JP6016433B2 - Positioning apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、スケールとエンコーダとを備える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。 The present invention relates to a positioning device including a scale and an encoder. The present invention also relates to an exposure apparatus using such a positioning apparatus. Furthermore, the present invention relates to a device manufacturing method using such an exposure apparatus.
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結像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結像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。 Projection exposure equipment that forms an image of a circuit pattern formed on an original on a substrate via a projection optical system has been used in the past. In recent years, higher resolution and more economical exposure equipment are increasingly required. Has been. One of the important performances of such an exposure apparatus is the overlay accuracy when a circuit pattern is imaged on a substrate. Normally, a plurality of circuit patterns are formed in multiple layers on a substrate, but an electronic circuit cannot be established unless the plurality of circuit patterns are aligned with a predetermined accuracy.
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とを備える位置決め装置が提案されている。 Therefore, a technique for accurately aligning the substrate during exposure is important. As one technique for aligning substrates, a positioning device including a scale and an encoder has been proposed.
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。 In this positioning device, a plurality of flexure elements are arranged on a virtual circle centered on the central axis of the lens barrel. Since each flexible element has flexibility in the radial direction, the scale is prevented from being displaced even if the lens barrel surface plate is deformed by temperature fluctuation.
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。 In the conventional exposure apparatus, the lens barrel surface plate is supported on the floor surface via a vibration isolator such as an air mount, and the vibration transmitted from the floor to the lens barrel surface plate is treated as negligible. However, in recent years, the accuracy required for the exposure apparatus has increased, and there is a concern about vibrations that cannot be completely removed by the air mount and are transmitted to the lens barrel surface plate.
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。 In particular, in a positioning device including a scale and an encoder, the scale is often mounted on a structure such as a lens barrel surface plate, and there is a concern that this vibration is transmitted to the scale. In particular, since the scale has a structure that is easily deformed in the thickness direction, the amount of deformation increases when vibration is transmitted in this direction. At this time, even when the frequency of vibration is sufficiently smaller than the natural frequency of the scale, there is a risk that deformation of the scale may increase due to the inertial force corresponding to the acceleration generated in the scale acting on the scale.
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。
In the positioning device of
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。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an advantageous measuring apparatus in terms of measurement accuracy.
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スケールを有する構造体と、
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、前記ばね定数をkとして、前記方向における前記支持ユニットの振動数fc=(1/2π)・(√(|k|/m))は、10Hz以下を有し、
前記ばね定数は負であり、
前記駆動部のサーボ制御周波数は、前記振動数fcの1倍以上かつ10倍以下であることを特徴とする。
The present invention is a measuring device for measuring the position of an object,
An encoder provided on the object;
A scale irradiated with light from the encoder and having a thickness in the direction of gravity;
A structure having a scale supported on the floor via a vibration isolator that reduces vibration transmitted from the floor ;
A support unit provided in the structure and supporting the scale in the direction ;
Oite Before SL direction, a measuring device for measuring the position of the scale relative to the supported member to the structure or the structure,
Based on the output of the measuring instrument, comprising: a drive portion for moving the scale in front SL direction, and
The support unit includes a spring element having a spring constant that reduces, in the direction, vibration transmitted from the floor to the scale via the vibration isolation device and the structure.
The mass of the object including the scale and supported by the support unit is m, the spring constant is k, and the frequency fc of the support unit in the direction fc = (1 / 2π) · (√ (| k | / m )) Has 10 Hz or less,
The spring constant is negative;
The servo control frequency of the drive unit is 1 to 10 times the frequency fc.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a measurement device that is advantageous in terms of measurement accuracy.
[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。
[Example 1]
An exposure apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. In the drawings, constituent elements indicated by reference numerals with alphabets are part of constituent elements indicated by the same reference numerals without alphabets. Further, the optical axis direction of the exposure light of the exposure apparatus is defined as the Z direction, the directions orthogonal to the Z direction and the directions orthogonal to each other are defined as the X direction and the Y direction.
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とを含む位置決め装置によって位置決めされる。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、除振台は、パッシブ型でもアクティブ型でもよい。
FIG. 1 is a diagram illustrating an
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。
In the present embodiment, the substrate stage includes a
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。 The position of the substrate stage in the six axis directions is measured by a position measurement system.
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。
The position measurement system includes an
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、図においては一センサ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。
Further, the position measurement system includes a support device (support unit) 3 that supports the
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。
FIG. 2A is a bottom view of the scale 1 (viewed from the −Z direction). In this embodiment, the
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。
FIG. 2B is a top view of the scale 1 (viewed from the + Z direction). On the
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は、鏡筒定盤9に対してスケール1を駆動するように構成される。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。
Further, the
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。
Fig.3 (a) is a figure which shows the detail of the
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。
The
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。
The
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。
Due to the magnetic repulsion between the pair of
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。
The number and arrangement of the support device and the drive device are not limited to the illustrated form. In this embodiment, linear motors (4e, 4f) that can be driven in the X direction are arranged symmetrically with respect to the Y axis passing through the center of gravity of the
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3つの特徴を備える。 Hereinafter, the characteristics of the support device of the present embodiment will be described. The support device of the present embodiment has the following three features.
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。
The first feature is that the
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。
In this embodiment, since the
第2の特徴は、支持装置3a(3b〜3dも同様)は、スケール1の板厚方向(Z方向)において負ばね特性を有し、負のばね定数となる位置でスケール1を支持するように構成されることである。磁石32と磁石34の位置関係を所定の関係にすることによって、支持装置3aに負ばね特性をもたせている。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においてばね力は働かないが、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においてばね力は働かないが、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。
The second feature is that the
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。
The support device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-004737 uses a flexure element, and resonance due to the mass of the flexure element (spring element) itself and the spring constant becomes a problem. In the conventional example, even if the spring constant of the flexure element is made as small as possible, a plurality of natural frequencies (resonance frequencies) exist from several tens of Hz due to the mass of the flexure element itself, and vibration in the thickness direction transmitted from the lens
本実施例において、支持装置が負ばね特性をもつため、共振の問題がなくなり、スケール1の変形を低減させることができる。
In this embodiment, since the support device has a negative spring characteristic, there is no problem of resonance, and deformation of the
第3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。
The third feature is that the absolute value of the spring constant in the plate thickness direction (Z direction) of the scale is very small. Preferably, the absolute value of the spring constant in the 6-axis direction is very small. In other words, the
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。
Since the
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]、もしくは各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。
The inertial force F5 generated in the
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。 A support device having a negative spring characteristic does not have a general natural frequency because the spring constant is defined as negative. Accordingly, the following frequency fc is defined as the frequency corresponding to the natural frequency.
(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。
(Expression 1) is a modification of an expression representing a general natural frequency, and the spring constant k in the expression representing the natural frequency is an absolute value. m is the mass of the
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の板厚方向の振動数fc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、振動数fc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、振動数fcを10Hz以下にしている。
In recent exposure apparatuses, since the accuracy of about 0.1 nm is required for measuring the position of the substrate stage, the deformation amount of the
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。
As a result, it is possible to significantly reduce deformation of the
つづいて、本実施例の駆動装置における、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、ばね定数が負で、かつ、ばね定数の絶対値が小さいため、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。
Next, positioning control of the
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。
In order to describe the positioning control of the present embodiment in detail, first, the relationship between the
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に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。
In this embodiment, the relative position of the
支持装置が正ばね特性をもつ場合、スケール1の位置決め制御が振動を増幅させることも懸念される。通常、固有振動数の1/2〜√2倍の領域は位置決め制御が困難となる。
When the support device has a positive spring characteristic, there is a concern that the positioning control of the
それに対して、支持装置が負ばね特性をもつ場合には、固有振動数に相当する振動数において共振現象は生じず、スケール1の位置決め制御のサーボ制御周波数を振動数fcの近傍に設定しても、位置決め制御が不安定になることはない。ただし、負ばね特性は、釣り合いの位置から遠ざかる方向に力が働くため、この力に最低限打ち勝つだけの制御駆動力が確保できるように、サーボ制御周波数を調整する必要がある。想定するスケール1と鏡筒定盤9との相対変位量にもよるが、通常は、固有振動数に相当する振動数fcの1倍以上のサーボ制御周波数であれば位置決め制御は可能である。逆にいうと、振動数fcの1倍よりも小さいサーボ制御周波数で位置決め制御をすると、制御駆動力が負ばねで生じる力に負けてしまう可能性があり、位置決め制御が不安定となりやすい。
On the other hand, when the support device has a negative spring characteristic, the resonance phenomenon does not occur at the frequency corresponding to the natural frequency, and the servo control frequency of the positioning control of the
一方、スケール1の位置決め制御は、スケール1を投影光学系10の動きに追従させる働きをもつため、高いサーボ制御周波数でスケール1を位置決め制御すると投影光学系10の振動を過度に伝えてしまうことになる。
On the other hand, the positioning control of the
図7は、スケール1の位置決め制御のサーボ制御周波数とスケール1に加わる振動エネルギーとの関係を示す図である。図7(a)は支持装置3が正ばね特性をもつ場合で、図7(b)は支持装置3が負ばね特性をもつ場合である。
FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the servo control frequency of the positioning control of the
横軸は周波数比を示し、この周波数比は、サーボ制御周波数と、固有振動数もしくは振動数fcとの比である。 The horizontal axis represents the frequency ratio, which is the ratio between the servo control frequency and the natural frequency or frequency fc.
縦軸は、振動エネルギー比を示し、支持装置3から伝達される力もしくは制御駆動力によってスケール1が振動したときの振幅の2乗を、固有振動数2Hzの正ばね特性をもつ支持装置で支持し、かつ、サーボ制御を行わないときの値で正規化している。正規化されているため、サーボ制御周波数が0のとき(サーボ制御を行わないとき)に、振動エネルギー比は1.0となる。このグラフは、各サーボ制御周波数で位置決め制御を行った場合にスケール1に加わる振動エネルギーを正規化したグラフを表すと解釈できる。
The vertical axis indicates the vibration energy ratio, and the square of the amplitude when the
図7(a)より、正ばね特性をもつ支持装置は、固有振動数の2〜4倍程度にサーボ制御周波数を設定すると、スケール1に加わる振動エネルギーが減少すること、つまり最も振動抑制効果が高いことがわかる。また、固有振動数の10倍以上にサーボ制御周波数を設定すると、固有振動数の近傍のサーボ制御周波数で位置決め制御するよりもスケール1に加わる振動エネルギーが増大し、振動抑制効果が悪化してしまうことがわかる。
As shown in FIG. 7 (a), the support device having the positive spring characteristic reduces the vibration energy applied to the
図7(b)より、負ばね特性をもつ支持装置は、サーボ制御周波数を高くすればするほど、スケール1に加わる振動エネルギーが増大し、振動抑制効果が悪化することがわかる。また、サーボ制御周波数を振動数fcの1〜3倍程度に設定しているときには振動抑制効果が高いことがわかる。サーボ制御周波数をfcの10倍以上に設定すると、正ばね特性の支持装置の場合と振動抑制効果は変わらなくなる。
From FIG. 7 (b), it can be understood that the vibration energy applied to the
以上をまとめると、負ばね特性をもつ支持装置3において、スケール1の位置決め制御のサーボ制御周波数を振動数fcの1倍以上10倍以下に設定することが好ましいことがわかる。さらに、振動数fcの1倍以上3倍以下にすることがより好ましい。
In summary, it can be seen that in the
本実施例では、一例として、支持装置の振動数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3〜5Hz程度に設定している。 In this embodiment, as an example, the frequency fc of the support device is set to about 2 Hz in all six axis directions, and the servo control frequency is set to about 3 to 5 Hz.
「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5Hzに設定したときには、5Hz以上の周波数の動きには制御が機能しないが、鏡筒の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。
The “servo control frequency” (also referred to as a servo control band) is defined by the zero cross frequency in the open characteristic, and serves as an index indicating the boundary of whether or not the follow-up control functions sufficiently. In other words, when the servo control frequency is set to 5 Hz, the control does not function for the movement of the frequency of 5 Hz or more, but the control functions for the movement of the lens tube of the frequency of 5 Hz or less, and the low frequency band at the
本実施例の支持装置3は、スケール1の板厚方向において支持装置に負ばね特性をもたせて、さらに、スケール1を位置決め制御するためのサーボ制御周波数を振動数fcの1倍以上10倍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。
The
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1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。
In the present embodiment, position measurement in the 6-axis direction and driving in the 6-axis direction are described as preferred examples, but position measurement only in the plate thickness direction of the
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。
In this embodiment, the
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。
The configuration of the
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。 When the above-described position measurement system is applied to a charged particle beam drawing apparatus, an electron optical system for deflecting or shaping a charged particle beam can be applied instead of the projection optical system.
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。 When the above-described position measurement system is applied to the imprint apparatus, a pattern on which a pattern is formed or a support that supports the mold can be applied instead of the projection optical system.
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。 When the above-described position measurement system is applied to a digital microscope, an optical system constituting the microscope can be applied instead of the projection optical system.
[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。
[Example 2]
A position measurement system according to the second embodiment will be described. An acceleration sensor 60 (acceleration measuring means) is added on the
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。
FIG. 5 is a top view of the
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。
In the
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。
In this embodiment, the acceleration sensor detects the acceleration in the plate thickness direction of the
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。
The above-described acceleration control in the second embodiment is performed together with the position control for preventing the drift in the first embodiment. Since the servo control frequency of the acceleration control is not limited as in the position control, the deformation of the
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。
The
[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の支持装置が非接触式であったのに対して、実施例3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及び第3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。
[Example 3]
A position measurement system according to the third embodiment will be described. The support device of Example 1 is different from the non-contact type in that the support device of Example 3 is a contact type. Since the first feature in the first embodiment is not provided, the temperature fluctuation of the
図6(a)は、実施例2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。 FIG. 6A shows a support device in the second embodiment. Although one supporting device is shown in the figure, the position measurement system includes a plurality of supporting devices as in the first embodiment, and other supporting devices not shown in the figure have the same configuration.
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。
The support device includes a magnet 72 a fixed to the lens
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。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って、負ばね特性においてスケール1を支持することが可能となる。
The
また、調整により、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。
Further, the adjustment can provide a support force for supporting the
図6(b)は、図6(a)の変形例である。図6(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6(a)の支持装置と異なる。
FIG. 6B is a modification of FIG. The support device illustrated in FIG. 6B uses an air spring (Bellofram) 73 instead of the
(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。
(Device manufacturing method)
Next, a method for manufacturing a device (semiconductor device, liquid crystal display device, etc.) according to an embodiment of the present invention will be described. A semiconductor device is manufactured through a pre-process for producing an integrated circuit on a wafer and a post-process for completing an integrated circuit chip on the wafer produced in the pre-process as a product. The pre-process includes a step of exposing a wafer coated with a photosensitive agent using the above-described exposure apparatus, and a step of developing the wafer. The post-process includes an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (encapsulation). A liquid crystal display device is manufactured through a process of forming a transparent electrode. The step of forming the transparent electrode includes a step of applying a photosensitive agent to a glass substrate on which a transparent conductive film is deposited, a step of exposing the glass substrate on which the photosensitive agent is applied using the above-described exposure apparatus, and a glass substrate. The process of developing is included. According to the device manufacturing method of the present embodiment, it is possible to manufacture a higher quality device than before.
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。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
1 スケール
3(3a〜3d) 支持装置
4(4a〜4h) 駆動装置
5、7 センサ
32、34 磁石
40,41 基板ステージ
45 駆動装置
60a〜60d 加速度センサ
80 露光装置
100 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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、前記ばね定数をkとして、前記方向における前記支持ユニットの振動数fc=(1/2π)・(√(|k|/m))は、10Hz以下を有し、
前記ばね定数は負であり、
前記駆動部のサーボ制御周波数は、前記振動数fcの1倍以上かつ10倍以下であることを特徴とする計測装置。 A measuring device for measuring the position of an object,
An encoder provided on the object;
A scale irradiated with light from the encoder and having a thickness in the direction of gravity;
A structure supported on the floor via a vibration isolator that reduces vibration transmitted from the floor ;
A support unit provided in the structure and supporting the scale in the direction ;
Oite Before SL direction, a measuring device for measuring the position of the scale relative to the supported member to the structure or the structure,
Based on the output of the measuring instrument, comprising: a drive portion for moving the scale in front SL direction, and
The support unit includes a spring element having a spring constant that reduces, in the direction, vibration transmitted from the floor to the scale via the vibration isolation device and the structure.
The mass of the object including the scale and supported by the support unit is m, the spring constant is k, and the frequency fc of the support unit in the direction fc = (1 / 2π) · (√ (| k | / m )) Has 10 Hz or less,
The spring constant is negative;
The servo control frequency of the drive unit, the measurement device wherein the or less and 10 times 1x frequency fc.
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。 The support unit has a pair of first permanent magnets attached to one of the scale and the structure, and a second permanent magnet attached to the other,
Wherein at least one of the first and second permanent magnets before SL are magnetized in a direction orthogonal to the direction, and said the force acting between said first permanent magnet and the second permanent magnet measurement apparatus according to any one of 3 claims 1, characterized in that for supporting the scale.
前記駆動部は、前記加速度計測手段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。 Comprises acceleration measuring means for detecting an acceleration of the scale,
The drive unit of the previous SL measuring device according to any one of claims 1 to 4 also based on the output of the acceleration measuring means, characterized in that moving the scale.
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