａｎ、Ｍ．、Ｐａｊｕｎｅｎ、Ｇ．Ａ．、Ｎｅｅｌａｋａｎｔａ、Ｐ．Ｓ．及びＡｒｏｃｋｉａｓａｍｙ、Ｍ．著、「片持ち梁の振動の線型二次分布自己調節制御」、「ＳＰＩＥ」スマート構造及び材料会議講演集：スマート構造及び統合システム、第２４４３巻、１９９５年２−３月
【非特許文献１２】
Ｆｉｔｃｈ、Ｊ．Ａ．及びＭａｙｂｅｃｋ、Ｐ．Ｓ．著、「強化された識別可能性のための意図的ディザーを有する可撓性大空間構造の多重モデル適応制御」、第３３回「ＩＥＥＥ」決定及び制御会議講演集、第３巻、１９９４年１２月
【非特許文献１３】
Ｓｃｈｉｌｌｅｒ、Ｇ．Ｊ．及びＭａｙｂｅｃｋ、Ｐ．Ｓ．著、「ＭＭＡＥ／ＭＭＡＣ手法を使用する大空間構造の制御」、航空宇宙電子システムに関する「ＩＥＥＥ」論文集、第３３巻、第４号、１９９７年１０月
【非特許文献１４】
Ｗｉｌｌｉａｍ Ｓ．Ｌｅｖｉｎｅ編集、「制御ハンドブック」、「ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ」、１９９６年
【非特許文献１５】
Ｃａｎｎｏｎ、Ｒ．Ｈ．及びＲｏｓｅｎｔｈａｌ、Ｄ．Ｆ著、「非並置センサ及びアクチュエータを用いる可撓性構造の制御に関する実験」、誘導制御及び力学雑誌、第７巻、第５号、５４６−５５３ページ、１９８４年９−１０月
【非特許文献１６】
Ｆｌｅｍｉｎｇ、Ｆａｒｌａ Ｍ．著、「制御された構造のゼロに対する構造、アクチュエータ、及びセンサの影響」、修士論文、マサチューセッツ工科大学航空及び宇宙航行学部、１９９０年
【非特許文献１７】
Ｓｐｅｃｔｏｒ、Ｖ．Ａ．及びＦｌａｓｈｎｅｒ、Ｈ．著、「非並置構造制御システムのモデル化」、「ＡＩＡＡ」誘導航行及び制御会議、論文番号８８−４０６０、１９８８年
【非特許文献１８】
Ｆｒｅｕｄｅｎｂｅｒｇ、Ｊ．及びＬｏｏｚｅ、Ｄ．著、「右半分平面極及びゼロ、及び、フィードバックシステムにおける設計トレードオフ」、自動制御に関する「ＩＥＥＥ」論文集、ＡＣ−３０巻、第６号、１９８５年１月
【非特許文献１９】
Ｔ．Ｔｕｐｐｅｒ Ｈｙｄｅ及びＥｄｗａｒｄ Ｆ．Ｃｒａｗｌｅｙ著、「空間構造に対する能動振動分離」、Ｍ．Ｉ．Ｔ「ＳＥＲＣ」報告、番号４−９６，１９９６年
【非特許文献２０】
「ＩＣＰ及び電荷圧電センサのための信号調整の概要」、技術サポート資料、「ＰＣＢ」ピエゾトロニクス・インコーポレーテッド
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
研究者は、構造的制御問題に対して適応制御手法を使用することにより、半導体産業の外でこれらの問題に対処してきた。これらの努力を推進させた力は、あらゆる条件で考えられる全てのシステムに対して機能する不変理論モデルを使用するコントローラを作ることを最終目的として、適応制御アルゴリズムをできるかぎり一般化することであった。そのような制御アルゴリズムは、必然的に（そして、不必要に）複雑であり、ほとんどの実際の用途に対してコントローラの性能を制限する。
【００１２】
適応制御分野のある研究（Ａｓｔｒｏｍ、Ｋ．Ｊ．及びＷｉｔｔｅｎｍａｒｋ、Ｂ．著「適応制御」、１９９５年、「Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ」刊行、及び、Ｎａｒｅｎｄｒａ、Ｋ．Ｓ．及びＡｎｎａｓｗａｍｙ、Ａ．Ｍ．著「安定適応システム」、１９８９年、「Ｐｒｅｎｔｉｃｅ−Ｈａｌｌ Ｉｎｃ．」刊行、米国ニュージャージー州イングルウッド・クリフ所在、を参照することができる）は、可撓性構造への応用に焦点が当てられた。大体において、これらの努力に使用された手法は、フィードバック制御の３つ部類、すなわち、直接適応制御、自己調節レギュレータ、及び、音調コントローラに分類することができる。直接適応コントローラは、制御利得を「適応可能に」、すなわち測定誤差から直接計算する。（Ａｎｎａｓｗａｍｙ、Ａ．Ｍ．及びＣｌａｎｃｙ、Ｄ．Ｊ．著「可撓性空間構造のための適応制御戦略」、１９９６年６月、ＩＥＥＥ刊行「航空宇宙及び電子システムに関する論文集」、第３２巻、第３号；Ｂａｋｋｅｒ、Ｒ．及びＡｎｎａｓｗａｍｙ、Ａ．Ｍ．著「可撓性構造に対する応用を伴う低次オーダー多変数制御」、１９９６年３月、「Ａｕｔｏｍａｔｉｃａ」、第３２巻、第３号；及び、Ｈｏ、Ｍ−Ｔ Ｙａｎｇ、Ｊ．Ｃ．及びＣｈｅｗ、Ｍ．著「先端荷重が未知の可撓性梁の旋回制御に対する新しい適応可能な基準モデル適応制御」、「ＳＰＩＥ」スマート構造及び材料会議講演集：スマート構造及び統合システム、第２４４３巻、１９９５年２−３月、を参照することができる。）音調コントローラは、１つ又はいくつかの離散的周波数での外乱を排除するために設計されたものである。（Ｙｅｎ、Ｇ．Ｇ．著「精密構造における能動振動制御」、「ＳＰＩＥ」人工神経網に関する会議ＩＩＩ講演集、１９９７年４月、第３０７７巻；Ｂｏｓｏｎ、Ｍ．及びＤｏｕｇｌａｓ、Ｓ．Ｃ．著「適応フィードバックアルゴリズムを使用する狭帯域の外乱の排除」、「ＳＰＩＥ」スマート構造及び材料会議講演集：スマート構造における数学及び制御、１９９７年３月、第３０３９巻；及び、Ｂｏｄｓｏｎ、Ｍ．及びＤｏｕｇｌａｓ、Ｓ．Ｃ．著「周波数が未知の大きな正弦波成分を有する外乱の排除」、「ＳＰＩＥ」スマート構造及び材料会議講演集：スマート構造における数学及び制御、１９９６年２月、第２７１５巻、を参照することができる。）外乱は、周波数が通常は未知の正弦波である。音調コントローラは、周波数の変化又はプラント力学のいずれか、又はその両方に対して適応する。この種の制御は、エラーセンサの数がアクチュエータの数以下でアクチュエータが十分な制御の権利を有する場合に、外乱を完全に排除することができる（センサにより計測されたもの）。自己調節レギュレータは、適応処理に追加の段階、すなわち調節アルゴリズムの内部モデルの適応更新段階を追加する。このモデルは、制御利得を計算するために使用される。これらの方法は、一般にコロケーションを必要とせず、主として内部モデルの識別（ＩＤ）を実行するために使用されるアルゴリズムにより互いに区別される。これらの種類のコントローラで使用されるＩＤ方法の中には、神経網（例えば、Ｄａｖｉｓ、Ｌ．Ｄ．及びＨｙｌａｎｄ、Ｄ．Ｃ．著「ＡＳＴＲＥＸ試験台のための適応神経制御」、米国制御会議講演集、１９９７年６月、第３巻を参照することができる）、モードパラメータ（例えば、Ｂａｚ、Ａ．及びＨｏｎｇ、Ｊ−Ｔ．著「正のモード位置フィードバックを使用する可撓性構造の適応制御」、適応制御及び信号処理の国際雑誌、１９９７年５月、第１１巻、第３号を参照することができる）、物理的構造特性（例えば、質量及び剛性）（Ｇｏｐｉｎａｔｈａｎ、Ｍ．、Ｐａｊｕｎｅｎ、Ｇ．Ａ．、Ｎｅｅｌａｋａｎｔａ、Ｐ．Ｓ．及びＡｒｏｃｋｉａｓａｍｙ、Ｍ．著「片持ち梁の振動の線型二次分布自己調節制御」、「ＳＰＩＥ」スマート構造及び材料会議講演集：スマート構造及び統合システム、１９９５年２−３月、第２４４３巻を参照することができる）、及び、パラメータ変動空間に亘る一連のモデル（Ｆｉｔｃｈ、Ｊ．Ａ．及びＭａｙｂｅｃｋ、Ｐ．Ｓ．著「強化された識別可能性のための意図的ディザーを有する可撓性大空間構造の多重モデル適応制御」、第３３回「ＩＥＥＥ」決定及び制御会議講演集、１９９４年１２月、第３巻、及び、Ｓｃｈｉｌｌｅｒ、Ｇ．Ｊ．及びＭａｙｂｅｃｋ、Ｐ．Ｓ．著「ＭＭＡＥ／ＭＭＡＣ手法を使用する大空間構造の制御」、航空宇宙電子システムに関する「ＩＥＥＥ」論文集、１９９７年１０月、第３３巻、第４号を参照することができる）がある。
必要とされるのは、より良好なベース安定化システムである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は制御された構造の運動を制御するためのベース安定化システムを提供する。本システムは、製造施設のフロアのような基礎構造を含み、制御された構造は、機器が取り付けられるベースを含む。本システムはまた、ベースを基礎構造から分離してベースを安定化させるために全てが基礎構造とベースとに取り付けられた、少なくとも３つのエアマウントと複数のアクチュエータとを含む。
本システムは、それぞれ相当するアクチュエータに並置された複数の位置センサ及び加速度センサを有する。本システムはまた、各センサからのフィードバック信号に基づいて各アクチュエータを制御するためのフィードバック制御アルゴリズムでプログラムされたコンピュータプロセッサを有する、多重入力多重出力フィードバック制御システムを含む。センサとアクチュエータとの並置により、高次オーダーの振動モードがもたらす重大な問題が回避される。
【００１４】
好ましい実施形態では、ベース安定化システムは、集積回路のリソグラフィ走査機械に応用される。エアマウントは、走査機械のベースを支持する。アクチュエータは、垂直ｚ方向の運動を制御するために、それぞれのエアマウントの位置に設けられる。ｙ方向の水平運動を制御するために２つの追加のアクチュエータが設けられ、１つのアクチュエータがｘ方向の運動を制御する。
位置センサ及び加速度センサは、各アクチュエータに並置され、ベース及びそれによって支持された走査機械は、センサからの信号に基づいてアクチュエータにより安定化され、このアクチュエータは、線型二次レギュレータ手法を使用して開発されたフィードバック制御アルゴリズムでプログラムされたコンピュータプロセッサを含む制御システムにより制御される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
センサ及びアクチュエータの並置の重要性
運動制御システムは、基礎上の１つ又はそれ以上の位置に対する構造の１つ又はそれ以上の位置の相対位置を用いて概念化される。例えば、構造（ｘ１，ｙ１，ｚ１）上の単一位置の場所は、基礎（ｘ２，ｙ２，ｚ２）上の単一位置に関連する。更に、位置の速度及び／又は加速度が指定される場合がある。更に、これらの各点及び中間点において、又は各点の中間で規定された関数に従って、位置、速度、及び／又は、加速度が指定されてもよい。本発明の好ましい実施形態は、「線形二次ガウス分布（ＬＱＧ）問題定式化を使用して生成されたコントローラを使用するが、Ｈ無限又はμ合成のような他の公知の制御合成及び最適化方法も使用することができるであろう。これらの最適化方法は、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｓ．Ｌｅｖｉｎｅ編集、「ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ」１９９６年刊行の「制御ハンドブック」に説明されている。コントローラは、任意選択的に、この参考文献に説明された手法を使用して自己調節し、時間にわたって必要とされる分離性能の精度及び最適化を保証することができる。
【００１６】
背景技術の節に説明されたように、マイクロリソグラフィ走査装置のための安定化及び分離コントローラは新しいものではない。動くステージとフロアの振動により起こる望ましくない運動を排除するために、今日の走査装置は、能動分離を使用する。本明細書で提示される重要な改良は、マイクロリソグラフィ走査装置において能動分離及び安定化コントローラに使用されるセンサの数、選定、及び配置に関連する。マイクロリソグラフィ走査装置用の既存の分離コントローラは、分離される物体が剛性であると仮定する。これは、有意な構造的可撓性がないということである。性能の許容度がより厳しくなり、要求される処理量が増加すると、分離及び安定化コントローラに対する必要な制御帯域も増加する。これらの制御帯域は、安定化される構造の多種多様な弾性振動モードを組み込んでいる。従って、分離される物体が剛体であるという仮定はもはや通用しない。広帯域の安定化及び分離コントローラがマイクロリソグラフィ走査装置に実施される場合、構造的可撓性が考慮に入れられる。
【００１７】
本明細書で提示される重要な概念は、マイクロリソグラフィ走査装置に対する能動分離システムを設計する場合、センサをアクチュエータに並置することを保証することである。すなわち、センサをアクチュエータと物理的に同じ点か、又はアクチュエータのできるだけ近くに配置することである。好ましくは、センサにより計測された物理的特性と、それらに並置されたアクチュエータにより供給された物理的特性との積が真の機械的な仕事を規定するように、センサの種類が選定される。例えば、力と変位すなわちストロークとの積が真の機械的仕事であるから、ストロークを計測するセンサは、力を与えるアクチュエータと最適に並置される。
【００１８】
構造的可撓性があるシステムにおいてセンサがアクチュエータと並置されない時は、制御性能がより複雑になる可能性があることは公知である。Ｃａｎｎｏｎ、Ｒ．Ｈ．及びＲｏｓｅｎｔｈａｌ、Ｄ．Ｆ著「非並置センサ及びアクチュエータを用いる可撓性構造の制御に関する実験」、誘導制御及び力学雑誌、第７巻、第５号、１９８４年９−１０月、５４６−５５３ページを参照されたい。非並置センサ及びアクチュエータが性能を制限することもまた理論的に実証される。この理論的証拠には、２つのソースがある。第１に、非並置センサ及びアクチュエータは、制御ループに右半分平面ゼロ（非最小位相ゼロとしても知られる）をもたらす。この問題の説明に関しては、Ｆｌｅｍｉｎｇ、Ｆａｒｌａ Ｍ．著「制御された構造のゼロに対する構造、アクチュエータ、及びセンサの影響」、修士論文、マサチューセッツ工科大学航空及び宇宙航行学部、１９９０年、及び、Ｓｐｅｃｔｏｒ、Ｖ．Ａ．及びＦｌａｓｈｎｅｒ、Ｈ．著「非並置構造制御システムのモデル化」、「ＡＩＡＡ」誘導航行及び制御会議、１９８８年、論文番号８８−４０６０を参照されたい。第２に、制御ループにおける非最小位相ゼロは、性能を著しく制限する。これは、外乱排除と指令追随の両方に対する場合である。（Ｆｒｅｕｄｅｎｂｅｒｇ、Ｊ．及びＬｏｏｚｅ、Ｄ．著「右半分平面極及びゼロ、及び、フィードバックシステムにおける設計トレードオフ」、自動制御に関する「ＩＥＥＥ」論文集、ＡＣ−３０巻、第６号、１９８５年１月、を参照されたい。）「制御ハンドブック」の本題に関する議論も参照されたい。これらの右半分平面ゼロは、力学系の有限状態の数学的な説明として現れ、一点のセンサの別の点のアクチュエータに対する応答が、系の外乱の有限伝播速度のために遅れるものである（例えば、金属構造内の応力と歪みの変化は、その材料内で音速で伝播する）。閉ループ制御システムでは、そのようなゼロに付随する時間遅延は、リソグラフィ走査装置のような機器の運動を特定する制御システムの能力に対する基本的な制約を呈する。これらの制約は、制御帯域を第１の非最小位相ゼロよりも低い周波数に制限し、得られる低下した制御帯域においてより低い利得を必要とするように現れることになる。
性能を制限する右半分平面ゼロの発生を排除するために、マイクロリソグラフィ走査装置の安定化及び分離システムに使用されるセンサ及びアクチュエータが確実に並置されることが提案される。
【００１９】
多変量制御
本発明の首題でもある別の特徴は、半導体装置用ベースのような装置ベースの能動分離に対する高次オーダーの多変量制御の応用である。この制御は、必要な全ての入出力及びホスト通信機能を含む、少なくとも２つの運動軸線の完全連結多変量制御を実行することができるハードウエア及びソフトウエアを使用して実施される。
図１は、１個の製造装置に使用できるフィードバック制御システムの一実施形態を示す。この実施形態では、製造装置４０は、通信モジュール４１に信号８１を送信する。次に、モジュール４１は、プロセッサ４２に信号を送信する。次に、プロセッサ４２は、増幅器４６に信号を送信し、それは、次に、アクチュエータ／モータ４５に対して信号８７を送信する。次に、アクチュエータ／モータ４５は、製造装置４０に作用する。一例として、製造装置４０は、図２、２Ａ、及び３に示されたベース分離システムとすることができるであろう。次に、センサ４４は、製造装置４０に対してアクチュエータ／モータが有する影響による製造装置４０の挙動を測定する。次に、センサ４４は、信号調整ユニット４３に信号を送信する。次に、信号調整ユニット４３は、プロセッサに信号８５を送信する。プロセッサ４２は、ドイツ国マルクドルフ所在のオルシス・オルス・システム・ＧＭＢＨが供給するモデル「マイクロ・ライン（登録商標）」Ｃ６７１１ＣＰＵとしてもよい。このプロセッサは、アナログ入出力能力を特徴とする高性能デジタル信号プロセッサ単一基板コンピュータである。追加の回路基板がコンピュータと共に使用されて、アナログ及びデジタル入出力能力をもたらす。
【００２０】
ベースの安定化
図２及び２Ａは、リソグラフィツールのベースを安定化するためのシステムの一部分を示す。この図において、アルミニウム製の基礎構造９０は、典型的な半導体製造施設のフロアである。一連のアクチュエータ及びエアマウントがベース１５０に取り付けられ、周囲環境の振動外乱（通常は基礎の振動）からベースを３軸線（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に分離する。例示的にベース１５０に取り付けられるであろう追加のシステム構成要素は示されていない。追加の構成要素には、追加のボイスコイルモータと、シリコンウェーハの位置と運動を制御するために使用される移動ステージとが含まれるであろう。
【００２１】
この特定の実施形態では、基礎構造９０にボルト止めされたエアマウント１００ａ，ｂ，ｃは、重力によるリソグラフィツールの荷重を受け止め、受動的な分離をもたらす。最大荷重３００キログラム、垂直ストローク±６ミリメートル、及び、水平ストローク±３ミリメートルで、１．５ヘルツにおいて周波数応答−３デシベル及び−９０度を有する典型的なエアマウントは、米国マサチューセッツ州ボストン所在のキネティック・システムズ・インコーポレーテッドにより製造されている。リソグラフィツールを外部の振動から一層分離するために、この例ではボイスコイルモータも使用される。リソグラフィツールを外部の振動から能動的に分離するために、Ｚ軸線のボイスコイルモータ１１４ａ，ｂ，ｃが基礎構造９０に取り付けられる。一般的なｚ軸線ボイスコイルモータは、米国カリフォルニア州サンマルコス所在の「ＢＥＩ」キムコ・マグネティクス・ディビジョン製の型式「ＬＡ３０−４３−０００Ａ」である。このモータのピーク出力は４４４ニュートン、ストロークは１２．７ミリメートルである。Ｙ軸線ボイスコイルモータ１２０ａ及び１２０ｂとＸ軸線ボイスコイルモータ１３０とが基礎構造９０に取り付けられ、リソグラフィツールを外部の振動から能動的に分離する。
【００２２】
図３は、基礎構造９０に対して動くベース１５０の加速度を計測するための加速度センサのレイアウトを示す。典型的な加速度センサは、米国メリーランド州ガイザーズバーグ所在のウィルコクソン・リサーチ製の型式「７３１Ａ」である。このセンサは、最大ピーク０．５グラムまでの加速度を計測する。加速度センサ２２０ａ，ｂ，ｃは、ベース１５０上の３つ位置でｚ軸線加速度を計測する。これらの３つのセンサは、ｚ軸線ボイスコイルモータ１１４ａ，ｂ，ｃとそれぞれ並置される。加速度センサ２１０ａ，ｂは、ベース１５０上の２つの位置でｙ軸線の加速度を計測する。これらのセンサは、ｙ軸線ボイスコイルモータ１２０ａ，ｂとそれぞれ並置される。加速度センサ２００ａは、ベース１５０上の１つの位置でｘ軸線の加速度を計測する。このセンサは、ｘ軸線ボイスコイルモータ１３０に並置される。
【００２３】
図３はまた、互いに相対的に動く２つの構造上の点の間の相対的な距離を計測するための容量式隙間センサのレイアウトを示す。典型的な隙間センサは、米国ミネソタ州セントポール所在のライオン・プレシション製の型式「Ｃ８−Ｇ」である。このセンサは、解像度が６０ナノメートルで、１．０ミリメートル〜２．０ミリメートルの範囲の変位を計測する。隙間センサ３２０ａ，ｂ，ｃは、ベース１５０上の３つの位置で基礎構造９０に対するｚ軸線変位を計測する。これら３つのセンサは、ｚ軸線ボイスコイルモータ１１４ａ，ｂ，ｃとそれぞれ並置される。隙間センサ３１０ａ，ｂは、ベース１５０上の２つの位置において基礎構造９０に対するｙ軸線変位を計測する。これらのセンサは、ｙ軸線ボイスコイルモータ１２０ａ，ｂとそれぞれ並置される。隙間センサ３００ａは、ベース１５０上の１つの位置で基礎構造９０に対するｘ軸線変位を計測する。このセンサは、ｘ軸線ボイスコイルモータ１３０に並置される。
【００２４】
多重入力多重出力フィードバック制御
図４は、ベース分離システムと共に使用されるフィードバック制御システムを示す。隙間センサ３２０ａ，ｂ，ｃと加速度計２２０ａ，ｂ，ｃとにより計測された変位に比例する電気信号は、信号調整モジュール４３に送信される。次に、これら３つの信号は、その信号に対してフィードバック制御アルゴリズムを使用するプロセッサ４２に送られる。代表的実施形態における制御システムは、多重入力多重出力制御システムである。フィードバック制御アルゴリズムは、好ましくは、標準的線型二次レギュレータ手法を使用して設計され、モータ制御信号がモータ又はモータ増幅器の限界を超えないことを保証する。制御設計は、米国マサチューセッツ州ケンブリッジ所在のアクティブ・コントロール・エクスパーツ・インコーポレーテッドから市販されている「スマートＩＤ（登録商標）」システム識別ソフトウエアパッケージを使用して、最初に伝達関数データから状態／空間プラントモデルを作り出すことによって本出願者により達成された（本明細書において引用により組み込まれる本出願人所有の米国特許出願番号０９／８９６，６８９号を参照することができる）。次に、フィードバック制御アルゴリズムは、コンピュータシミュレーションと、Ｆａｎｓｏｎ、及び、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｓ．Ｌｅｖｉｎｅ編集、「ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ」刊行、１９９６年、「制御ハンドブック」で議論された手法の応用とを通じて設計された。プロセッサから出力された信号は、増幅器４６で電気的に増幅される。次に、増幅された信号は、図２に示され、図４ではベース１５０の下部に隠れたＺ軸線ボイスコイルモータ１００ａ，ｂ，ｃに送られる。しかし、ｚ軸線の運動だけを制御したいという状況があり、実際に、上述の手法を使用して全ての軸線（すなわち、変位及び回転軸）に関して同様の分離及び制御システムが使用される。従って、この実施形態では、隙間センサ３１０ａ、３１０ｂ、及び、３００ａからの信号は、プロセッサ４２により使用され、水平位置モータ１２０ａ、１２０ｂ、及び、１３０を制御する。
【００２５】
状態／空間プラントモデルの形は、一般に以下の通りである。
ｘ’＝Ａｘ＋Ｂｕ
ｙ＝Ｃｘ＋Ｄｕ
ここで、ｘはプラント（この場合、リソグラフィステージ処理制御システム）の状態、ｕはセンサ入力、及び、ｙはアクチュエータ出力を表す。ｘ、ｘ’、ｕ、及び、ｙは、状態の数、入力センサの数、及び、出力アクチュエータの数により決定される長さを有するベクトルである。Ａ、Ｂ、Ｃ、及び、Ｄは、制御フィルタのパラメータを表すマトリックスである（本出願人所有の米国特許出願番号０９／９６８，１８０号を参照することができる）。図７は、制御アルゴリズムを実装するのに制御システムにより実行された計算を示す。好ましくは、制御システムは、プラントからの指令に基づいて計算を開始し、停止を指令されるまで続ける。
【００２６】
より高速の運動及びより軽量の部品を有するツールによって高処理量を達成することができるが、より高速の運動は、より高い制御帯域幅を必要とし、一方でより軽量の部品は、一般により低い構造振動周波数と外乱力に対するより高い感受性とを意味する。制御帯域幅と構造周波数との間の分離が減少するので、動く部分の所望の運動を保証して同時に外乱力により発生する不要な振動的運動を低減する必要がある制御システムの設計における構造モードの存在がますます重要になる。
【００２７】
アクチュエータと共にセンサを並置するのは、制御システムの設計にとって明確な利点がある。並置することの１つの典型的な結果は、構造上でアクチュエータからセンサに計測される伝達関数の複素数の極及びゼロの交替である。これは、一点力アクチュエータと、１つがアクチュエータと並置され、１つが近くに配置された二点速度センサを使用する、両端をピン止めされた梁から成るシステムに関して例証することもできる。この例では、並置されたセンサ／アクチュエータの対は、ステーション０．３（０．０と１．０は端点、０．５は中間点）に置かれる。非並置センサは、０．３５にあり、アクチュエータとセンサの位置、及び、最初の３つの曲げモード（第１のモードは８００、第２のモードは８１０、第３のモードは８２０）の形状は、図５に示されている。
【００２８】
制御システムでは、伝達関数は、制御システムの出力とその入力との間の数学的関係である。線型システムに関しては、それは、ゼロ初期エネルギ状態の条件下で入力のラプラス変換により作り出された出力のラプラス変換である。アクチュエータからセンサへの伝達関数に対するモードの貢献は、モード留数に依存し、それは、アクチュエータ及びセンサ位置でのモード変位の積から計算される。尚、第３のモード８２０は、アクチュエータと非並置センサとの間に、それらの間のオフセットの結果としてノード点を有する。非並置の対に対しては、これは他の高次モードに関しても起きるが、並置された対の場合には、これは決して起きない。ノード線が並置されたセンサ及びアクチュエータを決して分離しないために、それらのモード留数（アクチュエータとセンサ位置のモード変位の積から計算された）の符号は常に同じことになる。これは非並置の対に関して真ではないので、そのモード留数の符号は異なることになり、この例の場合は、モード留数は、第１の８００及び第２の８１０のモードに関しては正であるが、第３の８２０に関しては負である。非並置の対においてはモード留数の符号が変わるので、交替する極／ゼロのパターンは、第２のモード８１０の後では失われる。得られる伝達関数のマグニチュードと位相のプロットを図６に示す。並置されたマグニチュード８３０及び位相８４０と、非並置のマグニチュード８５０及び位相８６０とがプロットされる。それぞれのモードはまた、第１のモード８７０、第２のモード８８０、第３のモード８２０、及び、第４のモード８９５のモード周波数の関数として図６に示される。
【００２９】
ここで、並置された対に対して第２のモード８８０と第３のモード８９０との間にあるゼロが、非並置の対には存在しないことが分かるが、それは、第３のモード８９０と第４のモード８９５との間に移動したのである。並置された対に関しては、位相伝達関数は、決して＋９０°と−９０°の限界の外側に出ることがなく、利得に関係なくこのループに対する優秀な位相マージンを保証するが、並置された対にゼロがないために、位相が第３のモード８９０と同じ位早く−１８０°に低下する。
【００３０】
周波数が高い場合は同じ問題が繰返し起きるので、累積的効果により一般に周波数の関数で位相が低下するが、全体のマグニチュードは低下しないことがわかる。この種の挙動は、時間遅延を含むシステムに特有なものとして認識され、梁の挙動の波動的解釈を使用すると、アクチュエータの位置の入力が非並置センサの位置に伝播されるのに有限の時間が必要であることがわかる。この遅れは、センサ位置で作用する外乱を排除するコントローラの能力に対する基本的な限界を表し、外乱が遅れなしに検知されて制御の応答が即座に計算されたとしても、アクチュエータの影響がセンサ位置まで到達するのに時間がかかる。その間に、外乱により構造が既に望ましくない変形を起こし、回復不能な性能劣化を引き起こす。アクチュエータから並置センサへの伝達関数は、そのような位相損失を受けず、十分な制御の権利が与えられて、センサノイズや計算上の遅延のような他の非理想性を無視すれば、センサ位置での望ましくない運動の低減によって測られる達成可能な性能に対して根本的な限界がないことを示すことができる。
【００３１】
分離センサフレーム
本実施形態での重要な概念は（上述の実施形態の場合のように）、物体の位置を制御するためにアクチュエータにより加えられた力が、推定上固定された基準センサフレームの不要な運動を引き起こし、その結果それが制御される物体の運動として間違って解釈されることがないように保証することである。図８は、リソグラフィ走査装置において誤って解釈された運動を示す。この図において、物体の基礎に対する水平方向の位置は、基礎と接触したフレームに取り付けられたセンサ及びアクチュエータ手段により制御されることになる。物体は、外部の外乱力を受ける場合があるので、位置制御システムが必要である。コントローラは、位置センサ入力を使用して適切な指令をアクチュエータに与え、アクチュエータは、センサにより計測される物体の水平位置を維持するために物体に力を加える。
【００３２】
この構成において、アクチュエータ４３０とセンサ４２０とは、両方ともフレーム４０５の同じ垂直部材４４７に取り付けられる。アクチュエータ４３０は、本体４１０に反力を付与するために使用される。本体４１０は、上述のようにリソグラフィシステムのベースを表し、ｚ軸線においてエアマウント４８０ａ，ｂにより支持されている。アクチュエータ４３０が本体４１０に対して反力を付与する結果、撓み位置４４７Ａまで垂直部材４４７が撓む。垂直部材４４７が撓むと、本体４１０とフレーム４０５（又は、基礎）とに対するセンサ４２０の位置が変わる。センサ４２０は、センサ４２１で示された新しい位置に移される。これにより、フレーム４０５に対する本体４１０の絶対位置の計測が不正確になる。この不正確な計測は、フィードバック制御システムにおいてセンサ４２０からの計測値を使用する制御システムに対して悪影響を与えると考えられる。これは、制御システムの目的が基礎又は何らかの他の基準に対して絶対位置を維持するという状況の場合に特に重要である。従って、垂直部材４４７の変形及びそれに続くセンサ４２０の変位の影響を排除することが望ましい。
【００３３】
本体４１０に対するアクチュエータの力により、アクチュエータが取り付けられたフレームに対して向きが反対で同じ大きさの力が発生し、フレームに変形が発生する。センサが同じフレームに取り付けられる場合、この変形によりセンサ本体が動き、そのために、センサ出力はもはや本体の運動だけを反映しない。この目標とする計測値と実際の計測値との差は、本質的にセンサにより検知できない誤差であるが、それでもシステム性能の真の劣化を示すものである。極端な場合には、外乱力の影響で本体が運動し、制御システムが本体自体を制御するよりも、本体に追従するためにフレームを変形させるように反応することが想像される。
【００３４】
この問題を排除するために、図９に示されるように、センサとアクチュエータとを別々のフレームに取り付けることができる。ここでは、アクチュエータは、構造の一部分に取り付けられ、センサは、別の部分、すなわち測定フレームに取り付けられる。アクチュエータからの反力は、測定フレームではなく、その取付構造を変形させるので、フレームの変形によりセンサ信号は汚染されず、その代わりに、必要とする通り、基礎に対する本体の真の運動を計測する。アクチュエータ４３０は、垂直部材４４２に取り付けられ、センサ４２０は、垂直部材４００に取り付けられる。アクチュエータ４３０は、本体４１０に対して反応するように指令されるので、垂直部材４４２は、撓んだ垂直部材４４０まで撓む。この構成において、垂直部材４００は撓まないために、センサ４２０は、フレーム４０５（又は、基礎）に対する本体４１０の位置の正確な計測値を依然として提供する。
【００３５】
分離システムのためにロードセル・センサシステム
製造システムが高速になると、リソグラフィ制御システムは、より複雑になる傾向がある。分離システムにおいてフィードバックセンサとして加速度センサ又は速度センサを使用する現在の方法には、分離システム又は基礎自体により支持された構造に可撓性があるために困難な問題が生じる。この可撓性に対処するための効果的な方法には、力計測用フィードバックセンサの使用が含まれる。Ｔ．Ｔｕｐｐｅｒ Ｈｙｄｅ及びＥｄｗａｒｄ Ｆ．Ｃｒａｗｌｅｙ著「空間構造に対する能動振動分離」、Ｍ．Ｉ．Ｔ「ＳＥＲＣ」報告、番号４−９６，１９９６年を参照されたい。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態において、圧電ロードセル２５０ａ，ｂ（約６．３５ミリメートル直径×０．５ミリメートル）は、図１０に示されるように、エアマウント１０５ａ，ｂとベース１５０との間に配置される。ロードセルは、好ましくは、米国特許第５，６５６，８８２号（本明細書において引用により組み込まれる）に説明される方法で組み込まれる。この実施形態では、圧電センサの２つの主側面に対する電気的接続は、絶縁された銅トレースにより達成することができる。代替的に、むき出しの圧電セラミック材料片を、圧電セラミック材料の導電表面に対する何らかの電気接続手段（例えば、３０ＡＷＧの導線）と共にロードセルとして使用することができるであろう。ロードセンサは、ベース１５０とエアマウント１０５ａ，ｂとの間に相対的に加えられる反力（負荷）を計測するために使用される。
【００３７】
「ＰＺＴ」ロードセル２５０ａ，ｂは、エアマウント１０５ａ，ｂにより加えられた力に応答して、又は、エアマウント１０５ａ，ｂを通して伝達されるベース１５０又は基礎構造９０内の振動に応答して、数十ボルトの電圧を生成することになる。このセンサは、約１００キロヘルツを超える周波数の力又は振動を容易に計測することができる。図１０の例において、ロードセル２５０ａ，ｂは、例えば図１及び７のシステムにより説明されたフィードバック制御システムと共に使用される。図１０において、ロードセンサ２５０ａ，ｂは、加えられた負荷又は振動に比例する電荷を生成する。この電荷は、電荷に比例する電圧に信号を変換することによって信号を調節するのに使用される電子電荷増幅回路（例えば、信号調整器）に供給される。電荷増幅回路の設計の詳細は、「ＩＣＰ及び電荷圧電センサのための信号調整の序論」という名称の「ＰＣＢ」ピエゾトロニクス・インコーポレーテッド製の技術サポート資料、又は、振動センサ設計及び実装を取り扱う同様の取扱マニュアルに見ることができる。図１に示すように、この信号は、次にプロセッサ４２に送られる。
【００３８】
慣性位置推定装置
フォトリソグラフィツールでのフォトレジストの高品質な露出を実現するには、ウェーハ表面が投射レンズの焦点面に高精度に維持されることが必要である。この位置の精度は、周囲環境（特に、フロア）からの外乱の存在下で保持されなければならず、レチクルステージ及びウェーハステージ自体の通常の運動に適応しなければならない。一般に、干渉計を使用して、投射レンズとウェーハステージを保持するベースとの相対位置を正確に計測するが、そのような測定システムは、かなりのコストと複雑性を伴う。
【００３９】
ベースに対する投射レンズの許容できる小さな運動は、擬似慣性座標系に対する両方の位置を保持することにより実現される。加速度計は、慣性加速度を計測するのに使用することができる。しかし、加速度計は、位置を計測するために増幅器信号を２度積分する必要があるので、位置を判断するのには使用できない。加速度計の積分により、信号調整用の電子機器に影響する低周波数ノイズが増幅される。ノイズが増幅されると、位置の推定とフィードバック制御とに対して不適切な計測をもたらす。代替的に、隙間センサは、低周波数の位置を非常に正確に計測するが（平均フロア位置が擬似慣性座標であると仮定する）、フロアの振動に対して敏感であり、特定の信号調整電子機器に付随する同等なノイズフロアを有する。従って、両方のセンサシステムの最良の機能を使用するシステムを有することが好ましい。
【００４０】
特別に設計されたフィルタで隙間センサ及び加速度計センサの両方からの情報を適切に組み合せることにより、センサからのノイズの全体の寄与を最小化し、どちらかの種類のセンサを単独で使用して得られるものよりも正確に慣性位置の推定を達成することができる。この位置推定法は十分に正確であり、個別に分離された干渉計ベースの測定システムが利用できない試験に対する分離及び安定化性能の評価を可能にすることができる。この慣性位置推定値は、閉ループフィードバック制御のためにも使用され、干渉計システムの必要性を全体的に排除することができる。
【００４１】
計算された推定値に対して種々の信号及びノイズソースの貢献を考慮することにより、慣性位置推定装置の望ましい特性を定性的に理解することができる。図１１を参照すると、フロアの運動、隙間センサのノイズ、及び、加速度計センサのノイズが存在しない場合は、真の慣性位置及び真の加速度が隙間センサ及び加速度計の出力の形で評価装置に対する入力として現れることが明白である。慣性位置は、隙間センサ出力のみ、加速度計出力（２度積分された後の）のみ、又は、これら２つの何らかの適切な組合せからのこれらのクリーンな信号から導出することができる。数学的には、隙間センサ出力から位置推定値まで、及び、加速度計出力から位置推定値までのフィルタ伝達関数をそれぞれｋ_g（ｓ）及びｋ_a（ｓ）とすると、これら２つの関数が次の関係、
ｋ_g（ｓ）＋ｓ²ｋ_a（ｓ）＝１ （１）
を満足する場合、慣性位置は、クリーンな信号から正しく計算される。
以下のように選択すると、
ｋ_g（ｓ）＝１、ｋ_a（ｓ）＝０ （２）
この選択は、慣性位置を計算するのに完全に隙間センサに依存することに相当し、以下のように選択すると、
ｋ_g（ｓ）＝０、ｋ_a（ｓ）＝１／ｓ² （３）
この選択は、２度の積分を用いて完全に加速度計の慣性位置に依存することに相当する。
【００４２】
実際には、フロア運動、隙間センサのノイズ、及び、加速度計センサのノイズは全て存在し、それらもまた、推定装置を介して濾過され、慣性位置推定値の誤差成分を構成することになる。仮定された又は計測された統計的特性を有するノイズソースに対しては、慣性位置推定値の誤差の大きさは、選択されたフィルタ伝達関数に依存し、これらの関数のパラメータは、上述の等式関係（式１）により課せられた制限を受けるが、慣性位置推定値誤差を最小化するように選択することができる。図１２は、隙間センサと加速度計のノイズソースがそれぞれホワイトノイズと推定され、位置の誤差として解釈された加速度計ノイズが、２ヘルツ未満では隙間センサノイズよりも大きく、２ヘルツを超えると隙間センサノイズよりも小さくなるような強度レベルを有する場合の伝達関数の最適利得と位相を示す。尚、図１２は、隙間センサ伝達関数のマグニチュード３１０及び位相３１５を示す。更に、加速度計伝達関数のマグニチュード３００及び位相３０５が、ｓ²を乗じられて示されている。隙間センサと加速度計の伝達関数が合計されると、それらは、慣性位置推定値のマグニチュード３２０と位相３２５とにより示された等式関係を満足する。
【００４３】
隙間センサ及び加速度計センサのデータを濾過するためのこの特に最適な推定装置は、真の運動がノイズソースと比較して大きいことが予測されることを仮定して、「カルマン」フィルタ（「制御ハンドブック」参照）問題を解くことにより得ることができる。真の運動が比較的小さくてノイズ貢献のマグニチュードに近づく場合、「カルマン」フィルタ問題の解は、等式関係から逸脱することになる。この逸脱は、ノイズがない状態では、真の加速度及び位置の入力が何らかの誤差を有する慣性位置推定値を生じることになるにしても、フィルタは依然として最適であることを意味し、これは、ノイズソースの減衰の増大が慣性位置推定値における全体誤差の最小化をもたらすからである。
【００４４】
他の非最適フィルタを導出してもよく、それらが等式関係を満足させる限り、それらは、少なくとも真の信号成分を歪めることはないが、「カルマン」フィルタ解よりも多くのノイズソースからの誤差貢献を許すことになる。例えば、「カルマン」フィルタがもたらすものよりも勾配が急なロール・オフを有する隙間センサのチャンネル応答が必要な場合には、所望の特性を有するｋ_g（ｓ）を選定することができ、次いで対応する加速度計フィルタｋ_a（ｓ）を等式関係から計算することができる。
【００４５】
均等物
本発明は、特に特定の好ましい実施形態に関連して図示され説明されたが、特許請求の範囲に規定された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の形態及び詳細の変更を為し得ることは同業者により理解されるべきである。可能な変形には以下が含まれる。
１）３つの軸線（ｘ，ｙ，ｚ）の全ては、１つのコントローラを使用して制御され、それらは結合される。
２）全ての軸線（ｘ，ｙ，ｚ、及び、ｘ，ｙ，ｚ周りの回転）は、１つのコントローラを使用して制御され、それらは結合される。
３）システムの性能は、種々の外乱条件（リソグラフィシステムのステップ、走査、及び、露出）に対して最適化することができる。
４）リニアモータは、ボイスコイルモータである。
５）変位センサは、容量式隙間センサである。
６）他の想定されるセンサは、加速度計、速度センサ、及び、レーザ変位センサを含む。
７）リニアモータは、磁気アクチュエータである。
８）本発明は、他の製造機器（測定及び検査、自動配置、光学構成要素製造など）に応用することができる。
９）コントローラは、「ＳＩＳＯ」又は「ＭＩＭＯ」コントローラである。「ＭＩＭＯ」コントローラは、線形二次ガウス分布（ＬＱＧ）手法、又は、ミュー合成、又は、Ｈ無限手法に基づいている。
１０）分離システムは、リソグラフィステージに位置する単に１つの制御システムとしてもよい（例えば、振動減衰といった他のものもあり得る）。
１１）情報は、本システムから収集され、米国特許出願一連番号０９／７３３，１９４号に説明された「Ｃｙｍｅｒオンライン」を通じて工場で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】１個の製造装置で実施された制御システムの概略図である。
【図２】フロアに対する分離システムの種々の構成要素を示す図である。
【図２Ａ】フロアに対する分離システムの種々の構成要素を示す図である。
【図３】分離システムで使用される種々の並置センサを示す図である。
【図４】制御システムと共に示されたベース分離システムを示す図である。
【図５】例示的なアクチュエータ及びセンサ位置と共にプロットされた、ピン止め／ピン止め式梁の最初の３つのモード形状を示す図である。
【図６】例示的な梁に対する並置及び非並置の力／速度伝達関数のマグニチュード及び位相のプロットを示す図である。
【図７】制御アルゴリズムを実施する際に制御システムにより実行される計算の流れ図である。
【図８】分離システムに対する従来のアクチュエータ及びセンサ位置を示す図である。
【図９】分離システムに対する改良されたアクチュエータ及びセンサ位置を示す図である。
【図１０】ロードセルの計測値の組合せを使用する改良された分離システムを示す図である。
【図１１】慣性位置推定値をもたらすのに使用されるセンサ信号の組合せを示す流れ図を提供する図である。
【図１２】隙間センサ及び加速度計の情報に基づく慣性位置推定値の伝達関数を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
４０５ フレーム
４１０ 本体
４２０ センサ
４３０ アクチュエータ
４４７ 垂直部材
４８０ａ、４８０ｂ エアマウント

Claims (14)

1. 制御された構造の運動を制御するためのベース安定化システムであって、
   （Ａ）基礎構造と、
   （Ｂ）機器が取り付けられるベース構造であって、該ベース構造及び該機器が前記制御された構造を含む、該ベース構造と、
   （Ｃ）前記ベース構造を支持する少なくとも３つのエアマウントと、
   （Ｄ）前記制御された構造の垂直方向の運動を制御するために、各々が前記基礎構造と前記ベース構造とに取り付けられた少なくとも３つの垂直アクチュエータと、
   （Ｅ）前記基礎構造に対する前記ベース構造の垂直位置をモニタするために、１つが前記少なくとも３つの垂直アクチュエータの各々１つと並置された複数の垂直位置センサと、
   （Ｆ）前記ベース構造の加速度をモニタするために、１つが前記少なくとも３つの垂直アクチュエータの各々１つ、及び、前記位置センサのうちの１つと並置された複数の垂直加速度センサと、
   （Ｇ）前記垂直位置センサの各々、及び、前記垂直加速度センサの各々のフィードバックからのフィードバック信号に基づいて前記少なくとも３つの垂直アクチュエータの各々を制御するために、フィードバック制御アルゴリズムでプログラムされたコンピュータプロセッサを含む多重入力多重出力フィードバック制御システムと、
   を含むことを特徴とするシステム。
2. 前記制御された構造は、リソグラフィ機械の少なくとも一部分を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも３つのエアマウントは、３つのエアマウントであり、
   前記少なくとも３つの垂直アクチュエータは、３つの垂直アクチュエータである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. （Ａ）前記制御された構造の第１の水平方向の運動制御のための２つの第１方向水平アクチュエータと、
   （Ｂ）前記第１の方向と交差する第２の方向の運動制御のための１つの第２方向水平アクチュエータと、
   （Ｃ）１つが前記２つの第１方向水平アクチュエータの各々１つ、及び、前記第２方向水平アクチュエータと並置された３つの追加の位置センサと、
   （Ｄ）１つが前記２つの第１方向水平アクチュエータの各々１つ、及び、前記第２方向水平アクチュエータと並置された３つの追加の加速度センサと、
   を更に含み、
   前記フィードバック制御アルゴリズムは、前記制御された構造に三次元制御を付与するために、前記第１方向水平アクチュエータと前記第２方向水平アクチュエータとを制御するようにプログラムされる、
   ことを特徴とする請求項１に記載されたシステム。
5. 前記フィードバック制御アルゴリズムは、線型二次レギュレータ解を組み込むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記フィードバック制御アルゴリズムは、線型二次レギュレータ解を組み込むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
7. 前記少なくとも３つの垂直アクチュエータは、ボイスコイルモータを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記アクチュエータの全ては、各々がボイスコイルモータを含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
9. 前記並置されたセンサ及びアクチュエータの少なくとも一対は、互いに分離してフレーム上に位置することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
10. 前記並置されたアクチュエータ及びセンサの少なくとも一対は、互いに分離してフレーム上に位置することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
11. 前記並置されたアクチュエータ及びセンサの各対は、互いに分離してフレーム上に位置することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
12. 前記センサの少なくとも１つは、圧電ロードセルであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
13. 慣性位置推定装置を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
14. 前記慣性位置推定装置は、隙間センサ及び加速度計の両方を使用して変位を判断するようにプログラムされることを特徴とする請求項１３に記載のシステム。

Images