JP2010080624A - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 カウンタマスを用いたステージ装置を搭載した除振装置において、電磁アクチュエータの必要個数を減らして、配置機器の少ない簡単な構造となる。
【解決手段】
原版または基板を載置して位置決め動作を行なうステージ装置と、前記ステージ装置に連結され、前記ステージ装置とは同一自由度方向で逆方向に動作する慣性質量であるカウンタマスと、前記ステージ装置と前記カウンタマスとを搭載する定盤と、前記定盤を防振支持する防振支持手段と、前記カウンタマスと前記定盤との間に制御力を発生するアクチュエータと、前記定盤の物理量を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段の検出信号に補償演算を施して前記アクチュエータの駆動指令信号を生成する補償演算手段と、を備え、前記アクチュエータの駆動により前記定盤の振動を低減・減衰する。
【選択図】 図1
【解決手段】
原版または基板を載置して位置決め動作を行なうステージ装置と、前記ステージ装置に連結され、前記ステージ装置とは同一自由度方向で逆方向に動作する慣性質量であるカウンタマスと、前記ステージ装置と前記カウンタマスとを搭載する定盤と、前記定盤を防振支持する防振支持手段と、前記カウンタマスと前記定盤との間に制御力を発生するアクチュエータと、前記定盤の物理量を検出する振動検出手段と、前記振動検出手段の検出信号に補償演算を施して前記アクチュエータの駆動指令信号を生成する補償演算手段と、を備え、前記アクチュエータの駆動により前記定盤の振動を低減・減衰する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、原版の回路パターンを基板に露光する露光装置に関する。
半導体露光装置の高精度化に伴い、露光に悪影響を及ぼす振動が露光用の基板ステージ、露光装置本体を構成する構造体および投影レンズ等に発生することを防止するため、より高性能な除振・制振技術が求められている。すなわち、露光装置本体を、装置設置基礎等の外部の振動から極力絶縁し、装置本体に搭載されたステージ装置などの駆動手段を有する機器の動作によって発生する振動を低減する技術が求められている。
半導体露光装置では、回路パターンを有するレチクル、または、回路パターンを露光するシリコンウェハを載置したステージ装置を、ステップ・アンド・リピート、あるいは、ステップ・アンド・スキャンという断続的な動作パターンで駆動する。ステージ装置を駆動する際の反力によって装置本体に振動が発生すると、ステージ装置自身や、ステージ装置と同じ定盤の上に搭載される光学系や計測系の性能にも悪影響を及ぼすためこの振動の発生を低減する必要がある。
この振動の発生を低減するために、半導体露光装置では、装置本体を搭載する定盤の振動および位置をセンサで検出し、この検出に基づいて定盤に制御力を加えるアクチュエータを駆動することにより振動を低減する能動除振装置が開発され、広く適用されている。
そこで、特許文献1にて、定盤を支持する空気ばねをエアアクチュエータとして利用し、このエアアクチュエータと力学的に並列に配置された電磁駆動のリニアモータを併用して、定盤の振動を低減・抑制する構成の能動除振装置が提案されている。
この能動除振装置では、センサを用いて定盤の変位、加速度などを検出し、この検出された変位、加速度などに補償演算を施して得た信号に基づいて、エアアクチュエータおよび電磁駆動のリニアモータを制御している。
そこで、特許文献1にて、定盤を支持する空気ばねをエアアクチュエータとして利用し、このエアアクチュエータと力学的に並列に配置された電磁駆動のリニアモータを併用して、定盤の振動を低減・抑制する構成の能動除振装置が提案されている。
この能動除振装置では、センサを用いて定盤の変位、加速度などを検出し、この検出された変位、加速度などに補償演算を施して得た信号に基づいて、エアアクチュエータおよび電磁駆動のリニアモータを制御している。
また、特許文献2、特許文献3にて、カウンタマスを用いたステージ装置を能動除振装置に搭載した従来例が提案されている。この従来例は、定盤上に搭載されたステージ装置の駆動反力を、カウンタマスシステムを用いて相殺することで、ステージ装置を搭載した定盤に作用する力を抑制し、定盤の励振を低減するものである。
図8、図9を参照して、カウンタマスを用いたステージ装置を能動除振装置に搭載し、2自由度の運動自由度を有する従来例のステージ装置を説明する。
図8、図9を参照して、カウンタマスを用いたステージ装置を能動除振装置に搭載し、2自由度の運動自由度を有する従来例のステージ装置を説明する。
図8、図9に示される従来例のXYステージであるステージ装置41は、X、Yの2自由度方向に可動に構成され、X方向移動部材42によってX方向に、Y方向移動部材43によってY方向に移動可能に構成される。
ステージ装置41は、互いの動作を拘束することがないように構成されたX方向移動部材42とY方向移動部材43とにより構成されたクロスバー構造体上で支持され、X、Yいずれの方向にも移動可能である。
ステージ装置41は、互いの動作を拘束することがないように構成されたX方向移動部材42とY方向移動部材43とにより構成されたクロスバー構造体上で支持され、X、Yいずれの方向にも移動可能である。
X方向移動部材42とX方向カウンタマス44a、44bとの間には図示されないX方向リニアモータが設けられ、このX方向リニアモータにより推力が作用し、X方向移動部材42が可動子、X方向カウンタマスが固定子として機能する。
同様に、Y方向移動部材43とY方向カウンタマス45a、45bとの間には図示されないY方向リニアモータが設けられ、このY方向リニアモータにより推力が作用し、Y方向移動部材43が可動子、Y方向カウンタマス45が固定子として機能する。
同様に、Y方向移動部材43とY方向カウンタマス45a、45bとの間には図示されないY方向リニアモータが設けられ、このY方向リニアモータにより推力が作用し、Y方向移動部材43が可動子、Y方向カウンタマス45が固定子として機能する。
X方向カウンタマス44a、44b、Y方向カウンタマス45a、45bは、この従来例のステージ装置41を搭載する定盤15上で、それぞれX方向、Y方向に可動な構造で支持されている。X方向カウンタマス44a、44b、Y方向カウンタマス45a、45bは、その位置を検出するために、各々、変位検出手段47a、47b、48a、48bを有する。変位検出手段46a(46aH、46aT)、46b(46bH、46bT)は、ステージ装置41の位置を検出する手段である。ステージ装置41は、変位検出手段46a、46bから得られる信号を図示しない補償演算手段9で補償し、その結果、得られた信号に基づき図示されないX方向リニアモータ、Y方向リニアモータを駆動して制御される。
ここで、ステージ装置41が駆動する際に、ステージ装置41およびX方向移動部材42に矢印aの方向で加速度が発生した場合、その駆動反力によって、X方向カウンタマス44a、44bには矢印Aa、Abの方向で加速度が発生する。ステージ装置41およびY方向移動部材43に矢印bの方向で加速度が発生した場合、その駆動反力によって、Y方向カウンタマス45a、45bには矢印Ba、Bbの方向で加速度が発生する。
このようにして、ステージ装置41の駆動反力のエネルギー、運動量は、リニアモータ固定子と負荷質量とからなるX方向カウンタマス44a、44b、Y方向カウンタマス45a、45bの運動エネルギー、運動量となり、これらを搭載する定盤15への作用力は大幅に低減される。理想的な状態では、定盤15には力を伝えることがないため、結果として、これらの構成要素から成るステージ装置41を搭載する定盤15を大きく振動させることがない。
この種のステージ装置は、能動除振装置に搭載することで、装置設置基礎などの外部の振動から振動的に遮断するように設置されることが多い。
図8、図9の従来例では、定盤15と装置設置基礎18との間に、定盤15を防振支持する防振支持手段16、および、定盤15に制御力を加えるアクチュエータ17a〜17hを備えている。
図8、図9の従来例では、定盤15と装置設置基礎18との間に、定盤15を防振支持する防振支持手段16、および、定盤15に制御力を加えるアクチュエータ17a〜17hを備えている。
防振支持手段16は、空気ばねと、この空気ばねの内部圧力を調整する電空比例弁とを有する空気圧駆動式アクチュエータから成り、さらに、定盤15の基準位置に対する変位を検出する図示されない変位検出手段と、定盤15の速度または加速度である振動を検出する振動検出手段37a〜37hとの少なくとも一方の出力信号に基づき、該空気圧駆動式アクチュエータを制御する。
すなわち、図示されない変位検出手段、振動検出手段37a〜37hでの検出信号に基づいて、定盤15の振動を低減するために補償演算を行なう補償演算手段を有し、得られた補償演算の結果に基づき該空気圧駆動式アクチュエータを制御する能動除振装置を構成する。防振支持手段16を能動除振装置により制御する場合は、振動検出手段37a〜37hの出力信号に基づく定盤15の振動制御に用いるアクチュエータとして、アクチュエータ17a〜17hを用いることもでき、アクチュエータ17a〜17hは、駆動指令信号に対して良好な応答性能を示すリニアモータなどの電磁駆動アクチュエータから成る。
また、以上説明した構成に加えて、外部よりカウンタマスに制御力を加えるアクチュエータを備え、これを用いてステージ装置と共に、カウンタマスにも位置や加速度の制御を施して、能動的にカウンタマスを動作させることも可能である。この場合は、ステージ装置と共にカウンタマスの動作も管理できるので、カウンタマスのストロークオーバを回避することなども可能となり、より適切な状態で装置を稼動させることができる。カウンタマスを用いたステージ装置では、現実的には、このようなアクチュエータを備えることが好適である。なお、この場合においても、基本的には、カウンタマスはステージ装置41の駆動反力によって駆動されるため、外部よりカウンタマスに制御力を加えるアクチュエータには、殆ど推力は発生しない。
次に、図10を参照して、図8、図9の従来例を構成する制御装置を説明する。
ステージ装置41の変位は、変位検出手段46a、46bで検出され、ステージ制御手段9aへ入力される。また、必要に応じて変位検出手段47a、47b、48a、48bで検出されたカウンタマス44a、44b、45a、45bの変位情報もステージ制御手段9aに入力される。ステージ制御手段9aでは、この検出信号に補償演算を施し、駆動回路51を介して、ステージ装置41を駆動するアクチュエータ52a、52b、53a、53bを駆動する。アクチュエータ52a、52b、53a、53bは、X方向移動部材42とカウンタマス44a、44bとの間、および、Y方向移動部材43とカウンタマス45a、45bとの間で作用するリニアモータである。このリニアモータであるアクチュエータ52a、52b、53a、53bを駆動することによりステージ装置41の位置制御がなされる。
ステージ装置41の変位は、変位検出手段46a、46bで検出され、ステージ制御手段9aへ入力される。また、必要に応じて変位検出手段47a、47b、48a、48bで検出されたカウンタマス44a、44b、45a、45bの変位情報もステージ制御手段9aに入力される。ステージ制御手段9aでは、この検出信号に補償演算を施し、駆動回路51を介して、ステージ装置41を駆動するアクチュエータ52a、52b、53a、53bを駆動する。アクチュエータ52a、52b、53a、53bは、X方向移動部材42とカウンタマス44a、44bとの間、および、Y方向移動部材43とカウンタマス45a、45bとの間で作用するリニアモータである。このリニアモータであるアクチュエータ52a、52b、53a、53bを駆動することによりステージ装置41の位置制御がなされる。
また、必要に応じて、外部よりカウンタマス44a、44b、45a、45bに制御力を加えるアクチュエータ55a、55b、56a、56bを構成し、カウンタマス44a、44b、45a、45bの制御を行なう場合もある。この場合、アクチュエータ55a、55b、56a、56bは、ステージ制御手段9aで生成される制御信号に基づき駆動回路54を介して駆動される。
一方、定盤15の振動は、振動検出手段37a〜37hで検出され、定盤振動制御手段9bへ入力される。定盤振動制御手段9bでは、この検出信号に補償演算を施し、得られた信号を基に、駆動回路19を介してアクチュエータ17a〜17hを駆動し、定盤15の振動を制御する。補償演算手段9は、上記のステージ制御手段9aと、定盤振動制御手段9bから構成される。
以上に説明したように、これらのカウンタマスを用いたステージ装置では、ステージ装置とカウンタマスを、双方の質量比に適合した加速度、動作ストロークで動作させれば、原理的には双方での運動量が保存される。そのため、ステージ装置を搭載する定盤・除振台への作用力を非常に小さくできると共に、ステージ装置とカウンタマスを合わせた可動物全体の重心位置を、ほぼ不動とすることができる。
このステージ装置を優れた振動制御性能を備えた能動除振装置、特に、空気圧駆動式アクチュエータと電磁駆動のリニアモータを併用したタイプの能動除振装置に搭載すれば、より好適に微振動制御、精密位置決め制御が可能となる。
特開平11−294520号公報(図1、図4)
特開2003−314610号公報
特開2006−032788号公報
このステージ装置を優れた振動制御性能を備えた能動除振装置、特に、空気圧駆動式アクチュエータと電磁駆動のリニアモータを併用したタイプの能動除振装置に搭載すれば、より好適に微振動制御、精密位置決め制御が可能となる。
ステージ装置を搭載した能動除振装置は、前述のとおり、本体防振支持と位置・姿勢維持のための空気圧アクチュエータと、ステージ駆動反力による振動を減衰するための電磁アクチュエータとを併用したタイプのものが広く用いられてきた。このことは、カウンタマスを用いたステージ装置を搭載する場合でも、基本的には同様である。
ところで、カウンタマスを用いたステージ装置では、カウンタマスはステージ装置の駆動反力の影響を相殺・低減する手段としてのみ使われ、除振装置の振動制御のためのアクチュエータとしては、これとは別の電磁アクチュエータを備えていた。
ところで、カウンタマスを用いたステージ装置では、カウンタマスはステージ装置の駆動反力の影響を相殺・低減する手段としてのみ使われ、除振装置の振動制御のためのアクチュエータとしては、これとは別の電磁アクチュエータを備えていた。
この種のステージ装置を搭載した除振装置の場合、除振台の振動を低減、抑制するために用いる手段は、能動除振装置の一部を構成する電磁アクチュエータとカウンタマス駆動系との2つの要素があり、システムとして全ての構成要件が必ずしも必須ではない。
カウンタマスを用いたステージ装置は定盤の励振が低減されるシステムであるため、定盤の振動制御に要する制御力は、さほど大きくないにもかかわらず、二重に電磁アクチュエータを構成することは、装置製造コスト、機器配置設計の制約などの面から好ましくない。
そこで、本発明は、カウンタマスを用いたステージ装置を搭載した除振装置において、電磁アクチュエータの必要個数を減らして、配置機器の少ない簡単な構造の露光装置を提供することを目的とする。
カウンタマスを用いたステージ装置は定盤の励振が低減されるシステムであるため、定盤の振動制御に要する制御力は、さほど大きくないにもかかわらず、二重に電磁アクチュエータを構成することは、装置製造コスト、機器配置設計の制約などの面から好ましくない。
そこで、本発明は、カウンタマスを用いたステージ装置を搭載した除振装置において、電磁アクチュエータの必要個数を減らして、配置機器の少ない簡単な構造の露光装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の露光装置は、原版または基板を載置して位置決め動作を行なうステージ装置と、前記ステージ装置に連結され、前記ステージ装置とは同一自由度方向で逆方向に動作する慣性質量であるカウンタマスと、前記ステージ装置と前記カウンタマスとを搭載する定盤と、前記定盤を防振支持する防振支持手段と、前記カウンタマスと前記定盤との間に制御力を発生するアクチュエータと、前記定盤の物理量を検出する振動検出手段と、 前記振動検出手段の検出信号に補償演算を施して前記アクチュエータの駆動指令信号を生成する補償演算手段と、を備え、前記アクチュエータの駆動により前記定盤の振動を低減・減衰することを特徴とする。
さらに、本発明の露光装置は、原版または基板を載置して位置決め動作を行なうステージ装置と、前記ステージ装置に連結され、前記ステージ装置とは同一自由度方向で逆方向に動作する慣性質量であるカウンタマスと、前記ステージ装置と前記カウンタマスを搭載する定盤と、前記定盤を防振支持する防振支持手段と、前記カウンタマスと前記定盤との間に制御力を発生するアクチュエータと、前記カウンタマスと前記定盤との相対位置を検出する第1の変位検出手段と、前記定盤の変位を検出する第2の変位検出手段と、前記第1の変位検出手段および前記第2の変位検出手段における検出信号に補償演算を施して前記アクチュエータの駆動指令信号を生成する補償演算手段と、を備え、前記アクチュエータの駆動により、前記定盤と前記防振支持手段から成る振動系の固有振動に減衰特性を付加することを特徴とする。
本発明によれば、カウンタマスを用いたステージ装置を搭載した除振装置において、電磁アクチュエータの必要個数を減らして、配置機器の少ない簡単な構造となる。
(実施例1)
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例1を説明する。
図7の全体構成図を参照して、本発明の実施例1の半導体露光装置を説明する。
装置設置基礎3に基礎構造物91が載置され、基礎構造物91に防振支持手段2が載置される。防振支持手段2は、定盤1を防振支持し、定盤1はステージ装置71を搭載する。ステージ装置71は、レチクルなどの原版または回路パターンが露光されるシリコンウェハなどの基板101aを載置して位置決め動作を行なう装置である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例1を説明する。
図7の全体構成図を参照して、本発明の実施例1の半導体露光装置を説明する。
装置設置基礎3に基礎構造物91が載置され、基礎構造物91に防振支持手段2が載置される。防振支持手段2は、定盤1を防振支持し、定盤1はステージ装置71を搭載する。ステージ装置71は、レチクルなどの原版または回路パターンが露光されるシリコンウェハなどの基板101aを載置して位置決め動作を行なう装置である。
また、基礎構造物91上には、防振支持手段2bを介して、鏡筒定盤97が設置される。鏡筒定盤97には、照明光学系98、回路パターンを有する原版であるレチクルを搭載するレチクルステージ装置71b、およびレチクルの回路パターンを基板101aに投影露光する投影光学系96が搭載される。
防振支持手段2、2bは、装置設置基礎3に直接設置するのではなく、パレットやベースフレームなどの基礎構造物91の上に固定されている。基礎構造物91は、防振支持手段2、2bのそれぞれの上に搭載された機器相互の相対位置関係を維持するための基準として機能する。さらに、基礎構造物91は、防振支持手段2、2bの上には搭載されていない図7では省略された他の機器との相対位置関係を維持するための基準として機能する。
また、基礎構造物91は、本実施例1の半導体露光装置全体を載置して、一括して輸送するための基礎部材としても機能する。投影光学系96は、レチクルを載せるステージ装置71bと基板101aを載せるステージ装置71の間に配置され、照明光学系98から照射される露光光をレチクルに照射し、原版であるレチクル上の回路パターンを、投影光学系96を介してシリコンウェハである基板101aに投影露光する。
本実施例1の半導体露光装置は、その露光方式により一括露光型(ステッパ)、走査露光型(スキャナ)などに分類される。一括露光型の露光装置の場合は、ステージ装置71をステップ&リピートとよばれる間欠的な動作方式で逐次駆動しながら、所定の露光エリア、例えば、ICなどの集積回路1個分のエリアを一括して露光する。
一方、走査露光型の露光装置の場合は、ステージ装置71とレチクルステージ装置71bを同期動作させ、レチクル上の回路パターンを基板101a上に走査露光する。
一方、走査露光型の露光装置の場合は、ステージ装置71とレチクルステージ装置71bを同期動作させ、レチクル上の回路パターンを基板101a上に走査露光する。
次に、図1、図2、図7を参照して、本発明の実施例1の露光装置を、より詳しく説明する。
本実施例1では、ステージ装置として、2自由度方向の運動自由度を有するステージ装置71を有する。ステージ装置71としては、レチクル上の回路パターンを繰り返し露光し、基板101a上に複数の回路パターンを平面的に焼き付けるために、XYステージのような2自由度方向の運動自由度を有するステージ装置が用いられる。
なお、レチクルを搭載するステージ装置71bは、1自由度の運動自由度を有するステージ装置であるが、本実施例におけるステージ装置として適用することは可能である。また、図7に示される基礎構造物91は、図1、図2では図示されない。
本実施例1では、ステージ装置として、2自由度方向の運動自由度を有するステージ装置71を有する。ステージ装置71としては、レチクル上の回路パターンを繰り返し露光し、基板101a上に複数の回路パターンを平面的に焼き付けるために、XYステージのような2自由度方向の運動自由度を有するステージ装置が用いられる。
なお、レチクルを搭載するステージ装置71bは、1自由度の運動自由度を有するステージ装置であるが、本実施例におけるステージ装置として適用することは可能である。また、図7に示される基礎構造物91は、図1、図2では図示されない。
基板101aを搭載するステージ装置71は、X、Yの2自由度方向に可動に構成され、X方向移動部材72によってX方向に、Y方向移動部材73によってY方向に移動可能に構成される。互いの動作を拘束することがないように構成されたX方向移動部材72とY方向移動部材73とにより構成されたクロスバー構造体上によりステージ装置71は支持され、X方向、Y方向いずれの方向にも移動可能である。
また、X方向に移動可能に支持された負荷質量であるX方向カウンタマス74a、74b、Y方向に移動可能に支持された負荷質量であるY方向カウンタマス75a、75bを有し、カウンタマス74a、74b、75a、75bは、ステージ装置71の駆動反力で動作するものである。X方向カウンタマス74a、74b、Y方向カウンタマス75a、75b は、常盤1に搭載され、ステージ装置71に連結され、ステージ装置71とは同一自由度方向で逆方向に動作する慣性質量である。X方向移動部材72とX方向カウンタマス74a、74bとの間には図示されないX方向リニアモータによる推力が作用し、X方向移動部材72が可動子、X方向カウンタマス74a、74bが固定子として機能する。
同様に、Y方向移動部材73とY方向カウンタマス75a、75bとの間には図示されないY方向リニアモータによる推力が作用し、Y方向移動部材73が可動子、Y方向カウンタマス75a、75bが固定子として機能する。これらの図示されないX方向、Y方向リニアモータの作用により、X方向移動部材72、Y方向移動部材73が駆動され、このX方向移動部材72、Y方向移動部材73によりステージ装置71が、X方向、Y方向に駆動される。
ステージ装置71は、X方向、Y方向それぞれの自由度方向の位置を検出して出力する変位検出手段76a(76aT、76aH)、76b(76bT、76bH)を有し、変位検出手段76a(76aT、76aH)、76b(76bT、76bH)で検出された変位情報に基づき、X方向、Y方向の図示されないリニアモータにより位置決めの制御がなされる。ステージ装置71の位置を検出して出力する変位検出手段76a、76bは、精度などの要求からレーザ干渉計を用いることが好適である。
ステージ装置71が、図示されないリニアモータによって駆動されると、その駆動反力によりX方向カウンタマス74a、74b、Y方向カウンタマス75a、75bは、ステージ装置71の駆動反力が作用する向きに動作する。ステージ装置71を駆動する図示されないリニアモータの固定子は、ステージ装置71が搭載される定盤1上で、可動な構造で支持されている。そのため、ステージ装置71を動作させるためにリニアモータを駆動しても、ステージ駆動反力のエネルギー、運動量は、リニアモータ固定子と負荷質量とから成るX方向カウンタマス74a、74b、Y方向カウンタマス75a、75bカの運動エネルギー、運動量となり、理想的な状態では、定盤には力を伝えることがない。その結果として、ステージ装置71、X方向カウンタマス74a、74b、Y方向カウンタマス75a、75bなどを搭載する定盤1を大きく振動させることなく、ステージ装置71の動作を行なうことができる。
さらに、X方向カウンタマス74a、74b、Y方向カウンタマス75a、75bと、定盤1との間に制御力を発生するアクチュエータ85a、85b、86a、86bを備える。つまり、定盤1とX方向カウンタマス74a、74bの間に制御力を発生するアクチュエータ85a、85b、定盤1とY方向カウンタマス75a、75bの間に制御力を発生するアクチュエータ86a、86bを有する。アクチュエータ85a、85b、86a、86bは、電磁駆動のリニアモータなどから成り、定盤1の振動速度に比例する制御力を発生し、前記制御力によって、定盤1と防振支持手段2とから成る振動系の固有振動に減衰特性を付加するものである。
さらに、X方向カウンタマス74a、74bには、それぞれのカウンタマスの位置を検出して出力する変位検出手段77a、77bが備えられている。同様に、Y方向カウンタマス75a、75bには、それぞれのカウンタマスの位置を検出して出力する変位検出手段78a、78bが備えられている。変位検出手段77a、77b、78a、78bは、いずれもX方向カウンタマス74a、74b、Y方向カウンタマス75a、75bが動作する方向の定盤1に対する相対位置を検出する。変位検出手段77a、77b、78a、78bとしては、レーザ干渉計やエンコーダなど、各種変位検出手段を用いることができる。
ステージ装置71、X方向カウンタマス74a、74b、Y方向カウンタマス75a、75bなどは定盤1に搭載され、定盤1は、装置設置基礎3の上で防振支持手段2によって防振支持されている。定盤1には、定盤1に制御力を加える鉛直方向のアクチュエータ21a〜21dが備えら、アクチュエータ21a〜21dの発生推力は、図3に示される定盤振動制御手段4bからの信号に基づいて制御される。また、定盤1には、定盤1の変位、速度、加速度などの物理量を検出する振動検出手段22a〜22hが構成される。このように振動検出手段22a〜22hは、変位検出手段、速度検出手段、加速度検出手段のいずれかである。
アクチュエータ21a〜21dは、鉛直方向に制御力を発生し、アクチュエータ21a〜21dの近傍に配置された振動検出手段22a〜22dは、鉛直方向の振動物理量を検出する。一方、振動検出手段22e〜22hは、水平方向の振動物理量を検出し、アクチュエータ85a、85b、86a、86bの近傍に配置され、振動検出手段22e〜22hの振動検出方向と、アクチュエータ85a、85b、86a、86bの制御力発生方向は、一致するように配置されている。
図8、図9、図10に示される従来例では、ステージ装置41およびカウンタマス44a,44b,45a,45bの制御と、定盤15の振動の制御は、相互に独立した構成で行なわれていた。これに対して、図1、図2、図3に示される本実施例1では、定盤1の振動の制御を、X方向カウンタマス74a、74b、Y方向カウンタマス75a、75bを駆動するアクチュエータ85a、85b、86a、86bも用いて行なう。このため、図1、図2、図3に示される本実施例1では、図8、図9、図10の従来例における水平方向のアクチュエータ17e〜17hを有する必要が無くなり、図8、図9、図10の従来例と同等の機能を有する。
次に、図3を参照して、本実施例1の制御構成を、より詳しく説明する。
本実施例1を構成する補償演算手段4は、振動検出手段22a〜22hの検出信号S7に補償演算を施してアクチュエータ85a、85b、86a、86bの駆動指令信号S5を生成する手段である。さらに、本実施例1は、アクチュエータ85a、85b、86a、86bの駆動により定盤1の振動を低減・減衰するものである。変位検出手段76a、76bで検出したステージ装置71の変位に関する情報信号S1は、補償演算手段4に構成されたステージ制御手段4aに入力される。情報信号S1は、ステージ制御手段4aで補償演算が施され、その結果得られステージ駆動指令信号S2は、駆動回路81に入力される。ステージ駆動指令信号S2は、駆動回路81を介して、信号S3としてアクチュエータ82a、82b、83a、83bに入力され、ステージ装置71が駆動される。アクチュエータ82a、82b、83a、83bは、X方向移動部材72とカウンタマス74a、74b、Y方向移動部材73とカウンタマス75a、75bとの間に配置され、ステージ装置を駆動するものである。アクチュエータ82a、82b、83a、83bは、電磁駆動のリニアモータなどから成る。
本実施例1を構成する補償演算手段4は、振動検出手段22a〜22hの検出信号S7に補償演算を施してアクチュエータ85a、85b、86a、86bの駆動指令信号S5を生成する手段である。さらに、本実施例1は、アクチュエータ85a、85b、86a、86bの駆動により定盤1の振動を低減・減衰するものである。変位検出手段76a、76bで検出したステージ装置71の変位に関する情報信号S1は、補償演算手段4に構成されたステージ制御手段4aに入力される。情報信号S1は、ステージ制御手段4aで補償演算が施され、その結果得られステージ駆動指令信号S2は、駆動回路81に入力される。ステージ駆動指令信号S2は、駆動回路81を介して、信号S3としてアクチュエータ82a、82b、83a、83bに入力され、ステージ装置71が駆動される。アクチュエータ82a、82b、83a、83bは、X方向移動部材72とカウンタマス74a、74b、Y方向移動部材73とカウンタマス75a、75bとの間に配置され、ステージ装置を駆動するものである。アクチュエータ82a、82b、83a、83bは、電磁駆動のリニアモータなどから成る。
また、カウンタマス74a、74b、75a、75bの変位情報信号S4は、変位検出手段77a、77b、78a、78bで検出され、ステージ制御手段4aに入力される。この入力された変位情報信号S4には、ステージ制御手段4aで補償演算が施され、この結果、得られた制御指令信号S5が、駆動回路84を介して信号S6としてアクチュエータ85a、85b、86a、86bに入力される。この信号S6によりアクチュエータ85a、85b、86a、86bが駆動され、カウンタマス74a、74b、75a、75bに制御力を加えられる。
一方、振動検出手段22a〜22hで検出された、定盤1の振動物理量の信号S7は、補償演算手段4に構成された定盤振動制御手段4bに入力される。定盤制御手段4bでは、信号S7に適切な補償演算を施して、定盤1の振動を低減・減衰するための駆動指令信号S8を生成する。定盤1の振動を低減・減衰するために用いるアクチュエータには、鉛直方向に作用するアクチュエータ21a〜21dに加えて、カウンタマス74a、74b、75a、75bに制御力を加えるアクチュエータ85a、85b、86a、86bを、水平方向のアクチュエータとして用いる。そのために、定盤振動制御手段4bでは、アクチュエータ21a〜21d、および、アクチュエータ85a、85b、86a、86bの駆動指令信号から定盤1に対する制御力までの特性を考慮した補償演算を入力された定盤1の振動物理量の信号S7に施す。
アクチュエータ21a〜21d、および、アクチュエータ85a、85b、86a、86bが電磁駆動のリニアモータから成る場合、リニアモータの指令値に対する制御力の応答周波数は、一般的には、数百Hzから1kHz以上であり、防振支持手段2と定盤1から成る振動系の固有振動数よりも十分に高い。
一方、定盤1の振動制御は、多くの場合、防振支持手段2と定盤1から成る振動系の固有振動に対して減衰特性を付加するなど比較的低い周波数領域を対象にし、この振動系の固有振動数は、一般的には数Hz〜高くても数十Hz程度である。例えば、防振支持手段2と定盤1から成る振動系の固有振動数が、アクチュエータの応答周波数より十分に低い場合、アクチュエータ21a〜21dの発生する制御力は、固有振動数近傍の領域では、アクチュエータ駆動指令信号に対して、ほぼ比例要素とみなすことができる。そのため、定盤1の固有振動に減衰特性を付加しようという場合は、定盤1の振動速度に比例する駆動指令信号をアクチュエータ21a〜21dに加えればよい。
一方、アクチュエータ85a、85b、86a、86bの定盤1に対する作用の態様は、前述のステージ制御手段4aを用いて構成するカウンタマス74a、74b、75a、75bの制御系の構成によって異なる。ここでは、まず、ステージ制御手段4aで、カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置制御系を構成する場合の制御例を説明する。カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置制御系の一実施例としては、カウンタ変位検出手段77a、77b、78a、78bで検出した信号S4にゲイン補償を施して得た信号S5,S6をアクチュエータ85a、85b、86a、86bにフィードバックし、カウンタマス74a、74b、75a、75bと定盤1との間に剛性を付加する。
この場合、付加する剛性の量によって、カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置制御系の応答周波数帯域、つまり、固有振動数が決定される。この応答周波数帯域は、カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置制御帯域を意味し、該制御ループのバンド幅に相当する。単純にゲインフィードバックを構成すると、位置制御偏差が残り、前記固有振動数付近の周波数領域で振動的になるため、適宜、微分・積分補償を追加して、PID補償を行なうことが一般的である。
カウンタマス74a、74b、75a、75bを有するステージ装置71の場合、カウンタマス74a、74b、75a、75bを一定位置に制御すると、カウンタマス74a、74b、75a、75bが定盤1に締結された状態に近づくことになり、ステージ装置71が駆動した場合の駆動反力は、定盤1に伝わって振動を励起する。そのため、カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置制御系には、位置指令値として、ステージ装置71の駆動位置と同期した指令信号を加えることが一般的で、具体的には、ステージ装置71とカウンタマス74a、74b、75a、75bの重量の比率に従った、位置駆動量が位置指令入力として、カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置制御目標値として入力される。定盤1の振動制御は、定盤振動制御手段4bで生成された、アクチュエータ85a、85b、86a、86bによる定盤1の振動制御のための駆動指令信号を、この位置目標値に加算することで可能となるが、その具体的な補償演算の方法は、以下のとおりである。
まず、カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置制御帯域が、防振支持手段2と定盤1から成る振動系の固有振動数より十分に高い場合、例えば、10倍以上高い周波数であるとする。アクチュエータ85a、85b、86a、86bの制御力は、カウンタマス74a、74b、75a、75bへの制御力の反作用として、定盤1にも加わる。カウンタマス74a、74b、75a、75bが定盤1に対して位置制御されている場合、カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置制御帯域より低い周波数領域では、カウンタマス74a、74b、75a、75bと定盤1との間に制御的な剛性がある状態となる。
そのため、ステージ装置71が動作していない場合、カウンタマス74a、74b、75a、75bの動作加速度に比例した制御力が定盤1に作用する。つまり、カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置指令信号とアクチュエータ85a、85b、86a、86bの発生力との間には、2階微分要素が介在するのと等価な状態となる。
そのために、定盤1の固有振動に減衰特性を付加しようという場合は、定盤1の振動変位を積分補償して得た駆動指令信号をアクチュエータ85a、85b、86a、86bに加える。この理由は、定盤1の振動速度に比例する信号が定盤1に作用するようにするためである。定盤1の振動物理量として、定盤1の振動速度を検出する場合は、定盤1の振動物理量を2階積分補償して得た駆動指令信号をアクチュエータ85a、85b、86a、86bに加える。
そのために、定盤1の固有振動に減衰特性を付加しようという場合は、定盤1の振動変位を積分補償して得た駆動指令信号をアクチュエータ85a、85b、86a、86bに加える。この理由は、定盤1の振動速度に比例する信号が定盤1に作用するようにするためである。定盤1の振動物理量として、定盤1の振動速度を検出する場合は、定盤1の振動物理量を2階積分補償して得た駆動指令信号をアクチュエータ85a、85b、86a、86bに加える。
以上説明した駆動指令信号と制御力との関係を考慮して、発生すべき制御力に応じた駆動指令信号を定盤振動制御手段4bで算出して制御すれば、定盤1の振動低減・減衰が可能となる。定盤振動制御手段4bで算出されたアクチュエータ21a〜21dの駆動指令信号S8は、駆動回路23を介してアクチュエータ21a〜21dに信号S9として入力される。定盤振動制御手段4bで算出されたアクチュエータ85a、85b、86a、86bの駆動指令信号S10は、一旦、ステージ制御手段4aに送られる。そして、必要に応じてカウンタマス74a、74b、75a、75bの制御のための信号と加算された後、信号S5となり、駆動回路84を介して、アクチュエータ85a、85b、86a、86bに信号S6として入力される。
以上の動作により、定盤1の振動を低減・減衰することが可能となる。
以上の動作により、定盤1の振動を低減・減衰することが可能となる。
以上の本実施例1では、カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置制御系を構成する場合を説明したが、カウンタマス74a、74b、75a、75bの位置制御を行なわない構成でも、定盤1の振動制御は可能である。カウンタマス74a、74b、75a、75b自体に積極的な制御を施さない場合は、アクチュエータ85a、85b、86a、86bへの制御力に比例した制御力が定盤1に作用する。よって、定盤1の振動速度に比例した信号を制御指令として、アクチュエータ85a、85b、86a、86bに与えればよい。
以上説明したように、本実施例1においてカウンタマス74a、74b、75a、75bを用いたステージ装置、除振装置を構成すると、図8、図9、図10の従来例に構成された水平方向に作用するアクチュエータ17e〜17hを削減することが可能となる。このため、装置のコストダウンに寄与し、機器配置空間の節約につながり、シンプルかつ、機器配置制約の少ない除振装置を有することとなる。すなわち、カウンタマスを用いたステージ装置を搭載した除振装置において、電磁アクチュエータの必要個数を減らして、配置機器の少ない簡単な構造の除振装置を有する。
(実施例2)
次に、図4の平面図、図5の側面図を参照して、本発明の実施例2を説明する。
前述の実施例1では、カウンタマス74a、74b、75a、75bは、定盤1とカウンタマス74a、74b、75a、75bの間で制御力を発生するアクチュエータ85a、85b、86a、86bと共に、ステージ装置71自体の駆動反力で動作した。しかし、カウンタマス74a、74b、75a、75bが、定盤1とカウンタマス74a、74b、75a、75bの間で制御力を発生するアクチュエータ85a、85b、86a、86bのみで動作する本実施例2に関しても、同様の効果を得ることができる。
次に、図4の平面図、図5の側面図を参照して、本発明の実施例2を説明する。
前述の実施例1では、カウンタマス74a、74b、75a、75bは、定盤1とカウンタマス74a、74b、75a、75bの間で制御力を発生するアクチュエータ85a、85b、86a、86bと共に、ステージ装置71自体の駆動反力で動作した。しかし、カウンタマス74a、74b、75a、75bが、定盤1とカウンタマス74a、74b、75a、75bの間で制御力を発生するアクチュエータ85a、85b、86a、86bのみで動作する本実施例2に関しても、同様の効果を得ることができる。
本実施例2では、概略2自由度方向の運動自由度を有するステージ装置31を有する。
シリコンウェハなどの基板101aあるいはレチクルなどの原版を搭載するステージ装置31は、X、Yの2自由度方向に可動に構成される。ステージ装置31は、X方向駆動機構32によってX方向に動作する。
シリコンウェハなどの基板101aあるいはレチクルなどの原版を搭載するステージ装置31は、X、Yの2自由度方向に可動に構成される。ステージ装置31は、X方向駆動機構32によってX方向に動作する。
X方向駆動機構32は、Y方向駆動機構33a、33bによってY方向に動作する。Y方向駆動機構33は、定盤1に搭載され固定される。X方向駆動機構32は、Y方向駆動機構33a、33bを介して定盤1との間の作用力によりY方向に駆動される。このため、X方向駆動機構32を動作させたときの駆動反力は定盤1に作用する。また、ステージ装置31は、X方向駆動機構32を介して、Y方向駆動機構33a、33bとの間の作用力により駆動される。Y方向駆動機構33a、33bは、定盤1とはX方向に駆動可能に連結され、ステージ装置31を動作させたときの駆動反力も実質的には定盤1に作用する。
また、X方向に可動に構成され支持された負荷質量であるX方向カウンタマス34a、34b、Y方向に可動に構成され支持された負荷質量であるY方向カウンタマス35a、35bを有し、カウンタマス34a、34b、35a、35bは、ステージ装置71の駆動反力に応じた力で動作するものである。X方向カウンタマス34a、34bは、カウンタマス34a、34bと定盤1との間に制御力を発生するアクチュエータ36a、36bにより動作する。Y方向カウンタマス35a、35bは、カウンタマス35a、35bと定盤1との間に制御力を発生するアクチュエータ37a、37bにより動作する。アクチュエータ36a、36b、37a、37bは、電磁駆動のリニアモータなどから成り、定盤1の振動速度に比例する制御力を発生し、前記制御力によって、定盤1と防振支持手段2とから成る振動系の固有振動に減衰特性を付加するものである。
ステージ装置31は、X、Yそれぞれの自由度方向の位置を検出して出力する第2の変位検出手段40a(40aT、40aH)、40b(40bT、40bH)を有する。
第2の変位検出手段40a(40aT、40aH)、40b(40bT、40bH)は、ステージ装置31の変位を検出する手段である。ステージ装置31は、第2の変位検出手段40a(40aT、40aH)、40b(40bT、40bH)で検出された変位情報に基づき、X方向駆動機構32、Y方向駆動機構33a、33bを用いて、位置決めの制御がなされる。ステージ装置31の位置を検出して出力する変位検出手段40(40a、40b)は、精度などの要求からレーザ干渉計から成る。
第2の変位検出手段40a(40aT、40aH)、40b(40bT、40bH)は、ステージ装置31の変位を検出する手段である。ステージ装置31は、第2の変位検出手段40a(40aT、40aH)、40b(40bT、40bH)で検出された変位情報に基づき、X方向駆動機構32、Y方向駆動機構33a、33bを用いて、位置決めの制御がなされる。ステージ装置31の位置を検出して出力する変位検出手段40(40a、40b)は、精度などの要求からレーザ干渉計から成る。
本実施例2では、ステージ装置31が、X方向駆動機構32、Y方向駆動機構33a、33bによって駆動されると、その駆動反力により定盤1を振動させる。この際、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bを、アクチュエータ36a、36b、37a、37bを用いて、該駆動反力を打ち消す作用力で動作させ、定盤1の振動を低減させるように動作する。
さらに、X方向カウンタマス34a、34bは、カウンタマス34a、34bの位置を検出して出力する第1の変位検出手段38a、38bを有する。同様に、Y方向カウンタマス35a、35bは、カウンタマス35a、35bの位置を検出して出力する第1の変位検出手段39a、39bを有する。変位検出手段38a、38b、39a、39bは、いずれも、X方向およびY方向のカウンタマス34a、34b、35a、35bが動作する方向の定盤1に対する相対位置を検出し、変位検出手段38a、38b、39a、39bは、レーザ干渉計やエンコーダなどの各種変位検出手段から成る。
以上説明した本実施例2におけるステージ装置31、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bなどは定盤1に搭載され、定盤1は、装置設置基礎3の上で防振支持手段2によって防振支持されている。定盤1は、定盤1に制御力を加える鉛直方向のアクチュエータ21a〜21dを有し、アクチュエータ21a〜21dの発生推力は、図6に示される定盤振動制御手段5bから駆動回路23に入力された信号S8、さらに、駆動回路23からアクチュエータ21a〜21dに入力された信号S9に基づいて制御される。
また、定盤1は、定盤1の変位、速度、加速度などの物理量を検出する振動検出手段22a〜22hを有し、アクチュエータ21a〜21dは、鉛直方向に制御力を発生し、アクチュエータ21a〜21dの近傍に配置された振動検出手段22a〜22dは、鉛直方向の振動物理量を検出する。一方、振動検出手段22e〜22hは、水平方向の振動物理量を検出し、アクチュエータ36a、36b、37a、37bの近傍に配置され、振動検出手段22e〜22hの振動検出方向と、アクチュエータ36a、36b、37a、37bの制御力発生方向は、概略一致するように配置されている。
以上説明したように本実施例2では、定盤1の水平振動の制御を、カウンタマス34a、34b、35a、35bを駆動するアクチュエータ36a、36b、37a、37bにより行なうため、図8、図9、図10の従来例で構成されていた水平方向のアクチュエータ17e〜17hを用いる必要が無く、この従来例と同等の機能を有する。
次に、図6を参照して、本実施例2の制御構成を詳述する。
補償演算手段5は、第1の変位検出手段38a、38b、39a、39bおよび第2の変位検出手段40a(40aT、40aH)、40b(40bT、40bH)における検出信号に補償演算を施してアクチュエータ36a、36b、37a、37bの駆動指令信号を生成する。変位検出手段40a、40bで検出したステージ装置31の変位に関する情報信号S1は、補償演算手段5に構成されたステージ制御手段5aに入力される。この信号S1は、ステージ制御手段5aで補償演算が施され、その結果、得られステージ駆動指令信号S2は駆動回路61に入力される。駆動回路61を介して信号S3がX方向駆動機構32、Y方向駆動機構33a、33b入力され駆動されて、ステージ装置31が駆動される。
補償演算手段5は、第1の変位検出手段38a、38b、39a、39bおよび第2の変位検出手段40a(40aT、40aH)、40b(40bT、40bH)における検出信号に補償演算を施してアクチュエータ36a、36b、37a、37bの駆動指令信号を生成する。変位検出手段40a、40bで検出したステージ装置31の変位に関する情報信号S1は、補償演算手段5に構成されたステージ制御手段5aに入力される。この信号S1は、ステージ制御手段5aで補償演算が施され、その結果、得られステージ駆動指令信号S2は駆動回路61に入力される。駆動回路61を介して信号S3がX方向駆動機構32、Y方向駆動機構33a、33b入力され駆動されて、ステージ装置31が駆動される。
また、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの変位情報は、変位検出手段38a、38b、39a、39bで信号S4として検出され、ステージ制御手段5aに入力される。この信号S4には、ステージ制御手段5aで補償演算が施され、得られた制御指令信号S5は駆動回路62に入力される。駆動回路62を介して信号S6が、アクチュエータ36a、36b、37a、37bに入力され駆動され、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bに制御力を加える。
一方、振動検出手段22a〜22hで検出された定盤1の振動物理量の信号S7は、補償演算手段5に構成された定盤振動制御手段5bに入力される。定盤制御手段5bでは、この信号S7に適切な補償演算を施して、定盤1の振動を低減・減衰するための駆動指令信号S8を生成する。定盤1の振動を低減・減衰するために用いるアクチュエータは、鉛直方向に作用するアクチュエータ21a〜21dおよび水平方向に作用するアクチュエータ36a、36b、37a、37bから成る。このため、定盤振動制御手段5bでは、アクチュエータ21a〜21d、および、アクチュエータ36a、36b、37a、37bの、駆動指令信号から定盤1に対する制御力までの特性を考慮した補償演算を信号S7に施す。アクチュエータ21a〜21d、および、アクチュエータ36a、36b、37a、37bが電磁駆動のリニアモータから成る場合、電磁駆動のリニアモータの指令値に対する制御力の応答周波数は、一般的には、数百Hzから1kHz以上であり、その応答周波数は、防振支持手段2と定盤1から成る振動系の固有振動数よりも十分に高い。
一方、定盤1の振動制御は、多くの場合、防振支持手段2と定盤1から成る振動系の固有振動に対して減衰特性を付加するなど、比較的低い周波数領域を対象にしている。この振動系の固有振動数は、一般的には数Hz〜高くても数十Hz程度である。例えば、防振支持手段2と定盤1から成る振動系の固有振動数がアクチュエータ21a〜21dの応答周波数より十分に低い場合、アクチュエータ21a〜21dの発生する制御力は、該固有振動数近傍の領域では、アクチュエータ駆動指令信号に対してほぼ比例要素とみなせる。そのため、定盤1の固有振動に減衰特性を付加しようという場合は、定盤1の振動速度に比例する駆動指令信号をアクチュエータ21a〜21dに加えればよい。
一方、アクチュエータ36a、36b、37a、37bの定盤1に対する作用の態様は、前述のステージ制御手段5aを用いて構成するX方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの制御系の構成により異なる。
ここでは、まず、ステージ制御手段5aで、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御系を構成している場合を説明する。
ここでは、まず、ステージ制御手段5aで、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御系を構成している場合を説明する。
本実施例2においては、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御系の構成は以下のとおりである。すなわち、変位検出手段38a、38b、39a、39bで検出した信号S4にゲイン補償を施して得た信号S5を、駆動回路62を介して信号S6としてアクチュエータ36a、36b、37a、37bにフィードバックすることにより、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bと定盤1との間に剛性を付加する。この場合、付加する剛性の量によって、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御系の応答周波数帯域、つまり、固有振動数が決定される。この応答周波数帯域は、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御帯域を意味し、該制御ループのバンド幅に相当する。本実施例2においては、単純にゲインフィードバックを構成すると、位置制御偏差が残り、前記固有振動数付近の周波数領域で振動的になるため、適宜、微分・積分補償を追加して、PID補償を行なう。
X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bを用いたステージ装置31の場合、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bを一定位置に制御すると、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bカが定盤1に締結された状態に近づくことになる。このため、ステージ装置31が駆動した場合の駆動反力は、定盤1に伝わって振動を励起するため、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御系には、位置指令値として、ステージ装置31の駆動位置と同期した指令信号を加える。
具体的には、ステージ装置31とX方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの重量の比率に従った位置駆動量が位置指令入力として、方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御目標値として入力される。
具体的には、ステージ装置31とX方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの重量の比率に従った位置駆動量が位置指令入力として、方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御目標値として入力される。
定盤1の振動制御は、定盤振動制御手段5bで生成されたアクチュエータ36a、36b、37a、37bによる定盤1の振動制御のための駆動指令信号を、この位置目標値に加算することで可能となるが、その具体的な補償演算の方法は、以下のとおりである。
本実施例2においては、第1の変位検出手段38a、38b、39a、39bの出力信号に基づいて、カウンタマス34a、34b、35a、35bの定盤1に対する相対位置を制御する制御ループを備える。この制御ループのバンド幅は、定盤1と防振支持手段2から成る振動系の固有振動数の10倍以上であり、定盤1の変位検出信号に施す補償得算は、積分補償を含むものである。すなわち、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御帯域が、定盤1と防振支持手段2から成る振動系の固有振動数より十分に高い場合、例えば、10倍以上高い周波数である場合とする。アクチュエータ36a、36b、37a、37bの制御力は、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bへの制御力の反作用として、定盤1にも加わる。
本実施例2においては、第1の変位検出手段38a、38b、39a、39bの出力信号に基づいて、カウンタマス34a、34b、35a、35bの定盤1に対する相対位置を制御する制御ループを備える。この制御ループのバンド幅は、定盤1と防振支持手段2から成る振動系の固有振動数の10倍以上であり、定盤1の変位検出信号に施す補償得算は、積分補償を含むものである。すなわち、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御帯域が、定盤1と防振支持手段2から成る振動系の固有振動数より十分に高い場合、例えば、10倍以上高い周波数である場合とする。アクチュエータ36a、36b、37a、37bの制御力は、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bへの制御力の反作用として、定盤1にも加わる。
X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bが定盤1に対して位置制御されている場合、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御帯域より低い周波数領域では、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bと定盤1との間に制御的な剛性がある状態となる。そのため、ステージ装置31が動作していない場合、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの動作加速度に比例した制御力が定盤1に作用する。つまり、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置指令信号とアクチュエータ36a、36b、37a、37bの発生力との間には、2階微分要素が介在するのと等価な状態となる。
そのため、定盤1の固有振動に減衰特性を付加しようという場合は、定盤1の振動変位を積分補償して得た駆動指令信号をアクチュエータ36a、36b、37a、37bに加えればよいことになる。すなわち、定盤1の振動速度に比例する信号が定盤1に作用するようにするためである。定盤1の振動物理量として、定盤1の振動速度を検出する場合は、これを2重積分補償して得た駆動指令信号をアクチュエータ36a、36b、37a、37bに加えればよい。
すなわち、本実施例2において、第2の変位検出手段40a(40aT、40aH)、40b(40bT、40bH)の代わりに定盤1の速度を検出する速度検出手段を備え、この速度検出手段の検出信号に補償演算を施して得た信号を用いて、アクチュエータ36a、36b、37a、37bを駆動し、定盤1と防振支持手段2から成る振動系の固有振動に減衰特性を付加する。この速度検出手段の検出信号に施す補償演算は2重積分補償演算を含む補償演算である。
すなわち、本実施例2において、第2の変位検出手段40a(40aT、40aH)、40b(40bT、40bH)の代わりに定盤1の速度を検出する速度検出手段を備え、この速度検出手段の検出信号に補償演算を施して得た信号を用いて、アクチュエータ36a、36b、37a、37bを駆動し、定盤1と防振支持手段2から成る振動系の固有振動に減衰特性を付加する。この速度検出手段の検出信号に施す補償演算は2重積分補償演算を含む補償演算である。
以上説明したような、駆動指令信号と制御力との関係を考慮して、発生すべき制御力に応じた駆動指令信号を定盤振動制御手段5bで算出して制御すれば、定盤1の振動低減・減衰が可能となる。定盤振動制御手段5bで算出されたアクチュエータ21a〜21dの駆動指令信号S8は、駆動回路23を介して信号S9として、アクチュエータ21a〜21dに入力される。定盤振動制御手段5bで算出されたアクチュエータ36a、36b、37a、37bの駆動指令信号S10は、一旦、ステージ制御手段5aに送られる。駆動指令信号S10は、必要に応じてX方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの制御のための信号S4と加算された後、信号S5として駆動回路62に入力され、駆動回路62を介して信号S6として、アクチュエータ36a、36b、37a、37bに入力される。
以上の動作により、アクチュエータ36a、36b、37a、37bの駆動により、定盤1と防振支持手段2から成る振動系の固有振動に減衰特性を付加し、定盤1の振動を低減・減衰することが可能となる。
以上の動作により、アクチュエータ36a、36b、37a、37bの駆動により、定盤1と防振支持手段2から成る振動系の固有振動に減衰特性を付加し、定盤1の振動を低減・減衰することが可能となる。
上記の説明では、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御系を構成する場合の構成を説明したが、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bの位置制御を行なわない構成でも、定盤1の振動制御は可能である。X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35b自体に積極的な制御を施さない場合は、アクチュエータ36a、36b、37a、37bへの制御力に比例した制御力が定盤1に作用する。このため、定盤1の振動速度に比例した信号を制御指令として、アクチュエータ36a、36b、37a、37bに与えればよい。
以上説明した構成で、X方向カウンタマス34a、34b、Y方向カウンタマス35a、35bを用いたステージ装置31、除振装置を構成すると、定盤1に制御力を加えるアクチュエータを削減することが可能となる。このため、装置のコストダウンに寄与し、機器配置空間の節約につながり、シンプルかつ、機器配置制約の少ない除振装置を有することとなる。すなわち、カウンタマスを用いたステージ装置を搭載した除振装置において、電磁アクチュエータの必要個数を減らして、配置機器の少ない簡単な構造の除振装置を有する。
前述の本実施例2では、アクチュエータ21a〜21dの4個を有するが、要求される制御性能を実現するに足る個数が構成されるのであれば、その個数は4個には限定されない。同様に、振動検出手段22a〜22hも、8個有するが、必要な振動情報が検出できるのであれば、その個数は8個に限定されない。例えば、定盤1が十分に剛である場合、定盤1の剛体振動挙動は6個の振動検出手段があれば検出可能である。この場合、6個の振動検出手段を、定盤1の6自由度剛体運動のすべてを検出可能なように配置できれば、振動検出手段とアクチュエータとの幾何的な配置関係にもとづいて座標変換を行なうことで、前述の本実施例2と同等の振動低減効果が得られる。
アクチュエータに関しても同様で、鉛直アクチュエータ21は3個、水平方向に作用するカウンタマスに制御力を加えるアクチュエータも3個、それぞれあれば、定盤1の全ての剛体運動自由度の振動制御が可能である。もちろん、振動制御の必要性に応じて、さらに少ない数、あるいは、多くの数のアクチュエータ、センサで、本発明の実施例を構成することも可能である。
また、振動制御系は、近傍に配置されたセンサとアクチュエータの組ごとに構成する必然性は必ずしもない。例えば、複数の振動制御手段の検出信号から定盤1の各運動自由度の振動挙動を算出し、運動自由度ごとに補償演算を施し、アクチュエータの幾何配置、駆動指令信号から制御力までの特性を考慮して、駆動指令信号を各アクチュエータに分配する構成としてもよい。このように構成することにより、少ない構成要素での振動制御系の実現が可能となるのに加えて、運動自由度、振動モードに適合した制御系調整も可能となる。
(デバイス製造方法の実施例)
デバイス(半導体集積回路素子、液晶表示素子等)は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板(ウェハ、ガラスプレート等)を露光する工程と、その露光された基板を現像する工程と、現像された基板を加工する工程と、を経ることにより形成、製造される。現像された基板を加工する工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。
デバイス(半導体集積回路素子、液晶表示素子等)は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板(ウェハ、ガラスプレート等)を露光する工程と、その露光された基板を現像する工程と、現像された基板を加工する工程と、を経ることにより形成、製造される。現像された基板を加工する工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。
1:定盤 2:防振支持手段 3:装置設置基礎
4:補償演算手段 4a:ステージ制御手段 4b:定盤振動制御手段
5:補償演算手段 5a:ステージ制御手段 5b:定盤振動制御手段
9:補償演算手段 9a:ステージ制御手段 9b:定盤振動制御手段
10:定盤 11:防振支持手段 12a〜12h:アクチュエータ
13:装置設置基礎 15:定盤 16:防振支持手段
17a〜17h:アクチュエータ 18:装置設置基礎 19:駆動回路
21a〜21d:アクチュエータ 22a〜22h:振動検出手段
23:駆動回路 31:ステージ装置 32:X方向駆動機構
33、33a、33b:Y方向駆動機構 34a、34b:X方向カウンタマス
35a、35b:Y方向カウンタマス 36a、36b:アクチュエータ
37a、37b:アクチュエータ 38a、38b:変位検出手段
39a、39b:変位検出手段
40a、40aH、40aT、40b、40bH、40bT:変位検出手段
41:ステージ装置 41b:ステージ装置
42:X方向駆動機構 43:Y方向駆動機構
44a、44b:X方向カウンタマス 45a、45b:Y方向カウンタマス
46a、46aH、46aT、46b、46bH、46bT:変位検出手段
47a、47b、48a、48b:変位検出手段 51、54:駆動回路
52a、52b、53a、53b:アクチュエータ
55a、55b、56a、56b:アクチュエータ
61、62:駆動回路 71,71b:ステージ装置
72:X方向移動部材 73:Y方向移動部材
74a、74b:X方向カウンタマス 75a、75b:Y方向カウンタマス
76a、76aH、76aT、76b、76bH、76bT:変位検出手段
77a、77b、78a、78b:変位検出手段
82a、82b、83a、83b:アクチュエータ
85a、85b、86a、86b:アクチュエータ
91:基礎構造物 92a、92b:防振支持マウント
93:ステージ定盤 41:ステージ装置
96:投影光学系 97:鏡筒定盤 98:照明光学系
101a:基板
4:補償演算手段 4a:ステージ制御手段 4b:定盤振動制御手段
5:補償演算手段 5a:ステージ制御手段 5b:定盤振動制御手段
9:補償演算手段 9a:ステージ制御手段 9b:定盤振動制御手段
10:定盤 11:防振支持手段 12a〜12h:アクチュエータ
13:装置設置基礎 15:定盤 16:防振支持手段
17a〜17h:アクチュエータ 18:装置設置基礎 19:駆動回路
21a〜21d:アクチュエータ 22a〜22h:振動検出手段
23:駆動回路 31:ステージ装置 32:X方向駆動機構
33、33a、33b:Y方向駆動機構 34a、34b:X方向カウンタマス
35a、35b:Y方向カウンタマス 36a、36b:アクチュエータ
37a、37b:アクチュエータ 38a、38b:変位検出手段
39a、39b:変位検出手段
40a、40aH、40aT、40b、40bH、40bT:変位検出手段
41:ステージ装置 41b:ステージ装置
42:X方向駆動機構 43:Y方向駆動機構
44a、44b:X方向カウンタマス 45a、45b:Y方向カウンタマス
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47a、47b、48a、48b:変位検出手段 51、54:駆動回路
52a、52b、53a、53b:アクチュエータ
55a、55b、56a、56b:アクチュエータ
61、62:駆動回路 71,71b:ステージ装置
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74a、74b:X方向カウンタマス 75a、75b:Y方向カウンタマス
76a、76aH、76aT、76b、76bH、76bT:変位検出手段
77a、77b、78a、78b:変位検出手段
82a、82b、83a、83b:アクチュエータ
85a、85b、86a、86b:アクチュエータ
91:基礎構造物 92a、92b:防振支持マウント
93:ステージ定盤 41:ステージ装置
96:投影光学系 97:鏡筒定盤 98:照明光学系
101a:基板
Claims (10)
- 原版または基板を載置して位置決め動作を行なうステージ装置と、
前記ステージ装置とは同一自由度方向で逆方向に動作する慣性質量であるカウンタマスと、
前記ステージ装置と前記カウンタマスとを搭載する定盤と、
前記定盤を防振支持する防振支持手段と、
前記カウンタマスと前記定盤との間に制御力を発生するアクチュエータと、
前記定盤の振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の検出信号に補償演算を施して前記アクチュエータの駆動指令信号を生成する補償演算手段と、を備え、
前記アクチュエータの駆動により前記定盤の振動を低減することを特徴とする露光装置。 - 前記振動検出手段は、変位検出手段、速度検出手段、加速度検出手段のいずれかを用いて前記定盤の振動を検出することを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
- 前記アクチュエータは、前記定盤の振動速度に比例する制御力を発生し、前記制御力によって、前記定盤と前記防振支持手段とから成る振動系の固有振動に減衰特性を付加することを特徴とする請求項1または2に記載の露光装置。
- 前記カウンタマスは、前記ステージ装置の駆動反力で動作するものであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の露光装置。
- 原版または基板を載置して位置決め動作を行なうステージ装置と、
前記ステージ装置とは同一自由度方向で逆方向に動作する慣性質量であるカウンタマスと、
前記ステージ装置と前記カウンタマスを搭載する定盤と、
前記定盤を防振支持する防振支持手段と、
前記カウンタマスと前記定盤との間に制御力を発生するアクチュエータと、
前記カウンタマスと前記定盤との相対位置を検出する第1の変位検出手段と、
前記定盤の変位を検出する第2の変位検出手段と、
前記第1の変位検出手段および前記第2の変位検出手段における検出信号に補償演算を施して前記アクチュエータの駆動指令信号を生成する補償演算手段と、を備え、
前記アクチュエータの駆動により、前記定盤と前記防振支持手段とから成る振動系の固有振動に減衰特性を付加することを特徴とする露光装置。 - 前記第1の変位検出手段の出力信号に基づいて、前記カウンタマスの前記定盤に対する相対位置を制御する制御ループを備え、
前記制御ループのバンド幅は、前記定盤と前記防振支持手段とから成る振動系の固有振動数の10倍以上であり、前記定盤の変位検出信号に施す補償得算は、積分補償を含むものであることを特徴とする請求項5に記載の露光装置。 - 前記第2の変位検出手段の代わりに前記定盤の速度を検出する速度検出手段を備え、 前記速度検出手段の検出信号に補償演算を施して得た信号を用いて、前記アクチュエータを駆動し、前記定盤と前記防振支持手段とから成る振動系の固有振動に減衰特性を付加することを特徴とする請求項5に記載の露光装置。
- 前記速度検出手段の検出信号に施す補償演算は2重積分補償演算を含む補償演算であることを特徴とする請求項7に記載の露光装置。
- 前記カウンタマスは、前記ステージ装置の駆動反力で動作することを特徴とする請求項5から8のいずれかに露光装置。
- 請求項1から9のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程と、
露光された前記基板を現像する工程と、
現像された前記基板を加工する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。
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- 2008-09-25 JP JP2008246274A patent/JP2010080624A/ja active Pending
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