JP4229347B2

JP4229347B2 - 能動制振装置、露光装置及びデバイス製造方法

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Publication number: JP4229347B2
Application number: JP15114599A
Authority: JP
Inventors: 通雄柳澤; 武彦間山; 伸二涌井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP2000338127A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、能動制振装置及びこれを設けた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微振動検出用加速度計として、「サーボ型加速度計」が用いられていた。図７にサーボ型加速度計の代表的な原理図を示す。振動によって生じる可動質量７０１の位置変化を位置検出器７０２で検出する。この可動質量７０１を定位置に保つように、位置検出器７０２、サーボ増幅器７０３および可動質量７０１と一体化された駆動コイル７０４によって構成されるサーボ系の、駆動コイル７０４に流れる電流を読取抵抗７０５の両端の電圧として出力するものである。可動質量７０１はヒンジ部７０７を有し、駆動コイル７０４は磁気回路７０６と組み合わされている。サーボ型加速度計は高分解能ではあるが、高価である、大きい、広帯域検出が困難、壊れやすいなどの問題があった。
【０００３】
一方、抵抗変化型加速度センサ（以下、加速度センサ）は、小型で広帯域検出が可能であるが、検出感度が低く、微振動検出用の加速度計に用いられることは少なかった。
【０００４】
また、制振装置としては、機械的なものとして、バネと可動質量を用いた構成、ダンパと可動質量を用いた構成、バネとダンパと可動質量を用いた構成などが知られていた。いずれも構造体の振動を制振するためのものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、サーボ型加速度計は、大きい、検出帯域が狭い、発熱が大きい、壊れやすい、高価である、などの課題を有する。また、バネおよびダンパを用いた従来の制振装置は、除振したい振動に適するようにバネおよびダンパの特性を調整する必要があり、しかもメカニカルなダンパは経時特性変化が大きく、定期的なメンテナンスを必要とした。
【０００６】
本発明は、このような状況に対応するために考案されたものである。小型、低発熱、広帯域、高分解能、安価な加速度計を実現し、またこの加速度計を用いて広帯域に微振動の制振を可能とする調整容易な能動制振装置を実現し、精密機械の各種振動問題を解決するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の能動制振装置は、可動部と固定部を有するアクチュエータの前記可動部を駆動したときの駆動反力を利用して前記固定部が取り付けられた構造部材の振動を抑制する能動制振装置であって、前記可動部及び固定部の少なくとも一方に設けられた抵抗変化型加速度センサと、該抵抗変化型加速度センサの出力にもとづく加速度信号を出力する処理回路とを備え、該処理回路は、前記抵抗変化型加速度センサに接続される差動増幅回路と、ローパスフィルタの負帰還回路に積分回路を用いて構成され前記差動増幅回路の出力を増幅するバンドパスフィルタと、を備え、前記加速度信号にもとづいて前記アクチュエータが制御されることを特徴とする。
ここで、前記処理回路は、オフセット補正回路およびゲイン調整回路を有し、該両回路は、前記抵抗変化型加速度センサ、前記差動増幅回路および前記バンドパスフィルタと同一の回路基板上に搭載され、前記抵抗変化型加速度センサは構造補強部材により補強して支持されることができる。
【０００８】
このように、小型軽量な加速度センサ、差動増幅回路、ローパスフィルタと積分回路を組合せたバンドパスフィルタ、オフセット補正回路およびゲイン調整回路を同一回路基板上に搭載することで、小信号伝送路を短縮化することができる。また必要最小限に簡素化された前記回路構成を可動部および固定部の振動検出用に用い、適切なアクチュエータと組み合わせることで、小型で広帯域に微振動の制振が可能な能動制振装置を低価格で実現することが出来る。
【００１２】
【実施例（加速度計）】
図１に本発明の加速度計の概略回路図を示す。
加速度センサ１０１は、いわゆる４素子ブリッジである。検出正方向加速度に対し、Ｒ１とＲ３の抵抗値が上がると同時にＲ２とＲ４の抵抗値が下がり、逆方向加速度に対してはＲ１とＲ３の抵抗値が下がると同時にＲ２とＲ４の抵抗値が上がる加速度センサを使用している。差動増幅回路１０２は、オペアンプを３個用いている。オペアンプ３個と概同等の差動増幅用ＩＣ（図示せず）を用いてもよい。オフセット補正回路１０３は、オペアンプと可変抵抗１０４などからなる。ゲイン調整には可変抵抗１０５を用いているが、固定抵抗と切換スイッチ（共に図示せず）などを用いてもよい。ローパスフィルタ１０６はオペアンプを用いた二次フィルタで、積分回路１０７による負帰還を組み合わせ、バンドパスフィルタ１０８を構成する。図１において、「Ｖｒｅｆ＋」、「Ｖｒｅｆ−」および「ＯＵＴＰＵＴ」は、それぞれ、正の基準電圧、負の基準電圧および加速度信号である。
【００１３】
本実施例の回路構成では、５Ｖ印加時に約５ｍＶ／Ｇ感度の加速度センサを用い、検出帯域０．２〜３００Ｈｚ、加速度信号出力スケール５００Ｖ／Ｇ、分解能約４μＧ程度の加速度計を実現できた。ちなみに、電源電圧は±１５Ｖで、定常消費電流約１０ｍＡであった。
【００１４】
ここで、機械強度の確保しにくい回路基板の場合は、図２に示すように加速度センサ１０１を構造補強部材２０１，２０２，２０３でケース２０４に補強支持することで、機械強度の確保しにくい回路基板２０５の振動の影響を受けにくくなり、さらに良好な加速度計とすることが出来る。
【００１５】
加速度計出力信号をデジタル制御用のマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）やデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いて処理する場合は、図３に示すような本発明の加速度計の応用例が考えられる。加速度計の構成要素として、アナログ／デジタル変換回路（Ａ／Ｄ）３０１を付加し加速度信号をデジタル変換する。またオフセット補正用のデジタル／アナログ変換回路（Ｄ／Ａ）３０２を付加し、ＣＰＵまたはＤＳＰからの指令でオフセット調整可能となる。ゲイン調整回路３０３も、アナログスイッチと抵抗アレイ（詳細図示せず）などを使用すればデジタル制御インタフェースが容易に実現できる。
【００１６】
【実施例（能動制振装置）】
図４は、本発明の能動制振装置の構成ブロック図を示す。図中、固定部加速度計４０１は、固定部の加速度を検出する。可動部加速度計４０２は、可動部の加速度を検出する。位置検出器４０３は、固定部と可動部の相対位置を検出する。アクチュエータとしては、後述するように永久磁石磁気回路５０１とコイル５０２を組み合わせたリニアモータ４１１を使用する場合を例とする。固定部加速度計４０１からの信号は可変ゲインアンプ４０４、積分回路４０７を通り加算回路４０７へ、可動部加速度計４０２からの信号は可変ゲインアンプ４０５、積分回路４０８を通り加算回路４０９へ、位置検出器４０３からの信号は可変ゲインアンプ４０６を通り加算回路４０９へ入力される。加算回路４０９出力はドライバアンプ４１０を通りリニアモータ４１１を駆動する。
【００１７】
図５（ａ）および（ｂ）は、本発明の能動制振装置の概略形態（平面図、正面図）を示す。可動部加速計４０２は正面図にのみ図示してある。可動部は永久磁石磁気回路５０１とその上に固定された可動部加速度計４０２などから構成され、固定部にはコイル５０２が固定されている。適当なストロークで直動できるようにリニアガイド５０３（２個）で支持する。５０４（２個）は支持部材、５０５は固定部ベース、矢印５０６は、可動方向および加速度検出方向である。
【００１８】
図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の能動制振装置の適用例を示す。
まず、制振を必要とする振動の周波数が比較的安定している場合を考える。図６（ａ）に示すように、比較的単純な構造体６０２のａ１位置の矢印方向の振動を制振する場合、能動制振装置６０１を、その可動方向を矢印にあわせて固定する。可動部加速度計４０２からの信号と位置検出器４０３からの信号を加算して、ドライバ４１０を介しリニアモータ４１１にフィードバックし、可動部の位置制御系を構成し、この位置制御系の共振周波数をａ１の振動にあわせ、ダンピングを適切に調整することで効果的な制振が可能となる。図４において、主にゲインＫ３の調整により共振周波数を調整し、主にゲインＫ２によってダンピングを調整する。なお、アクチュエータとしてリニアモータを用いているため、加速度信号を積分回路４０８で処理して可動部の速度信号として、速度比例のダンピングとしている。本例では、固定部加速度計４０１を使用していない。
【００１９】
つぎに、固定部加速度計４０１を使用する例を説明する。固定部加速度計４０１と位置検出器４０３をアクチュエータの駆動信号源とすると効果的な制振が実現できるのは、制振を要する振動周波数が変化する場合、たとえば図６（ｂ）のように可動ステージ６０３を有する機械において、ステージ位置によってベース６０４の振動状況が変化するような場合である。図６（ｂ）に示すベース６０４のｂ１位置の制振が必要な場合、可動ステージ６０３の位置が変化（破線図示）すると、ベース６０４上の質量分布が変化し、ｂ１の振動状態が変化する。このような場合は、ｂ１に能動制振装置を配し、固定部加速度計４０１の出力信号をゲインＫ１で適切に調整し可動部を駆動することで、固定部に作用する駆動反力がｂ１にダンピングを与え、制振が可能となる。ゲインＫ３は、位置サーボ系が安定して適度なサーボ剛性を有する設定にする。通常この位置サーボ系の帯域は比較的狭いものとなる。本例の適用例としては、大型の可動ステージを有し、除振台によって支持される顕微鏡システムなどが想定され、制振を必要とする振動の近傍周波数に外乱振動が少ない場合が有効である。
【００２０】
さらに、固定部および可動部両方に加速度計を備える能動制振装置に関して説明する。
【００２１】
図６（ｃ）は本発明の能動制振装置を半導体露光装置（ステッパ又はスキャナ）に適用した場合の概略図である。
【００２２】
露光光源６０５と投影レンズ６０６の間に照明系構造体６０７が配置されている。照明系構造体６０７は装置本体６０８に設置されている。装置本体６０８には、投影レンズや装置本体６０８に対して移動可能なウエハステージ６０９が配置されている。ウエハステージが移動することで、装置本体６０８や照明系構造体６０７に振動が発生する。そこで、本実施形態の半導体露光装置は、照明系構造体６０７に生ずる約５０〜１００Ｈｚ付近の振動ｃ１を制振するため、能動制振装置を図示の位置および図示の制振方向に配置する。
【００２３】
また、本体６０８に搭載されているウエハステージ６０９の、図中左右方向のステップ・アンド・リピート（またはステップ・アンド・スキャン）の移動により、ステッパ本体６０８、投影レンズ６０６、照明系構造体６０７などの装置全体が、投影レンズ６０６付近を中心として回転する約１〜２０Ｈｚ付近の剛体モード振動ｄ１が断続的に発生することもある。このような低周波数の剛体モード振動を可動部の移動反力で制振しようとすると、本来ならば可動部の移動ストロークを大きくする必要がある。これは、可動部と固定部のストロークオーバーによるメカニカル衝突を防ぐためである。しかし、本実施形態では、このような剛体モード振動ｄ１による可動部の駆動を回避するため、位置決めサーボ系を比較的広帯域（例えば３０Ｈｚ程度）に設定し、図４における可動部可速度計４０２からの信号によりダンピングを適切に与えることで、剛体モード振動ｄ１に対しての可動部の反応を抑えることができる。そのため、装置本体の構成の小型化を図ることができる。
【００２４】
上記のように、固定部可速度計４０１からの信号により適切なダンピングを与えることで、照明構造体６０７の約５０〜１００Ｈｚ付近の振動ｃ１が制振できる。
【００２５】
以上述べたように、照明系構造体６０７の約５０〜１００Ｈｚ付近の振動ｃ１の近傍周波数に、剛体モード振動ｄ１が存在する場合でも、可動部および固定部に加速度計を備えた本発明の能動制振装置を用いると、可動部の位置サーボ系の特性を最適に調整することが可能なため、照明系構造体の効果的な制振が実現できる。
【００２６】
なお、上記の露光装置の実施形態では、制振装置の数については言及していないが、露光装置に設ける制振装置は１つでも複数でも良い。
【００２７】
また、制振装置を設ける場所は照明系構造体に限られるものではなく、装置本体、投影レンズ、ステージ、光源、露光装置を載置した近傍の床および床を形成する構造体等に設けても良い。
【００２８】
また、露光装置に設置する制振装置の制振方向としては、図に示すような鉛直方向に限るものではなく、制振装置を設置する場所における適切な任意の方向で良い。
【００２９】
また、上記の露光装置は、ウエハステージを搭載する装置本体と照明系構造体が一体となっているが、これに限るものではなく、装置本体と照明系構造体が別体となっていてもよい。また、制振装置が制振する振動は、ウエハステージの移動によって発生した振動に限るものではなく、レチクルステージその他の外乱要因によって発生した振動を制振するものでも良い。
【００３０】
なお、上記本発明の能動制振装置の適用３例は、発明の内容を説明する目的で具体的な装置名などに言及しているが、もちろん用途を限定しているものではない。産業的な実用を考慮すると、図６（ｃ）で説明した構成、すなわち可動部および固定部に加速度計を備えた設計の能動制振装置を基本として用意し、必要に応じて各加速度計の信号を内部回路で取捨選択する装置構成も有効である。本発明の加速度計が、小型、軽量、高分解能など高分解能面での優位性と共に、低価格であるという産業的な利点をも有するゆえに、多用途に適用可能な能動制振装置が実現できる。
【００３１】
本発明の能動制振装置の実施例においては、位置検出器については詳しく言及していないが、静電容量センサ、渦電流センサ、差動トランス、レーザ変位計、光学または磁気エンコーダなどが使用可能であり、特定の形式に限定されるものではない。また、可動部を支持するリニアガイドとしてエアスライダなどの非接触ガイドを用いると、高性能な能動制振装置となる。なお、制振を要する振動が重力方向の場合は、可動部の自重を支えるための機械バネを併用するなどの構成も有効である。アクチュエータにはリニアモータ以外にも、回転モータとボールネジなどの使用もありうる。
【００３２】
（デバイス生産方法の実施例）
次に上記説明した能動制振装置を備えた露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
図８は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００３３】
図９は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した能動制振装置を備えた露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【００３４】
本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の効果は以下の通りである。
（１）小型、軽量、広帯域、高分解能、低消費電力、高耐振かつ低価格の加速度計を実現できる。
（２）半導体露光装置など精密機械の制振用に適した能動制振装置が実現でき、機械全体の設計に大変更を必要としない振動対策が可能となる。
（３）広範囲の振動（周波数、振幅）制振が、複雑な機構調整なしで、容易に実現可能となる。
（４）メカニカルダンパを使用せず、長期間にわたってメンテナンスの不要な制振装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加速度計の概略回路図を示す図である。
【図２】加速度センサの補強支持構造を示す図である。
【図３】本発明の加速度計の応用実施例概略回路図を示す図である。
【図４】本発明の能動制振装置のブロック図を示す図である。
【図５】本発明の能動制振装置の形態図を示す図である。
【図６】本発明の能動制振装置の適用例図その１〜３を示す図である。
【図７】従来のサーボ型加速度計の原理図を示す図である。
【図８】微小デバイスの製造のフローを示す図である。
【図９】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【符号の説明】
１０１：加速度センサ、１０２：差動増幅回路、１０３：オフセット補正回路、１０４：可変抵抗、１０５：可変抵抗、１０６：ローパスフィルタ、１０７：積分回路、１０８：バンドパスフィルタ、Ｖｒｅｆ＋：正の基準電圧、Ｖｒｅｆ−：負の基準電圧、ＯＵＴＰＵＴ：加速度信号、２０１，２０２，２０３：構造補強部材、２０４：ケース、２０５：回路基板、３０１：Ａ／Ｄ、３０２：Ｄ／Ａ、３０３：ゲイン調整回路、４０１：固定部加速度計、４０２：可動部加速度計、４０３：位置検出器、４０４，４０５，４０６：可変ゲインアンプ、４０７，４０８：積分回路、４０９：加算回路、４１０：ドライバアンプ、４１１：リニアモータ、５０１：永久磁石磁気回路、５０２：コイル、５０３：リニアガイド、５０４：支持部材、５０５：固定部ベース、５０６：（方向を示す）矢印、６０１：能動制振装置、６０２：構造体、６０３：可動ステージ、６０４：ベース、６０５：露光光源、６０６：投影レンズ、６０７：照明系構造体、６０８：ステッパ本体、６０９：ウエハステージ、ａ１，ｂ１，ｃ１：位置またはその位置の振動、ｄ１：剛体モード振動、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３：可変ゲインアンプのゲイン、７０１：可動質量、７０２：位置検出器、７０３：サーボ増幅器、７０４：駆動コイル、７０５：読取抵抗、７０６：磁気回路、７０７：ヒンジ部、８０１：バネ、８０２：可動質量、８０３：ダンパ、８０４：構造体、８０５：振動。

Claims

可動部と固定部を有するアクチュエータの前記可動部を駆動したときの駆動反力を利用して前記固定部が取り付けられた構造部材の振動を抑制する能動制振装置であって、
前記可動部及び固定部の少なくとも一方に設けられた抵抗変化型加速度センサと、該抵抗変化型加速度センサの出力にもとづく加速度信号を出力する処理回路とを備え、
該処理回路は、前記抵抗変化型加速度センサに接続される差動増幅回路と、ローパスフィルタの負帰還回路に積分回路を用いて構成され前記差動増幅回路の出力を増幅するバンドパスフィルタと、を備え、
前記加速度信号にもとづいて前記アクチュエータが制御されることを特徴とする能動制振装置。
前記処理回路は、オフセット補正回路およびゲイン調整回路を有し、該両回路は、前記抵抗変化型加速度センサ、前記差動増幅回路および前記バンドパスフィルタと同一の回路基板上に搭載され、前記抵抗変化型加速度センサは構造補強部材により補強して支持されることを特徴とする請求項１に記載の能動制振装置。
前記可動部と前記固定部の相対位置を検出する検出手段を有し、該検出手段の出力に基づいて前記アクチュエータが制御されることを特徴とする請求項１または２に記載の能動制振装置。
前記固定部はコイルを有し、前記可動部は磁石を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の能動制振装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の能動制振装置を、露光装置内のステージ近傍、露光装置を載置した床の近傍、該床を構成する構造部材、照明系の構造体のうち少なくともいずれかに設けたことを特徴とする露光装置。
請求項４に記載の露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。