JP6566192B2 - 防振装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、構造物を支持する際に振動を抑制するための防振装置及びその制御方法、その防振装置を使用する露光技術、並びにその露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

例えば半導体デバイス又は液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）の製造工程の一つであるリソグラフィ工程においては、レチクル（マスク）に形成されているパターンをフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート）に転写露光するために、ステッパー等の一括露光型（静止露光型）の露光装置又はスキャニングステッパー等の走査露光型の露光装置などが使用されている。

露光装置においては、従来より、振動の影響を排除して、レチクルステージ及びウエハステージの位置決め精度及び重ね合わせ精度等の露光精度を向上するために、露光装置のベース部材（定盤）と床（設置面）との間には防振台が配置されている。従来の防振台として、開ループ方式で内部の圧力がほぼ一定になるように制御されるエアダンパ等を用いて防振対象物を支持する受動型の防振台が知られている。最近では、防振対象物の設置面に対する相対位置を計測するセンサ、及び防振対象物の加速度を計測するセンサの検出信号を用いて、閉ループ方式で駆動機構を駆動して防振対象物の振動を抑制するようにした能動型の防振台も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２５０９号公報

従来の能動型の防振台においては、相対位置及び加速度を計測する複数のセンサを設けているため、機構が複雑化するとともに、駆動機構用の制御回路も複雑になり、製造コストが高くなっていた。

本発明の第１の態様によれば、設置面上に構造物を支持する防振装置において、その設置面に対してその構造物を支持する弾性機構と、その設置面に対するその構造物の振動を抑制するダンパ機構と、その設置面に対するその構造物の相対位置に対応する位置信号を検出する検出部と、その設置面に対するその構造物の相対位置を調整する調整部と、その検出部で検出される位置信号に応じてその調整部を駆動するための駆動信号を生成する制御部と、を備え、その制御部は、その構造物の質量、その弾性機構の剛性、及びそのダンパ機構が有するダンパの粘性比例係数の少なくとも１つを含む第１の伝達関数とその位置信号とを用いて生成される第１信号と、その構造物の質量、その弾性機構の剛性、及びそのダンパ機構が有するダンパの粘性比例係数の少なくとも１つを含み、かつその第１の伝達関数とは異なる第２の伝達関数とその位置信号とを用いて生成される第２信号と、を用いてその駆動信号を生成する防振装置が提供される。
その防振装置において、その制御部は、その構造物の目標位置に対応する目標位置信号と、その位置信号との差分に比例した比例信号、及びその差分を積分した積分信号の少なくとも一方を用いてその第１信号を生成してもよい。

第２の態様によれば、パターンを被露光体に露光する露光装置であって、フレームと、その被露光体を支持するとともにそのフレームに対して相対移動可能なステージと、第１の態様の防振装置と、を備え、その防振装置によって、設置面に対するそのフレームの相対位置を制御する露光装置が提供される。
第３の態様によれば、設置面上に構造物を支持する防振装置も制御方法であって、その防振装置は、その設置面に対してその構造物を支持する弾性機構と、その設置面に対するその構造物の振動を抑制するダンパ機構と、その設置面に対するその構造物の相対位置に対応する位置信号を検出する検出部と、その設置面に対するその構造物の相対位置を調整する調整駆動部と、その検出部で検出される位置信号に応じてその調整駆動部を駆動するための駆動信号を生成する制御部と、を備え、その制御部は、その構造物の質量、その弾性機構の剛性、及びそのダンパ機構が有するダンパの粘性比例係数の少なくとも１つを含む第１の伝達関数を用いて、その位置信号から生成された第１信号と、その構造物の質量、その弾性機構の剛性、及びそのダンパ機構が有するダンパの粘性比例係数の少なくとも１つを含み、かつその第１の伝達関数とは異なる第２の伝達関数を用いて、その位置信号から生成された第２信号と、を用いてその駆動信号を生成する制御方法が提供される。

第４の態様によれば、パターンを被露光体に露光する露光方法であって、その被露光体を支持して移動可能なステージを支持するフレームの設置面に対する相対位置を防振装置で制御することと、その防振装置を第３の態様の制御方法で制御することと、を含む露光方法が提供される。
第５の態様によれば、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、そのリソグラフィ工程で、本発明の態様の露光装置又は露光方法を用いて物体を露光するデバイス製造方法が提供される。

実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す、一部を断面で表した図である。 図１中の一つの防振台及びその制御系を示す図である。 図２の防振台の力学モデルを示す図である。 （Ａ）は図３の防振台を示すブロック図、（Ｂ）はその防振台及び制御系の一例を示すブロック図である。 （Ａ）は防振台及び制御系の一部を示すブロック図、（Ｂ）は所定の近似を行った場合に図５（Ａ）と等価なブロック図である。 防振台及び制御系の一部を示すブロック図である。 （Ａ）は除振特性を示す図、（Ｂ）は防振台及び制御系の一部を示すブロック図である。 （Ａ）は防振台及び剛性を制御するための制御系の一部を示すブロック図、（Ｂ）は図８（Ａ）と等価なブロック図である。 （Ａ）はＰＩ制御も行う制御系を示すブロック図、（Ｂ）は図９（Ａ）と等価なブロック図である。 （Ａ）は防振台の伝達特性の振幅を示す図、（Ｂ）はその伝達特性の位相を示す図である。 （Ａ）は設置面に与えた振動を示す図、（Ｂ）は受動的な制御を行った場合の構造物の振動の時間応答特性を示す図、（Ｃ）は実施形態の制御系を用いた場合の構造物の振動の時間応答特性を示す図、（Ｄ）は調整部で発生させる推力の時間応答特性を示す図である。 （Ａ）は実施形態の制御系を用いた場合の振幅の応答特性の一例を示す図、（Ｂ）はその場合のステップ時間応答特性の一例を示す図である。 防振装置の使用方法の一例を示すフローチャートである。 電子デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置ＥＸを示す。一例として、露光装置ＥＸは、液晶表示素子を製造するために使用される走査露光型の投影露光装置である。図１において、露光用の光源としての例えば水銀ランプ（不図示）から射出された露光用の照明光ＩＬ（露光光）は、照明光学系１０に入射する。照明光学系１０は、フライアイレンズ等のオプティカルインテグレータ、開口絞り、集光レンズ、可変ブラインド機構（マスクブラインド）、及びコンデンサレンズ系等を有する。照明光学系１０から射出される照明光ＩＬは、マスクＭのパターン面（下面）の照明領域を均一な照度分布で照射する。

マスクＭのパターン面の照明領域内のパターンの投影光学系ＰＬによる像が、フォトレジスト（感光材料）が塗布されたガラスプレートよりなるプレートＰ（感光性の基板）上に投影される。一例として、投影光学系ＰＬは等倍である。なお、投影光学系ＰＬの倍率は拡大又は縮小でもよい。また、投影光学系ＰＬとして、複数の部分投影光学系を所定の配列で並べたいわゆるマルチレンズ方式の投影光学系を使用してもよい。この場合には、照明光学系１０から射出される照明光ＩＬは、複数の部分投影光学系に対応する複数の照明領域を照明する。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取って説明する。本実施形態では、Ｘ軸に沿った方向（Ｘ方向）が、走査露光時のマスクＭ及びプレートＰの走査方向であり、マスクＭ上の照明領域は、非走査方向であるＹ軸に沿った方向（Ｙ方向）に細長い形状である。

また、投影光学系ＰＬの物体面側に配置されるマスクＭは、走査露光時にマスクベース３５Ｂ上を、エアベアリングを介して少なくともＸ方向に定速移動するマスクステージＭＳＴに保持されている。マスクステージＭＳＴの移動座標位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の回りの回転角）は、マスクステージＭＳＴに固定された移動鏡Ｍｒと、これに対向して配置されたレーザ干渉計（不図示）とで逐次計測され、この計測結果及び装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御装置（不図示）からの制御情報に基づいて、リニアモータ及び微動アクチュエータ等で構成される駆動系（不図示）によってマスクステージＭＳＴが駆動される。

一方、投影光学系ＰＬの像面側に配置されるプレートＰは、基板ステージＰＳＴ上に保持され、基板ステージＰＳＴは、走査露光時に少なくともＸ方向に定速移動できるとともに、Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動できるように、エアベアリングを介して基板ベースＰＢ上に載置されている。また、基板ステージＰＳＴの移動座標位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の回りの回転角）は、基板ステージＰＳＴに固定された移動鏡Ｐｒと、これに対向して配置されたレーザ干渉計（不図示）とで逐次計測され、この計測結果及び主制御装置（不図示）からの制御情報に基づいて、リニアモータ及びボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等のアクチュエータで構成される駆動系（不図示）によって基板ステージＰＳＴが駆動される。

また、基板ステージＰＳＴには、プレートＰのＺ方向の位置（フォーカス位置）と、Ｘ軸及びＹ軸の回りの傾斜角を制御するＺレベリング機構（不図示）も備えられている。そして、投影光学系ＰＬの下部側面に、プレートＰの表面の複数の位置でフォーカス位置（Ｚ方向の位置）を計測する斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（不図示）が配置されている。このオートフォーカスセンサの計測結果に基づいてそのＺレベリング機構を駆動することで、走査露光時にプレートＰの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦される。

次に、露光装置ＥＸが備える防振機構の一例につき説明する。図１において、例えば液晶ディスプレイの製造工場の床ＦＬ上に例えば４箇所に配置された防振台２２を介して、露光装置を設置する際の基礎部材としての厚い平板状のベース部材２４（定盤又はペデスタル）が設置されている。防振台２２（防振装置の機構部）及び制御系３６から能動型の防振装置２０（図２参照）が構成されている（詳細後述）。防振台２２及び制御系３６を含むシステムは、能動型振動分離システムであるＡＶＩＳ(Active Vibration Isolation System) とも呼ぶことができる。また、ベース部材２４上に露光装置ＥＸの本体部（光源を除く照明光学系１０、マスクステージＭＳＴ、投影光学系ＰＬ、及び基板ステージＰＳＴを含む部分）を設置するための長方形の薄い平板状のベースプレート２６が固定されている。

ベースプレート２６上に３箇所又は４箇所の支持部材２８及び防振台３０を介して第１フレーム３５Ａが載置され、第１フレーム３５Ａの中央の開口部に投影光学系ＰＬが保持されている。防振台３０としては、防振台２２を小型化した防振台を使用できる。
また、第１フレーム３５Ａの両端部に設けられた門型のフレームを介して平板状のマスクベース３５Ｂが固定され、マスクベース３５Ｂを覆うように第２フレーム３５Ｃが固定され、第２フレーム３５Ｃの中央部に照明光学系１０が支持されている。そして、マスクベース３５Ｂ上にマスクＭを保持するマスクステージＭＳＴが載置されている。第１フレーム３５Ａ、マスクベース３５Ｂ、及び第２フレーム３５Ｃよりフレーム機構３４が構成されている。フレーム機構３４は、ベースプレート２６の上面に複数の防振台３０を介して支持された状態で、投影光学系ＰＬ、マスクステージＭＳＴ（第１ステージ）、及び照明光学系１０を保持している。

また、ベース部材２４上のベースプレート２６上の複数の支持部材２８で囲まれた領域上に、３個又は４個の防振台３２を介して基板ベースＰＢが支持されている。基板ベースＰＢ上にはプレートＰを保持する基板ステージＰＳＴ（第２ステージ）が載置されている。防振台３２としても、防振台２２を小型化した防振台を使用できる。
複数のそれぞれ防振台２２を含む防振装置２０によって、床ＦＬに対して、ベース部材２４を含む露光装置ＥＸのほぼ全体の部分の振動が抑制されている。このため、他の製造装置等（不図示）による振動が床ＦＬに伝えられた場合でも、露光装置ＥＸの振動が抑制され、露光装置ＥＸで高精度に露光を行うことができる。さらに、複数の防振台３０を含む防振装置によって、投影光学系ＰＬ及びマスクステージＭＳＴ等の振動が抑制され、複数の防振台３２を含む防振装置によって、基板ステージＰＳＴの振動が抑制される。なお、防振台３０及び３２の少なくとも一方の構成は防振台２２と異なっていてもよい。例えば防振台３０及び３２の少なくとも一方は受動型の防振台でもよい。

露光装置ＥＸを用いてプレートＰを露光する際には、マスクＭへの照明光ＩＬの照射を開始して、マスクＭのパターンの一部の投影光学系ＰＬを介した像でプレートＰ上の一つのショット領域を露光しつつ、マスクステージＭＳＴと基板ステージＰＳＴとを投影光学系ＰＬの投影倍率βを速度比としてＸ方向に同期して移動（同期走査）する走査露光動作によって、そのショット領域にマスクＭのパターン像が転写される。その後、照明光ＩＬの照射を停止して、基板ステージＰＳＴを介してプレートＰをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作と、上記の走査露光動作とを繰り返すことによって、ステップ・アンド・スキャン方式でプレートＰの全部のショット領域にマスクＭのパターン像が転写される。

次に、本実施形態の防振台２２を含む防振装置２０につき詳細に説明する。また、以下では、ベース部材２４を含む部分の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行な方向であるＺ方向の振動を抑制する防振装置について説明するが、これはＸ方向及びＹ方向の振動を抑制する機構、さらにはＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの回転方向の振動を抑制する防振装置にも同様に適用できる。

図２は、図１中の一つの防振台２２及び制御系３６を含む防振装置２０を示す。図２において、床ＦＬ上に設置された剛性の高い支持台３８上に、エアダンパ４０及び比較的剛性の高い圧縮コイルばねを有する弾性部材４８を介してベース部材２４が支持されている。エアダンパ４０は、支持台３８上の保持部材４１Ａ及びベース部材２４の底面の保持部材４１Ｂによって安定に保持されている。なお、弾性部材４８としては、圧縮コイルばねの代わりに板ばね等を使用することもできる。

流体式ダンパとしてのエアダンパ４０は、可撓性を有する中空の袋内に気体としての空気を圧力が制御できる状態で封入したものである。即ち、例えば工場の共通の圧縮空気源としてのコンプレッサ（不図示）に連結された用力配管（不図示）の端部である空気取り入れ部４２とエアダンパ４０とが、例えば可撓性を有する配管４３で接続されている。配管４３の途中には、レギュレータ４４及び空気の流量を制御できるサーボバルブ４５が装着されている。また、エアダンパ４０内の気体の圧力を計測する圧力センサ４６が設けられ、圧力センサ４６の検出信号が制御系３６に供給されている。一例として、制御系３６は、圧力センサ４６で検出される圧力が目標値に対して許容範囲になるように、サーボバルブ４５の流量を制御する。なお、エアダンパ４０の代わりに油圧式のダンパを使用してもよい。

また、支持台３８とベース部材２４との間に、支持台３８に固定されたスケール部５２ａとベース部材２４に固定された検出部５２ｂとを有し、支持台３８（床ＦＬ）に対するベース部材２４のＺ方向の相対位置（これをｘ_sns（ｔ）とする）を求める位置センサ５２が設けられている。位置センサ５２は、相対位置ｘ_sns（ｔ）に対応する信号を検出する非接触式で光学式のセンサであるが、それに限定されるものではない。位置センサ５２の検出信号は制御系３６に供給され、その検出信号等の情報を用いて制御系３６は、床ＦＬに対するベース部材２４（露光装置ＥＸ）の相対位置が予め設定されている目標位置になるように、モータ部５０の推力を制御する。位置センサ５２としては、光学式のリニアエンコーダの他に、静電容量式、又は磁気式等のリニアエンコーダを使用できる。また、位置センサ５２の代わりに、渦電流式の変位センサ、又は非接触式のギャップセンサ等を使用することも可能である。

また、支持台３８とベース部材２４との間に、支持台３８に固定されたスケール部５２ａとベース部材２４に固定された検出部５２ｂとを有し、支持台３８（床ＦＬ）に対するベース部材２４のＺ方向の相対位置（これをｘ_sns（ｔ）とする）に対応する信号を検出する非接触式で光学式の位置センサ５２が設けられている。位置センサ５２の検出信号は制御系３６に供給され、その検出信号等の情報を用いて制御系３６は、床ＦＬに対するベース部材２４（露光装置ＥＸ）の相対位置が予め設定されている目標位置になるように、モータ部５０の推力を制御する。位置センサ５２としては、光学式のリニアエンコーダの他に、静電容量式、又は磁気式等のリニアエンコーダを使用できる。また、位置センサ５２の代わりに、渦電流式の変位センサ、又は非接触式のギャップセンサ等を使用することも可能である。

次に、図２の防振台の制御系３６内でモータ部５０の動作を制御する部分ににつき説明する。図３は、図２の防振台２２の力学モデルである。図３において、設置面１６は図２の床ＦＬの表面に対応しており、構造物１８は図１のベース部材２４及びベース部材２４で支持されている露光装置ＥＸの構成要素の質量（これをＭとする）と同じ質量を持つ平板状の部材である。図１において、ベース部材２４の底面に例えば４個の防振台２２がある場合、その質量Ｍは、ベース部材２４及びベース部材２４で支持されている露光装置ＥＸの構成要素の全体の質量のほぼ１／４である。

また、図３において、図２のエアダンパ４０の粘性比例係数をＣ、弾性部材４８の剛性をＫとする。このとき、質量Ｍは構造物１８の加速度に応じた抵抗力（慣性）の係数であり、粘性比例係数Ｃは構造物１８の速度に応じた抵抗力の係数であり、剛性（ばね定数）Ｋは構造物１８の位置に応じた抵抗力の係数であるとみなすことができる。
そして、例えば所定の基準面に対する設置面１６のＺ方向の位置をｘ₀（ｔ）、その基準面に対する構造物１８のＺ方向の位置をｘ_v（ｔ）（ｔは時間）、設置面１６に対する構造物１８のＺ方向の相対位置をx_sns（ｔ）として、モータ部５０による設置面１６から構造物１８に対するＺ方向の推力をｆ（ｔ）とする。位置ｘ₀（t）及びｘ_v（t）は、相対位置に対して絶対位置ということもできる。

図４（Ａ）は、図３の力学モデルに対応する防振台２２を表すブロック図である。図４（Ａ）のブロック部２２Ｂが、図３の力学モデルに対応している。なお、変数ｓはラプラス変換の変数であり、周波数をｆ（Ｈｚ）、角周波数をωとすると、定常状態ではｓ＝ｉ２πｆ＝ｉω（ｉは虚数単位）である。ブロック部２２Ｂにおいて、推力ｆ（ｔ）が減算部（加え合わせ点）５４Ａの加算側に入力され、減算部５４Ａの出力が、質量Ｍによる変位部５４Ｂ及び積分部５４Ｃを介して積分部５４Ｄ及び減算部５４Ｅの加算側に供給され、積分部５４Ｄの出力（位置ｘ_v（ｔ））が減算部５４Ｆの加算側に供給されている。

また、図３の設置面１６の加速度（位置ｘ₀（ｔ）の時間ｔによる２階微分）が積分部５４Ｇを介して減算部５４Ｅの減算側及び積分部５４Ｈに供給され、積分部５４Ｈの出力（位置ｘ₀（t））が減算部５４Ｆの減算側に供給され、減算部５４Ｆの出力（相対位置x_sns（ｔ））が剛性Ｋを持つ弾性部５４Ｊに供給され、減算部５４Ｅの出力が粘性比例係数Ｃを持つダンパ部５４Ｉに供給されている。そして、弾性部５４Ｊ及びダンパ部５４Ｉの出力が加算部（加え合わせ点）５４Ｋで加算され、加算部５４Ｋの出力が減算部５４Ａの減算側に供給されている。

また、次の式（１１）は、図４（Ａ）のブロック部２２Ｂを、２入力（推力ｆ（ｔ）及び位置ｘ₀（ｔ））で２出力（位置ｘ_v（ｔ）及びx_sns（ｔ））のシステムとして伝達関数を用いて表したものである。

式（１１）において、第２式の２行×２列の行列（以下、行列Ｐ（ｓ）ともいう）中の要素Ｐ₂（ｓ）が防振装置２０の除振特性（後述）を表している。

次に、図４（Ｂ）は、本実施形態の制御系３６を含む能動型の防振装置の一例を示すブロック図である。図４（Ｂ）において、ブロック部２２Ｂは、図４（Ａ）の防振台２２のブロック図を式（１１）の行列Ｐ（ｓ）を用いて表したものである。
図４（Ｂ）において、減算部５６の加算側に、構造物１８の設置面１６に対するＺ方向の相対位置の目標値ｒに対応する信号が供給され、ブロック図２２Ｂから出力される構造物１８の位置センサ５２によって計測される相対位置x_sns（ｔ）に対応する信号が、減算部５６の減算側及びフィードバック制御部（以下、ＦＢ制御部という）５８に供給されている。また、減算部５６の出力ｅが、比例制御及び積分制御を行うための制御部（以下、ＰＩ制御部という）６０に供給され、ＰＩ制御部６０の出力ｕが減算部６２の加算側に供給され、ＦＢ制御部５８の出力が減算部６２の減算側に供給され、減算部６２の出力（推力ｆ（ｔ）を生成するための信号ｆ^ref）がモータ部５０の駆動回路部５０Ｄ（このモータドライバ特性の伝達関数をＱ_MD（ｓ）とする）に供給され、モータ部５０から推力ｆ（ｔ）が発生している。なお、ＰＩ制御部６０は、ＦＢ制御部５８とは別個に設けられた第２のフィードバック制御部とみなすことができる。

駆動回路部５０Ｄのモータドライバ特性の伝達関数Ｑ_MD（ｓ）は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）特性となり、その帯域はモータによって異なる。比較的小型の構造物の場合に好適なボイスコイルモータの場合、その帯域は数ｋＨｚ程度であり、大型構造物に好適な空圧アクチュエータ（エアシリンダ等）の場合、その帯域は２０Ｈｚ程度までである。
また、図４（Ｂ）のＰＩ制御部６０は、主に構造物１８を安定に支持するために設けられ、ＦＢ制御部５８は、主に防振装置２０の除振率を改善するために設けられている。一例として、除振率は、次のように設置面１６の位置ｘ₀（t）の変動量に対する構造物１８の位置ｘ_v（ｔ）の変動量の比率である。
除振率＝ｘ_v（ｔ）／ｘ₀（t）
除振率が小さいほど、設置面１６の振動による構造物１８の振動が少なくなり、除振性能（除振特性）が優れていることになる。以下では、一例として、除振率によって防振装置２０の除振特性又は防振特性を表すこととする。

次に、図５（Ａ）は、図４（Ｂ）中のブロック部２２Ｂ、駆動回路部５０Ｄ、減算部６２、及びＦＢ制御部５８を示す。また、図５（Ａ）において、駆動回路部５０Ｄの伝達関数Ｑ_MD（ｓ）をほぼ１とみなした場合のブロック図は図５（Ｂ）となる。この図５（Ｂ）におけるＦＢ制御部５８の伝達関数Ｃ_IPFB（ｓ）は次の式（１２）で表される。
なお、式（１２）中の関数Ｐ₁（ｓ）（防振台２２の実際の機械特性を表す関数）は式（１３）で表され、関数Ｐ_n1（ｓ）は理想的な機械特性（目標とする機械特性）を表す関数であり、関数Ｑ（ｓ）は、伝達関数の分子及び分母の次数を等しくするためのローパスフィルタ特性を持つ関数である。

ここで、理想的な機械特性を表す関数Ｐ_n1（ｓ）として次の３つの場合（以下、ケース１、ケース２、ケース３とする）を想定する。ケース１の場合、関数Ｐ_n1（ｓ）は以下の式（１４Ａ）で示すように、質量Ｍ、粘性比例係数Ｃ、及び剛性Ｋがそれぞれ理想的な値Ｍ_n，Ｃ_n，Ｋ_nに設定されている関数である。このとき、ＦＢ制御部５８の伝達関数Ｃ_IPFB（ｓ）は式（１４Ｂ）で表され、式（１４Ｂ）中の関数Ｑ（ｓ）はカットオフ角周波数ω_LPF及び減衰率ζを用いて式（１４Ｃ）で表される。

また、ケース２の場合、関数Ｐ_n1（ｓ）は以下の式（１５Ａ）で示すように、粘性比例係数Ｃ及び剛性Ｋがそれぞれ理想的な値Ｃ_n，Ｋ_nに設定されている関数である。このとき、ＦＢ制御部５８の伝達関数Ｃ_IPFB（ｓ）は式（１５Ｂ）で表され、式（１５Ｂ）中の関数Ｑ（ｓ）はカットオフ角周波数ω_LPFを用いて式（１５Ｃ）で表される。

また、ケース３の場合、関数Ｐ_n1（ｓ）は以下の式（１６Ａ）で示すように、剛性Ｋだけが理想的な値Ｋ_nに設定されている関数である。このとき、ＦＢ制御部５８の伝達関数Ｃ_IPFB（ｓ）は式（１６Ｂ）で示すように、単に定数Ｋ_nと定数Ｋとの差分という簡単な形になる。

図６は、図５（Ｂ）と同様の防振装置２０のブロック図である。ただし、行列Ｐ（ｓ）は上述の式（１１）で表される。図６（Ａ）において、減算部６２に対する目標とする入力ｕの変化に対する相対位置ｘ_sns（ｔ）の変化がＰn1（ｓ）であり、除振特性（除振率＝ｘ_v（ｔ）／ｘ₀（t））は関数Ｐ_n2（ｓ）である。この関数Ｐ_n2（ｓ）を用いると、上述のケース１、ケース２、及びケース３の場合の除振特性（除振率）は次の式（１７Ａ）、（１７Ｂ）、及び（１７Ｃ）で表される。

次に、図７（Ａ）は図７（Ｂ）のブロック図（図５（Ｂ）のブロック図と同じ）に対応する除振特性を示し、図７（Ａ）の横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は除振率（ｄＢ）である。また、図７（Ａ）の直線Ａ１は、粘性比例係数Ｃ及び質量Ｍで定められる除振特性の限界（＝Ｃ／（Ｍｓ））を表し、曲線Ａ２は、防振台２２そのものが持つ除振特性（＝（Ｃｓ＋Ｋ）／（Ｍs²＋Ｃｓ＋Ｋ））を表し、曲線Ａ３は、図７（Ｂ）のブロック図において、ＦＢ制御部５８の伝達関数Ｃ_IPFB（ｓ）を式（１６Ｂ）（ケース３）と同様に、次のように単に定数Ｋ_nと定数Ｋとの差分で表した場合の除振特性を示す。
Ｃ_IPFB（ｓ）＝Ｋ_n−Ｋ＜０ …（１７Ｄ）

この場合、目標とする剛性Ｋ_nを実際の剛性Ｋよりも小さい値に設定しているため、伝達関数Ｃ_IPFB（ｓ）は負の定数となり、ＦＢ制御部５８を用いる制御はポジティブ比例制御となる。なお、図７（Ａ）において、曲線Ａ３の高周波数の領域Ａ４の特性をモータ部５０の推力で変えるためには、モータ部５０のパワーを大きくするとともに、駆動回路部５０Ｄの応答特性を高くすればよい。また、直線Ａ１は変更しない方が良いため、除振特性の共振周波数を下げるように、上述のケース３のように剛性Ｋを小さい方向に変更している。

ＦＢ制御部５８の伝達関数Ｃ_IPFB（ｓ）を式（１７Ｄ）のように設定すると、図４（Ａ）を用いて図５（Ｂ）（図７（Ｂ））のブロック図は図８（Ａ）のようになる。図８（Ａ）において、図４（Ａ）のブロック部２２Ｂ中の弾性部５４Ｊ以外の部分を、伝達関数（１／（Ｍｓ²＋Ｃｓ））を持つブロック部２２Ｂ１及び減算部５４Ａで表している。弾性部５４Ｊとブロック部２２Ｂ１とは並列である。

図８（Ａ）において、ＦＢ制御部５８は減算部６２を介して弾性部５４Ｊと並列に接続されているため、図８（Ａ）は図８（Ｂ）の等価回路６４と等価になる。図８（Ｂ）は、防振台２２を表す実際のブロック部２２Ｂ１において、剛性Ｋを持つ弾性部５４Ｊが、より小さい剛性Ｋ_nを持つ弾性部５４Ｊ１で置き換えられたことを意味する。このように、防振台２２を示すブロック部２２Ｂ（又は２２Ｂ１）及びＦＢ制御部５８を含む部分の伝達関数を、剛性Ｋが別の値に変えられた防振台２２の伝達関数と実質的に同じにすることを、防振台２２の剛性Ｋを目標とする値に電気的に変換するという。これによって、防振特性が、図７の曲線Ａ２（機械的な特性）から曲線Ａ３（理想的な特性）に改善される。

同様に、防振台２２を示すブロック部２２Ｂ（又は２２Ｂ１）及びＦＢ制御部５８を含む部分の伝達関数を、質量Ｋ、粘性比例係数Ｃ、及び剛性Ｋの少なくとも一つが別の値に変えられた防振台２２の伝達関数と実質的に同じ（等価）にすることを、防振台２２の質量Ｋ、粘性比例係数Ｃ、及び剛性Ｋで表される防振装置２０の機械的な特性を目標とする特性に電気的に変換するという。

次に、図４（Ｂ）中のＰＩ制御部６０につき説明する。
図９（Ａ）は図４（Ｂ）と同じブロック図であり、図９（Ａ）において、ＰＩ制御部６０の伝達関数Ｃ_PI（ｓ）をＫ_p＋Ｋ_i／ｓに設定する（Ｋ_p及びＫ_iは比例制御及び積分制御のゲイン）。このとき、図９（Ａ）は図９（Ｂ）と等価になる。図９（Ｂ）中のブロック部２２Ｂ２が図９（Ａ）のブロック部２２Ｂ、減算部６２、及びＦＢ制御部５８に対応している。この場合、ＰＩ制御部６０は、設置面１６に対する構造物１８の相対位置ｘ_sns（ｔ）を目標値ｒに保つようにモータ部５０の推力ｆ（ｔ）を制御する。また、所望の（例えば１Ｈｚ以下）の目標値応答特性が得られるように、ＰＩ制御部６０のゲイン（Ｋ_p及びＫ_i）が調整される。

図１０（Ａ）（振幅）及び（Ｂ）（位相）は本実施形態の制御系３６を用いた場合のシミュレーションにおける図９（Ｂ）の伝達関数Ｐ₁（ｓ）Ｑ_MD（ｓ）の伝達特性を示す。図１０（Ａ）及び（Ｂ）の横軸は周波数（Ｈｚ）である。この場合、防振台２２の質量Ｍは５００ｋｇ、粘性比例係数Ｃは２ζωＭ（Ｎ／（ｍ／ｓ））、剛性Ｋはω²Ｍ（Ｎ／ｍ）、減衰率ζは０．２、角周波数ωは２π５（ｒａｄ／ｓ）とした。また、駆動回路部５０Ｄの伝達特性の減衰率ζ_MDは０．７、角周波数ω_MDは２π２０００（ｒａｄ／ｓ）、ＦＢ制御部５８のケース３の場合の剛性Ｋ_nはω_n ²Ｍ（Ｎ／ｍ）、ω_nは２π１とした。

このとき、除振特性は、図７（Ａ）の曲線Ａ３のようになった。また、設置面１６の位置ｘ₀の振動を図１１（Ａ）とした。このとき、ＦＢ制御部５８を設けない場合の構造物１８の位置ｘ_v（ｔ）は図１１（Ｂ）となり、ＦＢ制御部５８を設けた場合の構造物１８の位置ｘ_v（ｔ）は図１１（Ｃ）となり、除振率が大幅に改善されていることが分かる。また、駆動回路部５０Ｄに供給される推力の設定値ｆ_refは図１１（Ｄ）のようになり、モータ部５０から正確に推力ｆが構造物１８に付与されることが分かる。

また、図１２（Ａ）は、ＰＩ制御部６０を設けた場合の目標値応答特性のシミュレーション結果の一例を示す。図１２（Ａ）の横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は振幅である。図１２（Ｂ）は、ＰＩ制御部６０を設けた場合の目標値１ｍｍのステップ応答時間のシミュレーション結果の一例を示す。図１２（Ｂ）の横軸は時間（ｓ）、縦軸は位置（ｍｍ）であり、点線は目標位置ｒ、実線は実際の相対位置ｘ_snsである。図１２（Ａ）及び（Ｂ）より、所望（１Ｈｚ程度）の目標値応答特性が得られることが分かる。

次に、本実施形態の防振装置２０の制御方法（使用方法）の一例につき図１３のフローチャートを参照して説明する。まず、図１３のステップ１０２において、図４（Ｂ）のＦＢ制御部５８の伝達特性を、防振台２２に対応するブロック部２２Ｂの剛性Ｋを実質的に小さい値Ｋ_nに変換するように設定する。そして、位置センサ５２で設置面１６に対する構造物１８の相対位置ｘ_snsを計測し（ステップ１０４）、この計測値と目標値との差分が小さくなるように、モータ部５０で設置面１６に対して構造物１８を駆動する（ステップ１０６）。このステップ１０４及び１０６の動作を、防振を停止するまで繰り返すことで（ステップ１０８）、設置面１６が振動しても、その振動で構造物１８が振動することが抑制される。
この制御方法によれば、構造物１８（防振対象物）の相対位置等を計測するための計測装置の数を多くすることなく、防振性能（除振率等）を向上できるとともに、構造物１８の目標値応答特性を向上できる。

上述のように本実施形態の露光装置ＥＸは、防振装置２０を備えている。そして、防振装置２０は、設置面１６（床ＦＬ）上に構造物１８（ベース部材２４）を支持する防振装置において、設置面１６に対して構造物１８を支持する弾性部材４８（弾性機構）と、設置面１４に対する構造物１８の振動を抑制するエアダンパ４０（ダンパ機構）と、設置面１４に対する構造物１８の相対位置ｘ_snsに対応する位置信号を検出する位置センサ５２（検出部）と、設置面１４に対する構造物１８の相対位置を調整するモータ部５０（調整部）と、位置センサ５２で検出される位置信号に応じてモータ部５０を駆動する制御系３６と、を備え、制御系３６は、構造物１８を支持する弾性部材４８の剛性Ｋをより小さい（目標とする特性）電気的な値に（伝達関数として）変えるＦＢ制御部５８（図８（Ａ）参照）（特性変更部）を有する。

本実施形態によれば、構造物１８（防振対象物）の絶対位置等を計測するための計測装置（例えばジャイロセンサや加速度センサ等）の数を多くすることなく、防振性能としての例えば除振率（構造物１８の位置ｘ_v／設置面１６の位置ｘ₀）を向上できる。また、防振装置２０の製造コストを抑制できる。
また、制御系３６は、構造物１８の目標位置ｒに対応する目標位置信号と、その位置信号との差分に応じてモータ部５０を駆動する減算部５６を有し、ＦＢ制御部５８はその位置信号をその目標とする特性に応じて変換した信号を制御系３６の出力部とモータ部５０の入力部との間に帰還する負帰還部である。この場合、第１の帰還部を含んで構成される第１のフィードバック系によって、構造物１８の目標値応答特性（構造物１８の設置面１６に対する相対位置を目標値に対して許容範囲内に保つ際の応答特性）を向上させることができる。また、ＦＢ制御部を含んで構成される第２のフィードバック系によって、防振性能（除振率）を向上させることができる。

また、ＦＢ制御部５８の伝達関数が、目標とする剛性Ｋ_nと元の剛性Ｋとの差分である場合には、簡単な構成で、防振台２２を、剛性Ｋが目標とする値に変数された防振台に電気的に変換でき、防振性能を向上できる。
また、制御系３６が、構造物１８の目標位置に対応する目標位置信号と、その位置信号との差分に比例した比例信号、及びその差分を積分した積分信号に応じてモータ部５０を駆動するＰＩ制御部６０（演算部）を有する場合には、構造物１８の目標値応答特性をさらに向上できる。

また、露光装置ＥＸは、マスクＭのパターンをプレートＰ（被露光体）に露光する露光装置であって、フレーム機構３４（フレーム）と、プレートＰを支持するとともにフレーム機構３４に対して相対移動可能な基板ステージＰＳＴと、防振装置２０とを備え、防振装置２０によって床ＦＬ（設置面）に対するフレーム機構３４（ベース部材２４）の相対位置を目標位置に対して許容範囲内に制御している。

また、露光装置ＥＸを用いてプレートＰを露光する露光方法において、露光中に上述の防振装置２０の制御方法が使用されている。この露光装置ＥＸ又は露光方法によれば、防振装置２０の除振性能が向上しているため、プレートＰに対して高精度に露光を行うことができる。

（変形例）
なお、上述の実施形態では、以下のような変形が可能である。
上述の実施形態では、制御系３６にＰＩ制御部６０が設けられているが、ＰＩ制御部６０では、比例制御及び積分制御の少なくとも一方を行うのみでもよい。また、ＰＩ制御部６０では、比例制御及び積分制御とともに、又は比例制御及び積分制御の代わりに、微分制御（入力信号の微分信号を減算部６２に出力すること）を行ってもよい。
ただし、制御系３６において、ＰＩ制御部６０を省略することも可能である。

また、ＦＢ制御部５８の伝達関数は、分母及び分子がそれぞれ周波数に関して１次の関数（式（１５））であってもよい。この場合には、防振台２２を、粘性比例係数Ｃ及び剛性Ｋがそれぞれ目標とする値に変数された防振台に電気的に変換でき、防振性能を向上できる。
さらに、ＦＢ制御部５８の伝達関数は、目標とする特性に対応する伝達関数Ｐ_n1（ｓ）の分母と分子とを入れ替えた第１の関数（Ｐ_n1 ^-1（ｓ））と、防振装置の機械的な特性に対応する伝達関数Ｐ₁（ｓ）の分母と分子とを入れ替えた第２の関数（Ｐ₁ ^-1（ｓ））との差分よりなる第１の伝達関数と、所定のローパスフィルタに対応する第２の伝達関数Ｑ（ｓ）との積で表される伝達関数（式（１４Ｂ）の関数Ｃ_IPFB（ｓ））であってもよい。この伝達関数を有する場合には、防振台２２を、質量Ｍ、粘性比例係数Ｃ、及び剛性Ｋの少なくとも一つがそれぞれ目標とする値に変数された防振台に電気的に変換でき、防振性能を向上できる。

なお、本実施形態では調整部が図２に示すモータ部（ＶＣＭ）５０である場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＶＣＭを用いずにダンパ機構４０を調整部として用いてもよい。その場合、ダンパ機構のレギュレータ及び空気の流量を制御できるサーボバルブに調整用の何らかのアクチュエータを設け、そのアクチュエータを調整部として防振装置を構成すればよい。

（デバイス製造方法）
上述の各実施形態の露光装置又はこれらの露光装置を用いる露光方法を使用して、基板（プレートＰ）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、液晶表示素子等の液晶デバイスを製造することができる。以下、図１４のステップＳ４０１〜Ｓ４０４を参照して、この製造方法の一例につき説明する。

図１４のステップＳ４０１（パターン形成工程）では、先ず、露光対象の基板上にフォトレジストを塗布して感光基板（プレートＰ）を準備する塗布工程、上記の露光装置又は露光方法を用いて液晶表示素子用のマスクのパターンをその感光基板上に転写露光する露光工程、及びその感光基板を現像する現像工程が実行される。この塗布工程、露光工程、及び現像工程を含むリソグラフィ工程によって、その基板上に所定のレジストパターンが形成される。このリソグラフィ工程に続いて、そのレジストパターンを加工用のマスクとしたエッチング工程、及びレジスト剥離工程等を経て、その基板上に多数の電極等を含む所定パターンが形成される。そのリソグラフィ工程等は、プレートＰ上のレイヤ数に応じて複数回実行される。

その次のステップＳ４０２（カラーフィルタ形成工程）では、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂに対応した３つの微細なフィルタの組をマトリックス状に多数配列するか、又は赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３本のストライプ状の複数のフィルタの組を水平走査線方向に配列することによってカラーフィルタを形成する。その次のステップＳ４０３（セル組立工程）では、例えばステップＳ４０１にて得られた所定パターンを有する基板とステップＳ４０２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。

その後のステップＳ４０４（モジュール組立工程）では、そのようにして組み立てられた液晶パネル（液晶セル）に表示動作を行わせるための電気回路、及びバックライト等の部品を取り付けて、液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、簡単な構成で防振装置２０の防振性能が向上しており、露光装置又は露光方法における露光精度を高めることができるため、デバイスを高精度にかつ安価に製造できる。

なお、本発明は、液晶表示素子の製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、プラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、セラミックスウエハ等を基板として用いる薄膜磁気ヘッド、及び半導体素子等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。

なお、本発明は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書等に開示される液浸型露光装置で防振を行う場合にも適用することができる。また、本発明は、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光ビームとして用いる投影露光装置、及び投影光学系を使用しないプロキシミティ方式やコンタクト方式の露光装置等で防振を行う際にも適用できる。

さらに本発明は、露光装置以外の機器、例えば欠陥検査装置、感光材料のコータ・デベロッパ等の防振を行う場合にも適用することができる。
このように本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

ＥＸ…露光装置、ＦＬ…床、２０…防振装置、１６…設置面、１８…構造物、２２…防振台、２４…ベース部材、３６…制御系、４０…エアダンパ、４８…弾性部材、５０…モータ部、５２…位置センサ、５８…ＦＢ制御部（フィードバック制御部）、６０…ＰＩ制御部

Claims (10)

1. 設置面上に構造物を支持する防振装置において、
   前記設置面に対して前記構造物を支持する弾性機構と、
   前記設置面に対する前記構造物の振動を抑制するダンパ機構と、
   前記設置面に対する前記構造物の相対位置に対応する位置信号を検出する検出部と、
   前記設置面に対する前記構造物の相対位置を調整する調整部と、
   前記検出部で検出される位置信号に応じて前記調整部を駆動するための駆動信号を生成する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記構造物の質量、前記弾性機構の剛性、及び前記ダンパ機構が有するダンパの粘性比例係数の少なくとも１つを含む第１の伝達関数と前記位置信号とを用いて生成される第１信号と、前記構造物の質量、前記弾性機構の剛性、及び前記ダンパ機構が有するダンパの粘性比例係数の少なくとも１つを含み、かつ前記第１の伝達関数とは異なる第２の伝達関数と前記位置信号とを用いて生成される第２信号と、を用いて前記駆動信号を生成し、
   前記構造物の目標位置に対応する目標位置信号と、前記位置信号との差分に比例した比例信号、及び前記差分を積分した積分信号の少なくとも一方を用いて前記第１信号を生成する防振装置。
2. 前記制御部は、前記構造物の目標位置に対応する目標位置信号と前記位置信号との差分から、前記第１の伝達関数を用いて前記第１信号を生成する請求項１に記載の防振装置。
3. 前記第２の伝達関数は、当該防振装置の目標とする特性に対応する伝達関数の分母と分子とを入れ替えた第１の関数と、前記防振装置を表す伝達関数の分母と分子とを入れ替えた第２の関数との差分よりなる第３の伝達関数と、所定のローパスフィルタに対応する第４の伝達関数との積で表される請求項１又は２に記載の防振装置。
4. 前記目標とする特性は、前記弾性機構の剛性よりも小さい剛性を持つ特性であり、
   前記第２の伝達関数を用いて、前記位置信号に、前記弾性機構の剛性と目標とする剛性との差分を乗算して得られる信号から前記第２信号を生成する請求項３に記載の防振装置。
5. 前記目標とする特性は、前記弾性機構の剛性と異なる剛性、及び前記ダンパ機構が有するダンパの粘性比例係数と異なる粘性比例係数を持つ特性であり、
   前記第２の伝達関数は、分母及び分子がそれぞれ時間に関して１次の関数である請求項３に記載の防振装置。
6. 前記目標とする特性は、前記構造物の質量と異なる質量、前記弾性機構の剛性と異なる剛性、及び前記ダンパ機構が有するダンパの粘性比例係数と異なる粘性比例係数を持つ特性であり、
   前記第２の伝達関数は、分母及び分子がそれぞれ時間に関して２次の関数である請求項３に記載の防振装置。
7. 前記ダンパ機構は、流体を用いるダンパである請求項１から６のいずれか一項に記載の防振装置。
8. 前記調整部は、電磁式又は流体式のアクチュエータである請求項１から７のいずれか一項に記載の防振装置。
9. パターンを被露光体に露光する露光装置であって、
   フレームと、
   前記被露光体を支持するとともに前記フレームに対して相対移動可能なステージと、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の防振装置と、を備え、
   前記防振装置によって、設置面に対する前記フレームの相対位置を制御する露光装置。
10. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
    前記リソグラフィ工程で、請求項９に記載の露光装置を用いて物体を露光するデバイス製造方法。

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