JP6016432B2 - 位置決め装置、露光装置、デバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダとスケールとを備えた位置決め装置に関する。また、このような位置決め装置を用いた露光装置に関する。さらには、このような露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。

原版に形成された回路パターンを、投影光学系を介して基板に転写する投影露光装置は従来から使用されており、近年では、より高解像度であるとともにより経済的な露光装置がますます要求されている。このような露光装置の重要な性能の一つとして回路パターンを基板に転写する際の重ね合わせ精度が挙げられる。通常、基板上には複数の回路パターンが多層に形成されるが、複数の回路パターン同士が所定の精度で位置合わせされていなければ電子回路として成立しない。

そこで、露光をする際に基板を正確に位置合わせする技術が重要となる。基板の位置合わせのための技術の一つとして、スケールとエンコーダを用いた位置決め装置が提案されている。

特許文献１には、鏡筒定盤に固定されたスケールと、ステージ上に固定されたエンコーダとを備える位置決め装置が記載されている。また、この文献には、たわみ要素を介して鏡筒定盤にスケールを結合することが記載されている。

この位置決め装置では、鏡筒の中心軸を中心とした仮想円上に複数のたわみ要素を配置させている。各々のたわみ要素が径方向に可撓性をもつことによって、温度変動によって鏡筒定盤が変形したとしてもスケールが変位しないようにしている。

特開２００９−００４７３７号公報

従来の露光装置において、鏡筒定盤は、エアマウントなどの除振装置を介して床面上に支持されており、床から鏡筒定盤に伝わる振動は無視できるものとして扱っていた。しかしながら、近年において露光装置に要求される精度は高まり、エアマウントにより完全に除去しきれずに鏡筒定盤に伝わる振動も懸念されるようになってきている。

特に、スケールとエンコーダとを備える位置決め装置においては、スケールが鏡筒定盤などの構造体に搭載されることが多く、この振動がスケールに伝わることが懸念される。特に、スケールは板厚方向に変形しやすい構造であるため、この方向に振動が伝わると変形量は大きくなってしまう。このとき、振動の周波数がスケールのもつ固有振動数よりも十分小さい場合においても、スケールに生じる加速度に応じた慣性力がスケールに働くことで、スケールの変形が大きくなってしまう恐れがある。

特許文献１の位置決め装置は、たわみ要素が径方向に可撓性をもっているが、スケールの板厚方向については考慮されておらず、たわみ要素を介して鏡筒定盤からスケールに板厚方向における振動を伝えやすい構造であった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、計測精度の点で有利な計測装置を提供することを目的とする。

本発明は、物体の位置を計測する計測装置であって、
前記物体に設けられたエンコーダと、
前記エンコーダから光を照射され、重力方向に厚さを有するスケールと、
床から伝達される振動を低減させる除振装置を介して床に支持された構造体と、
前記構造体に設けられ、前記方向において前記スケールを支持する支持ユニットと、
前記方向において、前記構造体あるいは前記構造体に支持された部材に対する前記スケールの位置を計測する計測器と、
前記計測器の出力に基づいて、前記方向において前記スケールを移動させる駆動部と、を含み、
前記支持ユニットは、前記除振装置および前記構造体を介して前記床から前記スケールに伝達される振動を前記方向において低減させるばね定数を有するばね要素を含み、
前記ばね定数をｋとし、前記スケールを含み前記支持ユニットにより支持される物体の質量をｍとして、前記方向における振動数ｆｃ＝（１／２π）・（√（｜ｋ｜／ｍ））は、１０Ｈｚ以下を有し、（請求項３、００３６、００８２−００８４）
前記ばね定数は正であり、
前記駆動部のサーボ制御周波数は、前記振動数の１／２倍以下、または、√２倍以上かつ１０倍以下であることを特徴とする。

本発明によれば、計測精度の点で有利な計測装置を提供することができる。

本発明を適用した液浸露光装置の概略図 （ａ）は本発明におけるスケールの下面図、（ｂ）は本発明におけるスケールの上面図 （ａ）、（ｂ）は本発明における支持装置の概略図 スケール変形の一例 本発明におけるスケール上面図 本発明における支持装置の概略図 本発明における支持装置の概略図 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明における支持装置の他の例を示す図 支持装置を介して鏡筒定盤からスケールに伝わる振動を周波数ごとに示す図 支持装置の正ばね特性と負ばね特性を示す図

［実施例１］
図面を参照しつつ、実施例１の露光装置について説明する。なお、図面において、アルファベット付きの参照符号で示される構成要素は、アルファベットがない同一番号の参照符号で示される構成要素の一部である。また、露光装置の露光光の光軸方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交し、互いに直交する方向をＸ方向およびＹ方向とする。

図１は、実施例１における液浸露光装置８０を示す図である。不図示の原版に形成されたパターンは、投影光学系１０（構造体に支持された部材））を介して基板３０上に結像（露光）される。液浸露光装置では、投影光学系１０と基板３０との間の空間が液体３１によって満たされた状態で、露光が行われる。

原版はパターンが形成された部材の総称であり、例えばマスクあるいはレチクルである。基板は、露光される部材の総称であり、例えばウエハあるいはガラス基板である。基板３０は、基板ステージ（移動体）上に搭載され、基板ステージは後述する駆動装置と位置計測システムを用いて位置決めされる。投影光学系１０は、複数の光学素子と、光学素子を包囲する鏡筒とを備え、除振装置２２を介して鏡筒定盤９（構造体）に支持される。鏡筒定盤は、投影光学系を支持する支持体と称されることもある。複数の光学素子として、例えばレンズあるいはミラー、または両者の組み合わせが適用されうる。鏡筒定盤９は、床４３に固定された柱状部材４４上に除振装置２０を介して支持される。除振装置２０、２２は、振動または変形の伝達を抑制するように設けられ、例えば、空気圧を利用したマウントや、電気または磁気を利用して力を発生する機構や、弾性部材などが適用されうる。また、除振装置は、パッシブ型でも、アクティブ型でもよい。

本実施例では、基板ステージは、ベース定盤４２に対してＸＹ方向に長ストロークに移動可能な粗動ステージ４１を備える。また、粗動ステージ４１に対して短ストロークにＸ、Ｙ、Ｚ方向および各方向に平行な軸回りの回転方向ωｘ、ωｙ、ωｚ方向（以下、６軸方向とする）に移動可能な微動ステージ４０も備える。ただし、これに限られず、粗動ステージと微動ステージを兼用した１つのステージにより基板ステージを構成してもよい。また、駆動装置４５（駆動部）は基板ステージを駆動するために設けられ（図において粗動ステージ用と微動ステージ用をそれぞれ示す）、例えば、リニアモータが好適に用いられる。駆動装置４５は、制御部１００により制御される。制御部１００は、ＣＰＵまたはＭＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、記録部、ドライバ等から構成することができ、その構成は特に限定されない。

基板ステージの６軸方向における位置は、位置計測システムにより計測される。

位置計測システムは、基板ステージに搭載されたエンコーダ７と、鏡筒定盤９に支持されたスケール１とを含む。スケール１として、周知の位置計測システムにおける様々なスケールを適用しうる。本実施例においてスケール１は板面の回折格子２を含む。回折格子２は板状の部材に直接形成されてもよく、回折格子が形成された部材を板状の部材に貼り付けてもよい。エンコーダ７とスケール１を用いて、スケール１に対する基板ステージの相対位置を計測できる。そして、駆動装置４５は、エンコーダ７の出力にもとづいて基板ステージを駆動するように制御される。例えば、周知のＰＩＤ補償を用いたフィードバック制御などが適用できる。

さらに、位置計測システムは、鏡筒定盤９に対してスケール１を非接触に支持する支持装置（支持ユニット）３と、スケール１を鏡筒定盤９に対して６軸方向に駆動する駆動装置４（駆動部）を備える。また、投影光学系１０に対するスケール１の６軸方向の相対位置を計測する位置センサ５（計測器）を備える。なお、図においては位置センサ５、エンコーダ７の一部と、これらの計測光軸６と計測光軸８が例示的に示されている。

支持装置３は、スケール１の板厚方向（Ｚ）とスケール１の板面に平行且つ互いに直交する２方向（Ｘ，Ｙ）と各方向に平行な軸を回転軸とする回転方向（θｘ、θｙ、θｚ）とにおいて、定盤９からスケール１への振動伝達を減少できるように構成してある。

図２（ａ）は、スケール１の下面図（−Ｚ方向から見た図）である。本実施例では、スケール１は、回折格子が形成された４枚の板２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ（図１では符号２で示す）と、これらの板が貼り付けられた板状部材と、を含む。エンコーダ７からの光は回折格子に照射され、不図示の受光素子によって回折光に応じた基板ステージの位置が計測される。

図２（ｂ）は、スケール１の上面図（＋Ｚ方向から見た図）である。スケール１上には、位置センサ５ａ〜５ｄ（図１では符号５で示す）が搭載される。位置センサ５ａ〜５ｄとして、例えば、静電容量センサ、干渉計、リニアエンコーダを用いることができる。位置センサ５ａ、５ｂの各々が、投影光学系１０に対するスケール１のＸ方向及びＺ方向の位置を計測可能であり、位置センサ５ｃ、５ｄの各々が、投影光学系１０に対するスケール１のＹ方向及びＺ方向の位置を計測可能である。回転方向（θｘ、θｙ、θｚ方向）については位置センサの２つの出力の差分から求めることができる。また、冗長に設けられた位置センサの出力の平均値を計測値としてもよい。位置センサの個数、配置については、これに限るものではなく、投影光学系１０に対するスケール１の６軸方向の位置が計測可能であればよい。なお、スケール１の位置計測は特開２００９−２７１４１号公報に記載される。

また、スケール１および鏡筒定盤９には、駆動装置４ａ〜４ｈ（図１では符号４で示す）と支持装置３ａ〜３ｄ（図１では符号３で示す）とが設けられる。駆動装置４ａ〜４ｈとして、振動絶縁効果をもつ非接触式のものが好適に適用される。このような駆動装置として、例えば、ローレンツ式リニアモータや、電磁石アクチュエータなどが挙げられる。また、駆動装置４ａ〜４ｈは制御部１００により制御される。駆動装置４ａ〜４ｈの制御については後述する。さらに駆動装置を冷却する冷却部を備えてもよい。

図３（ａ）は、支持装置３ａの詳細を示す図であり、図３（ｂ）はその斜視図である。支持装置３ｂ、３ｃ、３ｄの構成は支持装置３ａと同じであるとして説明を省略する。

支持装置３ａは、支持部材３１を介して鏡筒定盤９に固定された一対の磁石３２と、支持部材３３を介してスケール１に固定された磁石３４とを備える。一対の磁石３２は、間隙を介して互いに対向するように配置され、磁石３４は一対の磁石３２の間に非接触に挿入して配置される。すなわち、磁石が鏡筒定盤９側（構造体側）とスケール１側に配置される。各磁石は永久磁石であり、磁石の板厚方向、すなわちＸ方向に着磁され、磁石３２と磁石３４は同極が対向するように配置される。

支持装置３ａは、好適には、磁石３２により形成される磁気回路の磁束を強化するためのヨーク３５，３６を含む。ヨークの材質として、例えば、鉄等の軟磁性体が用いられる。

一対の磁石３２と磁石３４との磁気的な反発作用により、磁石３４には＋Ｚ方向の浮上力が働く。なお、磁石３２の一方の磁石と磁石３４との間に働くＸ方向の反発力は、他方の磁石と磁石３４との間に働く反発力により相殺される。

支持装置および駆動装置の個数及び配置は、図示された形態に限定されるものではない。本実施例では、Ｘ方向に駆動可能なリニアモータ（４ｅ，４ｆ）を、スケール１の重心を通るＹ軸線に対して線対称に配置している。また、Ｙ方向に駆動可能なリニアモータ（４ｇ，４ｈ）を、スケール１の重心を通るＸ軸線に対して線対称に配置している。Ｚ方向に駆動可能なリニアモータ（４ａ〜４ｄ）は、スケール１の四隅に配置している。なお、スケール１に対称な力を与えるために、支持装置と駆動装置がともにスケール１に対して対称性をもつことが好ましい。対称性をもたせることで、変形を抑える、もしくは変形の予測および補正がしやすくなる。

以下、本実施例の支持装置の特性について説明する。本実施例の支持装置は、以下の２つの特徴を備える。

第１の特徴は、スケール１を鏡筒定盤に対して非接触で支持することである。特開２００９−００４７３７号公報に記載される支持装置は、たわみ要素を介して支持するため、たわみ要素を介して鏡筒定盤９の温度変動がスケール１に伝わってしまう。位置計測システムの計測誤差を０．１ｎｍ以下にしようとした場合、スケール１の温度変化を１〜１０ｍＫのオーダーに抑える必要がある。露光装置に用いられる鏡筒定盤は、スケールに比べて表面積が非常に大きいため、周囲の環境の温度変動によって、１００ｍＫのオーダーの温度変化が生じてしまう。また、鏡筒定盤自体も大型であるため、精密に温度調整することも困難である。

本実施例において、スケール１を鏡筒定盤９に対して非接触に支持しているため、鏡筒定盤９の温度変動がスケール１に伝わりにくく、スケール１の温度変動による変形を低減させることができる。

第２の特徴は、スケールの板厚方向（Ｚ方向）におけるばね定数の絶対値が非常に小さいことである。好適には、６軸方向におけるばね定数の絶対値が非常に小さい。いいかえると、スケール１は振動的に絶縁された状態で支持される。

スケール１は板状であるため、材料力学的に、スケール１の板厚方向に働く慣性力によって、最も変形が生じやすい。図４に、スケール１を板厚方向に剛に支持（固定）した支持装置において、鏡筒定盤から振動が伝わったときのスケール１の形状を示す。スケール１には支持部１０８ａ〜１０８ｄにおいて力Ｆ１〜Ｆ４が働き、その力によりスケール１全体に加速度が生じて、慣性力Ｆ５が働く。その結果、図４で示すような変形を生じてしまう。

なお、スケール１に生じる慣性力Ｆ５は、［スケールの質量］×［振動振幅］×［振動の角振動数］＾２で表される。つまり慣性力は、振動振幅に比例する一方で、振動の角振動数［ｒａｄ／ｓ］、もしくは角振動数と比例関係にある振動周波数［Ｈｚ］の２乗に対しても比例関係がある。したがって、スケール１に伝わる高周波数の振動を低減することが、スケール１の変形量を小さくするために有効である。

近年の露光装置において、基板ステージの位置計測には０．１ｎｍ程度の精度が要求されているため、スケール１の変形量を０．１ｎｍ以下にする必要がある。解析結果によれば、スケール１の板厚が数十ｍｍである場合に、スケール１が板厚方向の振動により変形する量を０．１ｎｍ以下に抑制するためには、支持装置３の板厚方向の固有振動数は１０Ｈｚ以下であればよい。ここで、スケール１を板厚方向に剛に支持する構成だと、固有振動数は１００Ｈｚ以上となるため、好ましくない。本実施例では、磁石の反発力を利用した支持装置３によってスケール１を支持することによって、固有振動数を１０Ｈｚ以下にしている。

その結果、鏡筒定盤からスケール１への振動伝達に起因するスケール１の変形を大幅に低減させることが可能となっている。

つづいて、本実施例における、駆動装置４を用いたスケール１の位置決め制御について説明する。本実施例の支持装置３は、ばね定数の絶対値が小さく、スケール１に加速度が発生しにくくなっているが、その反面で、スケール１の位置安定性が悪くなってしまう。例えば、基板ステージの移動にともなう風圧の影響でもスケール１が変位してしまう可能性がある。そこで、本実施例の駆動装置４では、スケール１の位置安定性と、スケール１に発生する加速度の抑制と、を両立させるようにしている。

本実施例の位置決め制御について詳述するために、まず、支持装置３と位置決め制御との関係について説明する。

本実施例において、投影光学系１０に対するスケール１の６軸方向における相対位置を位置センサ５により計測し、計測結果にもとづいて、相対位置が所定の関係となるように駆動装置４を６軸方向で制御する。具体的には、ＰＩＤ補償を用いたフィードバック制御が適用される。

ただし、スケール１の位置決め制御をして投影光学系１０にスケール１を追従させた場合に、スケール１の位置決め制御が振動を増幅させることが懸念される。

図９は、鏡筒定盤９からスケール１に伝わる振動伝達率を示す図である。横軸は、周波数を示し、縦軸は振動によるスケール１の振幅を示し、両軸は対数で表されている。図において支持装置３の固有振動数をｆｃとしている。

支持装置３の固有振動数とは、支持装置３のばね定数とスケール１の質量とで決まる周波数［Ｈｚ］であり、本実施例では２Ｈｚに設定している。

鏡筒定盤９の振動周波数が固有振動数ｆｃよりも十分に低い領域（例えば０．５Ｈｚ以下）において、あたかも鏡筒定盤９とスケール１とが一体構造のように振動しており、両者の振動は振幅、位相ともにほぼ同一となっている。また、投影光学系１０が鏡筒定盤９に対して支持装置３よりも十分高い固有振動数（例えば１０Ｈｚ）のばね要素で支持されている場合には、投影光学系１０と鏡筒定盤９とは一体構造のように振動している。すなわち、投影光学系１０、鏡筒定盤９、スケール１のすべてが一体構造として振動していることになる。

鏡筒定盤９の振動周波数が固有振動数ｆｃ近傍の領域（例えば０．５Ｈｚ〜３Ｈｚ）において、鏡筒定盤９の振動が、支持装置３の減衰比に応じた量だけ増幅されてスケール１に伝わる。

鏡筒定盤９の振動周波数が固有振動数ｆｃよりも十分に高い領域（例えば３Ｈｚ以上）において、鏡筒定盤９の振動がスケール１に伝わり難くなる。

このように、固有振動数ｆｃ近傍の領域においては振動を増幅しやすい（すなわち共振しやすい）ため、スケール１の位置決め制御において、この固有振動数ｆｃよりも十分低いサーボ制御周波数に設定する必要がある。そこで本実施例において、一例として、支持装置３の固有振動数ｆｃを６軸方向すべてにおいて２Ｈｚ程度に設定し、サーボ制御周波数を固有振動数ｆｃの１／２以下に設定し、共振を回避している。好適には、サーボ制御周波数を固有振動数ｆｃの１／４以下（例えば０．５Ｈｚ）にするとよい。

「サーボ制御周波数」（サーボ制御帯域ともよばれる）は、オープン特性におけるゼロクロス周波数によって定義され、追従制御が十分に機能するか否かの境界を示す指標となる。つまり、サーボ制御周波数を０．５Ｈｚに設定したときには、０．５Ｈｚ以上の周波数の動きには制御が機能しないが、鏡筒の０．５Ｈｚ以下の周波数の動きには制御が機能し、スケール１の位置の低周波数帯域のドリフトを防止することができる。

サーボ制御周波数を支持装置３の固有振動数２Ｈｚよりも低く設定（０．５Ｈｚ）することで、もともと投影光学系１０と鏡筒定盤９およびスケール１が一体となって振動する周波数領域のみ位置決め制御を機能させていることになる。そのため、位置決め制御を行わなくても、もともとスケール１は投影光学系１０の動きに追従しているので、位置決め制御の意味がないことになる。スケール１に働く力が支持装置３によるものだけである理想的な場合は、このような位置決め制御は意味がない。しかし、実際はスケール１上に搭載されているセンサ類のケーブルから伝わる力や、スケール１下のステージ４０の移動によるスケール１周辺の不均一な圧力変化によって、スケール１に力が加わる。その力によりスケール１と投影光学系１０との位置関係が徐々にずれていく。つまり非常に低周波数（例えば０．１Ｈｚ以下）でスケール１が変位してしまうドリフト現象が生じてしまう。例えば、位置センサ５と投影光学系１０との隙間を０．３〜０．５ｍｍ程度に設定した場合に、位置センサ５の計測精度を高く保つために隙間変動を０．１ｍｍ以下に抑える必要があり、上述の制御はこの隙間変動を低減させるために有効である。

以上のように、本実施例の支持装置は、スケール１の板厚方向において鏡筒定盤９からの振動伝達を減少させるように構成される。また、好適な例として、スケール１の板厚方向における支持装置３の固有振動数をｆｃとしたときに、スケール１を位置決め制御するときのサーボ制御周波数を固有振動数ｆｃの１／２以下に設定している。これにより、スケール１の位置決め制御によってスケール１に発生する慣性力を抑制し、振動に起因するスケール１の板厚方向の変形を大幅に低減することが可能となる。

なお、本実施例では好適な例として６軸方向の位置計測、６軸方向の駆動について説明しているが、スケールの板厚方向のみの位置計測、板厚方向のみの駆動としてもよい。また、本実施例において、位置センサ５は、投影光学系１０（構造体に支持された部材）に対するスケール１の位置を計測しているが、これに代えて、鏡筒定盤９（構造体）に対するスケール１の位置を計測するようにしてもよい。

なお、本実施例においてスケール１は鏡筒定盤９によって支持されるが、鏡筒定盤９以外の構造体に支持させてもよい。その場合も、構造体は除振装置を介して支持される。

本実施例における露光装置８０の構成は一例であり、発明の趣旨を逸脱しないかぎり構成が異なるものであってもよい。例えば、ステップアンドスキャン方式、ステップアンドリピート方式、その他の方式のいずれかに限定されないし、所定の光源の波長に限定されず、液浸方式、非液浸方式のいずれかに限定されない。また、露光装置に限定されず、例えば、原版を用いない荷電粒子線描画装置や、インプリント装置、デジタル顕微鏡、工作機器に用いられる位置決め装置にも適用できる。

荷電粒子線描画装置に上述の位置計測システムを適用する場合には、投影光学系に代えて荷電粒子線を偏向または整形するための電子光学系が適用されうる。

インプリント装置に上述の位置計測システムを適用する場合には、投影光学系に代えてパターンが形成された型もしくは型を支持する支持体が適用されうる。

デジタル顕微鏡に上述の位置計測システムを適用する場合には、投影光学系に代えて顕微鏡を構成する光学系が適用されうる。

［実施例２］
実施例２における位置計測システムについて説明する。実施例１の構成に対して、スケール１上に加速度センサ６０（加速度計測手段）が追加されており、この加速度センサ６０の出力を駆動装置４の制御に利用している。以下の説明では、実施例１と異なる部分について説明をし、実施例１と同様の機能を有する箇所については説明を省略する。

図５は、実施例２のスケール１の上面図である。図において、実施例１と同様の機能を有する箇所については同一の符号を付している。

スケール１には、スケール１の板厚方向における加速度を検出する加速度センサ６０ａ〜６０ｄが配置される。制御部は、加速度センサ６０ａ〜６０ｄにより検出された加速度にもとづいて、スケール１に生じる加速度を打ち消すように駆動装置４ａ〜４ｈを制御する。つまり、加速度センサ６０ａ〜６０ｄの出力がゼロになるように駆動装置が制御される。

本実施例では、加速度センサはスケール１の板厚方向における加速度を検出しているが、それ以外の方向（例えば６軸方向）における加速度を検出してもよく、その場合はスケール１に生じる板厚方向以外の加速度を打ち消すことができる。

実施例２における上述の加速度制御は、実施例１のドリフトを防止するための位置制御とともに行われる。加速度制御のサーボ制御周波数は、位置制御のような制限がないため、可能な限り高く設定することによって、スケール１の変形をより低減させることができる。

なお、駆動装置４ａ〜４ｄは支持装置３ａ〜３ｄの近傍に配置されることが好ましい。さらに、加速度センサ６０ａ〜６０ｄは支持装置３ａ〜３ｄと板厚方向に駆動する駆動装置４ａ〜４ｄの近傍に配置されることが好ましい。このような配置により、支持装置３ａ〜３ｄからスケール１に伝わる力を駆動装置４ａ〜４ｄで発生する力により打ち消す際に、各々の力の作用点の違いによって生じるスケール１の局所的な変形を低減することができる。

支持装置３の固有振動数ｆｃが２Ｈｚである場合に、鏡筒定盤９の振動の中で、およそ３Ｈｚ（２Ｈｚ×√２）以上の振動が減衰されてスケール１に伝わる。本実施例によれば、スケール１に伝わる周波数が３Ｈｚ以下の振動についても、低減できるため、実施例１の構成に比べて、よりスケール１の変形を低減することができる。

［実施例３］
実施例３における位置計測システムについて説明する。実施例１の支持装置がサーボ制御周波数を固有振動数ｆｃの１／２以下に設定しているのに対して、本実施例ではサーボ制御周波数を固有振動数ｆｃの√２倍以上１０倍以下に設定している。以下の説明では、実施例１と異なる部分について説明をし、実施例１と同様の機能を有する箇所については説明を省略する。

サーボ制御周波数を固有振動数ｆｃよりも高い周波数に設定すると、支持装置３が振動を伝え難い周波数領域（図９におけるｆｃの√２倍以上の領域）において、振動を伝えてしまうことになる。しかしながら、例えば、固有振動数ｆｃの近傍（例えば１〜３Ｈｚ）を避けた５〜１０Ｈｚにサーボ制御周波数を設定することによって、共振によるスケール１の振動を低減させて、スケール１の変形を抑制することが可能となる。

例えば、サーボ制御周波数を１０Ｈｚに設定した場合には、鏡筒１９の１０Ｈｚまでの振動を伝えてしまうが、１〜３Ｈｚ程度のスケール１の共振を抑制することができるため、スケール１に発生する慣性力を抑えることが可能となる。

サーボ制御周波数は、支持装置３の固有振動数ｆｃの√２倍以上、より好適には固有振動数ｆｃの２倍以上であればよい。サーボ制御周波数を固有振動数ｆｃに近づけすぎると制御が不安定になるためである。また、支持装置３の減衰比が小さい場合には固有振動数ｆｃ近傍の振動増幅割合が大きいため、本実施例を実施したときの振動抑制の効果はより顕著となる。スケール１のサーボ制御周波数は、支持装置３の固有振動数ｆｃの１０倍以下であれば、十分な振動抑制の効果が得られる。

［実施例４］
実施例４における位置計測システムについて説明する。実施例１の構成に対して、支持装置の構成が異なる。具体的には、実施例１の支持装置は非接触式であったのに対して、本実施例の支持装置は接触式である。実施例１と同様に、支持装置は、スケール１の板厚方向の支持剛性（バネ定数）が小さくなるように構成されている。以下の説明では、実施例１と異なる部分について説明をし、実施例１と同様の機能を有する箇所については説明を省略する。

図６の支持装置は、コイルばね７１によりスケール１を支持する。コイルばね７１は一端がスケール１側に、多端が鏡筒定盤９側に取り付けられる。このようなコイルばね７１は、スケール１の板厚方向（Ｚ方向）の支持剛性が低い（すなわち柔に支持する）だけでなく、ＸＹ方向における剛性も低い。なお、コイルばねの支持剛性を低くした場合、初期状態においてスケール１の質量などによってコイルばねの伸び量が大きくなりすぎないように、調整が必要となる。

なお、図７に示されるように、図６のコイルばね７１に代えて、板ばね７３によりスケール１を支持してもよい。

［実施例５］
実施例５における位置計測システムについて説明する。実施例１の支持装置が非接触式であったのに対して、実施例５の支持装置は接触式である点で相違する。実施例１における第１の特徴を備えていないため、実施例１の構成に比べてスケール１の温度変動は生じやすいが、第２の特徴を備えることにより、スケール１の変形を低減させることができる。以下の説明では、実施例１と異なる部分について説明をし、実施例１と同様の機能を有する箇所については説明を省略する。

図８（ａ）は、実施例５における支持装置を示す。図において１つの支持装置を示しているが、実施例１と同様に位置計測システムは複数の支持装置を備えており、図示されない他の支持装置も同様の構成であるものとする。

支持装置は、鏡筒定盤９に固定された磁石７２ａと、該磁石７２ａに対向するようにスケール１に固定された磁石７２ｂと、鏡筒定盤９とスケール１とを連結するコイルばね７１とを備える。磁石７２ａ，７２ｂはそれぞれ永久磁石である。コイルばね７１は、ばね要素として作用するものであれば、他の構成であってもよい。

スケール１は、磁石７２ａと磁石７２ｂとの間に働く磁気反発力と、コイルばね７１の復元力とにより決まる支持力により支持される。磁石７２ａと磁石７２ｂはスケール１の変位に対して非線形なばね力を発生し、コイルばね７１は線形なばね力を発生するように構成されている。

また、これらのばね力と、スケール１の支持位置を調整することにより、スケール１を支持する支持力を得るとともに、つり合い位置の近傍における変位に対するコイルばね７１の伸び量を抑えることができる。これは、スケール１と鏡筒定盤９との間の距離を小さくし、省スペース化をもたらす。さらに、調整により、つり合い位置におけるばね定数の絶対値を小さくすることもできる。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の変形例である。図８（ｂ）で図示される支持装置は、コイルばね７１に代えて空気ばね（ベロフラム）７３を用いている。また、磁石７２ａ，７２ｂに代えて磁石７２ｃ〜７２ｆを用いている。磁石７２ｃ〜７２ｆは磁気吸引力を用いている点でも図８（ａ）の支持装置と異なる。

［実施例６］
本実施例は、実施例１と支持装置の特性が異なる。図１０は、図３（ａ）、（ｂ）に示す支持装置３ａ（３ｂ〜３ｄも同様）を用いてスケール１を支持した場合の、スケール１の板厚方向（Ｚ方向）の位置と、支持装置３ａがスケール１に与える板厚方向の力との関係を示す図である。Ｆ_Ｇは、支持装置３ａによって支持されるスケール１等にかかる重力である。

支持装置３ａは、スケール１の板厚方向における位置に応じて、負ばね特性と正ばね特性をもつ。ここで、「負ばね特性」とは、物体を支持したときの釣り合い位置からずれると釣り合い位置から離れる方向に力を発生する特性である。それとは異なり、「正ばね特性」とは、物体を支持したときの釣り合い位置からずれると釣り合い位置に戻ろうとする力を発生する特性である。

実施例１では、支持装置が正ばね特性となるように、磁石３２と磁石３４との位置関係を調整しているのに対して、本実施例では、支持装置が負ばね特性となるように、磁石３２と磁石３４との位置関係を調整している。いいかえると、実施例１では、支持装置のばね定数が正になる位置でスケール１を支持しているのに対して、本実施例では、支持装置のばね定数が負になる位置でスケール１を支持している。

特開２００９−００４７３７号公報に記載される支持装置は、たわみ要素を用いており、たわみ要素（ばね要素）自体の質量とばね定数による共振が問題となる。従来例において、たわみ要素のばね定数を極力小さくしたとしても、たわみ要素自体の質量によって固有振動数（共振周波数）は数１０Ｈｚあたりから複数存在し、鏡筒定盤９から伝わる板厚方向の振動を増幅させてしまう。このような振動は、スケール１の変形を引き起こす。

実施例１においても、図９を用いて説明したように、鏡筒定盤９の振動周波数が固有振動数ｆｃ近傍の領域（例えば０．５Ｈｚ〜３Ｈｚ）において、鏡筒定盤９の振動が、支持装置３の減衰比に応じた量だけ増幅されてスケール１に伝わる。このような増幅は正ばね特性において生じるものであり、本実施例において支持装置が負ばね特性をもつため、増幅による共振の問題がない。したがって、実施例１に比べて、スケール１の変形を低減させることができる。

負ばね特性の支持装置は、ばね定数が負で定義されるため、一般的な固有振動数をもたない。したがって、固有振動数に相当する振動数として、以下の振動数ｆｃを定義する。

（式１）は一般的な固有振動数を表す式を変形したものであり、固有振動数を表す式におけるばね定数ｋを絶対値としたものである。ｍは、スケール１の質量またはスケール１とスケール１に搭載される物体の総質量である。負ばね特性の場合には共振現象が生じないため、振動数ｆｃには、共振を引き起こす振動数という意味はない。しかし、（式１）は、支持される物体に働く慣性力の効果でどの程度振動が伝わりにくくなるか、もしくは支持される物体にどの程度のばね力が働くのか、を知る目安となりうる。

ここで、ばね定数が負であったとしても、その絶対量が小さいことで鏡筒定盤９の振動がスケール１に伝達しにくいという特性は、ばね定数が正である場合と変わらない。

同様に、実施例２〜４においても、ばね定数を正ではなく負にしてもよい。

（デバイス製造方法）
つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、ウエハを現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を使用して感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、ガラス基板を現像する工程を含む。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。

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ず、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 スケール
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 回折格子
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 支持装置
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ 駆動装置
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 位置センサ
７ エンコーダ
９ 鏡筒定盤
１０ 投影光学系
３０ 基板
３２、３４ 永久磁石
４０ 微動ステージ
４１ 粗動ステージ
４５ 駆動装置
６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ 加速度センサ
８０ 液浸露光装置

Claims (8)

1. 物体の位置を計測する計測装置であって、
   前記物体に設けられたエンコーダと、
   前記エンコーダから光を照射され、重力方向に厚さを有するスケールと、
   床から伝達される振動を低減させる除振装置を介して床に支持された構造体と、
   前記構造体に設けられ、前記方向において前記スケールを支持する支持ユニットと、
   前記方向において、前記構造体あるいは前記構造体に支持された部材に対する前記スケールの位置を計測する計測器と、
   前記計測器の出力に基づいて、前記方向において前記スケールを移動させる駆動部と、を含み、
   前記支持ユニットは、前記除振装置および前記構造体を介して前記床から前記スケールに伝達される振動を前記方向において低減させるばね定数を有するばね要素を含み、
   前記ばね定数をｋとし、前記スケールを含み前記支持ユニットにより支持される物体の質量をｍとして、前記方向における振動数ｆｃ＝（１／２π）・（√（｜ｋ｜／ｍ））は、１０Ｈｚ以下を有し、
   前記ばね定数は正であり、
   前記駆動部のサーボ制御周波数は、前記振動数の１／２倍以下、または、√２倍以上かつ１０倍以下であることを特徴とする計測装置。
2. 前記支持ユニットは、非接触に前記スケールを支持することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記支持ユニットは、６軸方向において前記スケールに伝達される振動を低減させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の計測装置。
4. 前記支持ユニットは、前記スケール及び前記構造体の一方に取り付けられた１対の第１永久磁石と、他方に取り付けられた第２永久磁石とを有し、
   前記第１及び第２永久磁石の少なくとも一方は、前記方向とは直交する方向に着磁されており、かつ、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間に作用する力により前記スケールを支持することを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１つに記載の計測装置。
5. 前記スケールの加速度を検出する加速度センサを含み、
   前記駆動部は、該加速度センサの出力にも基づいて前記スケールを移動させることを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１つに記載の計測装置。
6. 基板を露光する露光装置であって、請求項１ないし５のうちいずれか１つに記載の計測装置を含み、前記計測装置の出力に基づいて前記基板の位置決めを行うことを特徴とする露光装置。
7. 前記計測装置は、前記基板が搭載されるステージの位置を計測することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
8. 請求項６または７に記載の露光装置を使用して基板を露光する工程と、その露光した基板を現像する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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