JP5524649B2 - 振動分離のためのフィードバック制御システムで使用するためのコンビネーション形運動センサ - Google Patents

Description

本発明は、リソグラフィ装置、ウェハ処理システムおよび／または例えばラスタ顕微鏡のような顕微鏡を振動分離して支承するためのアクティブ形振動分離システムに関する。

振動分離システムは公知であり、多くの技術分野、例えば半導体産業で必要である。例えばドイツ特許第６９８１７７５０号は、とりわけリソグラフィ装置を振動分離して支承するために設けられた振動分離システムを開示している。ここでは典型的にはテーブルおよびその上に支承された構成要素、例えば製造装置を含む、支承すべき負荷が空気軸受上に支承される。

できるだけ小さな機械的剛性を有する軸受の他に、アクティブ形振動分離システムは、外部からこのシステムに侵入した振動を所期のように対抗制御するためのセンサおよびアクチュエータを有する。その際、センサは、支承すべき負荷の動きを検出する。制御装置を介して補償信号が生成され、この補償信号によりアクチュエータが制御され、補償運動が発生される。ここではデジタルまたはアナログ制御ループを使用することが可能であり、あるいは両者を併せた、いわゆるハイブリッド制御ループを使用することも可能である。

振動分離システムに対する要求は、半導体産業での微細化が進むにつれますます大きくなっている。典型的には従来技術では質量運動を記録するために、いわゆるジオフォンがセンサとして使用される。

ジオフォンは電気機械式変換器であり、検出された振動をアナログ信号および／またはデジタル信号に変換する。ジオフォンは一般的には実質的にコイルと永久磁石からなり、コイルはばねを介して永久磁石と結合されている。振動に起因してコイルと磁石との間で相対運動が生じると、運動速度に比例する電圧がコイル中に誘導される。ジオフォンは調達が有利であり、適切な措置により非常に低い周波数、とりわけ０．１Ｈｚまで、それどころかさらに低い周波数にも達する全体周波数を有することができる。これに対してジオフォンの周波数応答帯域幅は、一般的には約３００Ｈｚまでにしか達しない。これは多くの場合、振動分離には十分である。しかしそれより高い周波数の検出は、ジオフォンだけでは不可能である。

ドイツ特許第６９８１７７５０号

したがってこの背景において、本発明の課題は、前記の従来技術の欠点を少なくとも低減する、アクティブな振動分離を提供するための装置および方法を提供することである。

その場合に、振動分離の制御帯域幅を、高い周波数に拡張すべきである。

その際、とりわけ、本発明を既存の制御コンセプトに組み込むことができるように、または公知の制御コンセプトを拡張できるようにすべきである。

前記課題は、独立請求項に記載の、アクティブ形振動分離システムおよび振動分離システムを制御するための方法によって解決される。

有利な実施形態はそれぞれの従属請求項の対象である。

一般的に本発明は、２つの異なる形式のセンサの組合せを、それ自体公知の振動分離システムの制御帯域幅を拡大するために使用することに基づく。

第１の実施形態において、本願は、とりわけリソグラフィ装置、ウェハ処理システムおよび／または顕微鏡を振動分離して支承するためのアクティブ形振動分離システムを請求する。この振動分離システムは、
・振動を表すセンサ信号を送出するための多数の振動信号発生器と、
・アクチュエータ調整信号の供給により制御可能な、振動補償のための複数のアクチュエータと、
・送出された前記センサ信号を処理して前記アクチュエータ調整信号にするように構成された制御装置とを備え、
・前記振動信号発生器は、
好ましくはジオフォンセンサとして構成されている、第１の周波数領域で振動を検出するための少なくとも１つの第１の加速度センサと、
前記第１の周波数領域を拡張した第２の周波数領域で振動を検出するための、前記第１の加速度センサとは異なる少なくとも１つの第２の加速度センサとを有する。

さらにリソグラフィ装置、ウェハ処理システムおよび／または顕微鏡をとりわけ振動分離して支承するためのアクティブ形振動分離システムの制御方法も本発明の枠内である。
この方法は以下のステップ、すなわち
・多数の振動信号発生器によって振動を検出するステップと、
・前記検出された振動を表すセンサ信号を形成するステップと、
・前記形成されたセンサ信号を処理して、アクチュエータを制御するためのアクチュエータ調整信号にするステップと、
・前記振動を打ち消すために、前記アクチュエータ調整信号を前記アクチュエータに供給するステップとを含み、
振動信号発生器は、好ましくはジオフォンセンサとして構成されている、第１の周波数領域で振動を検出するための少なくとも１つの第１の加速度センサと、
前記第１の周波数領域を拡張した第２の周波数領域で振動を検出するための、前記第１の加速度センサとは異なる少なくとも１つの第２の加速度センサとによって形成され、
前記第１の加速度センサのセンサ信号と、前記第２の加速度センサのセンサ信号が統合されて、前記アクチュエータを制御するための共通のアクチュエータ調整信号となる。

本発明の方法はとりわけ本発明のシステムによって実施可能である。本発明のシステムはとりわけ本発明の方法を実施するために構成されている。

センサ信号は、アナログ信号および／またはデジタル信号でよい。センサ信号は、１つの自由度における振動または障害量だけを検出する信号とすることができる。しかしセンサ信号は、多数の自由度における振動または障害量を検出する信号でもよい。前記多数の振動信号発生器は、少なくとも２つまたはそれ以上の数である。

一般的には２つを超える数のセンサが使用されるので、一実施形態ではそれぞれ１つの第１の加速度センサと第２の加速度センサがペアで配置される、または配置されている。このようなペアが、同じ障害源からのおよび／または同じ方向からの障害量を検出できるようにするために、第１の加速度センサと第２の加速度センサは空間的に相互に近接して配置される、または配置されている。好ましい一実施形態では、両センサは約３０ｃｍより小さな間隔で、好ましくは約１０ｃｍより小さな間隔で相互に配置される、または配置されている。

第１の加速度センサは、好ましくはジオフォンセンサとして構成されている。第１の周波数領域は約３００Ｈｚまでである。したがって第１の加速度センサは、約３００Ｈｚまでの周波数領域で有効である。

周波数領域を高い周波数に相応に拡張するために、第２の加速度センサは、約１．５ｋＨｚまでの、好ましくは約５ｋＨｚまでの周波数領域、ここでは前記第２の周波数領域で有効である。第２の加速度センサは、本発明の実施形態では圧電式加速度センサである。

本発明の一変形形態では、振動分離システムが、第１の加速度センサのセンサ信号と第２の加速度センサのセンサ信号を統合して、アクチュエータを制御するための１つまたは複数の共通のアクチュエータ調整信号にするための回路を有する。第１の加速度センサと第２の加速度センサの検出された周波数が重なっている場合、重なった部分で振幅が上昇しないよう、重なっている信号成分で、正しい加算または統合が行われるように注意すべきである。そのために、例えば、少なくとも１つのハイパスフィルタおよび／または少なくとも１つのローパスフィルタが、重なった信号成分の適切な加算のために、および／または周波数分割のために設けられている。

アクチュエータ調整信号は、アナログ信号および／またはデジタル信号でよい。アクチュエータ調整信号は、補償信号の一種である。支承すべき負荷の振動がアクティブに補償される。前記複数のアクチュエータは、一般的に多数のアクチュエータである。アクチュエータは、１つの自由度運動で、または多数の自由度で有効となることができる。したがってアクチュエータ調整信号は、１つの自由度だけに関する情報を含む信号とすることができる。しかし多数の自由度に関する情報を含む信号であってもよい。

センサ信号を統合するための回路は、アナログ回路および／またはデジタル回路として実施することができる。同様に制御装置は、デジタルおよび／またはアナログで動作する制御装置とすることができる。本発明の第１の変形形態では、第１の加速度センサと第２の加速度センサが１つの制御装置に割り当てられている、または割り当てられる。この場合、制御装置は入力側で、統合のための回路と好ましくは直接に結合されている、または結合される。制御装置は出力側で、アクチュエータと好ましくは直接に結合されている、または結合される。本発明の第２の変形形態では制御装置が、第１の加速度センサに割り当てられた第１の制御装置と、第２の加速度センサに割り当てられた第２の制御装置によって形成されている、または形成される。この場合、第１と第２の制御装置は出力側で、統合のための回路と好ましくは直接に結合されている、または結合される。ここで統合のための回路は出力側で、アクチュエータと好ましくは直接に結合されている、または結合される。

制御装置または第１および／または第２の制御装置は、好ましくはいわゆるフィードバック制御部である。例えば制御装置または第１および／または第２の制御装置の実施形態では、補正信号とも称することのできる補償信号が、３または少なくとも３、好ましくは６の自由度で計算可能である。ここでは３つの並進自由度を計算する他に、３つの回転自由度を補足的にさらに考慮することによって、改善されたまたはより正確な制御を提供することができる。

振動信号発生器の使用も本発明の範囲内である。この振動信号発生器は、第１の周波数領域の振動を検出するための少なくとも１つの第１の加速度センサと、第２の周波数領域の振動を検出するための、前記第１の加速度センサとは異なる少なくとも１つの第２の加速度センサとを有し、前記第２の周波数領域は、とりわけ少なくとも１つのポリマーばね要素を備える振動分離システムで振動を検出するために、前記第１の周波数領域を高い周波数まで、とりわけ５ｋＨｚまで拡張する。前記第１の加速度センサは、好ましくはジオフォンセンサとして構成されている。前記第２の加速度センサは、好ましくは圧電センサとして構成されている。

本発明を、以下の例示的実施形態に基づき詳細に説明する。このために添付図面を参照する。個々の図面中の同じ参照符号は同じ部分を指す。

公知のアクティブ形振動分離システムの例を概略的に示す図である。 フィードバック制御システムの公知の構成のブロック回路図である。 本発明の第１の例示的実施形態のブロック回路図である。 本発明の第２の例示的実施形態のブロック回路図である。

本発明による振動分離システム１は、例えばテーブル３の形の振動分離して支承すべき負荷３を有する。テーブル３上には振動分離して支承すべき機器を配置することができる。この機器はこの図面には図示されていない。

前記機器の例として、リソグラフィ装置および／またはウェハ処理システムおよび／または顕微鏡、とりわけラスタ顕微鏡を挙げておく。ウェハ処理システムは例えば、ウェハを搬送、支承、保持、把持、回転、加工および／または検査するための装置であり、またはそうした装置を含む。

負荷３は、軸受２、例えば空気軸受２上に支承されている。空気軸受２は、パッシブ形システムまたはパッシブに振動分離するシステムである。パッシブ形ばねシステムの別の例はポリマーばね要素である。しかしこのポリマーばね要素は図面に図示されていない。

アクティブな振動補償を行うために、公知の振動分離システム１は、センサ４、とりわけジオフォンセンサ４を振動信号発生器４として使用する。これらの振動信号発生器は、図示の例示的実施形態では、２つの並進自由度に対してだけ図示されている。ジオフォンセンサ４を介して分離すべき負荷３の振動を検出し、信号に変換し、制御装置１０に転送することができる。したがって振動信号発生器４は、振動を表すセンサ信号を送出する。

各制御は、運動、とりわけ分離すべき質量の加速度に比例するセンサ信号を獲得することに基づいて行われる。次いでそこからフィードバック制御ループ１０が補償信号、すなわち前記のアクチュエータ調整信号を形成し、この信号が、質量を運動する床から分離し、または一般的には質量運動を低減するための力アクチュエータの制御に使用される。制御装置１０は、ジオフォンセンサ４のセンサ信号から、アクチュエータ５を制御するための補償信号を計算する。アクチュエータ５の例は、例えばムービングコイルのようなローレンツ・モータおよび／または圧電式アクチュエータが含まれる。制御装置１０は、送出されたセンサ信号をアクチュエータ調整信号に処理するように構成されている。

これについて図２は、第１の加速度センサとしてのジオフォン４用の公知の制御装置または制御結合システムの公知の構成のブロック回路図を示す。アクチュエータ５によりアクティブな振動補償を行うことができる。振動のある種の減衰または負荷のある種の「分離した」支承を特徴とするパッシブ形振動分離とは異なり、アクティブ形振動分離はとりわけ振動がアクティブに補償されることを特徴とする。振動によって誘発される運動が、対応する対抗運動によって補償される。例えば振動によって誘発される質量の加速度には、絶対値が同じ大きさであるが、符号が反対の加速度が対抗する。したがってその結果生じる負荷３の全体加速度はゼロである。負荷３は静止状態に、または所望の位置に停止する。

ジオフォン４の周波数応答帯域幅は、一般的は約３００Ｈｚまでにしか達しない。したがってこれは多くの場合、振動分離には十分である。その理由は、とりわけばね−質量減衰システムがこのようなシステムの基礎をなすことである。共振周波数は典型的には５Ｈｚ未満、大概は１Ｈｚ未満、稀に０．５Ｈｚ未満である。したがってその場合パッシブに達成される分離作用は典型的には３００Ｈｚであり、すでに制御帯域幅を１５０Ｈｚ超まで拡張する必要がないほど大きい。ここで一般的には、１０進周波数当たりで約−４０ｄＢ程度の低減が得られる。

振動分離の所定の適用例には、制御帯域幅をできるだけ大きく、好ましくは約１．５ｋＨｚまで、それどころか約５ｋＨｚまでの範囲にまで大きくすることが必要である。これは、パッシブ形質量ばねシステムが例えばいわゆるポリマーばね要素を使用するため、高い共振周波数を有しているからであり、かつ／あるいは質量および／または負荷３自体および／または分離システム１の土台２の構造が付加的な共振を形成し、この共振をアクティブ制御に、したがってその制御および抑圧に利用すべきだからでもある。ここでとりわけ構造体の共振は容易にキロヘルツ領域の周波数に達することがあり、このような周波数は通常のジオフォンセンサ４によっては把握することができない。

公知の制御コンセプトを維持すべきである。その際、この制御はアナログおよび／またはデジタルで行うことができる。デジタル制御のためのサンプリングレートは、約６０ｋＨｚから１００ｋＨｚ程度である。本発明によれば、センサ信号は、すべてのまたは実質的にすべての信号を記録することができ、とりわけフィードバック制御に適する位相位置において利用できるように形成される。

ジオフォン４の機械的構造上、ジオフォンの全体周波数を３００Ｈｚより高い周波数に拡張することは不可能である。本発明は一般的に、第１の加速度センサ４ａとしてのジオフォンと、第２の加速度センサ４ｂとしての加速度ピックアップとの組合せに基づくものである。加速度ピックアップ４ｂは好ましくは圧電式加速度センサである。質量運動に比例する信号が生成され、この信号は、信号をフィードバック制御に使用することを可能にする好ましくは同期位相位置の下で、好ましくは５ｋＨｚまでの周波数帯域幅を有する。そうするために、２つのセンサ、すなわちジオフォン４ａと加速度ピックアップ４ｂは空間的に近接し、隣接して配置されている。空間的に近接するとは、２つのセンサ４ａと４ｂの間隔が約１０ｃｍより小さいという意味である。例えば多数の第１および第２の加速度センサ４ａおよび４ｂが使用される場合、第１の加速度センサ４ａと第２の加速度センサ４ｂはそれぞれ、いわゆるペアとして配置される。センサはそれぞれクランプ接続または溶接によって、例えば軸受２および／または負荷３に固定することができる。

図３には、本発明の第１の実施形態におけるセンサ４ａと４ｂのペアのブロック回路図が示されている。この場合、第１の加速度センサ４ａと第２の加速度センサ４ｂのそれぞれのセンサ信号が統合または加算されてから、この信号がフィードバック制御部１０で使用される。これは、統合または加算する手段６で行われる。この場合２つの信号の統合は完全にアナログで、完全にデジタルで、または混合形式で行うことができる。ここではハイパスフィルタおよび／またはローパスフィルタによって、重なった信号成分が振幅を上昇させずに正しく加算されるようにされ、あるいはセンサの「周波数特性」が利用される。その際、周波数分割を行うために、「自然の」ハイパス特性および／またはローパス特性が利用される。

一方図４には、本発明の第２の実施形態におけるセンサ４ａと４ｂのペアのブロック回路図が示されている。この場合、それぞれ適切なフィードバック制御システム１０ａと１０ｂがジオフォン４ａおよび加速度ピックアップ４ｂに使用され、統合６がアクチュエータ信号で初めて行われるようになっている。第１の加速度センサ４ａとしてのジオフォンには第１の制御装置１０ａが割り当てられており、第２の加速度センサ４ｂとしての加速度ピックアップには第２の制御装置１０ｂが割り当てられている。この場合、従来技術の制御システム１０は擬似的に二重化されており、補足された第２の制御システムは、加速度ピックアップ４ｂによる高周波制御を実現するために使用される。アクチュエータ経路でだけ調整信号の統合が必要である。その際、それぞれの信号成分が、振幅上昇が生じないように加算されることに注意すべきである。

要約すると、本発明は、帯域幅の非常に広いフィードバック制御によって振動分離する目的で、ジオフォン４ａと加速度ピックアップ４ｂの組合せを、２つの実施形態で使用することを意図するものである。第１の実施形態では、２つのセンサ信号が加算されて、周波数帯域幅の広い仮想センサ信号になる。この加算はアナログで、デジタルで、またはハイブリッドで行うことができる。第２の実施形態では、それぞれセンサ４ａと４ｂを入力部として備える別個の制御システムによって、２つの周波数領域で制御が行われ、加算６はアクチュエータ信号の生成時点で初めて行われる。

上記の実施形態は例として理解すべきであることは当業者には明白である。本発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく様々な形で変更することができる。個々の実施形態の特徴および明細書の一般的部分で述べられた特徴を、それぞれ相互に組み合わせることができる。

１ 振動分離システム
２ 軸受
３ 負荷
４ センサまたは振動信号発生器
４ａ ジオフォンセンサまたは第１の加速度センサ
４ｂ 加速度ピックアップまたは第２の加速度センサ
５ アクチュエータ
６ 信号加算手段
１０ 制御装置
１０ａ 第１の制御装置または第１の制御システム
１０ｂ 第２の制御装置または第２の制御システム

Claims (14)

1. リソグラフィ装置、ウェハ処理システムおよび／または顕微鏡を振動分離して支承するためのアクティブ形振動分離システム（１）であって、
   振動を表すセンサ信号を送出するための複数の振動信号発生器（４ａ、４ｂ）と、
   アクチュエータ調整信号の供給によって制御可能な、振動補償のための複数のアクチュエータ（５）と、
   送出された前記センサ信号を処理して前記アクチュエータ調整信号にするように構成された制御装置（１０、１０ａ、１０ｂ）とを有し、
   前記振動信号発生器（４ａ、４ｂ）が、
   第１の周波数領域の振動を検出するための少なくとも１つの第１の加速度センサ（４ａ）と、
   前記第１の周波数領域を拡張した第２の周波数領域の振動を検出するための、前記第１の加速度センサとは異なる少なくとも１つの第２の加速度センサ（４ｂ）とを有する振動分離システム。
   
2. 前記第１の加速度センサ（４ａ）が、前記第１の周波数領域において３００Ｈｚまでの領域で有効であることを特徴とする請求項１に記載の振動分離システム（１）。
   
3. 前記第１の加速度センサ（４ａ）がジオフォンセンサとして構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の振動分離システム（１）。
   
4. 前記第２の加速度センサ（４ｂ）が、前記第２の周波数領域において１．５ｋＨｚまでの領域で有効であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動分離システム（１）。
   
5. 前記第２の加速度センサ（４ｂ）が圧電式加速度センサであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動分離システム（１）。
   
6. 前記第１の加速度センサおよび前記第２の加速度センサ（４ａおよび４ｂ）が、３０ｃｍよりも小さな間隔で配置されていることを特徴とする請求項５に記載の振動分離システム（１）。
   
7. 前記第１の加速度センサ（４ａ）のセンサ信号と、前記第２の加速度センサ（４ｂ）のセンサ信号を結合して、前記アクチュエータ（５）を制御するための共通のアクチュエータ調整信号にする回路（６）をさらに有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動分離システム（１）。
   
8. 前記第１の加速度センサおよび前記第２の加速度センサ（４ａおよび４ｂ）が前記制御装置（１０）と関連付けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動分離システム（１）。
   
9. 前記制御装置（１０）が入力側で、統合のための回路（６）と結合されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動分離システム（１）。
   
10. 前記制御装置（１０）が出力側で、アクチュエータ（５）と結合されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動分離システム（１）。
    
11. 前記制御装置（１０）が、前記第１の加速度センサ（４ａ）に割り当てられた第１の制御装置（１０ａ）と、前記第２の加速度センサ（４ｂ）に割り当てられた第２の制御装置（１０ｂ）とを含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動分離システム（１）。
    
12. 前記第１の制御装置および前記第２の制御装置（１０ａおよび１０ｂ）が出力側で、それぞれの出力の統合を行う回路（６）と結合されていることを特徴とする請求項１１に記載の振動分離システム（１）。
    
13. 前記統合のための回路（６）が出力側で、アクチュエータ（５）と結合されていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の振動分離システム（１）。
    
14. リソグラフィ装置、ウェハ処理システムおよび／または顕微鏡を振動分離して支承するために振動分離システム（１）を制御する方法であって、
    複数の振動信号発生器（４、４ａ、４ｂ）によって振動を検出するステップと、
    前記検出された振動を表すセンサ信号を形成するステップと、
    前記形成されたセンサ信号を処理して、アクチュエータ（５）を制御するためのアクチュエータ調整信号に、
    前記振動を打ち消すために、前記アクチュエータ調整信号を前記アクチュエータ（５）に供給するステップとを含み、
    前記振動信号発生器（４、４ａ、４ｂ）が、
    第１の周波数領域の振動を検出するための少なくとも１つの第１の加速度センサ（４ａ）と、
    前記第１の周波数領域を拡張した第２の周波数領域の振動を検出するための、前記第１の加速度センサとは異なる少なくとも１つの第２の加速度センサ（４ｂ）とによって形成され、
    前記第１の加速度センサ（４ａ）のセンサ信号と、前記第２の加速度センサ（４ｂ）のセンサ信号が統合されて、前記アクチュエータ（５）を制御するための共通のアクチュエータ調整信号になる方法。

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