JP2017072219A - 振動制御装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】物体の振動の制御に有利な振動制御装置を提供する。【解決手段】減衰係数を有する支持部を介して支持された物体の振動を制御する振動制御装置は、前記物体を駆動する駆動部と、前記物体の振動の情報に基づいて前記駆動部の負フィードバック制御を行う制御部と、を含み、前記制御部は、前記物体の速度の情報に基づいて、前記速度により前記支持部が前記物体に及ぼす力を低減するように、前記駆動部の正フィードバック制御を行う。【選択図】図1
Description
本発明は、振動制御装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法に関する。
パターンを基板に形成するためのリソグラフィ装置では、基台(床)の振動等によるリソグラフィ装置の本体の振動がオーバーレイ精度や、形成されるパターンの解像性能または忠実度等を劣化させる原因となりうる。そのため、リソグラフィ装置では、当該本体が搭載される定盤などの物体の振動を制御するための振動制御装置が用いられうる。
特許文献1には、基台からの振動を受動減衰させる支持部(例えば空気ばね)を介して基台によって支持された物体の振動を低減させる振動低減装置が開示されている。また、当該振動低減装置は、物体を駆動するアクチュエータと、物体の振動を検出するセンサとを含み、当該センサによる検出結果に基づいてアクチュエータの負フィードバック制御を行う。これにより、支持部の固有振動数において、基台から物体に伝わる振動を低減することができる。
上記のような振動制御装置では、支持部の有する減衰係数を考慮しないと、物体の振動を制御する性能が損なわれうる。
そこで、本発明は、物体の振動の制御に有利な振動制御装置を提供することを例示的目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての振動制御装置は、減衰係数を有する支持部を介して支持された物体の振動を制御する振動制御装置であって、前記物体を駆動する駆動部と、前記物体の振動の情報に基づいて前記駆動部の負フィードバック制御を行う制御部と、を含み、前記制御部は、前記物体の速度の情報に基づいて、前記速度により前記支持部が前記物体に及ぼす力を低減するように、前記駆動部の正フィードバック制御を行うことを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
本発明によれば、例えば、物体の振動の制御に有利な振動制御装置を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態の振動制御装置100について説明する。第1実施形態の振動制御装置100は、支持部3を介して基台2(床)によって支持された定盤などの物体1の振動を低減する。第1実施形態では、物体1の鉛直方向(Z方向)における振動を低減する振動制御装置100について説明する。ここで、振動制御装置100は、物体1の鉛直方向における振動を低減する構成と同様の構成を水平方向(X方向およびY方向)にも適用することにより、物体1の水平方向における振動も低減することができる。
本発明の第1実施形態の振動制御装置100について説明する。第1実施形態の振動制御装置100は、支持部3を介して基台2(床)によって支持された定盤などの物体1の振動を低減する。第1実施形態では、物体1の鉛直方向(Z方向)における振動を低減する振動制御装置100について説明する。ここで、振動制御装置100は、物体1の鉛直方向における振動を低減する構成と同様の構成を水平方向(X方向およびY方向)にも適用することにより、物体1の水平方向における振動も低減することができる。
第1実施形態の振動制御装置100は、例えば、基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置の構成要素として用いられ、物体1の上には、リソグラフィ装置の本体またはその一部(基板にパターンを形成する形成部)が搭載されうる。リソグラフィ装置としては、例えば、基板上のインプリント材をモールドにより成形するインプリント装置や、荷電粒子線を用いて基板に描画を行う描画装置、マスクのパターンを基板に投影する投影露光装置などが挙げられる。
図1は、第1実施形態の振動制御装置100の構成を示す概略図である。振動制御装置100は、例えば、振動を低減する対象の物体1と、支持部3と、支持部3を介して物体1を支持する基台2とを含みうる。支持部3は、基台2から物体1に伝わる振動を受動的に減衰させる機能(特性)を有する(例えば空気ばねを含みうる)。即ち、支持部3は、減衰係数を有しうる。また、振動制御装置100は、基台2と物体1との相対位置が変化するように物体1を駆動する駆動部4と、物体1の振動を検出する検出部5(第2検出部)と、制御部6とを含みうる。駆動部4としては、例えば、リニアモータやエアアクチュエータなどが用いられ、検出部5としては、例えば、物体1の加速度を検出するためのサーボ加速度計などが用いられうる。
制御部6は、物体1の振動が低減するように、物体1の振動情報に基づいて駆動部4の負フィードバック制御を行う。例えば、制御部6は、物体1の振動の情報としての物体1の速度の情報(速度情報52)とフィードバックゲインCa(第2ゲイン)とに基づいて、駆動部4に物体1を駆動させるための指令値41(第2指令値)を決定する補償器6aを含みうる。補償器6aは、例えば、検出部5からの信号51(検出部5で検出された物体1の加速度)を積分することにより、物体1の振動の情報としての物体1の速度情報52を得る。そして、得られた速度情報52に対し、フィードバックゲインCaを乗じ、電流ドライバゲインGiで除することにより、駆動部4の指令値41を決定する。このように決定された指令値41は、乗算器8において電流ドライバゲインGiで増幅されて、操作量として駆動部4に供給される。
ここで、補償器6aにおいて指令値41を決定する際、例えば、物体1の速度(速度情報52)と物体1の目標速度との偏差を用いてもよい。第1実施形態の振動制御装置100では、物体1の目標速度を「ゼロ」にしているため、図1では、当該偏差を求める構成の記載を省略している。また、フィードバックゲインCaは、物体1の速度情報52を入力とし、指令値41に電流ドライバゲインGiを乗じた値を出力とする伝達関数である。
次に、基台2から物体1までの振動伝達特性について、図2を参照しながら説明する。図2は、基台2から物体1までの振動伝達特性(シミュレーション結果)を示す図であり、横軸は周波数、および縦軸は基台2から物体1への振動伝達率(ゲイン)である。図2の破線21は、支持部3による振動の受動減衰が行われていない状態での振動伝達特性を示し、図2の破線22は、支持部3による振動の受動減衰が行われている状態での振動伝達特性を示す。また、図2の実線23は、支持部3よる振動の受動減衰が行われ、且つ制御部6による駆動部4の負フィードバック制御が行われている状態での振動伝達特性を示す。
図2を参照すると、支持部3による受動減衰が行われている状態(破線22)では、支持部3による受動減衰が行われていない状態(破線21)に比べ、支持部3の固有振動数における振動伝達率(ゲイン)を低減することができる。しかしながら、固有振動数より高周波数側においては、振動伝達率が増加している。これは、支持部3による受動減衰(支持部3の減衰係数C1)の影響により、支持部3の減衰係数C1が大きいほど、高周波数側における振動伝達率が増加することを示している。また、制御部6による駆動部4の負フィードバック制御を行った場合では、図2の実線23に示すように、支持部3の固有振動数における振動伝達率は更に低減されるものの、高周波数側における振動伝達率は改善されない。
ここで、高周波数側における振動伝達率が増加する理由について説明する。支持部3を介して基台2から物体1に伝わる外乱力Fdは、式(1)によって表されうる。式(1)において、K1は支持部3のばね定数(剛性)、C1は支持部3の減衰係数、X0は基台2の変位を示す。また、基台2の変位X0から外乱力Fdへの伝達関数のボード線図を図3に示す。
式(1)および図3を参照すると、基台2の変位X0に起因して発生する外乱力Fdが、支持部3の減衰係数C1の影響により、K1/C1/2π[Hz]より高周波数側において、20[dB/dec]の傾きで増加することがわかる。これは、当該高周波数側において、基台2の速度に比例した力が、支持部3を介して物体1に伝わっていることを示している。
そこで、第1実施形態の振動制御装置100(制御部6)は、物体1の速度の情報に基づいて、物体1の速度により支持部3が物体1に及ぼす力を低減するように、駆動部4の正フィードバック制御を行う。具体的には、振動制御装置100は、基台2の速度に比例した力が物体1に伝わることを低減するように、基台2と物体1との相対速度の情報に基づいて駆動部4の正フィードバック制御を行う。例えば、振動制御装置100には、図1に示すように、基台2と物体1との間の相対位置を検出する検出部7(第1検出部)が設けられうる。そして、制御部6は、検出部7による検出結果とフィードバックゲインC1fb(第1ゲイン)とに基づいて、駆動部4に物体1を駆動させるための指令値42(第1指令値)を決定する補償器6bを含みうる。
補償器6bは、例えば、検出部7からの信号71(基台2と物体1との相対位置)を微分することにより、物体1の速度の情報、即ち、基台2と物体1との相対速度の情報(相対速度情報72)を得る。そして、得られた相対速度情報72に対し、フィードバックゲインC1fbを乗じ、電流ドライバゲインGiで除することにより、駆動部4の指令値42を決定する。このように決定された指令値42は、補償器6aで決定された指令値41に加算器10で加算された後、乗算器8において電流ドライバゲインGiで増幅されて、操作量として駆動部4に供給される。但し、当該正フィードバック制御は、支持部3の減衰係数C1に基づく利得を有する。具体的には、補償器6bにおけるフィードバックゲインC1fbが、支持部3の減衰係数C1以下の値に設定される。ここで、補償器6bは、検出部7からの信号71(基台2と物体1との間の相対位置)を微分することによって得られた信号におけるノイズ成分(高周波ノイズ)を低減するためのローパスフィルタを含んでもよい。
ここで、補償器6bにおいて指令値42を決定する際、例えば、基台2と物体1との相対速度(相対速度情報72)と、目標相対速度との偏差を用いてもよい。第1実施形態の振動制御装置100では、目標相対速度を「ゼロ」にしているため、図1では、当該偏差を求める構成の記載を省略している。また、フィードバックゲインC1fbは、相対速度情報72を入力とし、指令値42に電流ドライバゲインGiを乗じた値を出力とする伝達関数である。
図4は、制御部6による駆動部4の正フィードバック制御を行った際における、基台2の変位X0から物体1の変位X1への振動伝達を示すブロック線図である。図4に示すように、補償器6bのフィードバックゲインC1fbを支持部3の減衰係数C1とほぼ同じ値に設定すると(C1≒C1fb)、基台2の速度に比例した力が、制御部6による駆動部4の正フィードバック制御によって低減(相殺)されうる。
また、図5は、基台2から物体1までの振動伝達特性を示す図であり、横軸は周波数および縦軸は振動伝達率(ゲイン)である。図5の破線24は、制御部6による駆動部4の正フィードバック制御が行われていない状態での振動伝達特性を示し、図5の実線25は、制御部6による駆動部4の正フィードバック制御が行われている状態での振動伝達特性を示す。図5を参照すると、制御部6による駆動部4の正フィードバック制御を行うことにより、高周波数側における振動伝達率が低減されることがわかる。
このように、第1実施形態の振動制御装置100は、基台2と物体1との相対速度情報72およびフィードバックゲインC1fbに基づいて指令値42を決定し、決定した指令値42に基づいて駆動部4の正フィードバック制御を行う。但し、フィードバックゲインC1fbは、支持部3の減衰係数以下の値に設定される。これにより、高周波数側における振動伝達率を低減することができる。ここで、物体1が低周波数で振動することは、リソグラフィ装置の重ね合わせ精度を低下させる要因となりうる。第1実施形態の振動制御装置100は、検出部7からの信号71(基台2と物体1との相対変位)を1階微分することにより基台2と物体1との相対速度情報72を求めている。この場合、検出部7からの信号71に含まれる低周波ノイズについては微分演算による増幅が抑制されるため、物体1が低周波数で振動することを抑制することができる。
<第2実施形態>
補償器6bを用いた駆動部4の正フィードバック制御を行うと、図5に示すように、高周波数側における振動伝達率を低減することができるが、支持部3の固有振動数における振動伝達率が増加してしまう。これは、支持部3における振動の受動減衰を、補償器6bを用いた駆動部4の正フィードバック制御によって軽減させたからである。そのため、第2実施形態の振動制御装置200では、補償器6aを用いた駆動部4の負フィードバック制御が、支持部3の減衰係数に基づく利得を有するように構成される。具体的には、支持部3の固有振動数において基台2から物体1に伝わる振動が低減するように、補償器6bのフィードバックゲインC1fbに基づいて、補償器6aのフィードバックゲインCa’が設定されている。図6は、第2実施形態の振動制御装置200の構成を示す概略図である。第2実施形態の振動制御装置200では、補償器6aのフィードバックゲインCa’(第2ゲイン)は、式(2)で表される値に設定される。
補償器6bを用いた駆動部4の正フィードバック制御を行うと、図5に示すように、高周波数側における振動伝達率を低減することができるが、支持部3の固有振動数における振動伝達率が増加してしまう。これは、支持部3における振動の受動減衰を、補償器6bを用いた駆動部4の正フィードバック制御によって軽減させたからである。そのため、第2実施形態の振動制御装置200では、補償器6aを用いた駆動部4の負フィードバック制御が、支持部3の減衰係数に基づく利得を有するように構成される。具体的には、支持部3の固有振動数において基台2から物体1に伝わる振動が低減するように、補償器6bのフィードバックゲインC1fbに基づいて、補償器6aのフィードバックゲインCa’が設定されている。図6は、第2実施形態の振動制御装置200の構成を示す概略図である。第2実施形態の振動制御装置200では、補償器6aのフィードバックゲインCa’(第2ゲイン)は、式(2)で表される値に設定される。
このように、第2実施形態に係る補償器6aのフィードバックゲインCa’は、第1実施形態に係る補償器6aのフィードバックゲインCaに補償器6bのフィードバックゲインC1fbを加えた値以上に設定される。これにより、図7に示すように、支持部3の固有振動数における振動伝達率を低下させることができる。図7は、第1実施形態および第2実施形態の振動制御装置における基台2から物体1までの振動伝達特性を示す図である。図7の破線26は、第1実施形態の振動制御装置100における振動伝達特性を示し、図7の実線27は、第2実施形態の振動制御装置200における振動伝達特性を示す。ここで、第2実施形態の振動制御装置200では、補償器6bを用いた駆動部4の正フィードバック制御を開始する前に、補償器6aのフィードバックゲインをCaからCa’に変更するとよい。
<第3実施形態>
第3実施形態の振動制御装置300について、図8を参照しながら説明する。第1実施形態の振動制御装置100では、上述したように、検出部7からの信号71を1階微分することにより基台2と物体1との相対速度情報72を求めているため、検出部7からの信号71に含まれる低周波ノイズの影響を抑制することができる。しかしながら、第1実施形態の振動制御装置100は、検出部7からの信号71に含まれる高周波ノイズの影響を受けるため、高周波数側における振動低減特性を更に向上させることが好ましい。そのため、第3実施形態の振動制御装置300(制御部6)は、基台2の速度の情報(速度情報92)に基づいて駆動部4の負フィードフォワード制御を行う。
第3実施形態の振動制御装置300について、図8を参照しながら説明する。第1実施形態の振動制御装置100では、上述したように、検出部7からの信号71を1階微分することにより基台2と物体1との相対速度情報72を求めているため、検出部7からの信号71に含まれる低周波ノイズの影響を抑制することができる。しかしながら、第1実施形態の振動制御装置100は、検出部7からの信号71に含まれる高周波ノイズの影響を受けるため、高周波数側における振動低減特性を更に向上させることが好ましい。そのため、第3実施形態の振動制御装置300(制御部6)は、基台2の速度の情報(速度情報92)に基づいて駆動部4の負フィードフォワード制御を行う。
図8は、第3実施形態の振動制御装置300を示す概略図である。振動制御装置300には、例えば、基台2の加速度を検出する第3検出部9が設けられうる。そして、制御部6は、第3検出部9による検出結果とフィードフォワードゲインCaff(第3ゲイン)とに基づいて、駆動部4に物体1を駆動させるための第3指令値43を決定する補償器6cを含みうる。補償器6cは、例えば、第3検出部9からの信号91(基台2の加速度)を積分することにより、基台2の速度情報92を得る。そして、得られた速度情報92に対し、フィードフォワードゲインC1ffを乗じ、電流ドライバゲインGiで除することにより、駆動部4の第3指令値43を決定する。このように決定された第3指令値43は、補償器6aで決定された指令値41および補償器6bで決定された指令値42に加算器10で加算された後、乗算器8において電流ドライバゲインGiで増幅されて、操作量として駆動部4に供給される。
ここで、補償器6cにおいて第3指令値43を決定する際、例えば、基台2の速度(速度情報92)と基台2の目標速度との偏差を用いてもよい。第3実施形態の振動制御装置300では、基台2の目標速度を「ゼロ」にしているため、図8では、当該偏差を求める構成の記載を省略している。また、フィードフォワードゲインC1ffは、基台2の速度情報92を入力とし、第3指令値43に電流ドライバゲインGiを乗じた値を出力とする伝達関数である。
このように、第3実施形態の振動制御装置300は、第3検出部9からの信号91を1階積分することにより基台2の速度情報92を求めている。そのため、第3検出部9からの信号91に含まれる高周波ノイズの影響を抑制し、高周波数側における振動低減特性を向上させることができる。ここで、第3制御部12は、第3検出部9からの信号91(基台2の加速度)を積分することによって得られた信号におけるノイズ成分(低周波ノイズ)を低減するためのハイパスフィルタを含んでもよい。
<物品の製造方法の実施形態>
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、上記の振動制御装置を含むリソグラフィ装置(露光装置やインプリント装置、描画装置など)を用いて基板にパターンを形成する工程と、かかる工程でパターンが形成された基板を処理する(加工する)工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、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。
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、上記の振動制御装置を含むリソグラフィ装置(露光装置やインプリント装置、描画装置など)を用いて基板にパターンを形成する工程と、かかる工程でパターンが形成された基板を処理する(加工する)工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、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。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
1:物体、2:基台、3:支持部、4:駆動部、5:第2検出部、6:制御部、6a〜6c:補償器、7:第1検出部、9:第3検出部、100:振動制御装置
Claims (12)
- 減衰係数を有する支持部を介して支持された物体の振動を制御する振動制御装置であって、
前記物体を駆動する駆動部と、
前記物体の振動の情報に基づいて前記駆動部の負フィードバック制御を行う制御部と、
を含み、
前記制御部は、前記物体の速度の情報に基づいて、前記速度により前記支持部が前記物体に及ぼす力を低減するように、前記駆動部の正フィードバック制御を行うことを特徴とする振動制御装置。 - 前記支持部を支持する基台と前記物体との間の相対位置を検出する第1検出部を含み、
前記制御部は、前記第1検出部で検出された前記相対位置を微分することにより前記速度の情報を得ることを特徴とする請求項1に記載の振動制御装置。 - 前記制御部は、前記微分により得られた信号におけるノイズ成分を低減するためのローパスフィルタを含むことを特徴とする請求項2に記載の振動制御装置。
- 前記物体の加速度を検出する第2検出部を含み、
前記制御部は、前記第2検出部で検出された前記加速度を積分することにより前記振動の情報を得ることを特徴とする請求項1ないし請求項3のうちいずれか1項に記載の振動制御装置。 - 前記正フィードバック制御は、前記減衰係数に基づく利得を有することを特徴とする請求項1ないし請求項4のうちいずれか1項に記載の振動制御装置。
- 前記負フィードバック制御は、前記減衰係数に基づく利得を有することを特徴とする請求項5に記載の振動制御装置。
- 前記制御部は、前記支持部を支持する基台の速度の情報に基づいて前記駆動部の負フィードフォワード制御を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項6のうちいずれか1項に記載の振動制御装置。
- 前記基台の加速度を検出する第3検出部を含み、
前記制御部は、前記第3検出部で検出された前記加速度を積分することにより前記基台の速度の情報を得ることを特徴とする請求項7に記載の振動制御装置。 - 前記制御部は、前記積分により得られた信号におけるノイズ成分を低減するためのハイパスフィルタを含むことを特徴とする請求項8に記載の振動制御装置。
- 前記支持部は、空気ばねを含むことを特徴とする請求項1ないし請求項9のうちいずれか1項に記載の振動制御装置。
- リソグラフィ装置であって、
パターンを基板に形成する形成部と、
前記形成部を支持する、減衰係数を有する支持部と、
前記形成部の振動を制御する請求項1ないし請求項10のうちいずれか1項に記載の振動制御装置と、
を含むことを特徴とするリソグラフィ装置。 - 請求項11に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。
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