JP2006070928A - Control method and exposure method for vibration control device - Google Patents

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JP2006070928A JP2004251879A JP2004251879A JP2006070928A JP 2006070928 A JP2006070928 A JP 2006070928A JP 2004251879 A JP2004251879 A JP 2004251879A JP 2004251879 A JP2004251879 A JP 2004251879A JP 2006070928 A JP2006070928 A JP 2006070928A
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Tomonori Michimasa
智則 道正
Kenjiro Takagi
乾次郎 高城
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Nikon Corp
株式会社ニコン
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control method for a vibration control device capable of stably supporting a structure even if resetting for restarting is performed after the control of the vibration control device is temporarily stopped. <P>SOLUTION: A vibration control table 35 comprises an air damper 45 in which air is supplied to support a first column 36 as the structure through a movable member 47 and a voice coil motor 50 generating a thrust by a supplied current to support the first column 36. When the first column 36 is supported again after the air in the air damper 45 is temporarily bled, the first column 36 is positioned at a target position by supplying air to the air damper 45 while imparting rigidity to the air damper 45 by generating the thrust from the voice coil motor 50. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、支持する構造物の振動を抑制するために用いられる防振装置の制御方法、及び当該方法を用いて制御される防振装置で防振されたシステムにより所定のパターンを基板に露光する露光方法に関する。   The present invention relates to a method for controlling a vibration isolator used to suppress vibration of a supporting structure, and a predetermined pattern on a substrate by a system that is anti-vibrated by a vibration isolator controlled using the method. The present invention relates to an exposure method.
半導体素子、液晶表示素子、撮像装置(CCD(Charge Coupled Device)等)、薄膜磁気ヘッド等のデバイスの製造工程の一つであるリソグラフィ工程においては、マスクとしてのレチクル(又はフォトマスク等)に形成されているパターンを基板としてのフォトレジストが塗布されたウェハ(又はガラスプレート等)上に転写露光するために、露光装置が使用されている。露光装置としては、ステッパー等の一括露光型(静止露光型)の投影露光装置、又はスキャニングステッパー等の走査露光型の投影露光装置(走査型露光装置)等が使用されている。   Formed on a reticle (or photomask, etc.) as a mask in a lithography process, which is one of the manufacturing processes of devices such as semiconductor elements, liquid crystal display elements, imaging devices (CCD (Charge Coupled Device), etc.), thin film magnetic heads, etc. An exposure apparatus is used to transfer and expose the formed pattern onto a wafer (or a glass plate or the like) coated with a photoresist as a substrate. As the exposure apparatus, a batch exposure type (stationary exposure type) projection exposure apparatus such as a stepper or a scanning exposure type projection exposure apparatus (scanning type exposure apparatus) such as a scanning stepper is used.
上記の露光装置において、レチクルを保持するレチクルステージとウェハを保持するウェハステージとの位置決め精度及び重ね合わせ精度等の露光精度を向上させるためには、振動の影響を極力排除する必要がある。しかしながら、上記の各ステージが移動するときには、その加速時の反力が床に伝わって床が振動することがある。また、露光装置が設置されているデバイス製造工場内の周囲の関連機器の稼働時にも様々な力によって床が振動するため、床は恒常的にある程度は振動している。そこで、その床の振動が露光装置に伝わって露光精度が低下するのを防止するため、従来から露光装置と床(設置面)との間には防振装置が設けられている。   In the above exposure apparatus, in order to improve exposure accuracy such as positioning accuracy and overlay accuracy between the reticle stage holding the reticle and the wafer stage holding the wafer, it is necessary to eliminate the influence of vibration as much as possible. However, when each of the above stages moves, the reaction force during acceleration may be transmitted to the floor and the floor may vibrate. Further, since the floor vibrates due to various forces even when the related equipment in the device manufacturing factory where the exposure apparatus is installed operates, the floor constantly vibrates to some extent. Therefore, in order to prevent the vibration of the floor from being transmitted to the exposure apparatus and lowering the exposure accuracy, a vibration isolator has been conventionally provided between the exposure apparatus and the floor (installation surface).
従来の防振装置としては、内部の圧力がほぼ一定に維持されるように空気が供給されるエアダンパでステージ等を支持する機構が広く用いられている。また、このエアダンパとステージ等に配置した加速度センサで検出される振動を抑制する電磁アクチュエータ(電磁ダンパ)とを組み合わせた能動型の防振装置も使用される機会が増大している。更に、防振性能の向上を図るために、上記の電磁アクチュエータに情報をフィードバックするセンサの種類を増加させるとともに、ステージに設けた運動センサの検出結果を用いてエアダンパの圧力を制御するようにした能動型の防振装置も提案されている。この防振装置の詳細については、例えば以下の特許文献1を参照されたい。
特開2002−175122号公報
As a conventional vibration isolator, a mechanism that supports a stage or the like with an air damper to which air is supplied so that the internal pressure is maintained substantially constant is widely used. In addition, an opportunity to use an active vibration isolator that combines this air damper and an electromagnetic actuator (electromagnetic damper) that suppresses vibration detected by an acceleration sensor arranged on a stage or the like is increasing. Furthermore, in order to improve the anti-vibration performance, the number of types of sensors that feed back information to the above-mentioned electromagnetic actuator is increased, and the pressure of the air damper is controlled using the detection result of the motion sensor provided on the stage. An active vibration isolator has also been proposed. For details of the vibration isolator, see, for example, Patent Document 1 below.
JP 2002-175122 A
ところで、近年においては、上述した各種デバイス(特に、半導体素子)のパターンが一層微細化しており、これに伴って必要な露光精度も高くなっている。これにより、露光装置においては、振動の影響を今まで以上に抑制する必要がある。防振装置の剛性を高めると床の振動が露光装置に伝わりやすくなるため、振動の影響を効果的に抑制する観点から、防振装置は剛性が低くされる傾向がある。   By the way, in recent years, patterns of various devices (particularly, semiconductor elements) described above are further miniaturized, and accordingly, necessary exposure accuracy is also increased. Thereby, in the exposure apparatus, it is necessary to suppress the influence of vibration more than ever. When the rigidity of the vibration isolator is increased, the vibration of the floor is easily transmitted to the exposure apparatus. Therefore, the rigidity of the vibration isolator tends to be lowered from the viewpoint of effectively suppressing the influence of the vibration.
防振装置を低剛性にしても、防振装置が露光装置を所定の高さ位置に支持している定常状態であれば、露光装置は防振装置により安定して支持され、且つ床の振動の影響は防振装置により効果的に抑制される。しかしながら、露光装置の立ち上げ時には防振装置の制御を開始して露光装置を浮上させて所定の高さ位置に支持するリセット処理が行われる。また、定期又は不定期のメンテナンス時には防振装置の制御を一旦停止した後で再度防振装置の制御を開始して露光装置を浮上させて所定の高さ位置に支持するリセット処理が行われる。上記のリセット処理を行っている間は防振装置が低剛性であるために防振装置に支持されている露光装置に倒れ又は揺れが生じてしまい不安定な状態になるという問題があった。露光装置はナノオーダの精度が求められる各種の計測装置、高い結像性能が求められる投影光学系等を備えているため、装置性能を維持する観点からは露光装置が不安定な状態に置かれるのを極力防止する必要がある。   Even if the vibration isolator is low in rigidity, if the vibration isolator is in a steady state in which the exposure apparatus is supported at a predetermined height position, the exposure apparatus is stably supported by the vibration isolator and the vibration of the floor Is effectively suppressed by the vibration isolator. However, when the exposure apparatus is started up, a reset process for starting the control of the image stabilizing apparatus to float the exposure apparatus and support it at a predetermined height position is performed. Further, at the time of regular or irregular maintenance, the control of the image stabilizer is temporarily stopped and then the image stabilizer is started again, and the exposure apparatus is floated and reset processing for supporting the image sensor at a predetermined height position is performed. During the above reset process, the vibration isolator has low rigidity, so that there is a problem that the exposure apparatus supported by the vibration isolator falls down or shakes and becomes unstable. Since the exposure apparatus is equipped with various measuring devices that require nano-order accuracy and a projection optical system that requires high imaging performance, the exposure device is placed in an unstable state from the viewpoint of maintaining the device performance. It is necessary to prevent as much as possible.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、防振装置のリセット処理を行う場合であっても構造物を安定して支持することができる防振装置の制御方法、及び当該方法を用いて制御される防振装置で防振されたシステムにより所定のパターンを基板に露光する露光方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses a method for controlling a vibration isolator capable of stably supporting a structure even when resetting the vibration isolator, and the method. An object of the present invention is to provide an exposure method for exposing a predetermined pattern on a substrate by a system which is controlled by a vibration isolation device controlled in this manner.
本発明は、実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
上記課題を解決するために、本発明の防振装置の制御方法は、内部に気体が供給され、構造物(36)を支持する気体ダンパ(45)を備える防振装置(29、35、40、51、52)の制御方法であって、前記気体ダンパの内部に前記気体を供給するとともに、前記構造物を支持する支持方向(Z方向)において前記気体ダンパに剛性を付与しつつ前記構造物を目標位置に位置決めすることを特徴としている。
この発明によると、構造物は支持方向に剛性が付与された気体ダンパにより支持され、目標位置に位置決めされる。
ここで、前記構造物が前記目標位置を超えるまでは前記目標位置に向かうような剛性を付与し、前記構造物が前記目標位置を超えた際は前記目標位置に戻るような剛性を付与することが望ましい。
また、前記構造物の位置と前記目標位置との差に応じて前記剛性を付与することが望ましい。
更に、前記構造物が前記目標位置に位置決めされた後に、前記付与した剛性を取り除くことが好ましい。
本発明の露光方法は、防振装置(29、35、40、51、52)により防振されたシステムにより基板(W)にパターンを露光する露光方法において、前記防振装置の制御方法として上記の防振装置の制御方法を用いることを特徴としている。
この発明によると、リセット処理時においては、構造物が支持方向に剛性が付与された気体ダンパにより支持されて目標位置に位置決めされる。また、構造物が目標位置に位置決めされた後は付与された剛性が取り除かれて気体ダンパにより支持される。
尚、本発明を分かりやすく説明するために、一実施例を表す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明が実施例に限定されるものでないことはいうまでもない。
The present invention adopts the following configuration corresponding to each diagram shown in the embodiment. However, the reference numerals with parentheses attached to each element are merely examples of the element and do not limit each element.
In order to solve the above-described problems, a method for controlling a vibration isolator according to the present invention is provided with a vibration isolator (29, 35, 40) that includes a gas damper (45) that is supplied with gas and supports a structure (36). 51, 52), wherein the gas is supplied to the inside of the gas damper, and the structure is provided while providing rigidity to the gas damper in a support direction (Z direction) for supporting the structure. It is characterized by positioning at a target position.
According to this invention, the structure is supported by the gas damper having rigidity in the support direction and positioned at the target position.
Here, the rigidity is given to the target position until the structure exceeds the target position, and the rigidity is returned to the target position when the structure exceeds the target position. Is desirable.
Moreover, it is desirable to provide the rigidity according to a difference between the position of the structure and the target position.
Furthermore, it is preferable that the added rigidity is removed after the structure is positioned at the target position.
The exposure method of the present invention is an exposure method in which a pattern is exposed on a substrate (W) by a system that is anti-vibrated by an anti-vibration device (29, 35, 40, 51, 52). The control method of the vibration isolator is used.
According to the present invention, at the time of the reset process, the structure is supported by the gas damper having rigidity in the support direction and positioned at the target position. Further, after the structure is positioned at the target position, the applied rigidity is removed and the structure is supported by the gas damper.
In addition, in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, the description has been made in association with the reference numerals of the drawings representing one embodiment, but it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiment.
本発明によれば、気体ダンパに剛性を付与してリセット処理を行っているため、リセット処理を行う場合であっても構造物を安定して支持することができる。このため、仮に気体ダンパが0に近い剛性又は負の剛性を有していてもリセット時に構造物を安定して支持することができる。
また、構造物が目標位置に位置決めされた後は付与された剛性が取り除かれて低剛性の気体ダンパにより支持されるため、除振性能を向上させることができる。
According to the present invention, since the reset process is performed by giving rigidity to the gas damper, the structure can be stably supported even when the reset process is performed. For this reason, even if the gas damper has rigidity close to 0 or negative rigidity, the structure can be stably supported at the time of resetting.
Further, after the structure is positioned at the target position, the imparted rigidity is removed and the structure is supported by the low-rigidity gas damper, so that the vibration isolation performance can be improved.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による防振装置の制御方法及び露光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防振装置の制御方法及び露光方法が用いられる露光装置を構成する各機能ユニットのブロック図である。図1に示す露光装置EXは、図1中の投影光学系PLに対してマスクとしてのレチクルRと基板としてのウェハWとを相対的に移動させつつ、レチクルRに形成されたパターンをウェハWに逐次転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の露光装置である。この図1において、露光装置EXを収納するチャンバーの図示は省略している。   Hereinafter, a control method and an exposure method of an image stabilizer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of functional units constituting an exposure apparatus in which a vibration isolator control method and an exposure method according to an embodiment of the present invention are used. The exposure apparatus EX shown in FIG. 1 moves the pattern formed on the reticle R to the wafer W while moving the reticle R as a mask and the wafer W as a substrate relative to the projection optical system PL in FIG. Is a step-and-scan type scanning exposure type exposure apparatus that sequentially transfers to the substrate. In FIG. 1, the illustration of the chamber that houses the exposure apparatus EX is omitted.
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。図1に示すXYZ直交座標系は、X軸及びY軸がウェハWの移動面に平行な面に含まれるよう設定され、Z軸が投影光学系PLの光軸AXに沿う方向に設定されている。また、本実施形態ではレチクルR及びウェハWを同期移動させる方向(走査方向)をY方向に設定している。   In the following description, if necessary, an XYZ orthogonal coordinate system is set in the drawing, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 1 is set such that the X axis and the Y axis are included in a plane parallel to the moving surface of the wafer W, and the Z axis is set in a direction along the optical axis AX of the projection optical system PL. Yes. In this embodiment, the direction (scanning direction) in which the reticle R and the wafer W are moved synchronously is set to the Y direction.
図1に示す露光装置EXは、露光用の光源としてKrFエキシマレーザ(波長248nm)又はArFエキシマレーザ(波長193nm)よりなるレーザ光源1を備えている。このレーザ光源1としては、上記のエキシマレーザ以外に、Fレーザ光源(波長157nm)、Krレーザ光源(波長146nm)、Arレーザ光源(波長126nm)等の紫外レーザ光源、YAGレーザの高調波発生光源、固体レーザ(半導体レーザ等)の高調波発生装置、又は水銀ランプ(i線等)等も使用することができる。 The exposure apparatus EX shown in FIG. 1 includes a laser light source 1 made of a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) or an ArF excimer laser (wavelength 193 nm) as a light source for exposure. As the laser light source 1, in addition to the above excimer laser, an ultraviolet laser light source such as an F 2 laser light source (wavelength 157 nm), a Kr 2 laser light source (wavelength 146 nm), an Ar 2 laser light source (wavelength 126 nm), or a harmonic of a YAG laser. A wave generation light source, a harmonic generation device of a solid-state laser (semiconductor laser or the like), a mercury lamp (i-line or the like), or the like can also be used.
レーザ光源1からの露光ビームとしての露光用の照明光(露光光)ILは、レンズ系とフライアイレンズ系とで構成される均一化光学系2、ビームスプリッタ3、光量調整用の可変減光器4、ミラー5、及びリレーレンズ系6を介してレチクルブラインド機構7を均一な照度分布で照射する。レチクルブラインド7でスリット状又は矩形状に制限された照明光ILは、結像レンズ系8を介してマスクとしてのレチクルR上に照射され、レチクルR上にはレチクルブラインド7の開口の像が結像される。均一化光学系2、ビームスプリッタ3、光量調整用の可変減光器4、ミラー5、リレーレンズ系6、レチクルブラインド機構7、及び結像レンズ系8を含んで照明光学系ILSが構成されている。   Illumination light (exposure light) IL for exposure as an exposure beam from the laser light source 1 is a homogenizing optical system 2 composed of a lens system and a fly-eye lens system, a beam splitter 3, and variable dimming for light amount adjustment. The reticle blind mechanism 7 is irradiated with a uniform illuminance distribution through the device 4, the mirror 5, and the relay lens system 6. Illumination light IL limited in a slit shape or rectangular shape by the reticle blind 7 is irradiated onto the reticle R as a mask through the imaging lens system 8, and an image of the opening of the reticle blind 7 is formed on the reticle R. Imaged. An illumination optical system ILS is configured including the homogenizing optical system 2, the beam splitter 3, the variable dimmer 4 for adjusting the light amount, the mirror 5, the relay lens system 6, the reticle blind mechanism 7, and the imaging lens system 8. Yes.
レチクルRに形成された回路パターン領域のうち、照明光ILによって照射される部分の像は、両側テレセントリックで投影倍率がβである投影光学系PLを介して基板としてのフォトレジストが塗布されたウェハW上に結像投影される。一例として、投影光学系PLの投影倍率βは1/4又は1/5等、像側開口数NAは0.7、視野直径は27〜30mm程度である。投影光学系PLは屈折系であるが、その他に反射屈折系等も使用できる。レチクルR及びウェハWはそれぞれ第1物体及び第2物体とみなすこともできる。尚、照明光ILが照射されるレチクルR上の照明領域は、非走査方向であるX軸に沿った方向に細長い形状である。   Of the circuit pattern region formed on the reticle R, the image of the portion irradiated by the illumination light IL is a wafer coated with a photoresist as a substrate via a projection optical system PL having a telecentric projection on both sides and a projection magnification of β. An image is projected onto W. As an example, the projection magnification β of the projection optical system PL is 1/4 or 1/5, the image-side numerical aperture NA is 0.7, and the field diameter is about 27 to 30 mm. Although the projection optical system PL is a refractive system, a catadioptric system or the like can also be used. Reticle R and wafer W can also be regarded as a first object and a second object, respectively. Note that the illumination area on the reticle R irradiated with the illumination light IL has an elongated shape in the direction along the X axis, which is the non-scanning direction.
投影光学系PLの物体面側に配置されるレチクルRは、走査露光時にレチクルベース(不図示)上をエアベアリングを介して少なくともY方向に定速移動するマスクステージとしてのレチクルステージRST上に保持されている。レチクルステージRSTの移動座標位置(X方向及びY方向の位置、並びにZ軸の周りの回転角)は、レチクルステージRSTに固定された移動鏡9と、これに対向して配置されたレーザ干渉計システム10とで逐次計測され、その移動はリニアモータ及び微動アクチュエータ等で構成される駆動系11によって行われる。尚、移動鏡9、レーザ干渉計システム10は、実際には少なくともX方向に1軸及びY方向に2軸の3軸のレーザ干渉計を構成している。レーザ干渉計システム10の計測情報はステージ制御ユニット16に供給され、ステージ制御ユニット16はその計測情報及び露光装置EXの全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系20からの制御情報(入力情報)に基づいて駆動系11の動作を制御する。   The reticle R arranged on the object plane side of the projection optical system PL is held on a reticle stage RST as a mask stage that moves at a constant speed in at least the Y direction via an air bearing on a reticle base (not shown) during scanning exposure. Has been. The movement coordinate position of the reticle stage RST (X-direction and Y-direction positions and rotation angles around the Z-axis) is a moving mirror 9 fixed to the reticle stage RST and a laser interferometer disposed opposite thereto. Measurement is sequentially performed with the system 10, and the movement is performed by a drive system 11 including a linear motor and a fine actuator. The moving mirror 9 and the laser interferometer system 10 actually constitute a triaxial laser interferometer having at least one axis in the X direction and two axes in the Y direction. The measurement information of the laser interferometer system 10 is supplied to the stage control unit 16, and the stage control unit 16 controls the measurement information and the control information (input) from the main control system 20 comprising a computer that controls the overall operation of the exposure apparatus EX. The operation of the drive system 11 is controlled based on the information.
投影光学系PLの像面側に配置されるウェハWは、不図示のウェハホルダを介して基板ステージとしてのウェハステージWST上に保持され、ウェハステージWSTは、走査露光時に少なくともY方向に定速移動できるとともに、X方向及びY方向にステップ移動できるように、エアベアリングを介して不図示のウェハベース上に載置されている。また、ウェハステージWSTの移動座標位置(X方向及びY方向の位置、並びにZ軸の周りの回転角)は、投影光学系PLの下部に固定された基準鏡12と、ウェハステージWSTに固定された移動鏡13と、これに対向して配置されたレーザ干渉計システム14とで逐次計測され、その移動はリニアモータ及びボイスコイルモータ(VCM)等のアクチュエータで構成される駆動系15によって行われる。   Wafer W arranged on the image plane side of projection optical system PL is held on wafer stage WST as a substrate stage via a wafer holder (not shown), and wafer stage WST moves at a constant speed in at least the Y direction during scanning exposure. It is mounted on a wafer base (not shown) via an air bearing so that it can be moved stepwise in the X and Y directions. Further, the movement coordinate position (positions in the X and Y directions and the rotation angle around the Z axis) of wafer stage WST is fixed to reference mirror 12 fixed below projection optical system PL and wafer stage WST. The moving mirror 13 and a laser interferometer system 14 arranged opposite to the moving mirror 13 are sequentially measured, and the movement is performed by a drive system 15 including an actuator such as a linear motor and a voice coil motor (VCM). .
尚、移動鏡13及びレーザ干渉計システム14は、実際には少なくともX方向に1軸及びY方向に2軸の3軸のレーザ干渉計を構成している。また、レーザ干渉計システム14は、実際には更にX軸及びY軸の周りの回転角計測用の2軸のレーザ干渉計も備えている。レーザ干渉計システム14の計測情報はステージ制御ユニット16に供給され、ステージ制御ユニット16はその計測情報及び主制御系20からの制御情報(入力情報)に基づいて駆動系15の動作を制御する。   The movable mirror 13 and the laser interferometer system 14 actually constitute a triaxial laser interferometer having at least one axis in the X direction and two axes in the Y direction. The laser interferometer system 14 actually further includes a biaxial laser interferometer for measuring rotation angles around the X axis and the Y axis. Measurement information of the laser interferometer system 14 is supplied to the stage control unit 16, and the stage control unit 16 controls the operation of the drive system 15 based on the measurement information and control information (input information) from the main control system 20.
また、ウェハステージWSTには、ウェハWのZ方向の位置(フォーカス位置)と、X軸及びY軸の周りの傾斜角を制御するZレベリング機構も備えられている。そして、投影光学系PLの下部側面に、ウェハWの表面の複数の計測点にスリット像を投影する投射光学系17aと、その表面からの反射光を受光してそれらのスリット像の再結像された像の横ずれ量の情報を検出して、ステージ制御ユニット16に供給する受光光学系17bとから構成される斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ(17a,17b)が配置されている。ステージ制御ユニット16は、そのスリット像の構ずれ量の情報を用いてそれら複数の計測点における投影光学系PLの像面からのデフォーカス量を算出し、走査露光時にはこれらのデフォーカス量が所定の制御精度内に収まるように、オートフォーカス方式でウェハステージWST内のZレベリング機構を駆動する。尚、斜入射方式の多点オートフォーカスセンサの詳細な構成については、例えば特開平1−253603号公報に開示されている。   Wafer stage WST is also provided with a Z leveling mechanism that controls the position (focus position) of wafer W in the Z direction and the tilt angles around the X and Y axes. Then, on the lower side surface of the projection optical system PL, the projection optical system 17a that projects the slit image onto a plurality of measurement points on the surface of the wafer W, and the reflected light from the surface is received to re-image the slit image. An oblique incidence type multi-point autofocus sensor (17 a, 17 b) composed of a light receiving optical system 17 b that detects the amount of lateral displacement of the image and supplies it to the stage control unit 16 is arranged. The stage control unit 16 calculates defocus amounts from the image plane of the projection optical system PL at the plurality of measurement points using information on the amount of misalignment of the slit image, and these defocus amounts are predetermined during scanning exposure. The Z leveling mechanism in the wafer stage WST is driven by the autofocus method so as to be within the control accuracy. The detailed configuration of the oblique incidence type multi-point autofocus sensor is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-253603.
また、ステージ制御ユニット16は、レーザ干渉計システム10による計測情報に基づいて駆動系11を最適に制御するレチクル側のコントロール回路と、レーザ干渉計システム14による計測情報に基づいて駆動系15を最適に制御するウェハ側のコントロール回路とを含み、走査露光時にレチクルRとウェハWとを同期走査するときは、その両方のコントロール回路が各駆動系11,15を協調制御する。また、主制御系20は、ステージ制御ユニット16内の各コントロール回路と相互にコマンド及びパラメータをやり取りして、オペレータが指定したプログラムに従って最適な露光処理を実行する。そのために、オペレータと主制御系20とのインターフェイスをなす不図示の操作パネルユニット(入カデバイスと表示デバイスとを含む)が設けられている。   The stage control unit 16 optimizes the drive system 15 based on the measurement information from the reticle interferometer system 14 and the reticle side control circuit that optimally controls the drive system 11 based on the measurement information from the laser interferometer system 10. When the reticle R and the wafer W are synchronously scanned during scanning exposure, both control circuits cooperatively control the drive systems 11 and 15. The main control system 20 exchanges commands and parameters with each control circuit in the stage control unit 16 and executes an optimum exposure process according to a program designated by the operator. For this purpose, an operation panel unit (not shown) (including an input device and a display device) that provides an interface between the operator and the main control system 20 is provided.
更に、レーザ光源1がエキシマレーザ光源であるときは、主制御系20の制御のもとにあるレーザ制御ユニット18が設けられる。このレーザ制御ユニット18は、レーザ光源1のパルス発振のモード(ワンパルスモード、バーストモード、待機モード等)を制御するとともに、放射されるパルスレーザ光の平均光量を調整するためにレーザ光源1の放電用高電圧を制御する。また、光量制御ユニット19は、ビームスプリッタ3で分割された一部の照明光ILを受光する光電検出器21(インテグレータセンサ)からの信号に基づいて、適正な露光量が得られるように可変減光器4を制御するとともに、パルス照明光の強度(光量)情報をレーザ制御ユニット18及び主制御系20に送る。   Further, when the laser light source 1 is an excimer laser light source, a laser control unit 18 under the control of the main control system 20 is provided. The laser control unit 18 controls the pulse oscillation mode (one-pulse mode, burst mode, standby mode, etc.) of the laser light source 1 and adjusts the average light quantity of the emitted pulsed laser light. Control the high voltage for discharge. The light quantity control unit 19 is variably reduced so as to obtain an appropriate exposure amount based on a signal from a photoelectric detector 21 (integrator sensor) that receives a part of the illumination light IL divided by the beam splitter 3. While controlling the optical device 4, the intensity (light quantity) information of the pulse illumination light is sent to the laser control unit 18 and the main control system 20.
また、レチクルRのパターンをウェハW上の各ショット領域に転写するには、露光動作を開始する前に予めレチクルRとウェハWとのアライメント(位置合わせ)を行っておく必要がある。そこで、図1の露光装置EXは、レチクルRを所定位置に設定するためのレチクルアライメント系(RA系)22と、ウェハW上のマークを検出するためのオフアクシス方式のアライメント系23とを備えている。   In order to transfer the pattern of the reticle R to each shot area on the wafer W, it is necessary to align the reticle R and the wafer W in advance before starting the exposure operation. Therefore, the exposure apparatus EX shown in FIG. 1 includes a reticle alignment system (RA system) 22 for setting the reticle R at a predetermined position, and an off-axis alignment system 23 for detecting a mark on the wafer W. ing.
以上の構成の露光装置EXにおいて露光動作が開始されると、まず上記のアライメント系22,23を用いたレチクルRとウェハWとのアライメントが行われる。次いで、レチクルRへの照明光ILの照射を開始して、レチクルRのパターンの一部の投影光学系PLを介した像をウェハW上の一つのショット領域に投影した状態で、レチクルステージRSTとウェハステージWSTとを投影光学系PLの投影倍率βを速度比としてY方向に同期して移動(同期走査)する走査露光動作によって、そのショット領域にレチクルRのパターン像が転写される。その後、照明光ILの照射を停止して、ウェハステージWSTを介してウェハWをX方向、Y方向にステップ移動する動作と、上記の走査露光動作とを繰り返すことによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウェハW上の全部のショット領域にレチクルRのパターン像が転写される。   When an exposure operation is started in the exposure apparatus EX configured as described above, the alignment between the reticle R and the wafer W using the alignment systems 22 and 23 is first performed. Next, irradiation of the reticle R with the illumination light IL is started, and the reticle stage RST is projected in a state where an image of a part of the pattern of the reticle R is projected onto one shot area on the wafer W. And the wafer stage WST, the pattern image of the reticle R is transferred to the shot area by a scanning exposure operation in which the projection magnification β of the projection optical system PL is used as a speed ratio to move (synchronously scan) in the Y direction. Thereafter, the irradiation of the illumination light IL is stopped, and the step-and-scan method is performed by repeating the operation of moving the wafer W stepwise in the X and Y directions via the wafer stage WST and the above-described scanning exposure operation. Thus, the pattern image of the reticle R is transferred to all shot areas on the wafer W.
次に、例えば半導体デバイスの製造工場内における上記の露光装置EXの設置状態の一例を説明する。図2は、露光装置EXを床上に設置した状態を示す一部切り欠き図である。図2において、製造工場の床FL上に例えばH型鋼よりなる複数(例えば4箇所以上)の支柱31を介して、露光装置EXを設置する際の基礎部材としての厚い平板状のペデスタル32が設置されており、このペデスタル32上に露光装置EXを設置するための長方形の薄い平板状のベースプレート33が固定されている。   Next, an example of the installation state of the exposure apparatus EX in a semiconductor device manufacturing factory will be described. FIG. 2 is a partially cutaway view showing a state where the exposure apparatus EX is installed on the floor. In FIG. 2, a thick flat plate pedestal 32 is installed on the floor FL of the manufacturing plant as a base member when installing the exposure apparatus EX via a plurality of (for example, four or more) columns 31 made of H-shaped steel. A rectangular thin flat base plate 33 for installing the exposure apparatus EX is fixed on the pedestal 32.
ベースプレート33上に3箇所又は4箇所の能動型の防振台35を介して第1コラム36(構造物)が載置され、第1コラム36の中央の開口部に投影光学系PLが保持されている。防振台35は、詳細は後述するが、エアダンパ(気体ダンパ)と、ボイスコイルモータ等からなる電磁ダンパとを含み、第1コラム36に設置されている1組の加速度センサ40と1組の位置センサ(不図示)との検出情報に基づいてそのエアダンパ内の圧力及び電磁ダンパの推力を制御することで、第1コラム36(及びこれによって支持されている部材)の除振が能動的に行われる。この場合、エアダンパによって比較的低周波数域の除振が行われ、電磁ダンパによって比較的高周波数域の除振が行われる。また、防振台35は、除振性能を向上させるために低剛性のものが用いられている。尚、防振台35を低剛性とする構成の詳細については後述する。   A first column 36 (structure) is placed on the base plate 33 via three or four active vibration isolation tables 35, and the projection optical system PL is held in the central opening of the first column 36. ing. As will be described in detail later, the vibration isolator 35 includes an air damper (a gas damper) and an electromagnetic damper including a voice coil motor and the like, and includes a set of acceleration sensors 40 and a set of sensors installed in the first column 36. By controlling the pressure in the air damper and the thrust of the electromagnetic damper based on detection information with a position sensor (not shown), vibration isolation of the first column 36 (and the member supported thereby) is actively performed. Done. In this case, vibration isolation in a relatively low frequency range is performed by the air damper, and vibration isolation in a relatively high frequency range is performed by the electromagnetic damper. Further, the anti-vibration table 35 is of low rigidity so as to improve the vibration isolation performance. The details of the structure in which the vibration isolator 35 has low rigidity will be described later.
上記の加速度センサ40としては、圧電素子(ピエゾ素子等)で発生する電圧を検出する圧電型の加速度センサ、歪みの大きさに応じてCMOSコンバータの論理閾値電圧が変化することを利用する半導体式の加速度センサ等を使用することができる。また上記の位置センサ(又は変位センサ)としては、例えば渦電流変位センサを使用することができる。この渦電流変位センサは、例えば絶縁体に巻いたコイルに交流電流を加えておき、そのコイルを導電体からなる測定対象に近づける、そのコイルによって作られた交流磁界によって導電体に渦電流が発生することを利用する。即ち、その渦電流による磁界は、そのコイルの電流による磁界と逆方向であり、これら2つの磁界が重なり合って、そのコイルに流れる電流の強さ及び位相が変化する。この変化は、測定対象がコイルに近いほど大きくなるので、そのコイルに流れる電流に応じた信号を検出することにより、測定対象の位置又は変位を非接触で検出することができる。他の位置センサとしては、静電容量がセンサの電極と測定対象との距離に反比例することを利用して非接触で距離を検出する静電容量式非接触変位センサ、測定対象からの光ビームの位置をPSD(半導体式位置検出装置)を用いて検出するようにした光学式センサ等を使用することができる。尚、加速度センサの代わりに速度センサを用いることも可能である。   As the acceleration sensor 40, a piezoelectric acceleration sensor that detects a voltage generated in a piezoelectric element (piezo element or the like), a semiconductor type that utilizes the fact that the logical threshold voltage of a CMOS converter changes according to the magnitude of strain. Acceleration sensors or the like can be used. Moreover, as said position sensor (or displacement sensor), an eddy current displacement sensor can be used, for example. In this eddy current displacement sensor, for example, an alternating current is applied to a coil wound around an insulator, and the coil is brought close to a measurement object made of a conductor. An eddy current is generated in the conductor by an alternating magnetic field created by the coil. Take advantage of what you do. That is, the magnetic field due to the eddy current is in the opposite direction to the magnetic field due to the current of the coil, and the intensity and phase of the current flowing through the coil changes as these two magnetic fields overlap. Since this change becomes larger as the measurement object is closer to the coil, the position or displacement of the measurement object can be detected in a non-contact manner by detecting a signal corresponding to the current flowing through the coil. Other position sensors include a capacitive non-contact displacement sensor that detects the distance in a non-contact manner by utilizing the fact that the capacitance is inversely proportional to the distance between the sensor electrode and the measurement object, and a light beam from the measurement object. It is possible to use an optical sensor or the like that detects the position of the sensor using a PSD (semiconductor position detector). A speed sensor may be used instead of the acceleration sensor.
また、第1コラム36の上部にはレチクルベース37が固定され、レチクルベース37を覆うように第2コラム38が固定され、第2コラム38の中央部に図1の照明光学系ILSが収納された照明系サブチャンバ39が固定されている。図1のレーザ光源1は一例として図2のペデスタル32の外側の床FL上に設置されており、レーザ光源1から射出される照明光ILは、不図示のビーム送光系を介して照明光学系ILSに導かれる。また、レチクルRを保持するレチクルステージRSTは、レチクルベース37上に載置されている。図2において、第1コラム36、レチクルベース37、及び第2コラム38よりコラム構造体CLが構成されている。コラム構造体CLは、ベースプレート33の上面に複数の能動型の防振台35を介して支持された状態で、投影光学系PL、レチクルステージRST、及び照明光学系ILSを保持している。尚、照明光学系ILSの一部はコラム構造体CLから分離して配置しても良い。   A reticle base 37 is fixed to the upper portion of the first column 36, a second column 38 is fixed so as to cover the reticle base 37, and the illumination optical system ILS of FIG. The illumination system subchamber 39 is fixed. The laser light source 1 of FIG. 1 is installed on the floor FL outside the pedestal 32 of FIG. 2 as an example, and the illumination light IL emitted from the laser light source 1 is illumination optics via a beam transmission system (not shown). Guided to the system ILS. The reticle stage RST that holds the reticle R is placed on the reticle base 37. In FIG. 2, a column structure CL is constituted by a first column 36, a reticle base 37, and a second column 38. The column structure CL holds the projection optical system PL, the reticle stage RST, and the illumination optical system ILS while being supported on the upper surface of the base plate 33 via a plurality of active vibration isolation tables 35. A part of the illumination optical system ILS may be arranged separately from the column structure CL.
上記の1組の加速度センサ40は、例えばほぼXY平面内の同一直線上にない3箇所でZ方向の加速度を計測する3個のZ軸加速度センサと、Y方向に離れた2箇所でX方向の加速度を計測する2個のX軸加速度センサと、X方向に離れた2箇所でY方向の加速度を計測する2個のY軸加速度センサとから構成されている。その1組の加速度センサ40によって、コラム構造体CLのX方向、Y方向、及びZ方向の加速度、並びにX軸、Y軸、及びZ軸の周りの回転加速度[rad/s]が計測される。同様に、上記の1組の位置センサ(不図示)によって、コラム構造体CLのX方向、Y方向、及びZ方向の位置、並びにX軸、Y軸、及びZ軸の周りの回転角が計測される。これらの計測値に基づいて、複数の防振台35内のエアダンパ及び電磁ダンパは、それぞれコラム構造体CLの振動が小さく維持されるように、且つコラム構造体CLの傾斜角及びZ方向の高さが一定に維持されるように作用する。また、コラム構造体CLを浮上させて所定の高さ位置(目標位置)に支持する時に、エアダンパ内の圧力又は電磁ダンパの推力を制御してエアダンパにZ方向の剛性を付与している。尚、この制御の詳細については後述する。 The set of acceleration sensors 40 includes, for example, three Z-axis acceleration sensors that measure the acceleration in the Z direction at three locations that are not substantially on the same straight line in the XY plane, and the X direction at two locations that are separated in the Y direction. Are comprised of two X-axis acceleration sensors that measure the acceleration in the Y direction, and two Y-axis acceleration sensors that measure the acceleration in the Y direction at two locations separated in the X direction. The set of acceleration sensors 40 measures the acceleration in the X direction, the Y direction, and the Z direction of the column structure CL, and the rotational acceleration [rad / s 2 ] around the X axis, the Y axis, and the Z axis. The Similarly, the position of the column structure CL in the X direction, the Y direction, and the Z direction, and the rotation angles around the X axis, the Y axis, and the Z axis are measured by the pair of position sensors (not shown). Is done. Based on these measured values, the air dampers and electromagnetic dampers in the plurality of vibration isolation tables 35 are configured so that the vibration of the column structure CL is kept small, the inclination angle of the column structure CL, and the height in the Z direction. Acts to maintain a constant value. Further, when the column structure CL is levitated and supported at a predetermined height position (target position), the pressure in the air damper or the thrust of the electromagnetic damper is controlled to give the air damper rigidity in the Z direction. Details of this control will be described later.
また、ペデスタル32上のベースプレート33上に設けられた複数の支持部材(不図示)及び能動型の防振台35で囲まれた領域上に、3個又は4個の能動型の防振台41を介してウェハベース42が支持されている。ウェハベース42上にはウェハWを保持するウェハステージWSTが移動自在に載置されている。防振台41は、防振台35と同様の構成の小型のエアダンパ及び電磁ダンパを備えており、防振台41がベースプレート33の上面にウェハステージWST(基板ステージ)を支持している。防振台41は、ウェハベース42上の加速度センサ及び位置センサ(不図示)の計測情報に基づいて能動的にウェハベース42及びウェハステージWSTの振動を抑制する。   Further, three or four active vibration isolation tables 41 are provided on a region surrounded by a plurality of support members (not shown) provided on the base plate 33 on the pedestal 32 and the active vibration isolation table 35. The wafer base 42 is supported via the. On wafer base 42, wafer stage WST for holding wafer W is movably mounted. The anti-vibration table 41 includes small air dampers and electromagnetic dampers having the same configuration as the anti-vibration table 35, and the anti-vibration table 41 supports the wafer stage WST (substrate stage) on the upper surface of the base plate 33. The anti-vibration table 41 actively suppresses vibrations of the wafer base 42 and the wafer stage WST based on measurement information from an acceleration sensor and a position sensor (not shown) on the wafer base 42.
上記の防振台35,41及びこれらの制御系(後述)がそれぞれ防振装置をなしている。これらの防振装置は、それぞれ能動型振動分離システムであるAVIS(Active Vibration Isolation System)とも呼ぶことかできる。尚、図2に示す構成では、防振台35がコラム構造体CLを介してレチクルステージRST及び投影光学系PLを支持しているのに対し、防振台41はウェハベース42を介してウェハステージWSTのみを支持している。また、走査露光時のレチクルステージRSTの走査速度はウェハステージWSTの走査速度に対して投影倍率βの逆数倍(例えば4倍)速くなっている。このため、コラム構造体CLの方がウェハベース42よりも振動が発生し易くなっている。従って、防振台35の除振性能を防振台41の除振性能よりも高く設定することも可能である。この場合、例えば、防振台41よりも防振台35の剛性を低く設定し、又は防振台41に設けられたエアダンパについてはウェハベース42のZ方向の位置がほぼ一定になるように圧力を制御するだけでもよい。   The above-described anti-vibration tables 35 and 41 and their control systems (described later) each constitute an anti-vibration device. Each of these vibration isolators can also be called an AVIS (Active Vibration Isolation System) which is an active vibration isolation system. In the configuration shown in FIG. 2, the anti-vibration table 35 supports the reticle stage RST and the projection optical system PL via the column structure CL, whereas the anti-vibration table 41 supports the wafer via the wafer base 42. Only stage WST is supported. Further, the scanning speed of reticle stage RST during scanning exposure is higher than the scanning speed of wafer stage WST by a reciprocal number (for example, 4 times) the projection magnification β. For this reason, the column structure CL is more susceptible to vibration than the wafer base 42. Therefore, the vibration isolation performance of the vibration isolation table 35 can be set higher than the vibration isolation performance of the vibration isolation table 41. In this case, for example, the rigidity of the anti-vibration table 35 is set lower than that of the anti-vibration table 41, or the air damper provided on the anti-vibration table 41 is set so that the position of the wafer base 42 in the Z direction is substantially constant. It is only necessary to control.
尚、図2に示す構成以外に、例えば投影光学系PLを保持する第1コラム36の底面にウェハベース42及びウェハステージWSTを吊り下げる構成にしてもよい。かかる構成の場合には、複数の防振台35によってレチクルステージRST、投影光学系PL、及びウェハステージWSTが全て支持される。また、投影光学系PL及びウェハステージWSTを支持するコラムと、レチクルステージRSTを支持するコラムとを分離して、これらをそれぞれ防振台35と同様の防振台を介して支持する構成にしてもよい。更に、レチクルステージRST、投影光学系PL、及びウェハステージWSTを互いに独立に防振台35と同様の防振台を介して支持する構成にしてもよい。   In addition to the configuration shown in FIG. 2, for example, the wafer base 42 and the wafer stage WST may be suspended from the bottom surface of the first column 36 holding the projection optical system PL. In such a configuration, reticle stage RST, projection optical system PL, and wafer stage WST are all supported by a plurality of anti-vibration bases 35. Further, the column that supports the projection optical system PL and the wafer stage WST and the column that supports the reticle stage RST are separated, and these are supported via the vibration isolation table similar to the vibration isolation table 35, respectively. Also good. Further, the reticle stage RST, the projection optical system PL, and the wafer stage WST may be supported independently of each other via a vibration isolation table similar to the vibration isolation table 35.
以上説明した通り、図2の能動型の防振台35,41は、ほぼ同様の構成にすることができる。以下では代表的に防振台35及びその制御系の構成について説明する。尚、以下の説明では、投影光学系PLの光軸AXに平行な方向であるZ方向の振動を抑制する機構について説明するが、これはX方向及びY方向の振動を抑制する機構、更にはX軸、Y軸、及びZ軸の周りの回転方向の振動を抑制する機構にも同様に適用することができる。   As described above, the active vibration isolation tables 35 and 41 shown in FIG. 2 can have substantially the same configuration. Below, the structure of the anti-vibration table 35 and its control system is demonstrated typically. In the following description, a mechanism for suppressing vibration in the Z direction, which is a direction parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, will be described. This is a mechanism for suppressing vibration in the X direction and the Y direction. The present invention can be similarly applied to a mechanism that suppresses vibration in the rotational direction around the X axis, the Y axis, and the Z axis.
図3は、図2中の1箇所の防振台35及びその制御系を示す一部切り欠き図である。図3において、ペデスタル32上のベースプレート33上に、Z軸にほぼ垂直な平板状のマウント部43aと、このマウント部43aをベースプレート33上に所定間隔を開けて支持する脚部43bとからなる第1フレーム43が固定されている。この第1フレーム43のマウント部43aの上面には、底面が閉じたほぼ円筒状の収納部材44が載置されており、この収納部材44中に気体ダンパとしてのエアダンパ45が収納されている。また、エアダンパ45の上部には、ほぼ円柱状の可動部材47がZ方向に変位できるように載置されており、可動部材47の上部は第1コラム36(構造物)の底面に固定されている。この構成において、収納部材44と可動部材47とが、エアダンパ45の保持機構に対応している。そして、エアダンパ45内の気体の圧力により、可動部材47及び第1コラム36がマウント部43aに対してZ方向(第1コラム36を支持する支持方向)に変位できるように支持されている。尚、収納部材44とエアダンパ45とを一体的に気体ダンパとみなすことも可能であり、可動部材47を第1コラム36と一体化することも可能である。   FIG. 3 is a partially cutaway view showing one vibration isolator 35 and its control system in FIG. In FIG. 3, on a base plate 33 on the pedestal 32, a plate-shaped mount portion 43a substantially perpendicular to the Z-axis and a leg portion 43b for supporting the mount portion 43a on the base plate 33 with a predetermined interval are provided. One frame 43 is fixed. A substantially cylindrical storage member 44 having a closed bottom surface is placed on the top surface of the mount portion 43 a of the first frame 43, and an air damper 45 as a gas damper is stored in the storage member 44. A substantially cylindrical movable member 47 is mounted on the upper portion of the air damper 45 so as to be displaced in the Z direction, and the upper portion of the movable member 47 is fixed to the bottom surface of the first column 36 (structure). Yes. In this configuration, the storage member 44 and the movable member 47 correspond to a holding mechanism for the air damper 45. The movable member 47 and the first column 36 are supported by the gas pressure in the air damper 45 so that they can be displaced in the Z direction (supporting direction for supporting the first column 36) with respect to the mount portion 43a. Note that the storage member 44 and the air damper 45 can be integrally regarded as a gas damper, and the movable member 47 can be integrated with the first column 36.
エアダンパ45は、ゴム等からなる可撓性を有する中空の袋(又はゴム等からなる中空のダイアフラム)内に空気を圧力が制御できる状態で封入したものである。即ち、エアダンパ45には、収納部材44の側面の開口(不図示)を通して、空気の流量を制御できるサーボバルブ56が装着された可撓性を有する配管55を介して、所定圧力以上で所定量以上の空気が蓄積されている空気源54が連結されている。空気源54、配管55の一部、及びサーボバルブ56を含んで気体供給装置52が構成されている。空気源54には外部からの空気を取り込むための吸気管53が備えられており、空気源54としては、例えばエアコンプレッサと、このエアコンプレッサで加圧された空気が充填されるエアボンベとを組み合わせた装置等が使用できる。また、エアダンパ45の側面には、収納部材44の側面の開口(不図示)を通る中空のパイプを介してエアダンパ45内の空気の圧力を計測するための圧カセンサ28が設けられており、圧カセンサ28の計測値(圧力情報に対応する信号)が防振台制御系51に供給されている。圧カセンサ28としては、薄い金属のダイアフラムに歪みゲージを固定したセンサ、又はシリコン基板の変形を利用するセンサ等が使用できる。   The air damper 45 is one in which air is sealed in a flexible hollow bag made of rubber or the like (or a hollow diaphragm made of rubber or the like) in a state where the pressure can be controlled. That is, the air damper 45 is passed through an opening (not shown) on the side surface of the storage member 44 through a flexible pipe 55 equipped with a servo valve 56 capable of controlling the air flow rate. The air source 54 in which the above air is accumulated is connected. A gas supply device 52 is configured including an air source 54, a part of the piping 55, and a servo valve 56. The air source 54 is provided with an intake pipe 53 for taking in air from the outside. As the air source 54, for example, an air compressor and an air cylinder filled with air pressurized by the air compressor are combined. Can be used. Further, on the side surface of the air damper 45, there is provided a pressure sensor 28 for measuring the pressure of the air in the air damper 45 through a hollow pipe passing through an opening (not shown) on the side surface of the storage member 44. The measured value (signal corresponding to the pressure information) of the force sensor 28 is supplied to the vibration isolator control system 51. As the pressure sensor 28, a sensor in which a strain gauge is fixed to a thin metal diaphragm, a sensor using deformation of a silicon substrate, or the like can be used.
また、可動部材47をX方向に挟むようにZ方向に伸びた平板状の一対の連結部材48a,48bが固定されており、これら連結部材48a,48bの下端部にZ軸にほぼ垂直な平板状の連動部材49が固定されている。以上の可動部材47、連結部材48a,48b、及び連動部材49から第2フレーム46が構成されている。図4は、図3の可動部材47側から第1フレーム43を見た平面図である。図4に示す通り、第1フレーム43の上部(図3のマウント部43a)に2箇所の開口43c,43dが形成されており、これらの開口43c,43d内にそれぞれ連結部材48a,48bが挿通されている。この構成によって、第2フレーム46の連動部材49は、第1フレーム43とベースプレート33とで囲まれた空間内に、第1フレーム43に接触しない状態でZ方向に変位自在に支持されている。   Further, a pair of flat connecting members 48a and 48b extending in the Z direction so as to sandwich the movable member 47 in the X direction are fixed, and flat plates substantially perpendicular to the Z axis are provided at the lower ends of the connecting members 48a and 48b. A shaped interlocking member 49 is fixed. The movable member 47, the connecting members 48a and 48b, and the interlocking member 49 constitute the second frame 46. 4 is a plan view of the first frame 43 as viewed from the movable member 47 side in FIG. As shown in FIG. 4, two openings 43c and 43d are formed in the upper part of the first frame 43 (mount part 43a in FIG. 3), and connecting members 48a and 48b are inserted into these openings 43c and 43d, respectively. Has been. With this configuration, the interlocking member 49 of the second frame 46 is supported in a space surrounded by the first frame 43 and the base plate 33 so as to be displaceable in the Z direction without contacting the first frame 43.
図3に戻り、第2フレーム46は第1コラム36と連動してZ方向に変位する。そして、第2フレーム46とベースプレート33との間に、電磁ダンパとしてのボイスコイルモータ50が設置されている。ボイスコイルモータ50は、ベースプレート33の上面に固定されて永久磁石がZ方向に所定ピッチで配列された固定子50bと、第2フレーム46の連動部材49の底面に固定されてコイルが装着された可動子50aとから構成されている。このように防振台35は、第1フレーム43、収納部材44、エアダンパ45、第2フレーム46、及びボイスコイルモータ50を含んで構成されている。   Returning to FIG. 3, the second frame 46 is displaced in the Z direction in conjunction with the first column 36. A voice coil motor 50 as an electromagnetic damper is installed between the second frame 46 and the base plate 33. The voice coil motor 50 is fixed to the upper surface of the base plate 33 and fixed to the stator 50b in which permanent magnets are arranged at a predetermined pitch in the Z direction, and fixed to the bottom surface of the interlocking member 49 of the second frame 46, and the coil is mounted. It is comprised from the needle | mover 50a. As described above, the vibration isolation table 35 includes the first frame 43, the storage member 44, the air damper 45, the second frame 46, and the voice coil motor 50.
以上の構成の防振台35は、エアダンパ45とボイスコイルモータ50とがZ方向(第1コラム36の変位方向)に直列に配置されているため小型化することができる。また、エアダンパ45による力(圧力)及びボイスコイルモータ50による推力は、ほぼZ軸に平行な同―直線上で作用するため、エアダンパ45とボイスコイルモータ50とを同時に作用させても第1コラム36にモーメント等の不要なカが作用することはない。また、エアダンパ45(気体ダンパ)及びボイスコイルモータ50(電磁ダンパ)は、ベースプレート33から第1コラム36に対して実質的に並列に力を付与する。従って、第1コラム36の重量の大部分をエアダンパ45によって支持し、ボイスコイルモータ50のZ方向の推力は、主に第1コラム36のZ方向への高周波数域の振動を抑制するために用いることができるため、第1コラム36(構造物)にかかる重量が大きい場合にも広い周波数域で振動を抑制できる。   Since the air damper 45 and the voice coil motor 50 are arranged in series in the Z direction (displacement direction of the first column 36), the vibration isolator 35 having the above configuration can be reduced in size. Further, since the force (pressure) by the air damper 45 and the thrust by the voice coil motor 50 act on the same straight line that is substantially parallel to the Z axis, the first column even if the air damper 45 and the voice coil motor 50 are acted simultaneously. No unnecessary force such as moment acts on 36. The air damper 45 (gas damper) and the voice coil motor 50 (electromagnetic damper) apply a force from the base plate 33 to the first column 36 substantially in parallel. Accordingly, most of the weight of the first column 36 is supported by the air damper 45, and the thrust in the Z direction of the voice coil motor 50 is mainly for suppressing the vibration of the first column 36 in the high frequency region in the Z direction. Since it can be used, vibration can be suppressed in a wide frequency range even when the weight applied to the first column 36 (structure) is large.
また、前述した通り、第1コラム36には加速度センサ40が固定されており、この加速度センサ40によって一例として第1コラム36のZ方向への加速度の情報が計測されている。この加速度センサ40に加えて、第1コラム36と一体的に変位する連結部材48aに位置センサ29が固定されており、この位置センサ29によって第1フレーム43及びベースプレート33を基準とした第1コラム36のZ方向の相対的な位置、又はZ方向への相対的な変位の情報が計測されている。尚、図示は省略しているが、1つの防振台35に対して位置センサ29は複数箇所に設けられており、これにより第1コラム36のZ方向の位置のみならず、X方向及びY方向の位置、並びにX軸、Y軸、及びZ軸周りの回転量を求めることができる。一例として、加速度センサ40は圧電型の加速度センサであり、位置センサ29は渦電流変位センサである。   As described above, the acceleration sensor 40 is fixed to the first column 36, and the acceleration sensor 40 measures acceleration information in the Z direction of the first column 36 as an example. In addition to the acceleration sensor 40, a position sensor 29 is fixed to a connecting member 48a that is integrally displaced with the first column 36, and the first column with the first frame 43 and the base plate 33 as a reference by the position sensor 29. Information on the relative position of 36 in the Z direction or relative displacement in the Z direction is measured. Although not shown, the position sensor 29 is provided at a plurality of positions with respect to one vibration isolating table 35, so that not only the position of the first column 36 in the Z direction but also the X direction and the Y direction are provided. The position in the direction and the amount of rotation around the X, Y, and Z axes can be determined. As an example, the acceleration sensor 40 is a piezoelectric acceleration sensor, and the position sensor 29 is an eddy current displacement sensor.
これら加速度センサ40及び位置センサ29の計測値(加速度及び位置に対応する信号)は防振台制御系51に供給されている。防振台35、加速度センサ40、位置センサ29、気体供給装置52、及び防振台制御系51を含む構成が防振装置をなしている。防振台制御系51は、圧カセンサ28、加速度センサ40、及び位置センサ29の計測値に基づいて、気体供給装置52内のサーボバルブ56内を通過する空気の流量を制御して、エアダンパ45内の空気の圧力を制御する。この動作と並行して防振台制御系51は、加速度センサ40及び位置センサ29の計測値に基づいて、ボイスコイルモータ50の可動子50aのコイルに流れる電流を制御することによって、第1コラム36のZ方向の位置が予め定められている目標位置になるようにボイスコイルモータ50によるZ方向への推力を制御する。   The measurement values (signals corresponding to the acceleration and position) of the acceleration sensor 40 and the position sensor 29 are supplied to the anti-vibration table control system 51. The structure including the vibration isolator 35, the acceleration sensor 40, the position sensor 29, the gas supply device 52, and the vibration isolator control system 51 constitutes a vibration isolator. The anti-vibration table control system 51 controls the flow rate of the air passing through the servo valve 56 in the gas supply device 52 based on the measured values of the pressure sensor 28, the acceleration sensor 40, and the position sensor 29, and the air damper 45. Control the air pressure inside. In parallel with this operation, the anti-vibration table control system 51 controls the current flowing in the coil of the mover 50a of the voice coil motor 50 on the basis of the measurement values of the acceleration sensor 40 and the position sensor 29. The thrust in the Z direction by the voice coil motor 50 is controlled so that the position of 36 in the Z direction becomes a predetermined target position.
次に、図3の防振台制御系51によってエアダンパ45内の圧力を制御する制御方法について説明する。まず、被制御対象であるエアダンパ45の力学モデルについて説明する。図5は、防振台35内に設けられたエアダンパ45の力学モデルを示す図である。図5において、設置面L1は図3のベースプレート33の上面に対応しており、構造物STは図3の第1コラム36に対応している。より正確には、構造物STには、第1コラム36とともに図2のレチクルベース37、レチクルステージRST、第2コラム38、照明系サブチヤンバ39、照明光学系ILS、及び投影光学系PL等も含まれる。   Next, a control method for controlling the pressure in the air damper 45 by the vibration isolator control system 51 of FIG. 3 will be described. First, a dynamic model of the air damper 45 that is the controlled object will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating a dynamic model of the air damper 45 provided in the vibration isolation table 35. In FIG. 5, the installation surface L1 corresponds to the upper surface of the base plate 33 in FIG. 3, and the structure ST corresponds to the first column 36 in FIG. More precisely, the structure ST includes the first column 36, the reticle base 37, the reticle stage RST, the second column 38, the illumination system sub-chamber 39, the illumination optical system ILS, the projection optical system PL, and the like shown in FIG. It is.
ここで、構造物ST中でエアダンパ45によって支持される部分の質量をM、エアダンパ45の粘性摩擦係数をD、ばね定数をkとする。質量Mは構造物STの加速度に応じた抵抗力(慣性)の係数であり、粘性摩擦係数Dは構造物STの速度に応じた低抗力の係数であり、ばね定数kは構造物STの位置(即ち、エアダンパ45の高さ)に応じた抵抗力の係数であるとみなすことができる。換言すると、ばね定数kはエアダンパ45の剛性にも対応している。本実施形態では、エアダンパ45のばね定数kを小さくすることで防振台35を低剛性にしている。   Here, the mass of the portion supported by the air damper 45 in the structure ST is M, the viscous friction coefficient of the air damper 45 is D, and the spring constant is k. The mass M is a coefficient of resistance (inertia) according to the acceleration of the structure ST, the viscous friction coefficient D is a coefficient of low drag according to the speed of the structure ST, and the spring constant k is the position of the structure ST. It can be regarded as a coefficient of resistance according to (that is, the height of the air damper 45). In other words, the spring constant k also corresponds to the rigidity of the air damper 45. In the present embodiment, the vibration isolator 35 is made to have low rigidity by reducing the spring constant k of the air damper 45.
エアダンパ45のばね定数kは、主に次の3つの剛性k,k,kの和で表すことができる。
剛性k:エアダンパ45内の気体である空気の圧縮性による剛性
剛性k:エアダンパ45を構成するゴム等の材料の剛性
剛性k:エアダンパ45の保持機構の構造に依存する剛性
以下、これらの剛性k,k、kの各々について説明する。
The spring constant k of the air damper 45 can be expressed three primary stiffness k a, k f, the sum of k m.
Rigidity k a : Rigidity due to compressibility of air that is gas in the air damper 45 Rigidity k f : Rigidity of material such as rubber constituting the air damper 45 Rigidity k m : Rigidity depending on the structure of the holding mechanism of the air damper 45 describing stiffness k a, k f, for each of the k m.
(A)エアダンパ45内の気体である空気の圧縮性による剛性k
図3の可動部材47のエアダンパ45からの有効受圧面積をA、エアダンパ45内の空気の圧力(絶対圧)をP、エアダンパ45の容積をV、空気の剛性の係数(ポリトロープ指数)をnとすると、剛性kは以下の(1)式で表される。
=(n・A・P)/V ……(1)
ここで、エアダンパ45の高さ(収納部材44と可動部材47との間隔)をHとすると、(V=A・H)であるため、上記(1)式は以下の(2)式に変形することができる。
=(n・A・P)/H ……(2)
(A) Rigidity k a due to compressibility of air, which is a gas in the air damper 45
The effective pressure receiving area from the air damper 45 of the movable member 47 in FIG. 3 is A, the air pressure (absolute pressure) in the air damper 45 is P, the volume of the air damper 45 is V, and the coefficient of stiffness (polytropic index) is n. Then, the stiffness k a is expressed by the following equation (1).
k a = (n · A 2 · P) / V (1)
Here, assuming that the height of the air damper 45 (the distance between the storage member 44 and the movable member 47) is H, (V = A · H), the above equation (1) is transformed into the following equation (2). can do.
k a = (n · A · P) / H (2)
尚、高さHは構造物の支持方向のエアダンパ45(気体ダンパ)の位置に対応しており、位置センサ29で計測される連結部材48a(第1コラム36)のZ方向の相対的な位置(変位)に、その計測される相対的な位置が0のときのエアダンパ45の高さ(目標位置:これは予め計測されて防振台制御系51内の記憶部に記憶されている)を加算することで求められる。上記(2)式を変形して書き換えるとエアダンパ45内の空気の圧力Pは以下の(3)式で表される。
P=(k・H)/(n・A) ……(3)
The height H corresponds to the position of the air damper 45 (gas damper) in the support direction of the structure, and the relative position in the Z direction of the connecting member 48a (first column 36) measured by the position sensor 29. (Displacement) is the height of the air damper 45 when the measured relative position is 0 (target position: this is measured in advance and stored in the storage unit in the vibration isolator control system 51). It is obtained by adding. When the equation (2) is modified and rewritten, the air pressure P in the air damper 45 is expressed by the following equation (3).
P = (k a · H) / (n · A) ...... (3)
従って、第1コラム36を前述した目標位置で支持する場合には、従来よりも小さい剛性kの値、及び位置センサ29の計測値から求められるエアダンパ45の高さHをそれぞれ上記(3)式に代入して圧力Pを計算し、この圧力Pがエアダンパ45内の圧力となるように防振台制御系51がサーボバルブ56の流量を制御すれば剛性kが小さくなる。その結果として、エアダンパ45のばね定数kも小さくなるため、固有振動数が低下して除振性能が向上する。例えば、エアダンパ45の高さHが低くなった場合には、エアダンパ45内のエアを抜いてエアダンパ45内の圧力を下げることにより除振性能を向上することができる。 Therefore, in case of supporting the target position described above the first column 36, the value of small rigidity k a than the conventional, and the air damper 45 obtained from the measured value of the position sensor 29 a height H, respectively (3) calculate the pressure P into equation, anti-vibration base control system 51 as the pressure P is the pressure in the air damper 45 is rigid k a is reduced by controlling the flow rate of the servo valve 56. As a result, since the spring constant k of the air damper 45 is also reduced, the natural frequency is lowered and the vibration isolation performance is improved. For example, when the height H of the air damper 45 becomes low, the vibration isolation performance can be improved by extracting the air in the air damper 45 and reducing the pressure in the air damper 45.
(B)エアダンパ45を構成するゴム等の材料の剛性k
エアダンパ45を構成する材料をゴムとすると、その剛性は一例として以下の(4)式で表される。尚、実際には、剛性kは実際のエアダンパ45を用いて測定しておいてもよい。
=約90[N/mm] ……(4)
そこで、エアダンパ45の材料として、できるだけ剛性kの小さいものを使用することでエアダンパ45のばね定数kを小さくでき、その結果として除振性能向上することができる。
(B) Rigidity k f of a material such as rubber constituting the air damper 45
If the material constituting the air damper 45 is rubber, its rigidity is represented by the following equation (4) as an example. Actually, the stiffness k f may be measured using an actual air damper 45.
k f = about 90 [N / mm] (4)
Therefore, as the material of the air damper 45, as rigid as possible k f smaller ones can be reduced spring constant k of the air damper 45 by use of, it is possible to vibration isolation performance improves as a result.
(C)エアダンパ45の保持機構の構造に依存する剛性k
具体的に剛性kを計算するために、図3に示すエアダンパ45の保持機構の構造を図6に示す。図6は、防振台35に設けられるエアダンパ45の保持機構を示す断面図である。図6に示す通り、可撓性を有するエアダンパ45は、底が閉じたほぼ円筒状の収納部材44の内部に収納されており、このエアダンパ45上にほぼ円柱状の可動部材47を介して第1コラム36が載置されている。収納部材44及び可動部材47はZ軸に平行な対称軸SXに関してそれぞれ軸対称であり、収納部材44の上部の開口44a内に非接触で第1コラム36の方向に(図3のZ方向に沿って)変位自在に可動部材47の下端部47aが配置されている。収納部材44の開口44a(内面)は、第1コラム36に向かって次第に半径が大きくなる円錐の側面状であり、これに対向する可動部材47の下端部47aの外面は、第1コラム36に向かって次第に半径が小さくなる円錐の側面状であって下端部47aは逆テーパ構造である。収納部材44に形成された開口44aの円筒面に対する外側への傾斜角(テーパ角)、及び可動部材47の下端部47aにおける外面の円筒面に対する内側への傾斜角(テーパ角)をそれぞれθとする。
(C) depends on the structure of the holding mechanism of the air damper 45 the rigid k m
To calculate the specific stiffness k m, Figure 6 shows the structure of the holding mechanism of the air damper 45 shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a holding mechanism for the air damper 45 provided in the vibration isolator 35. As shown in FIG. 6, the flexible air damper 45 is housed in a substantially cylindrical housing member 44 whose bottom is closed, and the air damper 45 is placed on the air damper 45 via a substantially cylindrical movable member 47. One column 36 is placed. The storage member 44 and the movable member 47 are each axially symmetric with respect to a symmetry axis SX parallel to the Z axis, and are not in contact with the opening 44a at the top of the storage member 44 in the direction of the first column 36 (in the Z direction in FIG. 3). The lower end 47a of the movable member 47 is disposed so as to be freely displaceable. The opening 44 a (inner surface) of the storage member 44 has a conical side surface shape whose radius gradually increases toward the first column 36, and the outer surface of the lower end portion 47 a of the movable member 47 facing the opening 44 a (inner surface) faces the first column 36. It has a conical side surface shape with a gradually decreasing radius, and the lower end portion 47a has an inversely tapered structure. The inclination angle (taper angle) outward of the cylindrical surface of the opening 44a formed in the storage member 44 and the inclination angle (taper angle) inward of the outer surface of the lower end portion 47a of the movable member 47 with respect to the cylindrical surface are respectively θ and θ. To do.
また、図6中において実線で示す通り、収納部材44の開口44aと可動部材47の下端部47aとが上下(Z方向)にずれることなく対向する状態を基準状態とする。収納部材44と可動部材47との位置関係がその基準状態にあるときの図3の第1コラム36のZ方向の位置が、第1コラム36の設計上の目標位置となる。また、その基準状態において、図3の位置センサ29で計測される第1コラム36のZ方向の相対的な位置が0となるように、位置センサ29のオフセットが調整されている。図6に示す通り、収納部材44の開口44aと可動部材47の下端部47aとの間には隙間があり、エアダンパ45には可撓性があるため、そのエアダンパ45の一部(はみ出し部45a)がその隙間にはみ出ている。   Further, as indicated by a solid line in FIG. 6, a state in which the opening 44a of the storage member 44 and the lower end portion 47a of the movable member 47 face each other without being vertically shifted (Z direction) is defined as a reference state. The position in the Z direction of the first column 36 in FIG. 3 when the positional relationship between the storage member 44 and the movable member 47 is in its reference state is the design target position of the first column 36. In the reference state, the offset of the position sensor 29 is adjusted so that the relative position in the Z direction of the first column 36 measured by the position sensor 29 of FIG. As shown in FIG. 6, since there is a gap between the opening 44a of the storage member 44 and the lower end portion 47a of the movable member 47 and the air damper 45 is flexible, a part of the air damper 45 (the protruding portion 45a). ) Protrudes into the gap.
更に、可動部材47の下端部47aは逆テーパ構造であるため、エアダンパ45から可動部材47に対する有効受圧面積Aが、エアダンパ45の高さH、即ち可動部材47(第1コラム36)のZ方向の位置によって変化する。本実施形態では、その有効受圧面積Aは、エアダンパ45のはみ出し部45aの中心を通る円周の内部の面積であるとする。また、収納部材44と可動部材47との位置関係が基準状態にある場合の対称軸SXからはみ出し部45aの中心Cまでの半径をRとし、図6中において2点鎖線で示す通り、可動部材47がzだけ収納部材44側に変位した場合の対称軸SXからはみ出し部45bの中心Cまでの半径をRとする。このとき、開口44aの内面及び下端部47aの外面のテーパ角はθであるため、はみ出し部45a,45bの曲率半径を等しいと仮定すると、中心Cから中心Cまでの対称軸SXに平行な方向の間隔δzは、以下の(5)式で表される。
δz=z/2 ……(5)
Further, since the lower end portion 47a of the movable member 47 has a reverse taper structure, the effective pressure receiving area A from the air damper 45 to the movable member 47 is the height H of the air damper 45, that is, the Z direction of the movable member 47 (first column 36). Varies depending on the position. In the present embodiment, the effective pressure receiving area A is assumed to be the area inside the circumference passing through the center of the protruding portion 45a of the air damper 45. Further, the radius from the symmetry axis SX to the center C 0 of the protruding portion 45a when the positional relationship between the storage member 44 and the movable member 47 is in the reference state is R 0, and as shown by a two-dot chain line in FIG. Let R be the radius from the axis of symmetry SX to the center C of the protruding portion 45b when the movable member 47 is displaced toward the storage member 44 by z. At this time, since the taper angle of the inner surface of the opening 44a and the outer surface of the lower end portion 47a is θ, assuming that the radii of curvature of the protruding portions 45a and 45b are equal, it is parallel to the symmetry axis SX from the center C0 to the center C. The direction interval δz is expressed by the following equation (5).
δz = z / 2 (5)
上記(5)式を用いると、半径Rは以下の(6)式で表される。
R=R−δz・tanθ=R−(z・2)・tanθ ……(6)
このとき、変位zが小さいとすると、有効受圧面積Aは以下の(7)式に近似することができる。
A≒θ(R −R・tanθ) ……(7)
また、エアダンパ45内の空気の圧力Pを用いると、第1コラム36に作用するエアダンパ45の力FはP・Aとなり、エアダンパ45の保持機構の構造に依存する剛性kは、そのカFの変位zによる微分である。従って、上記(7)式から、その剛性kは以下の(8)式で表される。
=dF/dz≒−P・θ・R・tanθ ……(8)
When the above equation (5) is used, the radius R is expressed by the following equation (6).
R = R 0 −δz · tan θ = R 0 − (z · 2) · tan θ (6)
At this time, if the displacement z is small, the effective pressure receiving area A can be approximated by the following equation (7).
A≈θ (R 0 2 −R 0 · tan θ) (7)
Moreover, the use of the pressure P of the air in the air damper 45, the stiffness k m force F of the air damper 45 acting on the first column 36 depends next P · A, the structure of the holding mechanism of the air damper 45, the mosquito F It is a differentiation with respect to displacement z. Therefore, from equation (7), the stiffness k m is expressed by the following equation (8).
k m = dF / dz ≒ -P · θ · R 0 · tanθ ...... (8)
即ち、図6に示す通り、可動部材47の変位zの符号を収納部材44の方向に向かって正とすると剛性kの符号は負になる。これは、図6に示す逆テーバ構造を採用することによって、可動部材47には収納部材44側(−Z方向)に引き込まれるカが作用して剛性が小さくなることを意味している。
上記(8)式を書き換えると、圧力Pは以下の(9)式で表される。
P=−k/(θ・R・tanθ) ……(9)
That is, as shown in FIG. 6, the sign of code positively to the rigidity k m in the direction of the housing member 44 of the displacement z of the movable member 47 becomes negative. This means that by adopting the inverted Taber structure shown in FIG. 6, the movable member 47 is acted on by the force drawn toward the storage member 44 (−Z direction), thereby reducing the rigidity.
When the above equation (8) is rewritten, the pressure P is expressed by the following equation (9).
P = -k m / (θ · R 0 · tanθ) ...... (9)
そこで、第1コラム36を前述した目標位置で支持する場合には、所望の負の剛性kの値、基準状態での有効受圧面積Aを定める半径Rの値、及び保持機構のテーパ角θをそれぞれ上記(9)式に式に代入して圧力P(正の値)を計算し、この圧力Pがエアダンパ45内の圧力となるように防振台制御系51がサーボバルブ56の流量を制御すればよい。これによって、保持機構の構造に依存する剛性kが負の値となってエアダンパ45のばね定数kが小さくなるため、固有振動数が低下して除振性能を向上性能することができる。 Therefore, in case of supporting the target position described above the first column 36, the taper angle of a desired negative stiffness k m, the value of the radius R 0 for determining the effective pressure receiving area A of the reference state, and the holding mechanism The pressure P (positive value) is calculated by substituting θ into the above equation (9), and the anti-vibration table control system 51 controls the flow rate of the servo valve 56 so that the pressure P becomes the pressure in the air damper 45. Can be controlled. Thereby, the rigidity k m which depends on the structure of the holding mechanism is a spring constant k of the air damper 45 is reduced by a negative value, it is possible to natural frequency is improved performance vibration isolation performance decreases.
尚、第1コラム36を前述した目標位置で支持する場合には、前述した(3)式を用いて説明した制御方法と、上記(9)式を用いて説明した制御方法とを併用することもできる。かかる制御を行う場合には、前述した(3)式の空気の圧縮性による剛性kに基づく圧力Pの目標値と、上記(9)式のエアダンパ45の構造に依存する剛性kに基づく圧力Pの目標値とをほぼ等しくして、エアダンパ45内の圧力がその目標値(又は両者の平均値)になるように制御すればよい。尚、上記(8)式に示す通り、剛性kの符号は負になるため、上記(2)式に示した空気の圧縮性による剛性k、上記(4)式に示したエアダンパ45の材料の剛性k、及び上記(8)式に示した保持機構の構造に依存する剛性kとの和であるエアダンパ45のばね定数k(剛性)は0に近い値となり、負の値となる場合も考えられる。 When the first column 36 is supported at the target position described above, the control method described using the above-described equation (3) and the control method described using the above-described equation (9) are used in combination. You can also. When performing such control is based on a rigid k m which depends on the target value of the pressure P based on the stiffness k a by the compressibility of the air described above (3), the structure of the air damper 45 of the above-mentioned (9) What is necessary is just to control so that the target value of the pressure P is made substantially equal and the pressure in the air damper 45 becomes the target value (or the average value of both). Incidentally, as shown in equation (8), since the sign of rigidity k m becomes negative, (2) rigidity k a by the compressibility of air shown in the expression of the air damper 45 shown in the above (4) stiffness k f of the material and the spring constant k (stiffness) of the air damper 45 which is the sum of the stiffness k m which depends on the structure of the holding mechanism shown in equation (8) becomes a value close to 0, and negative values It may be possible.
ここで、防振台35が第1コラム36を目標位置に支持している定常状態であれば、上記の通りエアダンパ45内の空気の圧力を制御し、更にはボイスコイルモータ50によるZ方向への推力を制御を併用することで、第1コラム36は低剛性の防振台35によって安定して支持され、且つ床FLの振動の影響が防振台35によって効果的に抑制される。しかしながら、露光装置EXの立ち上げ時にはエアダンパ45への空気の供給を開始して第1コラム36を浮上させて目標位置に支持するリセット処理が行われる。また、定期又は不定期のメンテナンス時にはエアダンパ45の空気を一旦抜き取った後で再度エアダンパ45への空気の供給を開始して第1コラム36を浮上させて目標位置に支持するリセット処理が行われる。上記のリセット処理を行っている間は防振台35が低剛性であるために防振台35に支持されている第1コラム36に倒れ又は揺れが生じて不安定な状態になる。このため、防振台制御系51は、リセット処理時にエアダンパ45内の空気の圧力又はボイスコイルモータ50によるZ方向への推力を制御してエアダンパ45にZ方向の剛性を付与する制御を行う。   Here, if the vibration isolator 35 is in a steady state supporting the first column 36 at the target position, the air pressure in the air damper 45 is controlled as described above, and further in the Z direction by the voice coil motor 50. By using this thrust together with the control, the first column 36 is stably supported by the low-rigidity vibration isolation table 35, and the influence of the vibration of the floor FL is effectively suppressed by the vibration isolation table 35. However, when the exposure apparatus EX is started up, air supply to the air damper 45 is started, and a reset process for floating the first column 36 and supporting it at the target position is performed. Further, at the time of regular or irregular maintenance, after the air of the air damper 45 is once extracted, the supply of air to the air damper 45 is started again, and the first column 36 is floated and reset processing is performed to support the target position. During the reset process, the vibration isolator 35 is low in rigidity, and therefore the first column 36 supported by the vibration isolator 35 falls down or shakes and becomes unstable. For this reason, the anti-vibration table control system 51 controls the pressure of the air in the air damper 45 or the thrust in the Z direction by the voice coil motor 50 during the reset process to give the air damper 45 rigidity in the Z direction.
図7は、リセット時においてエアダンパ45にZ方向の剛性を付与する制御方法を説明するための図である。低剛性の防振台35は目標位置からの第1コラム36(構造物)の変位を戻す方向に作用する力が弱いため、第1コラム36の変位が維持される傾向がある。つまり、図7(a)に示す通り、防振台35により支持される第1コラム36(構造物)が目標位置から下方向に(−Z方向)にΔzだけ変位した場合には第1コラム36は下方向にほぼΔzだけ変位したままとなり、逆に目標位置から上方向に(+Z方向)にΔzだけ変位した場合には上方向にほぼΔzだけ変位したままになる。また、エアダンパ45が負の剛性を有する場合には、第1コラム36に目標位置からの変位が生じた場合には、その変位が増長される力が作用するという特性がある。   FIG. 7 is a diagram for explaining a control method for imparting rigidity in the Z direction to the air damper 45 at the time of resetting. Since the low-rigidity anti-vibration table 35 has a weak force acting in a direction to return the displacement of the first column 36 (structure) from the target position, the displacement of the first column 36 tends to be maintained. That is, as shown in FIG. 7A, when the first column 36 (structure) supported by the anti-vibration table 35 is displaced from the target position downward (−Z direction) by Δz, the first column 36 remains displaced by about Δz in the downward direction. Conversely, when it is displaced upward by Δz from the target position (+ Z direction), it remains displaced by about Δz in the upward direction. Further, when the air damper 45 has negative rigidity, when the first column 36 is displaced from the target position, there is a characteristic that a force that increases the displacement acts.
以上の特性を有する防振台35を用いてリセット処理により第1コラム36を目標位置に位置決めする場合を考える。エアダンパ45への空気の供給を開始した時点においては、エアダンパ45は目標位置から下方(−Z方向)に位置しているが、空気の供給とともに第1コラム36が浮上して目標位置に近づく。ここで、エアダンパ45が正の剛性を有するのであれば、仮に第1コラム36が目標位置よりも上方向(+Z方向)に行きすぎてしまっても第1コラム36は目標位置に戻って目標位置に収束する挙動を示す。しかしながら、エアダンパ45が負の剛性を有している場合には、その変位が増長されてしまって目標位置に位置決めすることができない。   Consider a case where the first column 36 is positioned at a target position by reset processing using the vibration isolator 35 having the above characteristics. At the time when the supply of air to the air damper 45 is started, the air damper 45 is located below (−Z direction) from the target position, but the first column 36 rises and approaches the target position with the supply of air. Here, if the air damper 45 has positive rigidity, even if the first column 36 goes too far upward (+ Z direction) from the target position, the first column 36 returns to the target position and returns to the target position. Shows the behavior of convergence. However, when the air damper 45 has negative rigidity, the displacement is increased and the air damper 45 cannot be positioned at the target position.
このため、本実施形態では、エアダンパ45内の空気の圧力又はボイスコイルモータ50によるZ方向への推力を制御してエアダンパ45にZ方向の剛性を付与している。エアダンパ45に付与する剛性は、上記の符号が負である剛性kを正にする剛性である。つまり、付与する剛性をkaddとすると、以下の(10)式が満たされる剛性kaddを付与する。但し、剛性kaddは正の値である。
add+k>0 ……(10)
For this reason, in this embodiment, the air pressure in the air damper 45 or the thrust in the Z direction by the voice coil motor 50 is controlled to give the air damper 45 rigidity in the Z direction. Stiffness to be imparted to the air damper 45 is a rigid above code positively stiffness k m is negative. In other words, the rigidity imparting When k the add, to impart stiffness k the add the following expression (10) is satisfied. However, the stiffness k add is a positive value.
k add + k m> 0 ...... (10)
具体的には、以下の(11)式に示す力Fを発生させる。但し、以下の(11)式において、Zは目標位置のZ方向の座標であり、zは第1コラム36(構造物)のZ方向の座標である。
F=−kadd(z−Z) ……(11)
上記(11)式を参照すると、エアダンパ45内で発生させる空気の圧力、又はボイスコイルモータ50により発生させるZ方向への推力は、目標位置Zと第1コラム36の位置との差に応じた大きさになる。
Specifically, the force F shown in the following equation (11) is generated. However, in the following equation (11), Z 0 is a coordinate in the Z direction of the target position, and z is a coordinate in the Z direction of the first column 36 (structure).
F = −k add (z−Z 0 ) (11)
Referring to the above equation (11), the air pressure generated in the air damper 45 or the thrust in the Z direction generated by the voice coil motor 50 depends on the difference between the target position Z 0 and the position of the first column 36. It becomes the size.
具体的には、ボイスコイルモータ50によるZ方向への推力を制御する場合には、第1コラム36が目標位置よりも下方(−Z方向)に位置するときには上方向(+Z方向)の推力を発生させ、目標位置よりも上方(+Z方向)に位置するときには下方向(−Z方向)の推力を発生させる。この場合には、ボイスコイルモータ50がエアダンパ45に対して直接剛性を付与している訳ではないが、図3を用いて説明した通り、エアダンパ45及びボイスコイルモータ50は、ベースプレート33から第1コラム36に対して並列に力を付与することができるため、実質的にエアダンパ45にZ方向の剛性が付与される。   Specifically, when controlling the thrust in the Z direction by the voice coil motor 50, the thrust in the upward direction (+ Z direction) is applied when the first column 36 is positioned below (−Z direction) the target position. When it is positioned above the target position (+ Z direction), a downward thrust (−Z direction) is generated. In this case, the voice coil motor 50 does not directly give rigidity to the air damper 45, but as described with reference to FIG. 3, the air damper 45 and the voice coil motor 50 are separated from the base plate 33 by the first. Since a force can be applied in parallel to the column 36, the air damper 45 is substantially given rigidity in the Z direction.
また、エアダンパ45内の空気の圧力を制御する場合には、第1コラム36が目標位置よりも下方(−Z方向)に位置するときにはエアダンパ45内の空気を供給し、目標位置よりも上方(+Z方向)に位置するときにはエアダンパ45に空気を抜く。かかる制御の場合には、エアダンパ45の内部の空気の量を制御しているため、エアダンパ45に直接剛性を付与することができる。   Further, when controlling the pressure of air in the air damper 45, when the first column 36 is positioned below the target position (in the −Z direction), the air in the air damper 45 is supplied and above the target position ( When it is positioned in the + Z direction), the air damper 45 is evacuated. In the case of such control, since the amount of air inside the air damper 45 is controlled, rigidity can be directly imparted to the air damper 45.
以上の制御を行うことにより、図7(b)に示す通り、第1コラム36が目標位置を超えておらず目標位置よりも下方(−Z方向)に位置している場合には目標位置に向かう力F1が発生して目標位置に向かう剛性が付与される。一方、第1コラム36が目標位置を超えて目標位置よりも上方(+Z方向)に位置した場合には目標位置に戻る力F2が発生して目標位置に戻る剛性が付与される。エアダンパ45に対して以上の剛性を付加する処理を行うことにより、エアダンパ45自体は負の剛性を有していても、第1コラム36は目標位置に収束する挙動を示し、その結果として第1コラム36を目標位置に位置決めすることができる。   By performing the above control, as shown in FIG. 7B, when the first column 36 does not exceed the target position and is positioned below (−Z direction) the target position, the target position is reached. A heading force F1 is generated and rigidity toward the target position is given. On the other hand, when the first column 36 is located above the target position and above the target position (+ Z direction), a force F2 for returning to the target position is generated and rigidity for returning to the target position is given. By performing the process of adding the above rigidity to the air damper 45, even if the air damper 45 itself has a negative rigidity, the first column 36 behaves to converge to the target position, and as a result, the first column 36 The column 36 can be positioned at the target position.
リセット処理により第1コラム36を目標位置に位置決めした後は、防振台35を低剛性として除振性能を高める必要がある。このため、エアダンパ45に付与していた剛性を取り除いて前述した(3)式を用いて説明した制御方法、上記(9)式を用いて説明した制御方法、又はこれらの方法を併用した制御方法を用いてエアダンパ45内の空気の圧力を制御する。また、このエアダンパ45内の空気の圧力の制御に加えて、ボイスコイルモータ50によるサーボ制御を行うようにしても良い。   After the first column 36 is positioned at the target position by the reset process, it is necessary to improve the vibration isolation performance by reducing the vibration isolation table 35 to low rigidity. For this reason, the rigidity given to the air damper 45 is removed, the control method explained using the above-described equation (3), the control method explained using the above-mentioned equation (9), or the control method using these methods in combination. Is used to control the pressure of the air in the air damper 45. Further, in addition to the control of the air pressure in the air damper 45, servo control by the voice coil motor 50 may be performed.
第1コラム36を目標位置に位置決めするまでにエアダンパ45に付与していた剛性は、例えば図7(c)に示す通り目標位置に対して許容値ARを設定し、防振台35の振動の上限値及び下限値が許容値AR内に収まった時点で取り除くのが望ましい。また、ボイスコイルモータ50から発生させる推力が所定値以下になった時点で剛性を取り除くようにしても良い。更に、防振台35の振動の上限値及び下限値が上記の許容値AR内に収まった時点で、エアダンパ45に剛性を付与し、ボイスコイルモータ50から発生させる推力が所定値以下になった時点で剛性を取り除くようにしても良い。   For the rigidity given to the air damper 45 until the first column 36 is positioned at the target position, for example, an allowable value AR is set for the target position as shown in FIG. It is desirable to remove the upper limit value and the lower limit value when they fall within the allowable value AR. Further, the rigidity may be removed when the thrust generated from the voice coil motor 50 becomes a predetermined value or less. Furthermore, when the upper limit value and the lower limit value of the vibration of the vibration isolation table 35 are within the above-described allowable value AR, rigidity is given to the air damper 45, and the thrust generated from the voice coil motor 50 becomes a predetermined value or less. You may make it remove rigidity at the time.
次に、図3中の防振台制御系51の構成例について説明する。図8は、防振台制御系51のボイスコイルモータ50の制御に係る制御部を示すブロック図である。尚、防振台制御系51には図8に示す制御部以外に、サーボバルブ56の制御に係る制御部も設けられているが、この制御部についての説明は省略する。尚、防振台制御系51は、マイクロコンピュータを含むデジタル回路で構成されているが、アナログ回路で構成してもよい。図8に示す通り、防振台制御系51のボイスコイルモータ50の制御に係る制御部は、リセット処理を行うための第1制御部60aと、第1コラム36を目標位置に位置決めした後に防振台35をボイスコイルモータ50によりサーボ制御するための第2制御部60bとを含んで構成されている。   Next, a configuration example of the vibration isolator control system 51 in FIG. 3 will be described. FIG. 8 is a block diagram showing a control unit related to the control of the voice coil motor 50 of the vibration isolator control system 51. In addition to the control unit shown in FIG. 8, the anti-vibration table control system 51 is also provided with a control unit related to the control of the servo valve 56, but the description of this control unit is omitted. The anti-vibration table control system 51 is composed of a digital circuit including a microcomputer, but may be composed of an analog circuit. As shown in FIG. 8, the control unit related to the control of the voice coil motor 50 of the anti-vibration table control system 51 performs the first control unit 60a for performing the reset process and the first column 36 after positioning the first column 36 at the target position. A second control unit 60b for servo-controlling the shaking table 35 by the voice coil motor 50 is configured.
第1制御部60aは、目標値設定部61、演算部62、及び増幅部63を含んで構成される。目標値設定部61は、リセット処理時におけるベースプレート33上の3箇所又は4箇所に設けられた防振台35(第1コラム36)のZ方向の目標位置を示す指令値を出力する。演算部62は、目標位置設定部61の指令値から防振台35に設けられた位置センサ29の計測値を減算した誤差信号を防振台35毎に求めて出力する。増幅部63は、演算部62から出力される誤差信号を所定の増幅率で増幅した制御信号を出力する。   The first control unit 60a includes a target value setting unit 61, a calculation unit 62, and an amplification unit 63. The target value setting unit 61 outputs a command value indicating the target position in the Z direction of the vibration isolation table 35 (first column 36) provided at three or four locations on the base plate 33 during the reset process. The calculation unit 62 calculates and outputs an error signal for each image stabilization table 35 by subtracting the measurement value of the position sensor 29 provided on the image stabilization table 35 from the command value of the target position setting unit 61. The amplifying unit 63 outputs a control signal obtained by amplifying the error signal output from the calculating unit 62 with a predetermined amplification factor.
また、第2制御部60bは、目標値設定部64、演算部65、位置コントローラ66、演算部67、速度コントローラ68、ローパスフィルタ69、ハイパスフィルタ70、及び積分器71を含んで構成される。目標値設定部64は、目標位置又はその近傍に配置されている第1コラム36の、X方向、Y方向、及びZ方向の位置、並びにX軸、Y軸、及びZ軸周りの回転量を示す指令値を出力する。演算部65は、目標位置設定部64の指令値から防振台35に設けられた位置センサ29の計測値を減算した誤差信号を防振台35毎に求めて出力する。この誤差信号は、防振台35毎のX方向、Y方向、及びZ方向の位置誤差を示す誤差信号、並びにX軸、Y軸、及びZ軸周りの回転量誤差を示す誤差信号を含むものである。位置コントローラ66は、演算部65から出力される誤差信号に基づいて防振台35の各々の位置を制御する位置制御信号を生成して出力する。   The second control unit 60 b includes a target value setting unit 64, a calculation unit 65, a position controller 66, a calculation unit 67, a speed controller 68, a low-pass filter 69, a high-pass filter 70, and an integrator 71. The target value setting unit 64 determines the positions of the first column 36 disposed at or near the target position in the X direction, the Y direction, and the Z direction, and the rotation amounts around the X axis, the Y axis, and the Z axis. The indicated command value is output. The calculation unit 65 calculates and outputs an error signal for each image stabilization table 35 by subtracting the measurement value of the position sensor 29 provided on the image stabilization table 35 from the command value of the target position setting unit 64. This error signal includes an error signal indicating a position error in the X direction, the Y direction, and the Z direction for each vibration isolator 35 and an error signal indicating a rotation amount error around the X axis, the Y axis, and the Z axis. . The position controller 66 generates and outputs a position control signal for controlling each position of the image stabilizer 35 based on the error signal output from the calculation unit 65.
演算部67は、位置コントローラ66の位置制御信号から、加速度センサ40の計測値(ハイパスフィルタ70及び積分器71を介した信号)を減算した誤差信号を出力する。速度コントローラ68は、演算部67から出力される誤差信号に基づいて防振台35の各々を速度制御する速度制御信号を生成して出力する。ローパスフィルタ69は速度制御信号に含まれる高周波成分を除去して低周波成分のみを通過させ、制御信号として出力する。これにより、速度制御信号に高周波成分が含まれることによる制御上の不安定性が解消される。ハイパスフィルタ70は、加速度センサ40から出力される計測値に含まれる低周波成分を除去して高周波成分のみを出力する。積分器71はハイパスフィルタ70から出力される信号を積分して、加速度センサ40から出力される防振台35の加速度を示す計測値を速度を示す信号に変換する。   The computing unit 67 outputs an error signal obtained by subtracting the measurement value of the acceleration sensor 40 (signal through the high-pass filter 70 and the integrator 71) from the position control signal of the position controller 66. The speed controller 68 generates and outputs a speed control signal for controlling the speed of each of the image stabilizers 35 based on the error signal output from the calculation unit 67. The low-pass filter 69 removes the high frequency component contained in the speed control signal, passes only the low frequency component, and outputs it as a control signal. This eliminates control instability due to the high-frequency component being included in the speed control signal. The high pass filter 70 removes the low frequency component included in the measurement value output from the acceleration sensor 40 and outputs only the high frequency component. The integrator 71 integrates the signal output from the high-pass filter 70 and converts the measurement value indicating the acceleration of the vibration isolation table 35 output from the acceleration sensor 40 into a signal indicating the speed.
また、第1制御部60aで生成された制御信号、及び第2制御部60bで生成された制御信号の何れの制御信号によりボイスコイルモータ50を制御するかを切り換えるためのスイッチSWが設けられている。スイッチSWが第1制御部60aの端子T1側にある場合には第1制御部60aで生成された制御信号によってボイスコイルモータ50が制御され、第2制御部60bの端子T2側にある場合には第2制御部60bで生成された制御信号によってボイスコイルモータ50が制御される。尚、スイッチSWは端子T1,T2の何れの側にない中立状態をとることもできる。   In addition, a switch SW is provided for switching between the control signal generated by the first control unit 60a and the control signal generated by the second control unit 60b to control the voice coil motor 50. Yes. When the switch SW is on the terminal T1 side of the first control unit 60a, the voice coil motor 50 is controlled by the control signal generated by the first control unit 60a and is on the terminal T2 side of the second control unit 60b. The voice coil motor 50 is controlled by the control signal generated by the second controller 60b. The switch SW can be in a neutral state that is not on either side of the terminals T1 and T2.
次に、リセット処理の一例について説明する。リセット処理を行う場合には、まずスイッチSWを中立状態に設定する。この状態でサーボバルブ56の制御に係る不図示の制御部が圧力指令値を出力し、気体供給装置52内のサーボバルブ56内を通過する空気の流量を制御して空気源54から配管55を介したエアダンパ45への空気の供給を開始する。ここで、スイッチSWは中立状態に設定されているため、ボイスコイルモータ50の推力は0である。従って、リセット処理の開始時にはエアダンパ45の力のみが第1コラム36に作用し、この力によって第1コラム36の浮上が開始されることになる。第1コラム36の浮上が開始された時点においては、防振台35に設けられた位置センサ29及び加速度センサ40の計測値に基づいて、サーボバルブ56の制御に係る不図示の制御部が位置制御及び速度制御を行う。この際に、位置制御はPI(比例、積分)制御により行うことが好ましい。また、速度制御はP(比例)制御により行うことが好ましい。   Next, an example of reset processing will be described. When performing the reset process, first, the switch SW is set to a neutral state. In this state, a control unit (not shown) related to the control of the servo valve 56 outputs a pressure command value, controls the flow rate of air passing through the servo valve 56 in the gas supply device 52, and connects the pipe 55 from the air source 54. The supply of air to the air damper 45 is started. Here, since the switch SW is set to the neutral state, the thrust of the voice coil motor 50 is zero. Therefore, at the start of the reset process, only the force of the air damper 45 acts on the first column 36, and the first column 36 is lifted by this force. At the time when the first column 36 starts to float, a control unit (not shown) related to the control of the servo valve 56 is positioned based on the measurement values of the position sensor 29 and the acceleration sensor 40 provided on the vibration isolation table 35. Control and speed control. At this time, the position control is preferably performed by PI (proportional, integral) control. The speed control is preferably performed by P (proportional) control.
以上の制御を行うと、第1コラム36は徐々に浮上していき目標位置に近づく。第1コラム36の振動の上限値及び下限値が、例えば図7(c)に示す許容値ARに収まった時点で、スイッチSWを端子T1側に設定されて第1制御部60aによる制御が開始される。この制御が開始されると、目標値設定部61から出力される指令値から位置センサ29の計測値を減算した誤差信号を増幅部63で増幅した制御信号がボイスコイルモータ50に供給され、ボイスコイルモータ50から前述した(11)式で示される推力が発生する。これにより、エアダンパ45の力に加えてボイスコイルモータ50の推力が第1コラム36に作用し、実質的にエアダンパ45にZ方向の剛性が付与される。   When the above control is performed, the first column 36 gradually rises and approaches the target position. When the upper limit value and the lower limit value of the vibration of the first column 36 fall within the allowable value AR shown in FIG. 7C, for example, the switch SW is set to the terminal T1 side and the control by the first control unit 60a is started. Is done. When this control is started, a control signal obtained by amplifying the error signal obtained by subtracting the measured value of the position sensor 29 from the command value output from the target value setting unit 61 by the amplifying unit 63 is supplied to the voice coil motor 50. The thrust shown by the above-described equation (11) is generated from the coil motor 50. Thereby, in addition to the force of the air damper 45, the thrust of the voice coil motor 50 acts on the first column 36, and the rigidity in the Z direction is substantially imparted to the air damper 45.
図7(b)を用いて説明した通り、エアダンパ45に付与される剛性は、第1コラム36が目標位置よりも下方(−Z方向)に位置している場合には第1コラム36を目標位置に向わせ、目標位置よりも上方(+Z方向)に位置した場合には目標位置に戻すものであるため第1制御部60aの制御により、第1コラム36は目標位置に近づく挙動を示す。そして、例えばボイスコイルモータ50から発生する推力が所定値以下になった点でスイッチSWが端子T2側に設定される。これにより、エアダンパ45に付与された剛性が取り除かれてエアダンパ45は低剛性になる。   As described with reference to FIG. 7B, the rigidity imparted to the air damper 45 is such that when the first column 36 is positioned below (−Z direction) the target position, the first column 36 is targeted. The first column 36 behaves closer to the target position under the control of the first control unit 60a because it is returned to the target position when it is directed to the position and positioned above the target position (+ Z direction). For example, the switch SW is set to the terminal T2 side when the thrust generated from the voice coil motor 50 becomes a predetermined value or less. As a result, the rigidity imparted to the air damper 45 is removed, and the air damper 45 has low rigidity.
ここで、スイッチSWの端子T1側から端子T2側への切り換えは、第1コラム36の振動が生じないように滑らかに行うのが望ましい、例えば、所定の時間で設定したゲインになるように2次曲線状にゲインを変化させるのが好ましい。以上の制御によりリセット処理が終了する。リセット処理終了後は、第2制御部60bによるサーボ制御が行われる。   Here, it is desirable to smoothly switch the switch SW from the terminal T1 side to the terminal T2 side so that the first column 36 does not vibrate. For example, the switch SW has a gain set at a predetermined time. It is preferable to change the gain in a quadratic curve. The reset process is completed by the above control. After the reset process is completed, servo control is performed by the second control unit 60b.
尚、上記の例ではボイスコイルモータ50を用いてエアダンパ45に対して剛性を付与する場合を例に挙げて説明したが、エアダンパ45内の空気の圧力を制御することで剛性を付与しても良い。また、リセット処理後に第2制御部60bによるサーボ制御が行われる場合を例に挙げたが、このサーボ制御は行わずにエアダンパ45内の空気の圧力を制御のみにしても良い。但し、制御の応答性を考慮すると、エアダンパ45に対する剛性の付与、及びリセット処理後の制御はボイスコイルモータ50を用いて行うのが望ましい。また、上記の例では、リセット処理を開始してから第1コラム36の振動が許容値AR内に収まるまでエアダンパ45のみによって第1コラム36を支持するようにしていたが、リセット処理を開始して第1コラム36が浮上した後はスイッチSWを端子T1側に設定してエアダンパ45の力とボイスコイルモータ50の推力により第1コラム36を支持するようにしても良い。   In the above example, the case where rigidity is imparted to the air damper 45 using the voice coil motor 50 has been described as an example. However, even if rigidity is imparted by controlling the pressure of the air in the air damper 45. good. Moreover, although the case where the servo control by the 2nd control part 60b was performed after a reset process was mentioned as an example, you may make only the control the pressure of the air in the air damper 45, without performing this servo control. However, in consideration of control responsiveness, it is desirable to use the voice coil motor 50 to give rigidity to the air damper 45 and to perform control after reset processing. In the above example, the first column 36 is supported only by the air damper 45 until the vibration of the first column 36 falls within the allowable value AR after the reset process is started. However, the reset process is started. After the first column 36 is lifted, the switch SW may be set to the terminal T1 side so that the first column 36 is supported by the force of the air damper 45 and the thrust of the voice coil motor 50.
図9,図10は、リセット処理結果の例を示す図であって、(a)は第1コラム36のZ方向における位置変化を示す図であり、(b)はボイスコイルモータ50の推力変化を示す図である。尚、図9は比較的長い時間でリセット処理を行った場合の処理結果を示しており、図10は比較的短い時間でリセット処理を行った場合の処理結果を示している。図9に示す処理結果では、時刻0にエアダンパ45への空気の供給を開始して第1コラム36を浮上させ、時刻t11でボイスコイルモータ50によりエアダンパ45に剛性を付与し、時刻t12で付与した剛性を取り除いている。   9 and 10 are diagrams showing examples of reset processing results, where (a) is a diagram showing a change in position of the first column 36 in the Z direction, and (b) is a change in thrust of the voice coil motor 50. FIG. FIG. 9 shows a processing result when the reset processing is performed in a relatively long time, and FIG. 10 shows a processing result when the reset processing is performed in a relatively short time. In the processing result shown in FIG. 9, the supply of air to the air damper 45 is started at time 0, the first column 36 is lifted, the voice coil motor 50 adds rigidity to the air damper 45 at time t11, and is applied at time t12. Rigidity is removed.
図9(a)に示す通り、時刻0でエアダンパ45への空気の供給を開始すると、第1コラム36は浮上して時間とともに上方(+Z方向)に移動する。時刻t11において、ボイスコイルモータ50によりエアダンパ45への剛性の付与が開始されると、また、図9(b)に示す通り、第1コラム36を上方(+Z方向)へ押し上げる推力が発生する。時刻t11〜t12の間においては、第1コラム36が目標位置に近づくにつれて、ボイスコイルモータ50の推力は徐々に小さくなる。   As shown in FIG. 9A, when the supply of air to the air damper 45 is started at time 0, the first column 36 floats and moves upward (+ Z direction) with time. When the voice coil motor 50 starts to give rigidity to the air damper 45 at time t11, as shown in FIG. 9B, a thrust force that pushes up the first column 36 upward (+ Z direction) is generated. Between times t11 and t12, the thrust of the voice coil motor 50 gradually decreases as the first column 36 approaches the target position.
図9(a)を参照すると、第1コラム36は一定速度で目標位置に近づいている訳ではなく、第1コラム36の倒れ又は揺れ等の影響によって上昇速度が変化していることが分かり、この速度変化に応じてボイスコイルモータ50の推力が変化しているのが分かる。かかる処理によって第1コラム36を安定して支持することができる。時刻t12において、エアダンパ45に付与した剛性が取り除かれると、それ以後は目標位置に対する第1コラム36の位置ずれに応じて推力を大きく変化させて、第1コラム36を目標位置に位置決めしている。   Referring to FIG. 9 (a), it can be seen that the first column 36 does not approach the target position at a constant speed, but the rising speed changes due to the influence of the first column 36 falling or shaking, It can be seen that the thrust of the voice coil motor 50 changes according to this speed change. By such processing, the first column 36 can be stably supported. When the rigidity imparted to the air damper 45 is removed at time t12, the thrust is greatly changed according to the displacement of the first column 36 with respect to the target position thereafter, and the first column 36 is positioned at the target position. .
また、図10に示す処理結果では、時刻0にエアダンパ45への空気の供給を開始して第1コラム36を浮上させ、時刻t21でボイスコイルモータ50によりエアダンパ45に剛性を付与し、時刻t22で付与した剛性を取り除いている。図10(a)を参照すると、エアダンパ45に付与した剛性が取り除かれる時刻t22の前の時点で第1コラム36が目標位置を超えていることが分かる。第1コラム36が目標位置を超えた場合には、図10(b)に示す通り第1コラム36を下方(−Z方向)に引き戻す推力が発生し、この推力によって第1コラム36の位置が目標位置に近づく位置変化をしていることが分かる。   Further, in the processing result shown in FIG. 10, the supply of air to the air damper 45 is started at time 0, the first column 36 is lifted, and the voice coil motor 50 provides rigidity to the air damper 45 at time t21. The rigidity given in is removed. Referring to FIG. 10A, it can be seen that the first column 36 exceeds the target position at a time before time t22 when the rigidity applied to the air damper 45 is removed. When the first column 36 exceeds the target position, a thrust is generated that pulls the first column 36 downward (in the −Z direction) as shown in FIG. 10B, and the position of the first column 36 is caused by this thrust. It can be seen that the position is changing close to the target position.
以上から、リセット処理を行う場合であっても第1コラム36を安定して支持することができ、仮にエアダンパ45が負の剛性を有していても目標位置に位置決めすることができる。また、リセット処理においては、ベースプレート33上の3箇所又は4箇所に設けられた防振台35について同時にリセット処理を行うことができるため、リセット処理に要する時間を短縮することができる。   From the above, even when the reset process is performed, the first column 36 can be stably supported, and even if the air damper 45 has negative rigidity, it can be positioned at the target position. Further, in the reset process, the reset process can be simultaneously performed on the anti-vibration bases 35 provided at three or four locations on the base plate 33, so that the time required for the reset process can be shortened.
以上、本発明の実施形態による防振装置の制御方法及び露光方法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、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に挙げて説明したが、レチクルのパターンを一括して転写するステップ・アンド・リピート方式の露光装置(所謂、ステッパ)にも本発明を適用することができる。   The vibration control device control method and the exposure method according to the embodiment of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be freely changed within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the step-and-scan type exposure apparatus has been described as an example. However, a step-and-repeat type exposure apparatus (so-called stepper) that collectively transfers a reticle pattern is also used. The present invention can be applied.
また、上記の露光装置は、半導体素子の製造に用いられてデバイスパターンを半導体基板上へ転写する露光装置、液晶表示素子の製造に用いられて回路パターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びCCD等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。更に、上記実施形態においては、露光装置に設けられた防振装置について説明したが、能動型振動分離システムであるAVIS一般に本発明を適用することができる。   Further, the above exposure apparatus includes an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element to transfer a device pattern onto a semiconductor substrate, an exposure apparatus used for manufacturing a liquid crystal display element to transfer a circuit pattern onto a glass plate, and a thin film. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that is used for manufacturing a magnetic head and transfers a device pattern onto a ceramic wafer, and an exposure apparatus that is used to manufacture an image sensor such as a CCD. Further, in the above-described embodiment, the vibration isolator provided in the exposure apparatus has been described. However, the present invention can be applied to AVIS that is an active vibration isolation system in general.
また、上記実施形態の露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合には、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウェハWを形成するステップ、上述した実施形態の露光装置によりレチクルRのパターンをウェハWに露光するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、検査ステップ等を経て製造される。   Further, when a semiconductor device is manufactured using the exposure apparatus of the above embodiment, the semiconductor device includes a step of designing a function / performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on the design step, and a silicon material. The wafer W is manufactured through a step of forming the wafer W, a step of exposing the pattern of the reticle R onto the wafer W by the exposure apparatus of the above-described embodiment, a device assembly step (including a dicing process, a bonding process, and a package process), an inspection step, and the like. The
また、国際公開第99/49504号公報に開示されているような液浸法を用いる露光装置にも本発明を適用することができる。ここで、本発明は、投影光学系PLとウェハWとの間を局所的に液体で満たす液浸露光装置、特開平6−124873号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置、特開平10−303114号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する液浸露光装置の何れの露光装置にも適用可能である。   The present invention can also be applied to an exposure apparatus using a liquid immersion method as disclosed in International Publication No. 99/49504. In the present invention, an immersion exposure apparatus that locally fills the space between the projection optical system PL and the wafer W with a liquid, a substrate to be exposed as disclosed in JP-A-6-124873, is held. An immersion exposure apparatus for moving a stage in a liquid tank, a liquid tank having a predetermined depth formed on a stage as disclosed in JP-A-10-303114, and holding a substrate in the liquid tank The present invention can be applied to any exposure apparatus of the exposure apparatus.
本発明の一実施形態による防振装置の制御方法及び露光方法が用いられる露光装置を構成する各機能ユニットのブロック図である。It is a block diagram of each functional unit which comprises the exposure apparatus in which the control method and exposure method of a vibration isolator by one Embodiment of this invention are used. 露光装置EXを床上に設置した状態を示す一部切り欠き図である。It is a partially cutaway view showing a state where the exposure apparatus EX is installed on the floor. 図2中の1箇所の防振台35及びその制御系を示す一部切り欠き図である。FIG. 3 is a partially cutaway view showing one vibration isolator 35 in FIG. 2 and its control system. 図3の可動部材47側から第1フレーム43を見た平面図である。FIG. 4 is a plan view of the first frame 43 as viewed from the movable member 47 side in FIG. 3. 防振台35内に設けられたエアダンパ45の力学モデルを示す図である。It is a figure which shows the dynamic model of the air damper 45 provided in the vibration isolator 35. FIG. 防振台35に設けられるエアダンパ45の保持機構を示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing a holding mechanism for an air damper 45 provided in the vibration isolation table 35. FIG. リセット時においてエアダンパ45にZ方向の剛性を付与する制御方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the control method which provides the rigidity of a Z direction to the air damper 45 at the time of reset. 防振台制御系51のボイスコイルモータ50の制御に係る制御部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control part which concerns on control of the voice coil motor 50 of the vibration isolator control system 51. FIG. リセット処理結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a reset process result. リセット処理結果の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a reset process result.
符号の説明Explanation of symbols
29 位置センサ(防振装置)
35 防振台(防振装置)
36 第1コラム(構造物)
40 加速度センサ(防振装置)
45 気体ダンパ(エアダンパ)
51 防振台制御系(防振装置)
52 気体供給装置(防振装置)
PL 投影光学系
R レチクル(マスク)
RST レチクルステージ(マスクステージ)
W ウェハ(基板)
WST ウェハクステージ(基板ステージ)
29 Position sensor (anti-vibration device)
35 Anti-vibration stand (anti-vibration device)
36 First column (structure)
40 Acceleration sensor (anti-vibration device)
45 Gas damper (air damper)
51 Anti-vibration table control system (vibration isolator)
52 Gas supply device (vibration isolation device)
PL projection optical system R reticle (mask)
RST reticle stage (mask stage)
W wafer (substrate)
WST Wafer stage (substrate stage)

Claims (8)

  1. 内部に気体が供給され、構造物を支持する気体ダンパを備える防振装置の制御方法であって、
    前記気体ダンパの内部に前記気体を供給するとともに、前記構造物を支持する支持方向において前記気体ダンパに剛性を付与しつつ前記構造物を目標位置に位置決めすることを特徴とする防振装置の制御方法。
    A control method of a vibration isolator provided with a gas damper that is supplied with gas and supports a structure,
    A control of a vibration isolator that supplies the gas to the inside of the gas damper and positions the structure at a target position while imparting rigidity to the gas damper in a supporting direction for supporting the structure. Method.
  2. 前記構造物が前記目標位置を超えるまでは前記目標位置に向かうような剛性を付与し、前記構造物が前記目標位置を超えた際は前記目標位置に戻るような剛性を付与することを特徴とする請求項1記載の防振装置の制御方法。   Rigidity is given to the target position until the structure exceeds the target position, and rigidity is given to return to the target position when the structure exceeds the target position. The method of controlling a vibration isolator according to claim 1.
  3. 前記構造物の位置と前記目標位置との差に応じて前記剛性を付与することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の防振装置の制御方法。   The method for controlling a vibration isolator according to claim 1 or 2, wherein the rigidity is given according to a difference between a position of the structure and the target position.
  4. 前記剛性の付与は前記気体ダンパとは異なるアクチュエータにより行われ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防振装置の制御方法。   The method for controlling a vibration isolator according to any one of claims 1 to 3, wherein the imparting of the rigidity is performed by an actuator different from the gas damper.
  5. 前記剛性の付与は前記気体ダンパの内部の気体の量の制御により行われ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防振装置の制御方法。   The method of controlling a vibration isolator according to any one of claims 1 to 3, wherein the rigidity is imparted by controlling an amount of gas inside the gas damper.
  6. 前記構造物が前記目標位置に位置決めされた後に、前記付与した剛性を取り除く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防振装置の制御方法。   The method for controlling a vibration isolator according to any one of claims 1 to 5, wherein the imparted rigidity is removed after the structure is positioned at the target position.
  7. 防振装置により防振されたシステムにより基板にパターンを露光する露光方法において、
    前記防振装置の制御方法として請求項1から請求項6の何れか一項に記載の防振装置の制御方法を用いることを特徴とする露光方法。
    In an exposure method for exposing a pattern to a substrate by a system that is anti-vibrated by a vibration isolator,
    An exposure method using the method for controlling an image stabilizer according to claim 1 as the method for controlling the image stabilizer.
  8. 前記システムは、前記パターンが形成されたマスクを保持するマスクステージと、前記パターンを前記基板に投影する投影光学系と、前記基板を保持する基板ステージとの少なくとも1つ含んでいることを特徴とする請求項7記載の露光方法。
    The system includes at least one of a mask stage that holds a mask on which the pattern is formed, a projection optical system that projects the pattern onto the substrate, and a substrate stage that holds the substrate. The exposure method according to claim 7.
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