JP3707575B2 - 除振装置及び露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、除振装置及び露光装置に係り、更に詳しくは、除振台の振動を打ち消すようにアクチュエータにより除振台を駆動する、いわゆるアクティブ方式の除振装置及びこの除振装置を備えた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置、即ちいわゆるステッパ等の精密機器の高精度化に伴い、設置床から定盤（除振台）に作用する微振動をマイクロＧレベルで絶縁する必要が生じている。除振装置の除振台を支持する除振パッドとしてはダンピング液中に圧縮コイルバネを入れた機械式ダンパや空気式ダンパ等種々のものが使用され、除振パッド自体がある程度のセンタリング機能を備えている。特に、空気式ダンパを備えた空気バネ除振装置はバネ定数を小さく設定でき、約１０Ｈｚ以上の振動を絶縁することから、精密機器の支持に広く用いられている。また、最近では従来のパッシブ除振装置の限界を打破するために、アクティブ除振装置が提案されている。これは、除振台の振動をセンサで検出し、このセンサの出力に基づいてアクチュエータを駆動することにより振動制御を行う除振装置であり、低周波制御帯域に共振ピークの無い理想的な振動絶縁効果を持たせることができるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ステッパ等では、大きな加減速を行うＸＹステージ（ウエハステージ）が除振パッドに保持された定盤上に搭載されており、ＸＹステージが移動する際、その加減速時に伴う反力が露光装置本体を加振する。アクティブ除振装置では、ステージ加減速時に伴う反力と同じ大きさで、逆向きの力すなわちカウンターフォースをフィードフォワードで入力している。この場合、露光装置本体には６個の加速度計が取り付けられ、これらの加速度計により６自由度の運動を計測している。ステージ加減速時にカウンターフォースを与えるとき、露光装置本体の機械共振を励起し、この振動数で本体を加振してしまう恐れがあり、特にスキャン型の露光装置ではこれにより露光時の同期精度が悪化する恐れがあるという不都合があった。
【０００４】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その目的は装置本体を機械共振により加振することがなく、外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができる除振装置及びこれを備えた露光装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、少なくとも３個の除振パッドを介して水平に保持された除振台と；前記除振台上で移動する少なくとも一つのステージと；前記除振台を異なる箇所で鉛直方向に駆動する少なくとも３つのアクチュエータを含む複数のアクチュエータと；前記除振台の変位を検出する１又は２以上の変位センサと；前記除振台の振動を検出する１又は２以上の振動センサと；前記変位センサ及び振動センサの出力に基づいて前記除振台の振動を抑制するように前記各アクチュエータを駆動制御する振動制御系と；前記各ステージの移動位置を計測する位置計測手段と；前記ステージの加減速に伴う反力による前記除振台を含む装置本体の加振を防ぐため、その反力と逆向きの力であるカウンターフォースの指令値を前記振動制御系にフィードフォワード入力する振動補償系とを備え、
前記振動補償系は、前記装置本体の機械共振周波数成分を除去して前記カウンターフォースの指令値を前記振動制御系にフィードフォワード入力することを特徴とする。
【０００６】
これによれば、ステージの移動により装置本体が振動すると、この振動が加速度センサで検出され、また、この振動に伴う装置本体の変位が変位センサで検出される。また、ステージの移動位置は位置計測手段により計測される。このステージの移動時における加減速時には、振動補償系ではステージ加減速に伴う反力による除振台を含む装置本体の加振を防ぐため、その反力と逆向きの力であるカウンターフォースの指令値であって装置本体の機械共振周波数成分を除去した値を振動制御系にフィードフォワード入力する。
【０００７】
振動制御系では変位センサ、振動センサの出力、及びフィードフォワード入力された指令値に基づいて除振台の振動を抑制するように各アクチュエータを駆動制御する。これにより、除振台の振動が効果的に抑制されると共にフィードフォワード入力された指令値に基づいて発生されたカウンターフォースによりステージの加減速に伴う反力の影響がキャンセルされ、また、装置本体の機械共振を励起することもない。従って、装置本体を加振することなく、外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板ステージ上の感光基板に転写する露光装置であって、前記請求項１に記載の除振装置を露光装置本体の除振装置として具備することを特徴とする。
【０００９】
これによれば、除振装置により、露光装置本体を加振することなく、露光装置本体に対する外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができるので、結果的にステージの制御性が向上し、例えば走査型露光装置の場合は、走査露光時のマスクステージと基板ステージとの同期精度の向上、同期整定時間の短縮が可能となり、また、例えば一括露光型の露光装置の場合は、基板ステージの位置決め精度の向上、位置決め整定時間の短縮が可能となり、いずれにしても露光精度の向上、スループットの向上を図ることが可能となる。
請求項３に記載の発明は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板ステージ上の感光基板に転写する露光装置であって、前記基板ステージを移動可能に支持する装置本体と、前記装置本体を駆動する複数のアクチュエータと、前記装置本体の機械共振周波数成分を除去して前記複数のアクチュエータを駆動制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。これによれば、基板ステージの位置決め精度が向上し、露光精度の向上およびスループットの向上を図ることが可能となる。
請求項４に記載の発明は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板に転写する露光装置であって、前記マスクを保持するマスクステージと、前記マスクステージを移動可能に支持する装置本体と、前記装置本体を駆動する複数のアクチュエータと、前記装置本体の機械共振周波数成分を除去して前記複数のアクチュエータを駆動制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。これによれば、マスクステージの位置決め精度が向上し、露光精度の向上およびスループットの向上を図ることが可能となる。
請求項５に記載の発明は、前記制御装置が前記複数のアクチュエータを駆動制御する振動制御系と、前記機械共振周波数成分を除去する振動補償系とを備え、前記振動補償系の出力が前記振動制御系にフィードフォワード入力されることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記振動制御系が前記装置本体の加速度を検出する加速度センサの出力に基づいて前記複数のアクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、前記振動制御系が前記基板ステージの位置を検出するレーザ干渉計の出力に基づいて前記装置本体の振動を予測することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、前記振動制御系が前記マスクステージの位置を検出するレーザ干渉計の出力に基づいて前記装置本体の振動を予測することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、前記複数のアクチュエータが前記装置本体を鉛直方向に沿って駆動することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、前記複数のアクチュエータは前記装置本体を鉛直方向と直交する方向に駆動することを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、前記装置本体は前記投影光学系を支持することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、制御装置がデジタルフィルタを有していることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１ないし図３に基づいて説明する。
【００１１】
図１には、一実施形態に係るステップ・アンド・スキャン型の露光装置１００の概略斜視図が示されている。この図１において、設置面としての床上に長方形板状の台座２が設置され、この台座２上に除振パッド４Ａ〜４Ｄ（但し、図１では紙面奥側の除振パッド４Ｄは図示せず）が設置され、これらの除振パッド４Ａ〜４Ｄ上に除振台としての長方形状の定盤６が設置されている。ここで、後述するように本実施形態の露光装置１００では投影光学系ＰＬが使用されているため、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に直交する平面内で定盤６の長手方向にＹ軸を、これに直交する方向にＸ軸を取る。また、それぞれの軸回りの回転方向をＺθ、Ｙθ、Ｘθ方向と定める。なお、以下の説明において、必要に応じ、図１中のＸ、Ｙ、Ｚ軸を示す各矢印の示す方向を＋Ｘ、＋Ｙ、＋Ｚ方向、これと反対の方向を−Ｘ、−Ｙ、−Ｚ方向と区別して用いるものとする。
【００１２】
除振パッド４Ａ〜４Ｄは、それぞれ定盤６の長方形の底面の４個の頂点付近に配置されている。本実施形態の露光装置１００では、除振パッド４Ａ〜４Ｄとして空気式ダンパが使用され、空気の圧力により除振パッド４Ａ〜４Ｄの高さを調整できるため、その空気式ダンパは上下動機構の役目をも兼ねている。勿論、上下動機構を別に設けてダンピング液中に圧縮コイルばねを入れた機械式ダンパ等を除振パッドとして使用してもよい。
【００１３】
台座２と定盤６との間に除振パッド４Ａと並列にアクチュエータ７Ａが設置されている。アクチュエータ７Ａは、台座２上に固定された発磁体より成る固定子９Ａと定盤６の底面に固定されたコイルを含む可動子８Ａとから構成され、制御装置１１（図１では図示省略、図２参照）からの指示に応じて台座２から定盤６の底面に対するＺ方向の付勢力、又は定盤６の底面から台座２に向かう吸引力を発生する。他の除振パッド４Ｂ〜４Ｄにおいても、除振パッド４Ａと同様にそれぞれ並列にアクチュエータ７Ｂ〜７Ｄが設置され（但し、図１では紙面奥側のアクチュエータ７Ｃ、７Ｄは図示せず）、これらのアクチュエータ７Ｂ〜７Ｄの付勢力又は吸引力もそれぞれ制御装置１１（図１では図示省略、図２参照）により設定される。アクチュエータ７Ａ〜７Ｄの制御方法については、後述する。
【００１４】
定盤６の＋Ｘ方向側の側面には、定盤６のＺ方向加速度を検出する振動センサとしての加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 が取り付けられている。また、定盤６上面の＋Ｘ方向端部には定盤６のＸ方向加速度を検出する振動センサとしての加速度センサ５Ｘ1 、５Ｘ2 が取り付けられ、定盤６上面の＋Ｙ方向端部には定盤６のＹ方向加速度を検出する振動センサとしての加速度センサ５Ｙが取り付けられている。これらの加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 、５Ｘ1 、５Ｘ2 、５Ｙとしては、例えば半導体式加速度センサが使用される。これらの加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 、５Ｘ1 、５Ｘ2 、５Ｙの出力も制御装置１１（図１では図示省略、図２参照）に供給されている。
【００１５】
また、定盤６の＋Ｘ方向側の側面には、所定面積の矩形の金属板（導電性材料）２３1 、２３2 が貼り付けられている。本実施例では、定盤６として非導電性材料であるセラミックス製の定盤が使用されており、金属板２３1 、２３2 に対向する位置に定盤のＸ方向変位を検出する変位センサ１０Ｘ1 、１０Ｘ2 （図１では図面の錯綜をさけるため図示省略、図２参照）が設けられている。これらの変位センサ１０Ｘ1 、１０Ｘ2 としては、例えば、渦電流変位センサが使用される。この渦電流変位センサによれば、予め絶縁体に巻いたコイルに交流電圧を加えておき、導電性材料（導電体）から成る測定対象に近づけると、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し、この渦電流によって発生する磁界は、コイルの電流によって作られた磁界と逆方向であり、これら２つの磁界が重なり合って、コイルの出力に影響を与え、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、対象がコイルに近いほど大きくなり、逆に遠いほど小さくなるので、コイルから電気信号を取り出すことにより、対象の位置、変位を知る事ができる。この他、変位センサとして、静電容量がセンサの電極と測定対象物間の距離に反比例することを利用して非接触でセンサと測定対象物間の距離を検出する静電容量式非接触変位センサを使用しても良い。なお、背景光の影響を阻止できる構成にすれば、変位センサとしてＰＳＤ（半導体光位置検出器）を使用することも可能である。
【００１６】
また、定盤６上面の＋Ｘ方向端部には所定面積の金属板２３3 、２３4 が貼り付けられている。これらの金属板２３3 、２３4 に対向して定盤６のＺ方向変位を検出する渦電流変位センサから成る変位センサ１０Ｚ1 、１０Ｚ2 （図１では図示省略、図２参照）が設けられている。さらに、定盤６上面の＋Ｙ方向の側面には所定面積の金属板２３5 が貼り付けられ、この金属板２３5 に対向して定盤６のｙ方向変位を検出する渦電流変位センサから成る変位センサ１０Ｙ（図１では図示省略、図２参照）が設けられている。変位センサ１０Ｘ1 、１０Ｘ2 、１０Ｚ1 、１０Ｚ2 、１０Ｙの出力も制御装置１１（図１では図示省略、図２参照）に供給されている。
【００１７】
定盤６上には図示しない駆動手段によってＸＹ２次元方向に駆動される基板ステージとしてのウエハステージ２０が載置されている。このウエハステージ２０は、定盤６上をＹ軸方向に移動するウエハＹ軸ステージ（以下、「ＷＹステージ」という）２０Ｙと、このＷＹステージ２０Ｙ上をＸ軸方向に移動するウエハＸ軸ステージ（以下、「ＷＸステージ」という）２０Ｘとから構成されている。更に、このＷＸステージ２０Ｘ上にＺレベリングステージ、θステージ（いずれも図示省略）及びウエハホルダ２１を介して感光基板としてのウエハＷが吸着保持されている。また、定盤６上でウエハステージ２０を囲むように第１コラム２４が植設され、第１コラム２４の上板の中央部に投影光学系ＰＬが固定され、第１コラム２４の上板に投影光学系ＰＬを囲むように第２コラム２６が植設され、第２コラム２６の上板の中央部にレチクルステージ２７を介してマスクとしてのレチクルＲが載置されている。
【００１８】
ＷＹステージ２０Ｙの移動によるＷＸステージ２０ＸのＹ方向の移動位置は、位置計測手段としてのＹ軸用レーザ干渉計３０Ｙによって計測され、ＷＸステージ２０ＸのＸ方向の移動位置は、位置計測手段としてのＸ軸用レーザ干渉計３０Ｘによって計測されるようになっており、これらのレーザ干渉計３０Ｙ、３０Ｘの出力は制御装置１１（図２参照）及び図示しない主制御装置に入力されている。Ｚレベリングステージは、Ｚ軸方向の駆動及びＺ軸に対する傾斜が調整可能に構成され、θステージはＺ軸回りの微小回転が可能に構成されている。従って、ウエハステージ２０、Ｚレベリングステージ及びθステージによって、ウエハＷは３次元的に位置決めが可能となっている。
【００１９】
レチクルステージ２７は、レチクルＲのＸ軸方向の微調整、及び回転角の調整が可能に構成されている。また、このレチクルステージ２７は、図示しない駆動手段によってＹ方向に駆動されるようになっており、このレチクルステージ２７のＹ方向位置は位置計測手段としてのレチクルレーザ干渉計３０Ｒによって計測され、このレチクルレーザ干渉計３０Ｒの出力も制御装置１１（図２参照）及び図示しない主制御装置に入力されている。
【００２０】
更に、レチクルＲの上方には、図示しない照明光学系が配置され、図示しない主制御装置ではレチクルＲ及びウエハＷの相対位置合わせ（アライメント）及び図示しない焦点検出系によるオートフォーカスを行ないつつ、照明光学系からの露光用の照明光ＥＬの下で、レチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬを介した像をウエハＷの各ショット領域に順次露光するようになっている。本実施例では、各ショット領域の露光に際しては主制御装置によりウエハステージ２０とレチクルステージ２７とがそれぞれの駆動手段を介してＹ軸方向（走査方向）に沿って所定の速度比で相対走査される。
【００２１】
第１コラム２４は、４本の脚部２４ａ〜２４ｄ（但し、図１では紙面奥側の脚部２４ｄは図示せず）により定盤６上に接触している。脚部２４ｂの＋Ｙ方向の側面には、第１コラム２４のＺ方向の加速度を検出する加速度センサ５Ｚ3 が取り付けられている。この加速度センサ５Ｚ3 としては、例えばピエゾ抵抗効果型あるいは静電容量型の半導体式加速度センサが使用される。この加速度センサ５Ｚ3 の出力も制御装置１１（図１では図示省略、図２参照）に入力されている。また、第１コラム２４の上板上面の＋Ｙ方向端部でかつ＋Ｘ方向端部となるコーナーの部分には、所定面積の金属板２３6 が貼り付けられている。この金属板２３6 に対向して第１コラム２４のＺ方向変位を検出する渦電流変位センサから成る変位センサ１０Ｚ3 （図１では図示省略、図２参照）が設けられている。
【００２２】
更に、第１コラム２４の−Ｙ方向の側面に可動軸３５Ａが埋め込まれ、可動軸３５Ａと床上に固定された図示しない支柱との間にアクチュエータ３２Ａが取り付けられている。アクチュエータ３２Ａは、アクチュエータ７Ａと同様に、図示しない支柱に固定された発磁体よりなる固定子３４Ａと、可動軸３５Ａに取り付けられたコイルを含む可動子３３Ａとから構成され、制御装置１１から可動子３３Ａ内のコイルに流れる電流を調整することにより、可動軸３５Ａに対して±Ｘ方向に力を与えることができる。同様に、第１コラム２４の＋Ｙ方向の側面に可動軸３５Ｂが埋め込まれ、可動軸３５Ｂと床上に固定された図示しない支柱との間に、アクチュエータ３２Ａと同一構成のアクチュエータ３２Ｂが取り付けられ、制御装置１１からの指示により可動軸３５Ｂに対して±Ｘ方向に力を与えることができるようになっている。また、第１コラム２４の＋Ｙ方向の側面の中央部と床上の図示しない支柱との間に、アクチュエータ３２Ａと同一構成のアクチュエータ３２Ｃが設置され、制御装置１１からの指示によりアクチュエータ３２Ｃを介して第１コラム２４に対して±Ｙ方向に力を与えることができる。制御装置１１による、アクチュエータ３２Ａ〜３２Ｃの制御方法についても後述する。
【００２３】
ここで、露光装置１００の設置時の定盤６の高さ及び水平レベルの調整について簡単に説明すると、変位センサ１０Ｚ1 、１０Ｚ2 、１０Ｚ3 で計測された定盤６のＺ方向変位（高さ）が図示しない除振パッド４Ａ〜４Ｄの制御系（図示省略）に伝えられ、これらのデータを基に除振パッド４Ａ〜４Ｄの制御系は、定盤６の高さを予め設定されている値にすると共に水平レベルを維持するための各除振パッド４Ａ〜４Ｄの高さを算出する。その後、この制御系は、除振パッド４Ａ〜４Ｄの高さをそれぞれその算出された高さに設定する。その後、除振パッド４Ａ〜４Ｄの高さはそれぞれその設定値に維持される。これにより、定盤６に歪みが生ずることがなく、定盤６上のウエハステージ２０の位置決め精度等が高精度に維持される。
【００２４】
本実施例では、定盤６、ウエハステージ２０、ウエハホルダ２１、第１コラム２４、投影光学系ＰＬ、第２コラム２６、及びレチクルステージ２７等により振動制御の対象となる装置本体としての露光装置本体４０（図２参照）が構成されている。
【００２５】
次に、この露光装置本体４０の除振のためのアクチュエータ７Ａ〜７Ｄ、３２Ａ〜３２Ｃの制御系について、制御装置１１を中心に、図３のブロック図に基づいて説明する。
【００２６】
制御装置１１は、変位センサ１０Ｚ1 、１０Ｚ2 、１０Ｚ3 、１０Ｘ1 、１０Ｘ2 、１０Ｙ及び加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 、５Ｚ3 、５Ｘ1 、５Ｘ2 、５Ｙの出力に基づいて定盤６を含む露光装置本体４０の振動を抑制するようにアクチュエータ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを駆動制御する振動制御系と、ウエハステージ２０、レチクルステージ２７の移動時、例えばスキャン露光のためのウエハステージ２０、レチクルステージ２７の走査時の重心位置の移動により生じる露光装置本体４０の加振量を干渉計３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｒの出力に基づいて予め計算により予測しておき、ステージ加減速に伴い露光装置本体４０に作用する反力に対する最適なカウンターフォースの指令値を振動制御系にフィードフォワード入力する振動補償系とを有する。
【００２７】
これを更に詳述すると、振動制御系は、変位センサ１０Ｚ1 、１０Ｚ2 、１０Ｚ3 、１０Ｘ1 、１０Ｘ2 、１０Ｙの出力を図示しないＡ／Ｄコンンバータをそれぞれ介して入力し、露光装置本体４０の重心Ｇの６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｘθ、Ｙθ、Ｚθ：図１参照）の変位量（ｘ、ｙ、ｚ、θx 、θy 、θz ）に変換する第１の座標変換部４２と、この第１の座標変換部４２で変換後の重心の６自由度方向の変位量（ｘ、ｙ、ｚ、θx 、θy 、θz ）を目標値出力部４４から入力される６自由度方向の重心位置の目標値（ｘ0 、ｙ0 、ｚ0 、θx0 、θy0 、θz0）からそれぞれ減じて６自由度のそれぞれの方向の位置偏差（Δｘ＝ｘ0 −ｘ、Δｙ＝ｙ0 −ｙ、Δｚ＝ｚ0 −ｚ、Δθx ＝θx0−θx 、Δθy ＝θy0−θy 、Δθz ＝θz0−θz ）をそれぞれ算出する６つの減算器４６ａ〜４６ｆと、６自由度のそれぞれの方向の位置偏差Δｘ、Δｙ、Δｚ、Δθx 、Δθy 、Δθz を動作信号として制御動作を行なうＰＩコントローラから成る６自由度のそれぞれの方向の位置コントローラＸＰＩ、ＹＰＩ、ＺＰＩ、ＸθＰＩ、ＹθＰＩ、ＺθＰＩと、加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 、５Ｚ3 、５Ｘ1 、５Ｘ2 、５Ｙの出力を図示しないＡ／Ｄコンバータをそれぞれ介して入力し、重心Ｇの６自由度方向の加速度（ｘ”、ｙ”、ｚ”、θx ”、θy ”、θz ”）に変換する第２の座標変換部４８と、この第２の座標変換部４８で変換後の重心Ｇの６自由度方向の加速度ｘ”、ｙ”、ｚ”、θx ”、θy ”、θz ”をそれぞれ積分してそれぞれの方向の重心Ｇの速度ｘ’、ｙ’、ｚ’、θx ’、θy ’、θz ’に変換する６つの積分器５０ａ〜５０ｆと、位置コントローラＸＰＩ、ＹＰＩ、ＺＰＩ、ＸθＰＩ、ＹθＰＩ、ＺθＰＩの出力を速度指令値ｘ0 ’、ｙ0 ’、ｚ0 ’、θx0’、θy0’、θz0’にそれぞれ変換する速度変換ゲイン５２ａ〜５２ｆと、この変換後の速度指令値ｘ0 ’、ｙ0 ’、ｚ0 ’、θx0’、θy0’、θz0’から積分器５０ａ〜５０ｆの出力ｘ’、ｙ’、ｚ’、θx ’、θy ’、θz ’をそれぞれ減じて６自由度方向のそれぞれの方向の速度偏差（Δｘ’＝ｘ0 ’−ｘ’、Δｙ’＝ｙ0 ’−ｙ’、Δｚ’＝ｚ0 ’−ｚ’、Δθx ’＝θx0’−θx ’、Δθy ’＝θy0’−θy ’、Δθz ’＝θz0’−θz ’）を算出する６つの減算器５４ａ〜５４ｆと、６自由度のそれぞれの方向の速度偏差Δｘ’、Δｙ’、Δｚ’、Δθx ’、Δθy ’、Δθz ’を動作信号として制御動作を行なうＰＩコントローラから成る６自由度のそれぞれの方向の速度コントローラＶＸＰＩ、ＶＹＰＩ、ＶＺＰＩ、ＶＸθＰＩ、ＶＹθＰＩ、ＶＺθＰＩと、これらのコントローラで演算された６自由度のそれぞれの方向の速度制御量を各アクチュエータの位置で発生すべき速度指令値に変換するための非干渉化演算を行なう非干渉化計算部５６と、この非干渉化計算部５６で変換後の各アクチュエータの位置で発生すべき速度指令値を各アクチュエータで発生すべき推力にそれぞれ変換する推力ゲイン５８ａ〜５８ｇとを有する。
【００２８】
即ち、本実施例の振動制御系は、変位センサ、位置コントローラ等を含んで構成される位置制御ループの内側に、その内部ループとして加速度センサ、積分器、速度コントローラ等を含んで構成される速度制御ループを有する多重ループ制御系となっている。
【００２９】
また、振動補償系は、レーザ干渉計３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｒの計測値をモニタし、このときのウエハステージ２０、レチクルステージ２７の移動（各ステージ位置の変動）により生じる露光装置本体４０の加振量（各ステージの移動により生じる反力）を演算により予測し、この予測結果に基づいて露光装置本体４０の振動を抑制するのに最適な６自由度の各方向のカウンターフォースの指令値を演算し、装置本体の重心位置Ｇと各ステージの位置関係に応じて定まるそれぞれの方向のゲインｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋ4 、ｋ5 、ｋ6 を掛けて、６自由度方向の速度コントローラＶＸＰＩ、ＶＹＰＩ、ＶＺＰＩ、ＶＸθＰＩ、ＶＹθＰＩ、ＶＺθＰＩの出力段にそれぞれ設けられた６つの加算器６０1 、６０2 、６０3 、６０4 、６０5 、６０6 を介して振動制御系にフィードフォワード入力するカウンターフォース演算部６６と、前記６つの加算器６０1 、６０2 、６０3 、６０4 、６０5 、６０6 の出力段にそれぞれ設けられたデジタルフィルタＧx 、Ｇy 、Ｇz 、Ｇθx 、Ｇθy 、Ｇθz とを含んで構成されている。これらのデジタルフィルタＧx 、Ｇy 、Ｇz 、Ｇθx 、Ｇθy 、Ｇθz は、加算器６０1 、６０2 、６０3 、６０4 、６０5 、６０6 を介して非干渉化計算部５６に入力されるカウンターフォースの指令値に露光装置本体４０の機械共振周波数成分が含まれている場合にこれを除去する。
【００３０】
ここで、上記デジタルフィルタの意義を図３を用いて簡単に説明する。図３には、ステージ加速時の露光装置本体の振動のシミュレーション結果の一例が示されている。この図３において、破線はフィルタ無しの場合、実線はフィルタ有りの場合をそれぞれ示す。この図より明らかなように、実線（フィルタ有り）の方が破線（フィルタ無し）に比べて本体振動が小さいことがわかる。これは、カウンターフォースに本体の機械共振周波数と同じ周波数成分が含まれていてもデジタルフィルタを用いることにより、本体を加振すること無く、ステージ加減速時のカウンターフォースの指令値を、より効果的に与えることができることを意味する。
【００３１】
なお、デジタルフィルタＧx 、Ｇy 、Ｇz 、Ｇθx 、Ｇθy 、Ｇθz は、図２の位置に限らず、加算器６０1 、６０2 、６０3 、６０4 、６０5 、６０6 とカウンターフォース演算部６６との間に、それぞれ設けても良い。
【００３２】
以上のようにして構成された本実施形態の露光装置１００によれば、例えば、スキャン露光の際に、ウエハステージ２０、レチクルステージ２７がＹ軸方向に沿って走査され、このステージの移動により露光装置本体４０が振動すると、変位センサ１０Ｚ1 、１０Ｚ2 、１０Ｚ3 、１０Ｘ1 、１０Ｘ2 、１０Ｙ、加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 、５Ｚ3 、５Ｘ1 、５Ｘ2 、５Ｙの出力に基づいて制御装置１１の振動制御系によりアクチュエータ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが駆動され、露光装置本体４０の振動が効果的に抑制される。この場合において、ステージ加減速時のカウンターフォースを与えるとき、そのカウンターフォースの指令値が露光装置本体４０の機械共振を励起させないような特性を有するフィルタを介して非干渉化計算部５６に与えられるので、最終的にアクチュエータでは露光装置本体４０の機械共振を励起することのないカウンターフォースを発生する。従って、本実施形態の装置１００では、露光装置本体４０を加振することなく、外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができる。従って、本実施形態の露光装置１００によると、ステージの制御性が向上し、走査露光時のレチクルステージ２７とウエハステージ２０との同期精度の向上、同期整定時間の短縮が可能となり、露光精度の向上、スループットの向上を図ることができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では本発明に係る除振装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置に適用される場合を例示したが、本発明の除振装置はステッパ方式の投影露光装置であっても定盤上をステージが移動するものであるから好適に適用できるものである。
【００３４】
また、上記実施例では、７つのアクチュエータを用いて露光装置本体の６自由度方向の揺れを抑制する場合について例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、定盤（除振台）の傾斜補正を考慮すれば、アクチュエータとしては、Ｚ方向のアクチュエータが少なくとも３つあれば良い。
【００３５】
さらに、ステージ加減速時のカウンターフォースを与えるとき、そのカウンターフォースの指令値として装置本体の機械共振周波数成分を含まないカウンターフォースの指令値を用いて、装置本体に生ずる反力の影響を相殺するようにアクチュエータをフィードフォワード制御するという本発明の解決原理は、装置本体の６自由度方向の揺れを阻止する場合にのみ適用されるものではない。例えば、ステージが装置本体の重心位置上を移動するように構成されている場合には、ステージが移動しても装置本体は必ずしも６自由度方向に揺動しないが、かかる場合であっても本発明の解決原理は、有効に機能することは明かだからである。かかる意味から、変位センサ、加速度センサ（振動センサ）の数も６つに限られるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、装置本体を加振することなく、外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができるという従来にない優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る投影露光装置を示す斜視図である。
【図２】アクチュエータの制御系の構成を示す制御ブロック図である。
【図３】ステージ加速時の露光装置本体の振動のシミュレーション結果の一例を示す線図である。
【符号の説明】
４Ａ〜４Ｃ 除振パッド
５Ｚ1 〜５Ｚ3 ，５Ｘ1 ，５Ｘ2 ，５Ｙ 加速度センサ（振動センサ）
６ 定盤（除振台）
７Ａ〜７Ｄ，３２Ａ〜３２Ｃ アクチュエータ
１０Ｚ1 〜１０Ｚ3 ，１０Ｘ1 ，１０Ｘ2 ，１０Ｙ 変位センサ
１１ 制御装置（振動制御系）
２０ ウエハステージ（基板ステージ）
２７ レチクルステージ
３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｒ レーザ干渉計（位置計測手段）
４０ 露光装置本体
６６ カウンターフォース演算部（振動補償系の一部）
１００ 露光装置
Ｒ レチクル（マスク）
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウエハ（感光基板）
Ｇx 、Ｇy 、Ｇz 、Ｇθx 、Ｇθy 、Ｇθz デジタルフィルタ（振動補償系の一部）
【発明の属する技術分野】
本発明は、除振装置及び露光装置に係り、更に詳しくは、除振台の振動を打ち消すようにアクチュエータにより除振台を駆動する、いわゆるアクティブ方式の除振装置及びこの除振装置を備えた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置、即ちいわゆるステッパ等の精密機器の高精度化に伴い、設置床から定盤（除振台）に作用する微振動をマイクロＧレベルで絶縁する必要が生じている。除振装置の除振台を支持する除振パッドとしてはダンピング液中に圧縮コイルバネを入れた機械式ダンパや空気式ダンパ等種々のものが使用され、除振パッド自体がある程度のセンタリング機能を備えている。特に、空気式ダンパを備えた空気バネ除振装置はバネ定数を小さく設定でき、約１０Ｈｚ以上の振動を絶縁することから、精密機器の支持に広く用いられている。また、最近では従来のパッシブ除振装置の限界を打破するために、アクティブ除振装置が提案されている。これは、除振台の振動をセンサで検出し、このセンサの出力に基づいてアクチュエータを駆動することにより振動制御を行う除振装置であり、低周波制御帯域に共振ピークの無い理想的な振動絶縁効果を持たせることができるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ステッパ等では、大きな加減速を行うＸＹステージ（ウエハステージ）が除振パッドに保持された定盤上に搭載されており、ＸＹステージが移動する際、その加減速時に伴う反力が露光装置本体を加振する。アクティブ除振装置では、ステージ加減速時に伴う反力と同じ大きさで、逆向きの力すなわちカウンターフォースをフィードフォワードで入力している。この場合、露光装置本体には６個の加速度計が取り付けられ、これらの加速度計により６自由度の運動を計測している。ステージ加減速時にカウンターフォースを与えるとき、露光装置本体の機械共振を励起し、この振動数で本体を加振してしまう恐れがあり、特にスキャン型の露光装置ではこれにより露光時の同期精度が悪化する恐れがあるという不都合があった。
【０００４】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その目的は装置本体を機械共振により加振することがなく、外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができる除振装置及びこれを備えた露光装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、少なくとも３個の除振パッドを介して水平に保持された除振台と；前記除振台上で移動する少なくとも一つのステージと；前記除振台を異なる箇所で鉛直方向に駆動する少なくとも３つのアクチュエータを含む複数のアクチュエータと；前記除振台の変位を検出する１又は２以上の変位センサと；前記除振台の振動を検出する１又は２以上の振動センサと；前記変位センサ及び振動センサの出力に基づいて前記除振台の振動を抑制するように前記各アクチュエータを駆動制御する振動制御系と；前記各ステージの移動位置を計測する位置計測手段と；前記ステージの加減速に伴う反力による前記除振台を含む装置本体の加振を防ぐため、その反力と逆向きの力であるカウンターフォースの指令値を前記振動制御系にフィードフォワード入力する振動補償系とを備え、
前記振動補償系は、前記装置本体の機械共振周波数成分を除去して前記カウンターフォースの指令値を前記振動制御系にフィードフォワード入力することを特徴とする。
【０００６】
これによれば、ステージの移動により装置本体が振動すると、この振動が加速度センサで検出され、また、この振動に伴う装置本体の変位が変位センサで検出される。また、ステージの移動位置は位置計測手段により計測される。このステージの移動時における加減速時には、振動補償系ではステージ加減速に伴う反力による除振台を含む装置本体の加振を防ぐため、その反力と逆向きの力であるカウンターフォースの指令値であって装置本体の機械共振周波数成分を除去した値を振動制御系にフィードフォワード入力する。
【０００７】
振動制御系では変位センサ、振動センサの出力、及びフィードフォワード入力された指令値に基づいて除振台の振動を抑制するように各アクチュエータを駆動制御する。これにより、除振台の振動が効果的に抑制されると共にフィードフォワード入力された指令値に基づいて発生されたカウンターフォースによりステージの加減速に伴う反力の影響がキャンセルされ、また、装置本体の機械共振を励起することもない。従って、装置本体を加振することなく、外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板ステージ上の感光基板に転写する露光装置であって、前記請求項１に記載の除振装置を露光装置本体の除振装置として具備することを特徴とする。
【０００９】
これによれば、除振装置により、露光装置本体を加振することなく、露光装置本体に対する外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができるので、結果的にステージの制御性が向上し、例えば走査型露光装置の場合は、走査露光時のマスクステージと基板ステージとの同期精度の向上、同期整定時間の短縮が可能となり、また、例えば一括露光型の露光装置の場合は、基板ステージの位置決め精度の向上、位置決め整定時間の短縮が可能となり、いずれにしても露光精度の向上、スループットの向上を図ることが可能となる。
請求項３に記載の発明は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板ステージ上の感光基板に転写する露光装置であって、前記基板ステージを移動可能に支持する装置本体と、前記装置本体を駆動する複数のアクチュエータと、前記装置本体の機械共振周波数成分を除去して前記複数のアクチュエータを駆動制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。これによれば、基板ステージの位置決め精度が向上し、露光精度の向上およびスループットの向上を図ることが可能となる。
請求項４に記載の発明は、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板に転写する露光装置であって、前記マスクを保持するマスクステージと、前記マスクステージを移動可能に支持する装置本体と、前記装置本体を駆動する複数のアクチュエータと、前記装置本体の機械共振周波数成分を除去して前記複数のアクチュエータを駆動制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。これによれば、マスクステージの位置決め精度が向上し、露光精度の向上およびスループットの向上を図ることが可能となる。
請求項５に記載の発明は、前記制御装置が前記複数のアクチュエータを駆動制御する振動制御系と、前記機械共振周波数成分を除去する振動補償系とを備え、前記振動補償系の出力が前記振動制御系にフィードフォワード入力されることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、前記振動制御系が前記装置本体の加速度を検出する加速度センサの出力に基づいて前記複数のアクチュエータを駆動制御することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、前記振動制御系が前記基板ステージの位置を検出するレーザ干渉計の出力に基づいて前記装置本体の振動を予測することを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、前記振動制御系が前記マスクステージの位置を検出するレーザ干渉計の出力に基づいて前記装置本体の振動を予測することを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、前記複数のアクチュエータが前記装置本体を鉛直方向に沿って駆動することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、前記複数のアクチュエータは前記装置本体を鉛直方向と直交する方向に駆動することを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、前記装置本体は前記投影光学系を支持することを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、制御装置がデジタルフィルタを有していることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図１ないし図３に基づいて説明する。
【００１１】
図１には、一実施形態に係るステップ・アンド・スキャン型の露光装置１００の概略斜視図が示されている。この図１において、設置面としての床上に長方形板状の台座２が設置され、この台座２上に除振パッド４Ａ〜４Ｄ（但し、図１では紙面奥側の除振パッド４Ｄは図示せず）が設置され、これらの除振パッド４Ａ〜４Ｄ上に除振台としての長方形状の定盤６が設置されている。ここで、後述するように本実施形態の露光装置１００では投影光学系ＰＬが使用されているため、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に直交する平面内で定盤６の長手方向にＹ軸を、これに直交する方向にＸ軸を取る。また、それぞれの軸回りの回転方向をＺθ、Ｙθ、Ｘθ方向と定める。なお、以下の説明において、必要に応じ、図１中のＸ、Ｙ、Ｚ軸を示す各矢印の示す方向を＋Ｘ、＋Ｙ、＋Ｚ方向、これと反対の方向を−Ｘ、−Ｙ、−Ｚ方向と区別して用いるものとする。
【００１２】
除振パッド４Ａ〜４Ｄは、それぞれ定盤６の長方形の底面の４個の頂点付近に配置されている。本実施形態の露光装置１００では、除振パッド４Ａ〜４Ｄとして空気式ダンパが使用され、空気の圧力により除振パッド４Ａ〜４Ｄの高さを調整できるため、その空気式ダンパは上下動機構の役目をも兼ねている。勿論、上下動機構を別に設けてダンピング液中に圧縮コイルばねを入れた機械式ダンパ等を除振パッドとして使用してもよい。
【００１３】
台座２と定盤６との間に除振パッド４Ａと並列にアクチュエータ７Ａが設置されている。アクチュエータ７Ａは、台座２上に固定された発磁体より成る固定子９Ａと定盤６の底面に固定されたコイルを含む可動子８Ａとから構成され、制御装置１１（図１では図示省略、図２参照）からの指示に応じて台座２から定盤６の底面に対するＺ方向の付勢力、又は定盤６の底面から台座２に向かう吸引力を発生する。他の除振パッド４Ｂ〜４Ｄにおいても、除振パッド４Ａと同様にそれぞれ並列にアクチュエータ７Ｂ〜７Ｄが設置され（但し、図１では紙面奥側のアクチュエータ７Ｃ、７Ｄは図示せず）、これらのアクチュエータ７Ｂ〜７Ｄの付勢力又は吸引力もそれぞれ制御装置１１（図１では図示省略、図２参照）により設定される。アクチュエータ７Ａ〜７Ｄの制御方法については、後述する。
【００１４】
定盤６の＋Ｘ方向側の側面には、定盤６のＺ方向加速度を検出する振動センサとしての加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 が取り付けられている。また、定盤６上面の＋Ｘ方向端部には定盤６のＸ方向加速度を検出する振動センサとしての加速度センサ５Ｘ1 、５Ｘ2 が取り付けられ、定盤６上面の＋Ｙ方向端部には定盤６のＹ方向加速度を検出する振動センサとしての加速度センサ５Ｙが取り付けられている。これらの加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 、５Ｘ1 、５Ｘ2 、５Ｙとしては、例えば半導体式加速度センサが使用される。これらの加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 、５Ｘ1 、５Ｘ2 、５Ｙの出力も制御装置１１（図１では図示省略、図２参照）に供給されている。
【００１５】
また、定盤６の＋Ｘ方向側の側面には、所定面積の矩形の金属板（導電性材料）２３1 、２３2 が貼り付けられている。本実施例では、定盤６として非導電性材料であるセラミックス製の定盤が使用されており、金属板２３1 、２３2 に対向する位置に定盤のＸ方向変位を検出する変位センサ１０Ｘ1 、１０Ｘ2 （図１では図面の錯綜をさけるため図示省略、図２参照）が設けられている。これらの変位センサ１０Ｘ1 、１０Ｘ2 としては、例えば、渦電流変位センサが使用される。この渦電流変位センサによれば、予め絶縁体に巻いたコイルに交流電圧を加えておき、導電性材料（導電体）から成る測定対象に近づけると、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し、この渦電流によって発生する磁界は、コイルの電流によって作られた磁界と逆方向であり、これら２つの磁界が重なり合って、コイルの出力に影響を与え、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、対象がコイルに近いほど大きくなり、逆に遠いほど小さくなるので、コイルから電気信号を取り出すことにより、対象の位置、変位を知る事ができる。この他、変位センサとして、静電容量がセンサの電極と測定対象物間の距離に反比例することを利用して非接触でセンサと測定対象物間の距離を検出する静電容量式非接触変位センサを使用しても良い。なお、背景光の影響を阻止できる構成にすれば、変位センサとしてＰＳＤ（半導体光位置検出器）を使用することも可能である。
【００１６】
また、定盤６上面の＋Ｘ方向端部には所定面積の金属板２３3 、２３4 が貼り付けられている。これらの金属板２３3 、２３4 に対向して定盤６のＺ方向変位を検出する渦電流変位センサから成る変位センサ１０Ｚ1 、１０Ｚ2 （図１では図示省略、図２参照）が設けられている。さらに、定盤６上面の＋Ｙ方向の側面には所定面積の金属板２３5 が貼り付けられ、この金属板２３5 に対向して定盤６のｙ方向変位を検出する渦電流変位センサから成る変位センサ１０Ｙ（図１では図示省略、図２参照）が設けられている。変位センサ１０Ｘ1 、１０Ｘ2 、１０Ｚ1 、１０Ｚ2 、１０Ｙの出力も制御装置１１（図１では図示省略、図２参照）に供給されている。
【００１７】
定盤６上には図示しない駆動手段によってＸＹ２次元方向に駆動される基板ステージとしてのウエハステージ２０が載置されている。このウエハステージ２０は、定盤６上をＹ軸方向に移動するウエハＹ軸ステージ（以下、「ＷＹステージ」という）２０Ｙと、このＷＹステージ２０Ｙ上をＸ軸方向に移動するウエハＸ軸ステージ（以下、「ＷＸステージ」という）２０Ｘとから構成されている。更に、このＷＸステージ２０Ｘ上にＺレベリングステージ、θステージ（いずれも図示省略）及びウエハホルダ２１を介して感光基板としてのウエハＷが吸着保持されている。また、定盤６上でウエハステージ２０を囲むように第１コラム２４が植設され、第１コラム２４の上板の中央部に投影光学系ＰＬが固定され、第１コラム２４の上板に投影光学系ＰＬを囲むように第２コラム２６が植設され、第２コラム２６の上板の中央部にレチクルステージ２７を介してマスクとしてのレチクルＲが載置されている。
【００１８】
ＷＹステージ２０Ｙの移動によるＷＸステージ２０ＸのＹ方向の移動位置は、位置計測手段としてのＹ軸用レーザ干渉計３０Ｙによって計測され、ＷＸステージ２０ＸのＸ方向の移動位置は、位置計測手段としてのＸ軸用レーザ干渉計３０Ｘによって計測されるようになっており、これらのレーザ干渉計３０Ｙ、３０Ｘの出力は制御装置１１（図２参照）及び図示しない主制御装置に入力されている。Ｚレベリングステージは、Ｚ軸方向の駆動及びＺ軸に対する傾斜が調整可能に構成され、θステージはＺ軸回りの微小回転が可能に構成されている。従って、ウエハステージ２０、Ｚレベリングステージ及びθステージによって、ウエハＷは３次元的に位置決めが可能となっている。
【００１９】
レチクルステージ２７は、レチクルＲのＸ軸方向の微調整、及び回転角の調整が可能に構成されている。また、このレチクルステージ２７は、図示しない駆動手段によってＹ方向に駆動されるようになっており、このレチクルステージ２７のＹ方向位置は位置計測手段としてのレチクルレーザ干渉計３０Ｒによって計測され、このレチクルレーザ干渉計３０Ｒの出力も制御装置１１（図２参照）及び図示しない主制御装置に入力されている。
【００２０】
更に、レチクルＲの上方には、図示しない照明光学系が配置され、図示しない主制御装置ではレチクルＲ及びウエハＷの相対位置合わせ（アライメント）及び図示しない焦点検出系によるオートフォーカスを行ないつつ、照明光学系からの露光用の照明光ＥＬの下で、レチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬを介した像をウエハＷの各ショット領域に順次露光するようになっている。本実施例では、各ショット領域の露光に際しては主制御装置によりウエハステージ２０とレチクルステージ２７とがそれぞれの駆動手段を介してＹ軸方向（走査方向）に沿って所定の速度比で相対走査される。
【００２１】
第１コラム２４は、４本の脚部２４ａ〜２４ｄ（但し、図１では紙面奥側の脚部２４ｄは図示せず）により定盤６上に接触している。脚部２４ｂの＋Ｙ方向の側面には、第１コラム２４のＺ方向の加速度を検出する加速度センサ５Ｚ3 が取り付けられている。この加速度センサ５Ｚ3 としては、例えばピエゾ抵抗効果型あるいは静電容量型の半導体式加速度センサが使用される。この加速度センサ５Ｚ3 の出力も制御装置１１（図１では図示省略、図２参照）に入力されている。また、第１コラム２４の上板上面の＋Ｙ方向端部でかつ＋Ｘ方向端部となるコーナーの部分には、所定面積の金属板２３6 が貼り付けられている。この金属板２３6 に対向して第１コラム２４のＺ方向変位を検出する渦電流変位センサから成る変位センサ１０Ｚ3 （図１では図示省略、図２参照）が設けられている。
【００２２】
更に、第１コラム２４の−Ｙ方向の側面に可動軸３５Ａが埋め込まれ、可動軸３５Ａと床上に固定された図示しない支柱との間にアクチュエータ３２Ａが取り付けられている。アクチュエータ３２Ａは、アクチュエータ７Ａと同様に、図示しない支柱に固定された発磁体よりなる固定子３４Ａと、可動軸３５Ａに取り付けられたコイルを含む可動子３３Ａとから構成され、制御装置１１から可動子３３Ａ内のコイルに流れる電流を調整することにより、可動軸３５Ａに対して±Ｘ方向に力を与えることができる。同様に、第１コラム２４の＋Ｙ方向の側面に可動軸３５Ｂが埋め込まれ、可動軸３５Ｂと床上に固定された図示しない支柱との間に、アクチュエータ３２Ａと同一構成のアクチュエータ３２Ｂが取り付けられ、制御装置１１からの指示により可動軸３５Ｂに対して±Ｘ方向に力を与えることができるようになっている。また、第１コラム２４の＋Ｙ方向の側面の中央部と床上の図示しない支柱との間に、アクチュエータ３２Ａと同一構成のアクチュエータ３２Ｃが設置され、制御装置１１からの指示によりアクチュエータ３２Ｃを介して第１コラム２４に対して±Ｙ方向に力を与えることができる。制御装置１１による、アクチュエータ３２Ａ〜３２Ｃの制御方法についても後述する。
【００２３】
ここで、露光装置１００の設置時の定盤６の高さ及び水平レベルの調整について簡単に説明すると、変位センサ１０Ｚ1 、１０Ｚ2 、１０Ｚ3 で計測された定盤６のＺ方向変位（高さ）が図示しない除振パッド４Ａ〜４Ｄの制御系（図示省略）に伝えられ、これらのデータを基に除振パッド４Ａ〜４Ｄの制御系は、定盤６の高さを予め設定されている値にすると共に水平レベルを維持するための各除振パッド４Ａ〜４Ｄの高さを算出する。その後、この制御系は、除振パッド４Ａ〜４Ｄの高さをそれぞれその算出された高さに設定する。その後、除振パッド４Ａ〜４Ｄの高さはそれぞれその設定値に維持される。これにより、定盤６に歪みが生ずることがなく、定盤６上のウエハステージ２０の位置決め精度等が高精度に維持される。
【００２４】
本実施例では、定盤６、ウエハステージ２０、ウエハホルダ２１、第１コラム２４、投影光学系ＰＬ、第２コラム２６、及びレチクルステージ２７等により振動制御の対象となる装置本体としての露光装置本体４０（図２参照）が構成されている。
【００２５】
次に、この露光装置本体４０の除振のためのアクチュエータ７Ａ〜７Ｄ、３２Ａ〜３２Ｃの制御系について、制御装置１１を中心に、図３のブロック図に基づいて説明する。
【００２６】
制御装置１１は、変位センサ１０Ｚ1 、１０Ｚ2 、１０Ｚ3 、１０Ｘ1 、１０Ｘ2 、１０Ｙ及び加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 、５Ｚ3 、５Ｘ1 、５Ｘ2 、５Ｙの出力に基づいて定盤６を含む露光装置本体４０の振動を抑制するようにアクチュエータ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを駆動制御する振動制御系と、ウエハステージ２０、レチクルステージ２７の移動時、例えばスキャン露光のためのウエハステージ２０、レチクルステージ２７の走査時の重心位置の移動により生じる露光装置本体４０の加振量を干渉計３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｒの出力に基づいて予め計算により予測しておき、ステージ加減速に伴い露光装置本体４０に作用する反力に対する最適なカウンターフォースの指令値を振動制御系にフィードフォワード入力する振動補償系とを有する。
【００２７】
これを更に詳述すると、振動制御系は、変位センサ１０Ｚ1 、１０Ｚ2 、１０Ｚ3 、１０Ｘ1 、１０Ｘ2 、１０Ｙの出力を図示しないＡ／Ｄコンンバータをそれぞれ介して入力し、露光装置本体４０の重心Ｇの６自由度方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｘθ、Ｙθ、Ｚθ：図１参照）の変位量（ｘ、ｙ、ｚ、θx 、θy 、θz ）に変換する第１の座標変換部４２と、この第１の座標変換部４２で変換後の重心の６自由度方向の変位量（ｘ、ｙ、ｚ、θx 、θy 、θz ）を目標値出力部４４から入力される６自由度方向の重心位置の目標値（ｘ0 、ｙ0 、ｚ0 、θx0 、θy0 、θz0）からそれぞれ減じて６自由度のそれぞれの方向の位置偏差（Δｘ＝ｘ0 −ｘ、Δｙ＝ｙ0 −ｙ、Δｚ＝ｚ0 −ｚ、Δθx ＝θx0−θx 、Δθy ＝θy0−θy 、Δθz ＝θz0−θz ）をそれぞれ算出する６つの減算器４６ａ〜４６ｆと、６自由度のそれぞれの方向の位置偏差Δｘ、Δｙ、Δｚ、Δθx 、Δθy 、Δθz を動作信号として制御動作を行なうＰＩコントローラから成る６自由度のそれぞれの方向の位置コントローラＸＰＩ、ＹＰＩ、ＺＰＩ、ＸθＰＩ、ＹθＰＩ、ＺθＰＩと、加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 、５Ｚ3 、５Ｘ1 、５Ｘ2 、５Ｙの出力を図示しないＡ／Ｄコンバータをそれぞれ介して入力し、重心Ｇの６自由度方向の加速度（ｘ”、ｙ”、ｚ”、θx ”、θy ”、θz ”）に変換する第２の座標変換部４８と、この第２の座標変換部４８で変換後の重心Ｇの６自由度方向の加速度ｘ”、ｙ”、ｚ”、θx ”、θy ”、θz ”をそれぞれ積分してそれぞれの方向の重心Ｇの速度ｘ’、ｙ’、ｚ’、θx ’、θy ’、θz ’に変換する６つの積分器５０ａ〜５０ｆと、位置コントローラＸＰＩ、ＹＰＩ、ＺＰＩ、ＸθＰＩ、ＹθＰＩ、ＺθＰＩの出力を速度指令値ｘ0 ’、ｙ0 ’、ｚ0 ’、θx0’、θy0’、θz0’にそれぞれ変換する速度変換ゲイン５２ａ〜５２ｆと、この変換後の速度指令値ｘ0 ’、ｙ0 ’、ｚ0 ’、θx0’、θy0’、θz0’から積分器５０ａ〜５０ｆの出力ｘ’、ｙ’、ｚ’、θx ’、θy ’、θz ’をそれぞれ減じて６自由度方向のそれぞれの方向の速度偏差（Δｘ’＝ｘ0 ’−ｘ’、Δｙ’＝ｙ0 ’−ｙ’、Δｚ’＝ｚ0 ’−ｚ’、Δθx ’＝θx0’−θx ’、Δθy ’＝θy0’−θy ’、Δθz ’＝θz0’−θz ’）を算出する６つの減算器５４ａ〜５４ｆと、６自由度のそれぞれの方向の速度偏差Δｘ’、Δｙ’、Δｚ’、Δθx ’、Δθy ’、Δθz ’を動作信号として制御動作を行なうＰＩコントローラから成る６自由度のそれぞれの方向の速度コントローラＶＸＰＩ、ＶＹＰＩ、ＶＺＰＩ、ＶＸθＰＩ、ＶＹθＰＩ、ＶＺθＰＩと、これらのコントローラで演算された６自由度のそれぞれの方向の速度制御量を各アクチュエータの位置で発生すべき速度指令値に変換するための非干渉化演算を行なう非干渉化計算部５６と、この非干渉化計算部５６で変換後の各アクチュエータの位置で発生すべき速度指令値を各アクチュエータで発生すべき推力にそれぞれ変換する推力ゲイン５８ａ〜５８ｇとを有する。
【００２８】
即ち、本実施例の振動制御系は、変位センサ、位置コントローラ等を含んで構成される位置制御ループの内側に、その内部ループとして加速度センサ、積分器、速度コントローラ等を含んで構成される速度制御ループを有する多重ループ制御系となっている。
【００２９】
また、振動補償系は、レーザ干渉計３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｒの計測値をモニタし、このときのウエハステージ２０、レチクルステージ２７の移動（各ステージ位置の変動）により生じる露光装置本体４０の加振量（各ステージの移動により生じる反力）を演算により予測し、この予測結果に基づいて露光装置本体４０の振動を抑制するのに最適な６自由度の各方向のカウンターフォースの指令値を演算し、装置本体の重心位置Ｇと各ステージの位置関係に応じて定まるそれぞれの方向のゲインｋ1 、ｋ2 、ｋ3 、ｋ4 、ｋ5 、ｋ6 を掛けて、６自由度方向の速度コントローラＶＸＰＩ、ＶＹＰＩ、ＶＺＰＩ、ＶＸθＰＩ、ＶＹθＰＩ、ＶＺθＰＩの出力段にそれぞれ設けられた６つの加算器６０1 、６０2 、６０3 、６０4 、６０5 、６０6 を介して振動制御系にフィードフォワード入力するカウンターフォース演算部６６と、前記６つの加算器６０1 、６０2 、６０3 、６０4 、６０5 、６０6 の出力段にそれぞれ設けられたデジタルフィルタＧx 、Ｇy 、Ｇz 、Ｇθx 、Ｇθy 、Ｇθz とを含んで構成されている。これらのデジタルフィルタＧx 、Ｇy 、Ｇz 、Ｇθx 、Ｇθy 、Ｇθz は、加算器６０1 、６０2 、６０3 、６０4 、６０5 、６０6 を介して非干渉化計算部５６に入力されるカウンターフォースの指令値に露光装置本体４０の機械共振周波数成分が含まれている場合にこれを除去する。
【００３０】
ここで、上記デジタルフィルタの意義を図３を用いて簡単に説明する。図３には、ステージ加速時の露光装置本体の振動のシミュレーション結果の一例が示されている。この図３において、破線はフィルタ無しの場合、実線はフィルタ有りの場合をそれぞれ示す。この図より明らかなように、実線（フィルタ有り）の方が破線（フィルタ無し）に比べて本体振動が小さいことがわかる。これは、カウンターフォースに本体の機械共振周波数と同じ周波数成分が含まれていてもデジタルフィルタを用いることにより、本体を加振すること無く、ステージ加減速時のカウンターフォースの指令値を、より効果的に与えることができることを意味する。
【００３１】
なお、デジタルフィルタＧx 、Ｇy 、Ｇz 、Ｇθx 、Ｇθy 、Ｇθz は、図２の位置に限らず、加算器６０1 、６０2 、６０3 、６０4 、６０5 、６０6 とカウンターフォース演算部６６との間に、それぞれ設けても良い。
【００３２】
以上のようにして構成された本実施形態の露光装置１００によれば、例えば、スキャン露光の際に、ウエハステージ２０、レチクルステージ２７がＹ軸方向に沿って走査され、このステージの移動により露光装置本体４０が振動すると、変位センサ１０Ｚ1 、１０Ｚ2 、１０Ｚ3 、１０Ｘ1 、１０Ｘ2 、１０Ｙ、加速度センサ５Ｚ1 、５Ｚ2 、５Ｚ3 、５Ｘ1 、５Ｘ2 、５Ｙの出力に基づいて制御装置１１の振動制御系によりアクチュエータ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが駆動され、露光装置本体４０の振動が効果的に抑制される。この場合において、ステージ加減速時のカウンターフォースを与えるとき、そのカウンターフォースの指令値が露光装置本体４０の機械共振を励起させないような特性を有するフィルタを介して非干渉化計算部５６に与えられるので、最終的にアクチュエータでは露光装置本体４０の機械共振を励起することのないカウンターフォースを発生する。従って、本実施形態の装置１００では、露光装置本体４０を加振することなく、外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができる。従って、本実施形態の露光装置１００によると、ステージの制御性が向上し、走査露光時のレチクルステージ２７とウエハステージ２０との同期精度の向上、同期整定時間の短縮が可能となり、露光精度の向上、スループットの向上を図ることができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では本発明に係る除振装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置に適用される場合を例示したが、本発明の除振装置はステッパ方式の投影露光装置であっても定盤上をステージが移動するものであるから好適に適用できるものである。
【００３４】
また、上記実施例では、７つのアクチュエータを用いて露光装置本体の６自由度方向の揺れを抑制する場合について例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、定盤（除振台）の傾斜補正を考慮すれば、アクチュエータとしては、Ｚ方向のアクチュエータが少なくとも３つあれば良い。
【００３５】
さらに、ステージ加減速時のカウンターフォースを与えるとき、そのカウンターフォースの指令値として装置本体の機械共振周波数成分を含まないカウンターフォースの指令値を用いて、装置本体に生ずる反力の影響を相殺するようにアクチュエータをフィードフォワード制御するという本発明の解決原理は、装置本体の６自由度方向の揺れを阻止する場合にのみ適用されるものではない。例えば、ステージが装置本体の重心位置上を移動するように構成されている場合には、ステージが移動しても装置本体は必ずしも６自由度方向に揺動しないが、かかる場合であっても本発明の解決原理は、有効に機能することは明かだからである。かかる意味から、変位センサ、加速度センサ（振動センサ）の数も６つに限られるものではない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、装置本体を加振することなく、外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができるという従来にない優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態に係る投影露光装置を示す斜視図である。
【図２】アクチュエータの制御系の構成を示す制御ブロック図である。
【図３】ステージ加速時の露光装置本体の振動のシミュレーション結果の一例を示す線図である。
【符号の説明】
４Ａ〜４Ｃ 除振パッド
５Ｚ1 〜５Ｚ3 ，５Ｘ1 ，５Ｘ2 ，５Ｙ 加速度センサ（振動センサ）
６ 定盤（除振台）
７Ａ〜７Ｄ，３２Ａ〜３２Ｃ アクチュエータ
１０Ｚ1 〜１０Ｚ3 ，１０Ｘ1 ，１０Ｘ2 ，１０Ｙ 変位センサ
１１ 制御装置（振動制御系）
２０ ウエハステージ（基板ステージ）
２７ レチクルステージ
３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｒ レーザ干渉計（位置計測手段）
４０ 露光装置本体
６６ カウンターフォース演算部（振動補償系の一部）
１００ 露光装置
Ｒ レチクル（マスク）
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウエハ（感光基板）
Ｇx 、Ｇy 、Ｇz 、Ｇθx 、Ｇθy 、Ｇθz デジタルフィルタ（振動補償系の一部）
Claims (12)
- 少なくとも３個の除振パッドを介して水平に保持された除振台と；
前記除振台上で移動する少なくとも一つのステージと；
前記除振台を異なる箇所で鉛直方向に駆動する少なくとも３つのアクチュエータを含む複数のアクチュエータと；
前記除振台の変位を検出する１又は２以上の変位センサと；
前記除振台の振動を検出する１又は２以上の振動センサと；
前記変位センサ及び振動センサの出力に基づいて前記除振台の振動を抑制するように前記各アクチュエータを駆動制御する振動制御系と；
前記各ステージの移動位置を計測する位置計測手段と；
前記ステージの加減速に伴う反力による前記除振台を含む装置本体の加振を防ぐため、その反力と逆向きの力であるカウンターフォースの指令値を前記振動制御系にフィードフォワード入力する振動補償系とを備え、
前記振動補償系は、前記装置本体の機械共振周波数成分を除去して前記カウンターフォースの指令値を前記振動制御系にフィードフォワード入力することを特徴とする除振装置。 - マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板ステージ上の感光基板に転写する露光装置であって、
前記請求項１に記載の除振装置を露光装置本体の除振装置として具備することを特徴とする露光装置。 - マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板ステージ上の感光基板に転写する露光装置であって、
前記基板ステージを移動可能に支持する装置本体と、
前記装置本体を駆動する複数のアクチュエータと、
前記装置本体の機械共振周波数成分を除去して前記複数のアクチュエータを駆動制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする露光装置。 - マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光基板に転写する露光装置であって、
前記マスクを保持するマスクステージと、
前記マスクステージを移動可能に支持する装置本体と、
前記装置本体を駆動する複数のアクチュエータと、
前記装置本体の機械共振周波数成分を除去して前記複数のアクチュエータを駆動制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする露光装置。 - 前記制御装置は、前記複数のアクチュエータを駆動制御する振動制御系と、前記機械共振周波数成分を除去する振動補償系とを備え、前記振動補償系の出力が前記振動制御系にフィードフォワード入力されることを特徴とする請求項３または４に記載の露光装置。
- 前記振動制御系は、前記装置本体の加速度を検出する加速度センサの出力に基づいて前記複数のアクチュエータを駆動制御することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
- 前記振動制御系は、前記基板ステージの位置を検出するレーザ干渉計の出力に基づいて前記装置本体の振動を予測することを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
- 前記振動制御系は、前記マスクステージの位置を検出するレーザ干渉計の出力に基づいて前記装置本体の振動を予測することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
- 前記複数のアクチュエータは前記装置本体を鉛直方向に沿って駆動することを特徴とする請求項３から８のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記複数のアクチュエータは前記装置本体を鉛直方向と直交する方向に駆動することを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記装置本体は前記投影光学系を支持することを特徴とする請求項３から１０のいずれか一項に記載の露光装置。
- 前記制御装置はデジタルフィルタを有していることを特徴とする請求項３から１１のいずれか一項に記載の露光装置。
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