JP2007240396A - 振動検出センサ、防振装置、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成をあまり複雑化することなく、位置、速度、及び加速度を高精度に検出できる振動検出センサを提供する。
【解決手段】振り子２と、振り子２の変位検出用のコンデンサ３ｃと、振り子２を実質的に静止状態に保つ推力を発生するために磁気回路内に配置された主コイル９と、その磁気回路内に配置されて振り子２の速度に対応する信号を発生する副コイル１０とを備え、副コイル１０からの信号を用いて主コイル９を駆動し、コンデンサ３ｃから得られる信号、主コイル９の駆動電流、及び副コイル１０の検出信号に基づいて振り子２の位置、速度、及び加速度に対応する３つの信号Ｓｄ，Ｓｖ，Ｓａを発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、振り子と、この振り子の変位を検出する変位検出器とを備えた振動検出センサ、及びこの振動検出センサを用いる防振技術に関し、例えば半導体デバイスや液晶ディスプレイ等の各種デバイスを製造する際に使用される露光装置等の防振装置、及び地震計等に使用して好適なものである。

例えば半導体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、レチクル（又はフォトマスク等）に形成されたパターンをレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステッパー等の一括露光型（静止露光型）の投影露光装置、及び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などの露光装置が使用されている。

露光装置において、レチクルステージやウエハステージの位置決め精度や重ね合わせ精度等の露光精度を向上するためには、振動の影響をできるだけ抑制する必要がある。そこで、床（設置面）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、従来より露光装置と床との間、又は露光装置のコラムとステージとの間等には防振台が配置されている。防振台のなかでも特に除振性能の高いタイプが、ステージ等に設置した振動検出センサで検出される振動を抑制するアクチュエータと、エアダンパ等のダンパとを組み合わせて用いる能動型の防振装置である。そのような振動検出センサとして、自己復帰型の振り子を含む振り子系と、その振り子の変位を検出する変位検出器と、この変位検出器の検出信号を帰還する帰還回路と、この帰還回路によって駆動されてその振り子を静止状態に保つ推力を発生するコイルとを備え、その振り子の速度と加速度とを検出する負帰還型の振動検出センサが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−４２８３２号公報

従来の振り子系を備えた振動検出センサは、振り子の速度及び加速度を検出していたが、実際の用途ではさらに位置も検出できることが望ましい。これに関して、例えば振動検出センサが出力する速度信号を積分することによって位置信号を得ることも可能であるが、この場合には積分器におけるオフセットの発生が問題になる。
また、振動検出センサの一部を構成する変位検出器として、振り子の位置を直接検出するタイプの変位検出器を用いることも可能である。しかしながら、この構成では、コイルの駆動信号を生成するために、位置信号を２階微分する必要があるため、駆動信号の精度が低下する恐れがある。

本発明は斯かる点に鑑み、構成をほとんど複雑化することなく、位置、速度、及び加速度の情報を高精度に検出できる振動検出センサを提供することを目的とする。
さらに本発明は、そのような振動検出センサを用いた防振技術及び露光技術を提供することをも目的とする。

本発明による振動検出センサは、振り子（２）と、この振り子の変位を検出する変位検出器（３ｃ）とを備えた振動検出センサにおいて、その振り子を実質的に静止状態に保つ推力を発生するために磁気回路（８）内に配置された第１コイル（９）と、その磁気回路内にその第１コイルと独立に配置されてその振り子の速度に対応する検出信号を発生する第２コイル（１０）と、その変位検出器及びその第２コイルの少なくとも一方の検出信号を用いてその第１コイルの駆動信号を発生する駆動回路（１４，１６，１９）と、その変位検出器の検出信号、その第１コイルの駆動信号、及びその第２コイルの検出信号に基づいてその振り子の位置、速度、及び加速度の情報に対応する３つの出力信号を発生する検出回路（３ｄ，１４，２０）とを備えたものである。

本発明によれば、その磁気回路に２つのコイルを配置し、その第２コイルの検出信号をも用いることによって、位置、速度、及び加速度の情報を高精度に検出できる。
また、本発明による防振装置は、第１部材（３２）上に第２部材（３６）を支持するダンパ機構（４３，５０）を有する防振装置において、その第２部材に設置された本発明の振動検出センサ（４０）と、その振動検出センサの出力信号に基づいてそのダンパ機構の付勢力を制御する制御装置（４８）とを備えたものである。

また、本発明による露光装置は、第１物体を保持する第１ステージ（ＲＳＴ）と、第２物体を保持する第２ステージ（ＷＳＴ）と、その第１物体の像をその第２物体上に投影する投影光学系を保持するコラム構造体（３６）とを有する露光装置において、その第１ステージ、そのコラム構造体、及びその第２ステージのうちの少なくとも１つを本発明の防振装置（３５）を介して支持するものである。

なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。

以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本例の負帰還型の振動検出センサ４０の構成を示し、この図１において、所定の設置面（不図示）上に所定の構造物（不図示）が設置され、この構造物上にフレーム６が固定され、フレーム６内に鉛直方向に１対のばね部材５Ａ及び５Ｂに挟まれる形で、すなわち容易に水平方向に振動可能な状態で振り子２が支持され、振り子２及びばね部材５Ａ，５Ｂを含んで自己復帰型の振り子系１が構成されている。その設置面に固定された座標系は、水平方向に関して慣性系とみなすことができる。この場合、フレーム６（構造物）が水平方向でかつ図１の紙面に沿った方向（以下、Ｘ方向として、左方向を＋Ｘ方向とする。）に振動すると、慣性によって振り子２は静止しているため、フレーム６を基準にすると、振り子２がＸ方向に振動する。そのため、振り子２のフレーム６に対するＸ方向への相対的な変位を検出することで、フレーム６の慣性系に対する変位を検出できる。なお、そのような慣性系に対する変位は、絶対変位とも呼ぶことができる。

振り子２の変位を検出し、かつ振り子２に推力を付与するために、振り子２の−Ｘ方向及び＋Ｘ方向の端部にはそれぞれ金属製の平板状の電極板３ａ及び非導電性の円筒状部材４が連結され、電極板３ａ及び円筒状部材４は振り子２と一体的にＸ方向に変位する。電極板３ａに対向するように金属製の電極板３ｂがフレーム６に対して固定され、１対の電極板３ａ，３ｂから変位検出用のコンデンサ３ｃが構成され、一方の電極板３ａは不図示の抵抗器を介して接地され、他方の電極板３ｂは検出回路３ｄに接続されている。検出回路３ｄは、電極板３ｂからの検出信号に基づいて、フレーム６に対する振り子２のＸ方向への相対位置、ひいては慣性系に対するフレーム６の位置に対応する位置信号Ｓｄを生成して、出力端子７に供給する。コンデンサ３ｃと検出回路３ｄとから、振り子２のフレーム６に対する変位を位置信号Ｓｄに変換する静電容量式センサ３が構成されている。

振動がない状態での電極板３ａ，３ｂの間隔をｄとして、振り子２及びフレーム６の慣性系に対するＸ方向への変位をそれぞれｘ及びｕとすると、電極板３ａ，３ｂの間隔は、（ｘ−ｕ＋ｄ）に変化する。また、電極板３ａ，３ｂの面積をＡ、それらの間の誘電率をεとすると、コンデンサ３ｃの静電容量Ｃは、次のようになる。
Ｃ＝εＡ／（ｘ−ｕ＋ｄ） …（１）
一例として、検出回路３ｄは、コンデンサ３ｃの静電容量Ｃに対応する信号を求めた後に、既知のパラメータであるε、Ａ、ｄの値を用いて、変位ｘ，ｕの差分である相対位置（ｘ−ｕ）に比例する位置信号Ｓｄを求めることができる。なお、振り子２に外部から推力を付与しない状態では、振り子２の変位ｘは実質的に０であるため、位置信号Ｓｄに対応する相対位置（ｘ−ｕ）は、ほぼフレーム６の慣性系に対する変位ｕの符号を反転した値に等しくなる。ただし、本例では、後述のように、振り子２の変位ｘがフレーム６の変位ｕに実質的に等しくなるように外部から負帰還による推力を付与するため、位置信号Ｓｄに対応する相対位置（ｘ−ｕ）の絶対値は、フレーム６の実際の変位ｕの絶対値よりもかなり小さい値となる。

また、円筒状部材４にはＸ方向に隣接するように巻数の多い主コイル９と、巻数の少ない副コイル１０とが巻回されている。そして、フレーム６には円筒状のヨーク８ａと、ヨーク８ａの中央部に固定された永久磁石８ｂとからなり、磁気回路を形成する固定子８が固定され、固定子８内で半径方向に生じる磁束をＸ方向に横切るように円筒状部材４に巻回された主コイル９及び副コイル１０が配置される。

そして、副コイル１０の一端は接地された端子１２に接続され、副コイル１０の他端はスイッチ回路１１の固定端子１１ａに接続され、固定端子１１ａはマニュアル又は外部からの切り換え信号によって切り換え端子１１ｂ又は１１ｃのいずれかに選択的に接続される。前者の切り換え端子１１ｂは、バッファ回路１４の入力部に接続され、後者の切り換え端子１１ｃは、外部との接続用の端子１３に接続されている。通常の変位検出時には、固定端子１１ａは切り換え端子１１ｂに接続され、例えば外部から試験的に副コイル１０に通電するような場合に、固定端子１１ａは切り換え端子１１ｃに接続される。

仮にフレーム６に対して振り子２がＸ方向に相対速度Ｖ２（＝ｄｘ／ｄｔ−ｄｕ／ｄｔ）で変位すると、副コイル１０は磁束を横切るために、副コイル１０には所定の係数ｋ２を用いてローレンツ力に起因するｋ２・Ｖ２の電圧（起電力）が発生する。固定端子１１ａが切り換え端子１１ｂに接続されている状態では、副コイル１０に発生した電圧はバッファ回路１４を介して増幅されて、振り子２のフレーム６に対する相対速度に対応する速度信号Ｓｖとして出力端子１５及び擬似微分回路１６に供給される。擬似微分回路１６は、入力された速度信号Ｓｖを所定の周波数までは微分してそれを超える周波数ではそのまま（又は所定のゲインで）通す回路であり、得られた出力信号は加算器１７の第１入力部に供給される。すなわち、擬似微分回路１６からの出力信号は、振り子２のフレーム６に対する相対加速度に対応する信号である。なお、擬似微分回路１６の代わりに微分回路を使用してもよい。また、副コイル１０の出力信号をアナログ／デジタル変換してデジタル処理することも可能であり、この場合には擬似微分回路１６の代わりに差分回路（又はソフトウエア上での差分処理）を使用してもよい。

一方、加算器１７の第２入力部には、可変抵抗器１８によって正電圧＋Ｖｃｃと負電圧−Ｖｃｃとの間で設定された所定のオフセット信号Ｖｏｆが供給され、加算器１７からドライバ１９に対して擬似微分回路１６の出力信号とオフセット信号Ｖｏｆとを加算した信号（電圧）が供給される。ドライバ１９は、供給された電圧の信号を所定のゲイン（１／Ｒ１）で電流に変換して主コイル９の一端に供給し、主コイル９を流れた電流は抵抗器２０の一端（その他端は接地されている。）及び出力端子２１に供給される。この場合、主コイル９に流れる電流をＩ９として、固定子８内の磁束密度に比例する係数ｋ５を用いると、主コイル９及び振り子２にはＸ方向にローレンツ力によるｋ５・Ｉ９の推力ｆｃが作用する。本例では、その推力ｆｃは振り子２のフレーム６に対する相対加速度に対応する力を相殺するように、すなわち振り子２の速度の負帰還によって生成された推力ｆｃは、振り子２をフレーム６に対して実質的に静止させておくように作用する。

抵抗器２０の抵抗をＲ２とすると、抵抗器２０はゲインＲ２の電流／電圧変換器として作用して、出力端子２１には主コイル９を流れる電流Ｉ９に比例する電圧よりなる信号、すなわち振り子２のフレーム６に対する相対加速度に対応する加速度信号Ｓａが供給される。なお、オフセット信号Ｖｏｆは、振動がない状態でのフレーム６に対する振り子２のＸ方向の位置を調整するために使用されている。これにより、振り子２のフレーム６に対する位置をばね部材５Ａ，５Ｂに関する平衡位置となるように調整することができるので、より正確な加速度信号Ｓａおよび速度信号Ｓｖを出力することが可能となる。

次に、図２は、図１の振動検出センサ４０を示すブロック図であり、このブロック図中、変数ｓはラプラス変換の変数であり、角周波数をωとすると、定常状態ではｓ＝ｉωである。図２において、振り子系１は、作用点１ｉに働く複数の力で駆動される質量Ｍの可動部１ａ、可動部１ａの加速度を積分して速度とする積分ブロック１ｂ、その速度をさらに積分して変位ｘとする積分ブロック１ｃ、可動部１ａの速度ｄｘ／ｄｔとフレーム６の速度ｄｕ／ｄｔとの差分である相対速度（＝ｄｘ／ｄｔ−ｄｕ／ｄｔ）を生成するブロック１ｄ、可動部１ａの変位ｘとフレーム６の変位ｕとの差分である相対位置（＝ｘ−ｕ）を生成するブロック１ｆ、その相対速度と粘性比例係数Ｄ（空気抵抗等）との積による減衰力を生成する減衰ブロック１ｇ、及びその相対位置とばね定数Ｋとの積による自己復帰力を生成するばねブロック１ｈを含んでいる。そして、作用点１ｉでは、その減衰力と、その自己復帰力と、主コイル９で発生する推力ｆｃとの総和の符号を反転した力が可動部１ａに作用する。

また、相対位置（＝ｘ−ｕ）が静電容量式センサ３によってゲインｋ１で位置信号Ｓｄに変換され、相対速度（＝ｄｘ／ｄｔ−ｄｕ／ｄｔ）が副コイル１０及びバッファ回路１４によってそれぞれ係数ｋ２及びゲインｋ３で速度信号Ｓｖに変換される。その速度信号Ｓｖをゲインｋ４の擬似微分回路１６に通して得られる信号及びオフセット信号Ｖｏｆが加算器１７において加算されてドライバ１９に供給され、ドライバ１９から出力される電流が係数ｋ５の主コイル９に供給されて推力ｆｃを発生する。そして、主コイル９を流れた電流が抵抗器２０で電圧の加速度信号Ｓａに変換される。このようにして、本例では、出力端子７，１５，２１から外部の処理装置（不図示）に対してそれぞれ振り子２のフレーム６に対するＸ方向の相対的な位置、速度、及び加速度に対応する信号Ｓｄ，Ｓｖ，Ｓａが出力される。

図３（Ａ）は、図１のフレーム６に振動を与えた場合に副コイル１０から得られる速度信号Ｓｖ（電圧：Ｖ）の一例を示し、図３（Ｂ）は、比較のために図１の静電容量式センサ３の検出回路３ｄの代わりに速度信号を得る回路を用いて得られる速度信号Ｓｖ’（電圧：Ｖ）の一例を示し、図３（Ａ）及び（Ｂ）の横軸は時間（μｓ）である。２つの速度信号の比較から、副コイル１０を用いることによって振り子２の速度情報を高精度に検出できることが分かる。

本例において、上記の外部の処理装置では、一例として、単にそれらの信号Ｓｄ，Ｓｖ，Ｓａを所定のサンプリングレートでデジタル化して記憶装置に記憶する。この記憶装置に記憶されたデータによって、図１の振動検出センサ４０が設置されている構造物の振動の状態に対応するＸ方向の位置、速度、加速度の変化を知ることができる。この場合、本例では、主コイル９の推力によって振り子２はフレーム６に対して実質的に静止しているため、位置信号Ｓｄは理論上はほぼ０である。しかしながら、実際には制御誤差が発生するため、その位置信号Ｓｄは、制御誤差を補正するための信号として使用できる。具体的には、一例として、振り子２をばね部材５Ａ，５Ｂに関する平衡位置に定位させる信号として使用することができる。

また、別の例として、それらの信号Ｓｄ，Ｓｖ，Ｓａ、又はそれらの信号のうちの速度信号Ｓｖ及び／又は加速度信号Ｓａを用いて不図示の能動型の防振台のアクチュエータを駆動してもよい。
図１に示す本例の振動検出センサ４０の作用をまとめると以下のとおりである。
（Ａ１）振り子２と、振り子２の変位検出用のコンデンサ３ｃとを備えた振動検出センサにおいて、振り子２を実質的に静止状態に保つ推力を発生するために固定子８の磁気回路内に配置された主コイル９と、その磁気回路内に配置されて振り子２の速度に対応する信号を発生する副コイル１０と、副コイル１０から発生する信号（又はコンデンサ３ｃで検出される信号でもよい。）を用いて主コイル９の駆動電流を発生する主コイル駆動回路と、そのコンデンサ３ｃを介して検出される信号、主コイル９の駆動電流、及び副コイル１０で検出される信号に基づいて振り子２のフレーム６に対する位置、速度、及び加速度の情報、ひいてはフレーム６の慣性系に対する位置、速度、及び加速度の情報に対応する３つの信号Ｓｄ，Ｓｖ，Ｓａを発生する信号検出回路とを備えている。この場合、円筒状部材４に主コイル９の他に副コイル１０を巻回しても、装置構成は殆ど複雑化することがなく、装置の大きさも殆ど変わらない。従って、装置構成をあまり複雑化することなく、振り子２のフレーム６に対する位置、速度、及び加速度の情報を高精度に検出できる。

また、実質的に１つの振動検出センサ４０で位置、速度、加速度の情報を検出できるため、複数のセンサを用いる場合に比べて配置スペースの点で有利である。
なお、振り子２の変位検出用のセンサとしては、静電容量式センサ３の他に、渦電流変位センサ、磁気式のセンサ、又は例えば測定対象から反射される光ビームの位置若しくは光量をＰＳＤ（半導体式位置検出装置）等を用いて検出する光学式センサ等も使用することができる。そ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付けると、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ものである。

（Ａ２）本例の信号検出回路は、コンデンサ３ｃから得られる信号を振り子２の位置情報に対応する位置信号Ｓｄとする検出回路３ｄと、副コイル１０の信号を振り子２の速度情報に対応する速度信号Ｓｖとするバッファ回路１４と、主コイル９の駆動電流を振り子２の加速度情報に対応する加速度信号Ｓａとする抵抗器２０とを有している。従って、特に２階微分や積分等の、複雑な又は不確定なオフセット信号を伴う処理を行うことなく、高精度に各信号を生成することができる。

（Ａ３）本例の主コイル駆動回路は、副コイル１０の検出信号を実質的に微分する擬似微分回路１６と、この回路の出力信号から主コイル９の駆動電流を発生するドライバ１９とを有する。従って、速度検出用の副コイル１０から得られる信号を用いているため、装置構成を簡素化できる。
（Ａ４）その主コイル駆動回路は、擬似微分回路１６の出力信号にオフセット信号Ｖｏｆを加算した信号をそのドライバ回路１９に供給する加算回路１７を有するため、フレーム６に対する振り子２の相対位置を調整することができる。なお、そのオフセット信号Ｖｏｆの代わりに、静電容量式センサ３から出力される位置信号Ｓｄを用いることもできる。また、特にフレーム６に対する振り子２の初期位置（平衡位置）を高精度に設定する必要がない場合には、加算器１７を省く（オフセット信号Ｖｏｆを０とする）ことも可能である。

次に、本発明の第２の実施形態につき図４〜図６を参照して説明する。本例は、第１の実施形態に対して振り子系１の共振の影響を軽減するようにしたものであり、図４及び図５において、図１及び図２に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
図４は本例の振動検出センサ４０Ａを示し、この図４において、振り子系１は共振角周波数ω₀ の共振特性を持つものとする。このとき、副コイル１０で検出される信号は、スイッチ回路１１によってバッファ回路１４に供給され、バッファ回路１４から出力される振り子２のフレーム６に対する相対速度に対応する速度信号Ｓｖは出力端子１５及び逆ノッチフィルタ回路２２に供給される。逆ノッチフィルタ回路２２は、その共振角周波数ω₀ を中心として所定の実効Ｑで定まる帯域でゲインが大きくなる逆ノッチ特性を持つ。逆ノッチフィルタ回路２２の出力信号は擬似微分回路１６に供給され、擬似微分回路１６の出力信号は加算器１７の第１入力部に供給され、加算器１７の第２入力部には、静電容量式センサ３の検出回路３ｄから出力される位置信号ＳｄがＰＩ補償器２３を経由した後、オフセット信号として供給される。ＰＩ補償器２３は、一例としてゲインｋ_PIの増幅器と、時定数Ｔ_PIの擬似積分器（この代わりに積分器でもよい。）とを組み合わせたものであり、ゲインｋ_PIは十分小さく、時定数Ｔ_PIは十分大きく設定される。

加算器１７の出力信号がドライバ１９を介して主コイル９に供給され、主コイル９に流れる電流によって振り子２をフレーム６に対して実質的に静止させておく推力が発生する。主コイル９を流れた電流は抵抗器２０によって加速度信号Ｓａに変換されて出力端子２１に供給される。
図５は、図４の振動検出センサ４０Ａのブロック図であり、この図５において、逆ノッチフィルタ回路２２内にはその伝達関数が表示されている。そして、バッファ回路１４から出力される速度信号Ｓｖは、逆ノッチフィルタ回路２２及びゲインｋ４の擬似微分回路１６を介して加算器１７に供給される。一方、静電容量式センサ３から出力される位置信号Ｓｄは、ＰＩ補償器２３を経由して加算器１７に供給される。ここで、ＰＩ補償器２３内にはその伝達関数が記載されている。加算器１７に供給された２つの信号は加算され、その加算して得られる信号が、ドライバ１９を介して主コイル９に供給される。これ以外の構成は図１及び図２と同様であり、本例でも、振り子２の位置、速度、加速度に対応する信号Ｓｄ，Ｓｖ，Ｓａが出力される。

本例の振動検出センサ４０Ａの作用は以下のとおりである。
（Ａ５）振動検出センサ４０Ａの主コイル駆動回路中に、第２コイル１０を介して検出される速度信号Ｓｖのうちで、振り子２の共振周波数域の信号のゲインを大きくしてドライバ１９に供給するための逆ノッチフィルタ回路２２が配置されている。その結果、その共振周波数域で主コイル９の推力が大きくなるため、図４の振り子２の共振が防止でき、各信号Ｓｄ，Ｓｖ，Ｓａをより広い周波数域で高精度に生成できる。

図６の特性Ｃ２（ゲイン）及びＣ４（位相）は図５の回路を用いた場合の伝達関数（フレーム６への速度入力に対する推力ｆｃの出力）の周波数特性の一例を示し、図６の特性Ｃ１及びＣ３は図５の回路から逆ノッチフィルタ回路２２を除いた場合の伝達関数の周波数特性の一例を示している。その特性Ｃ１，Ｃ３と特性Ｃ２，Ｃ４との比較から、本例のように逆ノッチフィルタ回路２２を設けることで安定に計測ができる周波数域が広がることが分かる。

また、本例ではオフセット信号の基信号として位置信号Ｓｄを用いているため、振り子２のフレーム６に対する平均的な位置は、位置信号Ｓｄが０となる位置、すなわちばね部材５Ａ，５Ｂに関する平衡位置となる。なお、この例においても、加算器１７は省いてもよい。
次に、本発明の第３の実施形態につき図７及び図８を参照して説明する。本例は、図１の振動検出センサ４０と同様のセンサを露光装置の防振台用のセンサとして用いるものである。

図７は、本例の走査露光型の露光装置の一例を示し、この図７において、例えば半導体デバイスの製造工場の床ＦＬ上に、複数（例えば４箇所以上）の支柱３１を介して、露光装置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、ペデスタル３２上に露光装置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。

ベースプレート３３上に３箇所又は４箇所の支持部材３４及び能動型の防振台３５（防振装置）を介して箱型の第１コラム３６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。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図７の紙面に平行にＸ軸を、図７の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。防振台３５は、後述のようにエアダンパと、ボイスコイルモータ等のアクチュエータからなる電磁ダンパとを含み、第１コラム３６に設置されている振動検出センサ４０Ｂの検出情報に基づいてそのエアダンパ内の空気の圧力（内圧）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ている。この場合、そのエアダンパによって比較的低周波数域の除振が行われ、その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。

振動検出センサ４０Ｂは、図１の振動検出センサ４０を９０°回転して配置して、ばね部材５Ａ，５Ｂの撓みによって振り子２が鉛直方向（Ｚ方向）の平衡位置に達した状態で静電容量式センサ３によって検出される振り子２の変位を０としたものであり、これによって、振り子２のフレーム６に対するＺ方向の振動（位置、速度、加速度を含む）、ひいてはフレーム６（この例では第１コラム３６）の慣性系（この例では床ＦＬ）に対するＺ方向の振動を検出できる。実際には第１コラム３６には３個のＺ方向用の振動検出センサ４０Ｂと、３個の水平方向（例えば２箇所のＸ方向及び１箇所のＹ方向）用の振動検出センサ４０とが設置されている。これによって、第１コラム３６のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の振動、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転方向の振動よりなる６自由度の振動を検出できる。

防振台３５はＺ方向の防振を行う防振装置であり、第１コラム３６とベースプレート３３との間には３台の防振台３５が設置されている。さらに、第１コラム３６の水平方向の防振を行う３台の防振装置（不図示）も設置されている。上記の６個の振動検出センサ４０，４０Ｂの検出結果に基づいて上記の６個の防振装置を駆動することで、第１コラム３６の６自由度の振動が抑制される。

また、第１コラム３６の上部にレチクルベース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の中央部に照明光学系９が収納された照明系サブチャンバ３９が固定されている。この場合、ペデスタル３２の外側の床ＦＬ上に不図示の露光光源（例えばＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザ光源）が設置され、その露光光源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９に導かれる。そして、レチクルベース３７上にレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴが載置されている。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、ペデスタル３２の上面（設置面）上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９を保持している。

また、ペデスタル３２上のベースプレート３３上の複数の支持部材３４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を介してウエハベースＷＢが支持されている。ウエハベースＷＢ上にはウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴが移動自在に載置されている。防振台４１は、防振台３５と同様にエアダンパ及び電磁ダンパを備えており、防振台４１がペデスタル３２の上面（設置面）にウエハステージＷＳＴを支持している。防振台４１は、ウエハベース４２上の振動検出センサ４０，４０Ｂと同様の振動検出センサ（不図示）の計測情報に基づいて能動的にウエハベース４２及びウエハステージＷＳＴの振動を抑制する。

防振台３５及び４１とこれらの制御系とを含むシステムは、それぞれ能動型振動分離システムであるＡＶＩＳ(Active Vibration Isolation System) とも呼ぶことができる。なお、防振台３５は、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を支持しているとともに、走査露光時のレチクルステージＲＳＴの走査速度はウエハステージ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。一方、防振台４１はウエハベースＷＢを介してウエハステージＷＳＴのみを支持しているため、コラム構造体ＣＬの方がウエハベース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。この場合一例として、防振台４１においては、エアダンパは例えばウエハベース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。

上述のように、図２の能動型の防振台３５及び４１はほぼ同様に構成することができる。以下では、代表的に防振台３５及びその制御系の構成、並びにその作用につき説明する。
図８は、図７中の１箇所の防振台３５及びその制御系を示し、この図８において、ペデスタル３２上のベースプレート３３上に支持部材３４が設置され、支持部材３４上に、底板４２、エアダンパ４３、及び上板４４を介して第１コラム３６が載置されている。エアダンパ４３（気体ダンパ）は、可撓性を有する中空の袋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。すなわち、エアダンパ４３には、空気の流量を制御できるサーボバルブ４７が装着された可撓性を有する配管４６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４５が連結されている。空気源４５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ているエアボンベとを組み合わせた装置などが使用できる。また、エアダンパ４３の側面には、エアダンパ４３の内圧の情報を計測するための圧力センサ２８が設けられ、圧力センサ２８の計測値が防振台制御系４８に供給されている。圧力センサ２８としては、ダイヤフラムに歪みゲージを固定したセンサやシリコン基板の変形を利用するセンサ等が使用できる。

また、支持部材３４と第１コラム３６との間に、エアダンパ４３と並列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、支持部材３４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１コラム３６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。また、第１コラム３６に振動検出センサ４０Ｂが固定され、振動検出センサ４０Ｂによって第１コラム３６のＺ方向への速度、加速度の情報、及びＺ方向への相対位置の情報が計測されている。

振動検出センサ４０Ｂの計測値（位置、速度、加速度に対応する信号）は防振台制御系４８に供給されている。防振台制御系４８は、振動検出センサ４０Ｂ及び圧力センサ２８の計測値に基づいて、サーボバルブ４７内を通過する空気の流量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エアダンパ４３の内圧を制御する。振動検出センサ４０Ｂ及び圧力センサ２８のサンプリングレートは、エアダンパ４３の内圧の応答周波数の上限（本例では数１０Ｈｚ程度）の数倍以上に設定されている。

これと並行に防振台制御系４８は、振動検出センサ４０Ｂ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。これによって、能動的に第１コラム３６の振動が抑制される。

露光時には、図７において、照明光学系９からレチクル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を介した像をウエハ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とウエハステージ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、ウエハステージＷＳＴを介してウエハ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・スキャン方式でウエハ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。

本例の露光装置の作用は以下のとおりである。
（Ａ６）図８に示すように、ペデスタル３２上に第１コラム３６を支持するエアダンパ４３及びボイスコイルモータ５０を有する防振台３５において、第１コラム３６に設置された振動検出センサ４０Ｂと、振動検出センサ４０Ｂの出力信号に基づいてそのエアダンパ４３及びボイスコイルモータ５０の付勢力を制御する防振台制御系４８とを備えたため、第１コラム３６の防振を高精度に行うことができる。

また、振動検出センサ４０Ｂは１つで位置、速度、加速度の情報を検出できるため、第１コラム３６上にセンサの配置スペースが少ない場合でも容易に使用可能である。
（Ａ７）そのエアダンパ４３は、内圧を制御することができるため、ボイスコイルモータ５０が無い場合でも低周波数域では単独で能動的に防振を行うことが可能である。
（Ａ８）逆に、エアダンパ４３では内圧の制御を行うことなく、ボイスコイルモータ５０のみで付勢力の制御を行うことも可能である。これによって、制御系の構成を簡素化できる。

（Ａ９）図７に示すように、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴと、ウエハＷを保持するウエハステージと、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬを保持する第１コラム３６とを有する露光装置において、レチクルステージＲＳＴ、第１コラム３６、及びウエハステージＷＳＴのうちの少なくとも１つ、本例では第１コラム３６及びウエハステージＷＳＴを防振台３５及び４１を介して支持している。従って、走査露光時に発生する振動も高精度に抑制することができ、高い露光精度を得ることができる。

（Ａ１０）例えば第１コラム３６を６台以上の防振装置、本例ではＺ方向に３台の防振台３５及び水平方向に３台の防振装置（不図示）を介して支持しているため、その第１コラム３６の６自由度の振動を抑制できる。
なお、本発明は、例えば国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号などに開示される液浸型露光装置で能動的に防振を行う場合にも適用することができる。また、本発明は、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光ビームとして用いる投影露光装置、及び投影光学系を使用しないプロキシミティ方式、コンタクト方式の露光装置等で防振を行う際にも適用できる。

さらに本発明は、露光装置以外の機器、例えば欠陥検査装置、感光材料のコータ・デベロッパ等の防振を行う場合にも適用することができる。また、本発明の振動検出センサは、地震計等としても使用できる。このように本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

本発明の防振装置を露光装置に適用した場合には、振動検出センサの設置面積を少なくできるとともに、設置面に対する露光装置の除振性能を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態の振動検出センサの構成を示す図である。 図１の振動検出センサのブロック図である。 図２の振動検出センサから得られる速度信号及び別の検出方法で得られる速度信号を示す図である。 本発明の第２の実施形態の振動検出センサの構成を示す図である。 図４の振動検出センサのブロック図である。 図５の振動検出センサの応答特性の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態の露光装置を示す一部を切り欠いた図である。 図７中の一つの防振台３５及びその制御系を示す図である。

符号の説明

１…振り子系、２…振り子、３…静電容量式センサ、６…フレーム、８…固定子、９…主コイル、１０…副コイル、１４…バッファ回路、１６…擬似微分回路、１０…ドライバ、２２…逆ノッチフィルタ回路、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＷＳＴ…ウエハステージ、３２…ペデスタル、３５…防振台、３６…第１コラム、４０，４０Ａ，４０Ｂ…振動検出センサ、４３…エアダンパ、４８…防振台制御系、５０…ボイスコイルモータ

Claims (10)

1. 振り子と、該振り子の変位を検出する変位検出器とを備えた振動検出センサにおいて、
   前記振り子を実質的に静止状態に保つ推力を発生するために磁気回路内に配置された第１コイルと、
   前記磁気回路内に前記第１コイルと独立に配置されて前記振り子の速度に対応する検出信号を発生する第２コイルと、
   前記変位検出器及び前記第２コイルの少なくとも一方の検出信号を用いて前記第１コイルの駆動信号を発生する駆動回路と、
   前記変位検出器の検出信号、前記第１コイルの駆動信号、及び前記第２コイルの検出信号に基づいて前記振り子の位置、速度、及び加速度の情報に対応する３つの出力信号を発生する検出回路とを備えたことを特徴とする振動検出センサ。
2. 前記検出回路は、
   前記変位検出器の検出信号を前記振り子の位置情報に対応する出力信号とする第１回路と、
   前記第２コイルの検出信号を前記振り子の速度情報に対応する出力信号とする第２回路と、
   前記第１コイルの駆動信号を前記振り子の加速度情報に対応する出力信号とする第３回路とを有することを特徴とする請求項１に記載の振動検出センサ。
3. 前記駆動回路は、前記第２コイルの検出信号を実質的に微分する微分回路と、該微分回路の出力信号から前記第１コイルの駆動信号を発生するドライバ回路とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の振動検出センサ。
4. 前記駆動回路は、前記第２コイルの検出信号に対して、前記振り子の共振周波数域でゲインが大きくなる逆ノッチフィルタを含むことを特徴とする請求項３に記載の振動検出センサ。
5. 前記駆動回路は、前記微分回路の出力信号に所定のオフセット信号又は前記変位検出器の検出信号を処理して得られる信号を加算した信号を前記ドライバ回路に供給する加算回路を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の振動検出センサ。
6. 第１部材上に第２部材を支持するダンパ機構を有する防振装置において、
   前記第２部材に設置された請求項１から５のいずれか一項に記載の振動検出センサと、
   前記振動検出センサの出力信号に基づいて前記ダンパ機構の付勢力を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする防振装置。
7. 前記ダンパ機構は、内部の気圧が制御される気体ダンパを有することを特徴とする請求項６に記載の防振装置。
8. 前記ダンパ機構は、気体ダンパと電磁アクチュエータとを有し、
   前記制御装置は、前記アクチュエータの付勢力を制御することを特徴とする請求項６に記載の防振装置。
9. 第１物体を保持する第１ステージと、第２物体を保持する第２ステージと、前記第１物体の像を前記第２物体上に投影する投影光学系を保持するコラム構造体とを有する露光装置において、
   前記第１ステージ、前記コラム構造体、及び前記第２ステージのうちの少なくとも１つを請求項６から８のいずれか一項に記載の防振装置を介して支持することを特徴とする露光装置。
10. 前記防振装置を６台以上有することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
    

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