JP3807516B2

JP3807516B2 - 除振装置、除振方法及び露光装置

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Publication number: JP3807516B2
Application number: JP25238696A
Authority: JP
Inventors: 正人高橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2016-09-03
Also published as: JPH09134876A

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（例えば、本願と同一出願人に係る特願平７−８３５７７号等参照）。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ステージの移動と同時に露光装置本体の重心位置が移動する。アクティブ除振装置では、このステージ移動に伴い、本体重心位置が変化したとき、位置制御ループにより初期位置に位置決めをするが、ステージ移動量が大きくなると本体重心位置変化量も大きくなり、本体が傾斜する。かかる場合に、従来のアクティブ除振装置では、位置制御ループのゲインを高くすることにより位置制御応答性を向上させることは可能である。しかしながら、位置制御ループのゲインを高くすると床振動を本体に伝えることになり、除振性能を劣化させることになるので、位置制御ループのゲインを高くするには限界があり、結果的に本体重心位置が移動することにより、本体−アクチュエータの力のバランスが崩れ、本体が初期位置からずれてしまう等の不都合が生じるおそれがあった。
【０００４】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その目的はステージ移動に伴う本体重心位置移動の影響を受けることなく、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に記載の発明に係る除振装置は、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；前記除振台の上面に含まれる第１方向に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前記除振台の上面と直交する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；前記各ステージの前記第１方向の移動位置を計測する位置計測手段と；前記ステージの移動時の重心位置の移動により生じる前記除振台の傾き量を前記第１方向の移動位置を計測する前記位置計測手段の出力に基づいて予測し、この傾き量を補正するような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有する。
【０００６】
これによれば、ステージが移動すると、位置計測手段によりステージの移動位置が計測される。振動補償系ではこの位置計測手段の出力に基づいてステージの移動時の重心位置の移動により生じる除振台の傾き量を予測し、この傾き量を補正するような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、除振台の振動と共にステージの移動時の重心位置の移動により生じる除振台の傾き量が補正される。この場合において、振動制御系のゲインを必要以上に大きくする必要がないので、除振性能を劣化させることもない。従って、ステージ移動に伴う本体重心位置移動の影響を受けることなく、外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができる
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の除振装置において、前記ステージの移動開始直後及び停止直前の加速度と逆向きの反力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スキャンカウンタを更に有する。
【０００７】
これによれば、スキャンカウンタによりステージの移動開始直後及び停止直前の加速度と逆向きの反力の指令値が振動制御系にフィードフォワード入力されていることから、振動制御系によりステージの移動開始直後及び停止直前に発生する除振台に生ずる振動を抑制するようにアクチュエータが駆動制御される。従って、求項１に記載の発明に比べてもより一層制振効果を向上させることができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明に係る露光装置は、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又は２に記載の除振装置を露光本体部の除振装置として具備することを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明に係る除振装置は、除振台の上面に含まれる第１方向に移動するステージと；前記除振台の上面と直交する方向に前記除振台を駆動するアクチュエータと；該アクチュエータを駆動制御する第１制御系と；前記ステージの前記第１方向の位置を計測する位置計測手段と；前記ステージの前記第１方向の位置に基づいて前記除振台の傾き量を予測し、前記予測した傾き量を補正する指令値を前記第１制御系にフィードフォワード入力する第２制御系と；を有する。
また、請求項８に記載の発明に係る除振方法は、除振台の上面に含まれる第１方向に移動するステージと、前記除振台の上面と直交する方向に前記除振台を駆動するアクチュエータとを備えた装置に用いられ、前記除振台を制御する除振方法において、前記ステージの前記第１方向の位置を計測し、前記ステージの前記第１方向の位置に基づいて前記除振台の傾き量を予測し、前記除振台の上面と直交する方向に前記除振台を駆動する前記アクチュエータに前記予測した傾き量をフィードフォワード入力することを特徴とする。
【０００９】
【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。
【００１０】
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Ｘ軸を、これに直交する方向にＹ軸を取る。また、それぞれの軸回りの回転方向をＺθ、Ｘθ、Ｙθ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。
【００１１】
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。
【００１２】
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上に固定された固定子９Ａと定盤６の底面に固定された可動子８Ａとから構成され、制御装置１１（図１では図示省略、図３参照）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３参照）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。
【００１３】
次に、アクチュエータ７Ａの具体的構成について図２に基づいて説明する。
【００１４】
図２（ａ）には、アクチュエータ７Ａの構成の一例が示されている。この図２（ａ）において、固定子９Ａは、Ｎ極の軸９Ａａの両側にＳ極の軸９Ａｂ，９Ａｃが形成された発磁体よりなる。また、可動子８Ａは、軸９Ａａに遊嵌する内筒１２、この内筒１２の外側に巻回されたコイル１３、及びこのコイル１３を覆う外筒１４より構成され、コイル１３に流れる電流を調整することにより、固定子９Ａと可動子８Ａとの間に軸９Ａａに平行な方向（±Ｚ方向）の力が発生する。
【００１５】
図２（ｂ）には、アクチュエータ７Ａの別の例が示されている。この図２（ｂ）において、第１部材１５に磁性体の固定子１６が固定され、第２部材１７に固定子１６を挟むように内筒１８Ａ及び１８Ｂが固定され、内筒１８Ａ及び１８Ｂの外側にそれぞれコイル１９Ａ及び１９Ｂが巻回されている。この場合も、コイル１９Ａ及び１９Ｂに流す電流を調整することにより、第１部材１５と第２部材１７との間の吸引力のバランスを変化させて力を発生する。その他のアクチュエータ７Ｂ〜７Ｄもアクチュエータ７Ａと同様に構成されている。
【００１６】
図１に戻り、定盤６の＋Ｙ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＋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５Ｙ₁、５Ｙ₂が取り付けられ、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５Ｘが取り付けられている。これらの加速度センサ５Ｚ₁、５Ｚ₂、５Ｙ₁、５Ｙ₂、５Ｘ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、５Ｙ₁、５Ｙ₂、５Ｘの出力も制御装置１１（図１では図示省略、図３参照）に供給されている。
【００１７】
また、定盤６の＋Ｙ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。本実施形態では、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Ｙ方向変位を検出する変位センサ１０Ｙ₁、１０Ｙ₂（図１では図面の錯綜をさけるため図示省略、図３参照）が設けられている。これらの変位センサ１０Ｙ₁、１０Ｙ₂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。
【００１８】
また、定盤６上面の＋Ｙ方向端部には所定面積の金属版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３参照）が設けられている。さらに、定盤６上面の＋Ｘ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Ｘ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１０Ｘ（図１では図示省略、図３参照）が設けられている。変位センサ１０Ｙ₁、１０Ｙ₂、１０Ｚ₁、１０Ｚ₂、１０Ｘの出力も制御装置１１（図１では図示省略、図３参照）に供給されている。
【００１９】
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ＸＹステージ２０が載置されている。更に、このＸＹステージ２０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ＸＹ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。
【００２０】
ＸＹステージ２０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、ＸＹステージ２０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３参照）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、ＸＹ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。
【００２１】
レチクルステージ２７は、レチクルＲのＹ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Ｘ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Ｘ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３参照）及び図示しない主制御装置に入力されている。
【００２２】
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。本実施形態では、各ショット領域の露光に際しては主制御装置によりＸＹ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Ｘ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。
【００２３】
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＋Ｘ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３参照）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３参照）が設けられている。
【００２４】
更に、第１コラム２４の−Ｘ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±Ｙ方向に力を与えることができる。同様に、第１コラム２４の＋Ｘ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±Ｙ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＋Ｘ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±Ｘ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。
【００２５】
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ＸＹステージ２０の位置決め精度等が高精度に維持される。
【００２６】
本実施形態では、定盤６、ＸＹ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等により露光本体部４０（図３参照）が構成されている。
【００２７】
次に、この露光本体部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。
【００２８】
制御装置１１は、変位センサ１０Ｚ₁、１０Ｚ₂、１０Ｚ₃、１０Ｙ₁、１０Ｙ₂、１０Ｘ及び加速度センサ５Ｚ₁、５Ｚ₂、５Ｚ₃、５Ｙ₁、５Ｙ₂、５Ｘの出力に基づいて定盤６を含む露光本体部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、ＸＹ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ＸＹ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定盤６の傾き量を干渉計３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｒの出力に基づいて予測し、この傾き量を補正するような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。
【００２９】
これを更に詳述すると、振動制御系は、変位センサ１０Ｚ₁、１０Ｚ₂、１０Ｚ₃、１０Ｙ₁、１０Ｙ₂、１０Ｘ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、露光本体部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、θ_x、θ_y、θ_z）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、θ_x、θ_y、θ_z）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、θ_x0 、θ_y0 、θ_z0）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、Δθ_x＝θ_x0−θ_x、Δθ_y＝θ_y0−θ_y、Δθ_z＝θ_z0−θ_z）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、Δθ_x、Δθ_y、Δθ_z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、５Ｙ₁、５Ｙ₂、５Ｘ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”、θ_x”、θ_y”、θ_z”）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”、θ_x”、θ_y”、θ_z”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’、θ_x’、θ_y’、θ_z’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’、θ_x0’、θ_y0’、θ_z0’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’、θ_x0’、θ_y0’、θ_z0’から積分器５０ａ〜５０ｆの出力ｘ’、ｙ’、ｚ’、θ_x’、θ_y’、θ_z’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’、Δθ_x’＝θ_x0’−θ_x’、Δθ_y’＝θ_y0’−θ_y’、Δθ_z’＝θ_z0’−θ_z’）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’、Δθ_x’、Δθ_y’、Δθ_z’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。
【００３０】
即ち、本実施形態の振動制御系は、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。
【００３１】
また、振動補償系は、Ｘθ方向の速度コントローラＶＸθＰＩ、Ｙθ方向の速度コントローラＶＹθＰＩの出力段にそれぞれ設けられた加算器６０、６２と、レーザ干渉計３０Ｘ、３０Ｒの計測値をそれぞれＫ₁、Ｋ₂倍して加算器６２に出力するアンプ６４ａ、６４ｂと、レーザ干渉計３０Ｙの出力をＫ₃倍して加算器６０に出力するアンプ６４ｃとから構成されている。ここで、アンプ６４ａ、６４ｂ、６４ｃのそれぞれのゲインＫ₁、Ｋ₂、Ｋ₃について、その意義を簡単に説明する。但し、以下における説明では、説明の便宜上、後述するスキャンカウンタ６６からの出力は零であるものとして説明する。
【００３２】
例えば、ＸＹステージ２０がＸ軸方向に距離ｘ1 だけ移動すると、定盤６を含む露光本体部４０の重心が初期の位置よりずれ、定盤６がＹ軸回りにθ＝ａｘ₁ だけ傾く。ここで、係数ａは、除振パッドのバネ剛性により定まる。そこで、予めこの係数ａを求めておき、傾きθ₁＝ａｘ₁を補正するための制御量がＫ₁ｘ₁となるように、ゲインＫ₁を定めている。従って、Ｘ軸用レーザ干渉計３０Ｘの計測値であるＸＹステージ２０のＸ軸方向の位置ｘ₁がアンプ６４ａによりＫ₁倍されて加算器６２に入力（フィードフォワード入力）されると、加算器６２により傾きθ₁を考慮して定盤６のＹ軸回りの傾斜を補正するためのＹθ方向の速度の制御量が演算され、非干渉化計算部５６に入力されるようになっている。
【００３３】
また、レチクルステージ２７は、通常はＸＹステージ２０のステッピングの際等には停止しているが、走査露光時には、ＸＹステージ２０と逆向きにＸ軸方向に投影光学系ＰＬの投影倍率の逆数倍の距離移動するため、このレチクルステージ２７の移動により定盤６を含む露光本体部４０の重心位置の変動（ずれ）を招き、その結果、定盤６がＹ軸回りにθ₂＝ｂｘ₂だけ傾く。そこで、予めこの係数ｂを求めておき、傾きθ₂＝ａｘ₂を補正するための制御量がＫ₂ｘ₂となるように、ゲインＫ₂を定めている。従って、レチクルレーザ干渉計３０Ｒの計測値であるレチクルステージ２７のＸ軸方向の位置ｘ₂がアンプ６４ｂによりＫ₂倍され、アンプ６４ａの出力とともに加算器６２に入力（フィードフォワード入力）されると、加算器６２により傾き（θ₁＋θ₂）を考慮して定盤６のＹ軸回りの傾斜を補正するためのＹθ方向の速度の制御量が演算され、非干渉化計算部５６に入力されるようになっている。ここで、ＸＹステージ２０の移動により生じる定盤６の傾きθ₁とレチクルステージ２７の移動により生じる傾きθ₂とを加算するのは、前述したようにレチクルステージ２７とＸＹステージ２０は相互に逆向きに移動する場合には、ｘ₁とｘ₂の符号が異なり、その結果上記の傾きθ₁とθ₂の符号が異なるので、それぞれのステージが単独で移動した場合の傾きを加算するものとしても何の問題もないからである。なお、走査露光の際には、レチクルステージ２７とＸＹステージ２０は相互に逆向きに移動するが、それらの重量に差があり、また、後述するように移動距離も異なるので、現実的にも（θ₁＋θ₂）が零になることは殆どなく、定盤６は傾く。
【００３４】
一方、ＸＹステージ２０がＸ軸方向に沿って走査される際には、レーザ干渉計３０Ｙの出力はほぼ変動しない（すなわち、ＸＹステージ２０のＹ座標は変化しない）ために、通常、アンプ６４ｃからの振動制御系に対するフィードフォワード入力は必要でない。但し、ＸＹステージ２０のＸ軸方向の重心位置は、構造上、露光本体部４０のＸ軸方向の重心位置と一致しない場合がある。かかる場合には、ＸＹステージ２０がＸ軸方向に沿って走査されると、レーザ干渉計３０Ｙの出力は僅かながら変動する。また、ＸＹステージ２０のＹ軸方向へのステッピングの際には、レーザ干渉計３０Ｙの出力はＸＹステージ２０の移動位置に応じて当然に変動する。この場合も、上述したＫ₁、Ｋ₂と同様、レーザ干渉計３０Ｙの出力がｙであるとすると、このときの傾きθ＝ｃｙを補正するための制御量がＫ₃ｙとなるように、ゲインＫ₃が定められている。
【００３５】
なお、本実施形態では、レーザ干渉計３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｒとしては、図示しないカウンタのカウント値を位置情報として出力するタイプのものが使用されている。従って、レーザ干渉計３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｒの出力は、絶対的な座標位置ではなくそれぞれのステージの停止位置からの変位である。
【００３６】
さらに、本実施形態では、スキャンカウンタ６６の出力が各軸の速度コントローラＶＸＰＩ〜ＶＺθＰＩの出力段に設けられた加算器６０、６２、６８-1、６８-2、６８-3、６８-4を介して振動制御系にフィードフォワード入力されている。本実施形態の露光装置１００では、ウエハＷ上のショットを露光する際には、レチクルステージ２７とＸＹステージ２０とが走査方向、すなわち、Ｘ軸方向に互いに逆向きに同期走査されるが、この際にレチクルステージ２７は、１ショットにつき１回、当該レチクルステージ２７の可動範囲を端から端までＸＹステージ２０の速度の投影光学系ＰＬの縮小倍率の逆数倍（例えば、４倍又は５倍）の速度で移動し、しかも露光は定速域でのみ行なわれることから、レチクルステージ２７は▲１▼停止状態から目標速度まで加速、▲２▼目標速度を維持、▲３▼目標速度から停止状態まで減速の３つの状態遷移を行なうことになり、ステージ２７の移動開始直後▲１▼及び停止直前▲３▼には大きな反力が第２コラム２６を介して定盤６に作用し、定盤６を含む露光本体部４０に振動が生ずる。また、ＸＹステージ２０の移動によっても露光本体部４０に振動が生じる。そこで、スキャンカウンタ６６により、ＸＹステージ２０、レチクルステージ２７の加速度と逆向きの反力の指令値を振動制御系にフィードフォワード入力し、上記のステージ２７の移動開始直後及び停止直前の振動を抑制する。かかる加速度と逆向きの反力の指令値は、Ｘ軸方向のみでなく、ＸＹステージ２０、レチクルステージ２７の移動によって生じるθ_y，θ_z方向の指令値も入力する。また、ＸＹステージ２０のＹ軸方向へのステッピングの際には、スキャンカウンタ６６により、Ｙ軸方向の指令値、θ_x方向の指令値を振動制御系に入力する。
【００３７】
以上のようにして構成された本実施形態の露光装置によれば、例えば、スキャン露光の際に、ＸＹステージ２０、レチクルステージ２７がＸ軸方向に沿って走査されると、制御装置１１により、レーザ干渉計３０Ｘ、３０Ｒで計測されたそれぞれのステージの変位量に対応した定盤６の傾きを補正するようにアクチュエータ７Ａ〜７Ｄが駆動制御され、しかも傾きの補正量の指令値はフィードフォワード入力されているので、実際に定盤６が傾斜するのを阻止することができる。従って、定盤６を含む露光本体部４０の振動は、ステージ２０，２７の移動による露光本体部４０の重心移動による影響を受けることなく、変位センサ１０Ｚ₁、１０Ｚ₂、１０Ｚ₃、１０Ｙ₁、１０Ｙ₂、１０Ｘ、加速度センサ５Ｚ₁、５Ｚ₂、５Ｚ₃、５Ｙ₁、５Ｙ₂、５Ｘの出力に基づいて制御装置１１によりアクチュエータ７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが駆動制御され、効果的に抑制される。さらに、スキャン露光の際のＸＹステージ２０、レチクルステージ２７の移動開始直後及び停止直前の振動もスキャンカウンタ６６からの指令値のフィードフォワード入力により抑制される。
【００３８】
また、ＸＹステージ２０のＸ軸方向の重心位置が露光本体部４０のＸ軸方向の重心位置と一致しない場合や、ＸＹステージ２０のＹ軸方向へのステッピングの際には、レーザ干渉計３０Ｙの出力に基づく定盤６の傾きは制御装置１１によって上記と同様にして抑制される。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によると、位置制御ループのゲインを高くすることなく、ＸＹステージ２０、レチクルステージ２７の移動による露光本体部４０の重心移動に起因する定盤６の傾斜を抑制するようにアクチュエータ７Ａ〜７Ｄをフィードフォワード制御することができるので、床振動を本体に伝えるという不都合を回避することができる。従って、除振性能を損なうことなく、ステージ移動に伴う露光本体部の重心位置移動の影響を受けることなく、外乱振動の抑制（制振）効果を向上させることができる。
【００４０】
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。ステッパ方式の投影露光装置の場合には、一括露光型であるので露光時にはステージは停止しているからスキャンカウンタは不要である。
【００４１】
また、上記実施形態では、７つのアクチュエータを用いて露光本体部の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）の傾斜を補正できれば良いので、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。
【００４２】
さらに、ステージの移動により露光本体部（装置本体）の重心の移動による除振台の傾斜を予測し、これを補正するような指令値を用いてこ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らかだからである。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。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、除振効果を損なうことなく、ステージ移動に伴う本体重心位置移動の影響を受けることなく、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。
【００４４】
特に、請求項２に記載の発明にあっては、スキャンカウンタからフィードフォワード入力された指令値に応じて振動制御系によりアクチュエータが制御され、ステージの移動開始直後及び停止直前に発生する除振台に生ずる振動が抑制されることから、請求項１に記載の発明に比べてもより一層制振効果を向上させることができる。
また、請求項４及び請求項８に記載の各発明にあっては、ステージの第１方向の位置計測に基づいて、第１方向と直交する方向に除振台を駆動するアクチュエータを制御しているので、ステージの傾きを速やかに補正することができる。
【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】（ａ）はアクチュエータ７Ａの一例を示す拡大断面図、（ｂ）はアクチュエータ７Ａの他の例を示す拡大断面図である。
【図３】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。
【符号の説明】
４Ａ〜４Ｃ除振パッド
５Ｚ₁〜５Ｚ₃，５Ｙ₁，５Ｙ₂，５Ｘ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
１０Ｚ₁〜１０Ｚ₃，１０Ｙ₁，１０Ｙ₂，１０Ｘ変位センサ
１１制御装置（振動制御系、振動補償系）
２０ＸＹ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露光本体部
６６スキャンカウンタ
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）

Claims

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；
前記除振台の上面に含まれる第１方向に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前記除振台の上面と直交する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；
前記各ステージの前記第１方向の移動位置を計測する位置計測手段と；
前記ステージの移動時の重心位置の移動により生じる前記除振台の傾き量を前記第１方向の移動位置を計測する前記位置計測手段の出力に基づいて予測し、この傾き量を補正するような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有する除振装置。
前記ステージの移動開始直後及び停止直前の加速度と逆向きの反力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スキャンカウンタを更に有する請求項１に記載の除振装置。
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又は２に記載の除振装置を露光本体部の除振装置として具備することを特徴とする露光装置。
除振台の上面に含まれる第１方向に移動するステージと；
前記除振台の上面と直交する方向に前記除振台を駆動するアクチュエータと；
該アクチュエータを駆動制御する第１制御系と；
前記ステージの前記第１方向の位置を計測する位置計測手段と；
前記ステージの前記第１方向の位置に基づいて前記除振台の傾き量を予測し、前記予測した傾き量を補正する指令値を前記第１制御系にフィードフォワード入力する第２制御系と；を有する除振装置。
前記除振台の変位を検出する変位センサと前記除振台の振動を検出する振動センサとの少なくとも一方を備え、
前記第１制御系は、前記変位センサと前記振動センサとの少なくとも一方の出力に基づいて前記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４に記載の除振装置。
パターンを有したマスクを載置するマスクステージを備え、前記パターンを基板に露光する露光装置において、
請求項４又は５に記載の除振装置を備えたことを特徴とする露光装置。
基板ステージに載置された基板にパターンを露光する露光装置において、
請求項４又は５に記載の除振装置を備えたことを特徴とする露光装置。
除振台の上面に含まれる第１方向に移動するステージと、前記除振台の上面と直交する方向に前記除振台を駆動するアクチュエータとを備えた装置に用いられ、前記除振台を制御する除振方法において、
前記ステージの前記第１方向の位置を計測し、
前記ステージの前記第１方向の位置に基づいて前記除振台の傾き量を予測し、前記除振台の上面と直交する方向に前記除振台を駆動する前記アクチュエータに前記予測した傾き量をフィードフォワード入力することを特徴とする除振方法。
前記除振台の変位と前記除振台の振動との少なくとも一方に基づいて、前記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８に記載の除振方法。