(57)【要約】【課題】  カウンタマスシステムでも十分に相殺しきれない、ステージ装置の駆動反力によるステージ装置を搭載する定盤への影響を低減し、定盤の振動を低減・抑制する装置及び方法を提供すること。【解決手段】  露光装置は、定盤１（１ａ、１ｂ）と、定盤１（１ａ、１ｂ）に搭載されて所定方向（矢印ａ）に移動するステージ装置５１と、定盤定盤１（１ａ、１ｂ）に搭載されてステージ装置５１の移動に伴って前記所定方向とは逆方向（矢印Ａａ、Ａｂ）に移動するカウンタマス５２ａ、５２ｂと、ステージ装置５１及びカウンタマス５２ａ、５２ｂの各々の動作物理量を検出するセンサ６１（６１ａ、６１ｂ）、６２、６３、６４ａ、６４ｂ、６５ａ、６５ｂ、６６ａ、６６ｂと、センサ６１（６１ａ、６１ｂ）、６２、６３、６４ａ、６４ｂ、６５ａ、６５ｂ、６６ａ、６６ｂによる検出結果に基づいて定盤１（１ａ、１ｂ）に制御力を与えるアクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）と、を備える。【選択図】      図１
2006032788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤と、
前記定盤に搭載されて所定方向に移動するステージ装置と、
前記定盤に搭載されて前記ステージ装置の移動に伴って前記所定方向とは逆方向に移動するカウンタマスと、
前記ステージ装置及び前記カウンタマスの各々の動作物理量を検出するセンサと、
前記センサでの検出結果に基づいて前記定盤に力を与えるアクチュエータと、
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記センサは、前記動作物理量として位置情報、速度情報及び加速度情報の少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記アクチュエータを制御するための制御指令信号を生成する補償演算部を備え、
前記補償演算部は、前記ステージ装置及び前記カウンタマスの各々の質量と、前記センサで検出した前記動作物理量と、前記定盤の重心位置を原点としたときの前記ステージ装置及び前記カウンタマスの各々の重心位置と、に基づいて、前記制御指令信号を生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記アクチュエータを制御するための制御指令信号を生成する補償演算部を備え、
前記補償演算部は、前記ステージ装置及び前記カウンタマスの各々の質量と、前記センサで検出した前記動作物理量と、前記定盤の重心位置を原点としたときの前記ステージ装置及び前記カウンタマスの各々の重心位置と、変位比例ゲインと、速度比例ゲインと、に基づいて、前記制御指令信号を生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の露光装置。
【請求項５】
前記補償演算部は、前記カウンタマスの移動によって相殺しきれない、前記ステージ装置の移動に伴う駆動反力を低減するように前記制御指令信号を生成することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記ステージ装置と前記カウンタマスとの間の相対速度を検出する相対速度センサを備え、
前記補償演算部は、前記相対速度センサでの検出結果に基づいて前記制御指令信号を生成することを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記補償演算部は、前記ステージ装置の加速度情報に基づいて前記カウンタマスの加速度情報を推定することを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記補償演算部は、前記センサで検出した前記動作物理量に基づいて、前記定盤に搭載された荷重の重心位置の変化量を検出し、前記重心位置の変化量に応じて前記制御指令信号を生成することを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項９】
前記アクチュエータは、前記定盤に対して鉛直方向に力を加えるアクチュエータ及び前記定盤に対して水平方向に力を加えるアクチュエータの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１０】
半導体デバイスの製造方法であって、
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の露光装置を利用して原版のパターンを基板に転写する露光工程と、
前記パターンが転写された基板を現像する現像工程と、
を含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置及びこれを利用した半導体デバイスの製造方法に関し、特に、ステージ装置の駆動によって生じる振動を効果的に抑制する機構を有する露光装置及びこれを利用した半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体露光装置の高精度化に伴って、より高性能な除振・制振技術が求められている。露光用ステージや露光装置本体を構成する構造体に振動が発生すると、露光に悪影響が及ぼされるからである。そのため、装置設置基礎等の露光装置外部の振動から露光装置本体を絶縁するとともに、露光装置本体に搭載されたステージ装置等の駆動手段を備える機器の動作によって発生する振動を効果的かつ速やかに低減する技術が要求される。
【０００３】
半導体露光装置は、パターンの原版であるレチクル又はパターンが露光されるシリコンウエハ等の基板を搭載するステージ装置を、ステップ・アンド・リピート又はステップ・アンド・スキャンという断続的な動作パターンで駆動する。このような動作パターンによって、ステージ装置の駆動時に反力が生じる。従って、この反力によって露光装置本体に振動が励起されないようにする必要がある。露光装置本体に振動が発生すると、ステージ装置及びステージ装置と同じ定盤・除振台の上に搭載されている光学系及び計測系の性能にも悪影響が及ぼされるからである。
【０００４】
このような要求に応えるべく、半導体露光装置では、露光装置本体を搭載する定盤の振動及び位置情報をセンサで検出し、その検出信号を補償して定盤に制御力を加えるアクチュエータにフィードバックするとともに、除振台に搭載されたステージ装置等の駆動手段を備える機器からの信号を補償してこのアクチュエータにフィードフォワードすることによって、能動的に定盤・除振台の振動を抑えて位置・姿勢の制御を行う能動除振装置が開発され、広く適用されている。
【０００５】
特許文献１は、このような能動除振装置及びこれを半導体露光装置に適用した一例を開示している。特許文献１では、除振台を装置設置基礎上で支持する空気ばねをエアアクチュエータとして利用するとともに、これと力学的に並列に配置されて除振台と装置設置基礎との間に制御力を作用させる電磁駆動式リニアモータを併用して、除振台の振動を低減・抑制するように構成された能動除振装置及びこれを利用した半導体露光装置が開示されている。
【０００６】
この露光装置では、センサを用いて除振台の位置情報（変位）及び加速度情報等を検出し、それに補償演算を施して得られた信号、並びに除振台に搭載されたステージ装置等の駆動手段を持つ機器からの信号を補償して得られた信号等に基づいて、各アクチュエータを制御する。
【０００７】
特に、駆動装置を有するステージ装置を搭載する定盤を載置した能動除振装置では、特許文献１及び特許文献２で開示された露光装置のように、定盤上に搭載されたステージ装置の駆動反力に相当する信号を、能動除振装置の定盤に制御力を加えるアクチュエータにフィードフォワードすることによって、迅速に振動を低減・減衰させる制御手法が用いられてきた。
【０００８】
一方、最近では、ステージ装置の駆動反力を、カウンタマスシステムで相殺することによって、ステージ装置を搭載する定盤に作用する力を抑制し、定盤を励振しないようにする露光装置が開発されている。図８は、カウンタマスを利用したステージシステムの動作を説明する図面である。
【０００９】
図８に示すステージシステムは、リニアモータで駆動される。このステージシステムは、載置対象物を搭載するステージ装置３１及びカウンタマス３２ａ、３２ｂを備える。ステージ装置３１にはリニアモータの可動子が締結され、ステージ装置３１はリニアモータの可動子と一体となって動作する。一方、カウンタマス３２ａ、３２ｂにはリニアモータの固定子が締結され、リニアモータの固定子がカウンタマス３２ａ、３２ｂの一部となっている。カウンタマス３２ａ、３２ｂは、ステージ装置３１が搭載される定盤１（１ａ、１ｂ）に対して、エアパッド等を備えるガイド・ベアリングに沿って低摩擦で可動な構造によって支持され、リニアモータの可動子と略同一の自由度方向に移動する。
【００１０】
従来のステージ装置では、ステージ装置全体が搭載される定盤にリニアモータの固定子が剛に締結されていたが、このカウンタマスシステムでは、ステージ装置３１が搭載される定盤１上でリニアモータの固定子が可動な構造によって支持される。
【００１１】
このようなステージ装置では、ステージを動作させるためにリニアモータを駆動しても、ステージ駆動反力のエネルギー及び運動量がリニアモータの固定子と負荷質量とを備えるカウンタマスの運動エネルギー及び運動量となり、理想的な状態では定盤に力が伝わらない。
【００１２】
図８に示すステージ装置３１は、その位置情報を検出する位置センサ３３（３３ａ、３３ｂ）から得られた信号を不図示の補償演算装置で補償し、その結果得られた信号に基づいて、リニアモータを駆動することによって制御される。ステージ装置３１の駆動の際に、ステージ装置３１に図示ａの矢印方向に加速度が発生した場合では、その駆動反力によって、カウンタマス３２ａ、３２ｂに図示の矢印方向Ａａ、Ａｂに加速度が発生する。
【００１３】
このようにして、ステージ駆動反力のエネルギー及び運動量は、リニアモータ固定子と負荷質量とを備えるカウンタマス３２ａ、３２ｂの運動エネルギー及び運動量となって、定盤１への作用力が抑えられ、理想的な状態では定盤１に力が伝わらない。その結果、これらの構成要素を備えるステージ装置３１を搭載する定盤１が大きく振動することがない。このように、カウンタマス３２ａ、３２ｂを適用したステージ装置３１は、半導体露光装置において好適に使用されうる。
【００１４】
図８のステージシステムは、１自由度の運動方向に機能するものとして説明したが、ＸＹステージのように２自由度の運動自由度を有するステージ装置でも、同様にしてカウンタマスを用いたステージシステムを構成することができる。図９は、２自由度の運動自由度を有するステージ装置であるＸＹステージにおけるカウンタマスシステムの一構成例を示す図面である。
【００１５】
図９に示すＸＹステージでは、載置対象物を搭載するステージ装置４１は、Ｘ、Ｙの２自由度方向に可動な構造となっており、Ｘ方向移動部材４２によってＸ方向に、Ｙ方向移動部材４３によってＹ方向に移動可能な構造となっている。ステージ装置４１は、互いの動作を拘束することがないように構成されたＸ方向移動部材４２とＹ方向移動部材４３とによって構成されたクロスバー構造体上で水平方向に支持され、Ｘ、Ｙ方向のいずれの方向にも可動な状態になっている。
【００１６】
Ｘ方向移動部材４２とＸ方向カウンタマス４４ａ、４４ｂとの間には、Ｘ方向リニアモータによって推力が作用する。この場合、Ｘ方向移動部材４２は可動子として機能し、Ｘ方向カウンタマス４４ａ、４４ｂは固定子として機能する。同様に、Ｙ方向移動部材４３とＹ方向カウンタマス４５ａ、４５ｂとの間には、Ｙ方向リニアモータによって推力が作用する。この場合、Ｙ方向移動部材４３は可動子として機能し、Ｙ方向カウンタマス４５ａ、４５ｂは固定子として機能する。Ｘ方向カウンタマス４４ａ、４４ｂ及びＹ方向カウンタマス４５ａ、４５ｂは、ＸＹステージを搭載する定盤３上でそれぞれＸ方向、Ｙ方向に可動な構造によって支持されている。
【００１７】
従来のＸＹステージでは、リニアモータの固定子はステージ装置全体が搭載される定盤に剛に締結されていたが、カウンタマスシステムでは、リニアモータの固定子と剛に締結されたカウンタマスが、ステージ装置が搭載される定盤上で可動な構造によって支持されている。
【００１８】
このようなステージ装置では、ＸＹステージを動作させるためにリニアモータを駆動しても、ステージ駆動反力のエネルギー及び運動量が、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの方向においても、リニアモータ固定子と負荷質量とを備えるカウンタマスの運動エネルギー及び運動量となる。従って、理想的な状態では、定盤に力が伝わることがなく、結果として、これらの構成要素を備えるステージ装置を搭載する定盤を大きく振動させることがない。
【００１９】
図９に示すステージシステムにおいて、ステージ装置４１は、その位置情報を検出する位置センサ４６（４６ａ、４６ｂ）及び４７（４７ａ、４７ｂ）から得られる信号を不図示の補償演算装置で補償し、その結果得られた信号に基づいて、リニアモータを駆動することによって制御される。ステージ装置４１の駆動の際に、ステージ装置４１及びＸ方向移動部材４２に図示の矢印方向ａに加速度が発生した場合では、その駆動反力によって、Ｘ方向カウンタマス４４ａ、４４ｂには、図示の矢印方向Ａａ、Ａｂに加速度が発生する。ステージ装置４１及びＹ方向移動部材４３に図示の矢印方向ｂで加速度が発生した場合では、その駆動反力によって、Ｙ方向カウンタマス４５ａ、４５ｂには、図示の矢印方向Ｂａ、Ｂｂに加速度が発生する。
【００２０】
このようにして、ステージ駆動反力のエネルギー及び運動量は、リニアモータの固定子と負荷質量とを備えるカウンタマスの運動エネルギー及び運動量となり、定盤３への作用力が低減され、理想的な状態では定盤には力が伝わらない。その結果、これらの構成要素を備えるステージ装置を搭載する定盤が大きく振動することがない。従って、このようなカウンタマスを適用したステージ装置は、半導体露光装置において好適に使用されうる。
【００２１】
以上に説明したように、これらのカウンタマスを用いたステージシステムでは、ステージ装置及びカウンタマスを、双方の質量比に適合した加速度、動作ストロークで動作させることによって、原理的には双方における運動量が保存され、ステージ装置を搭載する定盤及び除振台への作用力を非常に小さくすることができるとともに、ステージ及びカウンタマスを合わせた可動物全体の重心位置を略不動とすることができる。
【００２２】
また、以上に説明した構成に加えて、外部よりカウンタマスに制御力を加えるアクチュエータを備え、これを用いてステージ装置とともに、カウンタマスの位置、速度及び加速度を制御して、能動的にカウンタマスを動作させる方法も適用可能である。この場合は、ステージ装置とともにカウンタマスの動作も制御することができるので、カウンタマスのストロークオーバを回避すること等も可能となり、より適切な状態で露光装置を稼動させることが可能となる。なお、この場合においても、基本的には、カウンタマスは、ステージ装置の駆動反力によって駆動されることになるため、外部よりカウンタマスに制御力を加えるアクチュエータにはほとんど推力は発生しない。
【００２３】
以上に説明したカウンタマスシステムは、ステージ装置の駆動反力を能動除振装置のアクチュエータにフィードフォワードする従来の一般的な制振制御手法とは異なり、定盤を介さないメカニズムによってステージ装置の駆動反力を相殺し、半導体露光装置を搭載する定盤に発生する振動を低減することができる。そのため、ステージの駆動反力及び定盤に制御力を加えるアクチュエータのフィードフォワード力によって、定盤の構造共振が励振されたり、定盤に変形が生じたりすることがなく、より好適に定盤振動を低減・抑制することができる。
【特許文献１】特開平１１−２９４５２０号公報
【特許文献２】特開平１０−３１１３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
しかしながら、従来のカウンタマスシステムを適用したステージ装置では、その駆動反力を完全には相殺できない場合がある。カウンタマスシステムを用いてステージ装置の駆動反力を完全に相殺するためには、理想的には、完全に同一仕様・同一特性の２台のステージ装置をその駆動反力が発生する軸が完全に一致するように配置し、双方のステージを完全に同一動作条件下で動作させる必要がある。
【００２５】
しかし、実際に装置を設計・適用する場合では、完全に同一仕様の２台のステージ装置をその駆動反力が発生する軸が完全に一致するように配置することは極めて困難である。多くの場合、ユニットの配置設計上の空間的な制約があるからである。
【００２６】
従って、カウンタマスシステムを適用したステージシステムとしては、図８及び図９で説明した、ステージ装置を駆動するリニアモータの可動子をステージ装置にリニアモータの固定子をカウンタマスにそれぞれ取り付け、かつ、カウンタマスをステージ装置及びステージ装置のユニットを搭載する定盤に対して移動可能な状態に支持する構成が実現性のある一実施形態となる。
【００２７】
しかし、ステージ装置の運動エネルギー、運動量及び駆動反力等が、図８、９では不図示のベアリングにおいて発生する摩擦力・減衰力、並びに、定盤とステージ装置及びカウンタマスとの間に設置された配線・配管類の影響力等によって、カウンタマスに全て伝えられない場合では、ステージ装置の運動エネルギー及び運動量とカウンタマスの運動エネルギー及び運動量とがつり合わず、その差が双方を搭載する定盤に伝わって、定盤に振動が励起されてしまう。
【００２８】
また、上述のように、カウンタマスの動作も能動的に制御してカウンタマスシステムを機能させようとする場合では、ステージ装置及びカウンタマスの質量比が非常に重要な制御パラメータとなる。これを正確に反映させて制御を実施しなければ、ステージ装置とカウンタマスとの間だけでは運動量を保存することができなくなり、結果として、ステージ装置を搭載する定盤に推力が伝わり、定盤を振動させてしまう。実際問題としては、ステージ装置及びカウンタマスは、重量が比較的大きな構造物であるため、これらの質量を十分な精度で把握して制御に反映させることは困難である。また、これらを駆動するアクチュエータの推力特性のばらつき及びその他の外乱要因の影響もあるため、カウンタマスシステムの制御パラメータを調整する場合では、質量比に相当するパラメータを試行錯誤して調整しなければならない。このパラメータ調整が十分な精度で行なわれなければ、カウンタマスシステムは適切に動作せずに、定盤に推力が作用して定盤を振動させてしまう。
【００２９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、カウンタマスシステムでも十分に相殺しきれない、ステージ装置の駆動反力によるステージ装置を搭載する定盤への影響を低減し、定盤の振動を低減・抑制する装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明の第１の側面は、露光装置に係り、定盤と、前記定盤に搭載されて所定方向に移動するステージ装置と、前記定盤に搭載されて前記ステージ装置の移動に伴って前記所定方向とは逆方向に移動するカウンタマスと、前記ステージ装置及び前記カウンタマスの各々の動作物理量を検出するセンサと、前記センサによる検出結果に基づいて前記定盤に力を与えるアクチュエータと、を備えることを特徴とする。
【００３１】
本発明の第２の側面は、半導体デバイスの製造方法に係り、上記の露光装置を利用して原版のパターンを基板に転写する露光工程と、前記パターンが転写された基板を現像する現像工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、カウンタマスシステムでも十分に相殺しきれない、ステージ装置の駆動反力によるステージ装置を搭載する定盤への影響を低減し、定盤の振動を低減・抑制する装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の好適な実施の形態に係る露光装置を図面とともに説明する。
【００３４】
図７は、本発明の好適な実施形態に係る露光装置の構成の一例を示す図である。図７に示す装置では、装置設置基礎１００の上に、防振支持マウント９２ａを介してステージ定盤９３及びステージ定盤９３に搭載された基板ステージ装置９４が設置されている。基板ステージ装置９４は、パターンが露光される基板（例えば、シリコンウエハ）を載置するために用いられる。また、装置設置基礎１００の上に、防振支持マウント９２ｂを介してレチクルステージ装置９５及びレチクルステージ装置９５に光学レンズシステム９６を搭載した鏡筒定盤９７が設置されている。光学レンズシステム９６は、レチクルと呼ばれる原版のパターンを基板に転写するために用いられる。
【００３５】
防振支持マウント９２ａ、９２ｂは、装置設置基礎１００に直接設置されるのではなく、パレット又はベースフレーム等と称される基礎構造物９１の上に固定されている。基礎構造物９１は、防振支持マウント９２ａ、９２ｂのそれぞれの上に搭載される機器の相互位置関係、及び、図７では図示を省略したが、防振支持マウント９２ａ、９２ｂの上に搭載されていない露光装置を構成する他の機器との相対位置関係を維持するための基準として機能する。また、基礎構造物９１は、露光装置全体を載置し、露光装置を一括して輸送するための基礎部材としても機能する。
【００３６】
光学レンズシステム９６は、レチクルステージ装置９５と基板ステージ装置９４との間に配置される。照明光学系９８から照射された露光光は、レチクルに当たって、レチクル上のパターンが光学レンズシステム９６を介して基板に投影露光される。
【００３７】
露光装置は、露光方式によって一括露光型（ステッパ）、走査露光型（スキャナ）等に分類される。一括露光型の露光装置の場合では、基板ステージ装置９４をステップ・アンド・リピートと呼ばれる断続的な動作方式で逐次駆動しながら、ある一定の露光エリア、例えば、ＩＣ等の集積回路１個分のエリアを一括して露光する。一方、走査露光型の露光装置の場合では、基板ステージ装置９４とレチクルステージ装置９５とを同期して動作させ、レチクル上のパターンを基板上に走査露光する。
【００３８】
本発明の好適な実施の形態に係る半導体露光装置は、以上のような構成において、基板ステージ装置９４及びレチクルステージ装置９５の少なくとも一方に、上述のようなカウンタマスシステムを適用した場合に、カウンタマスシステムを用いても相殺しきれない、ステージ装置９４、９５からこれらのステージ装置９４、９５を搭載するステージ定盤９３、鏡筒定盤９７への駆動反力の影響を低減し、該定盤の振動を低減・抑制するように構成されている。
【００３９】
[第１の実施形態]
図１、２は、本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置を構成するステージ装置周辺のユニットの構成及びその動作を説明するための図である。図１、２では、１自由度方向の運動自由度を有するステージ装置を例示している。図１は露光装置の平面図、図２は露光装置の側面図である。これは、図７に示す露光装置においては、レチクルステージ装置９５に相当する。
【００４０】
レチクルステージ装置９５は、このように１自由度の運動自由度を有するステージ装置としている。実際には、図示したＹ方向の１自由度だけではなく、レチクルの位置合わせのためのＸ、θｚ等の運動自由度も有する場合があるが、比較的大きな駆動反力を発生するのは、レチクルステージ装置９５をスキャン動作させるＹ方向の１自由度である。
【００４１】
なお、基板ステージ装置９４は、レチクル上のパターンを繰り返し露光することによって、基板上に複数のパターンを焼き付けるために、ＸＹステージのような２自由度方向を有するステージ装置が採用されるが、これについては後述する。
【００４２】
まず、１自由度方向の運動自由度を有するステージ装置を例に説明を行う。図１、２に示すように、本発明の好適な第１の実施形態に係る半導体露光装置は、概略的には、以下のような構成要素を備える。すなわち、本実施形態に係る半導体露光装置は、レチクル等の載置対象物を載置してその精密位置決め動作を行うステージ装置５１と、ステージ装置５１とは同一の自由度方向に動作する慣性質量としてのカウンタマス５２ａ、５２ｂとを備える。
【００４３】
ステージ装置５１は、レチクル等の載置物を搭載して定盤１（１ａ、１ｂ）上で定められた、所定の１自由度方向（図１、２ではＹ方向）に可動な構造によって支持されている。ステージ装置５１は、リニアモータによって駆動される。ステージ装置５１にはリニアモータの可動子が締結されており、ステージ装置５１はリニアモータの可動子と一体となって動作する。一方、カウンタマス５２ａ、５２ｂにはリニアモータの固定子が締結されている。カウンタマス５２ａ、５２ｂは、ステージ装置５１が搭載される定盤１に対して、エアパッド等を備えるガイド・ベアリングに沿って低摩擦で可動な構造によって支持され、リニアモータの可動子と同一の自由度方向に動作する。
【００４４】
このようなステージシステムでは、ステージ装置５１がリニアモータによって駆動されると、その駆動反力によって、カウンタマス５２ａ、５２ｂがステージ装置５１と同一の自由度方向で反対向きに動作する。ステージ装置５１を駆動するリニアモータの固定子は、ステージ装置５１が搭載される定盤上で、可動な構造によって支持されているので、ステージ装置を動作させるためにリニアモータを駆動しても、ステージ駆動反力のエネルギー及び運動量は、リニアモータ固定子及び負荷質量からなるカウンタマスの運動エネルギー及び運動量となる。その結果、理想的な状態では、定盤に力が伝わることがなく、これらの構成要素からなるステージシステムを搭載する定盤を大きく振動させることなく、ステージを動作させることができる。
【００４５】
本実施形態に係る半導体露光装置では、このように構成されたステージ装置５１及びカウンタマス５２ａ、５２ｂに、その動作物理量を検出するセンサを適用する。つまり、ステージ装置５１は、ステージ装置５１の位置情報を検出して出力する位置センサ６１（６１ａ、６１ｂ）と、ステージ装置５１の速度情報を検出して出力する速度センサ６２と、ステージ装置５１の加速度情報を検出して出力する加速度センサ６３とを備える。位置センサ６１、速度センサ６２及び加速度センサ６３は、ステージ装置５１が動作する方向の位置情報、速度情報及び加速度情報等の動作物理量をそれぞれ検出する。
【００４６】
また、カウンタマス５２ａ、５２ｂは、それぞれのカウンタマスの位置情報を検出して出力する位置センサ６４ａ、６４ｂと、それぞれのカウンタマスの速度情報を検出して出力する速度センサ６５ａ、６５ｂと、それぞれのカウンタマスの加速度情報を検出して出力する加速度センサ６６ａ、６６ｂと備える。位置センサ６４ａ、６４ｂ、速度センサ６５ａ、６５ｂ及び加速度センサ６６ａ、６６ｂは、カウンタマス５２ａ、５２ｂが動作する方向の位置情報、速度情報及び加速度情報等の動作物理量をそれぞれ検出する。
【００４７】
ステージ装置５１の位置情報を検出して出力する位置センサ６１としては、精度等の要求から、この分野で広く用いられているレーザ干渉計を用いることができる。ステージ装置５１の速度情報を検出して出力する速度センサ６２としては、ジオフォンセンサ又はその他の速度計を用いることができる。ステージ装置５１の加速度情報を検出して出力する加速度センサ６３としては、サーボ型又は圧電式の各種加速度計を用いることができる。
【００４８】
なお、位置センサ６１としてレーザ干渉計を用いる場合では、速度センサ６２や加速度センサ６３を用いる代わりに、レーザ干渉計の出力信号の動作物理量を適宜変換して、速度や加速度を算出しても、良好な動作が可能である。
【００４９】
同様に、カウンタマス５２ａ、５２ｂのそれぞれの位置情報を検出して出力する位置センサ６４ａ、６４ｂとしては、レーザ干渉計又はエンコーダ等の各種位置センサを用いることができる。
【００５０】
カウンタマス５２ａ、５２ｂの速度情報を検出して出力する速度センサ６５ａ、６５ｂとしては、ジオフォンセンサやその他の種類の速度計を用いることができる。カウンタマス５２ａ、５２ｂの加速度情報を検出して出力する加速度センサ６６ａ、６６ｂとしては、サーボ型又は圧電式の各種加速度計を用いることができる。
【００５１】
なお、位置センサ６４ａ、６４ｂとしてレーザ干渉計を用いる場合は、速度センサ６５ａ、６５ｂや加速度センサ６６ａ、６６ｂを用いる代わりに、レーザ干渉計の出力信号の動作物理量を適宜変換して、速度や加速度を算出しても、良好な動作が可能である。
【００５２】
なお、後述する制御手法を適用する際に、これらのセンサの少なくとも１つを省略しても装置の動作上問題がない場合には、位置センサ６１、６４ａ、６４ｂ、速度センサ６２、６５ａ、６５ｂ及び加速度センサ６３、６６ａ、６６ｂのうち少なくとも１つのセンサを省略してもよい。
【００５３】
以上に説明した、ステージ装置５１及びカウンタマス５２ａ、５２ｂを備えるステージシステムは、定盤１に搭載される。定盤１は、装置設置基礎に設置された基礎構造体７の上で、防振支持部２によって防振支持される。図１、２の構成では、定盤１は２つの構造体１ａ、１ｂを含み、支持部材８を介して相互に剛に締結されているが、定盤１は一体構造であってもよい。なお、図２では、ステージ装置５１をレチクルステージ装置と想定し、露光装置の光学レンズシステム９を構成している。
【００５４】
定盤１には、定盤１に制御力を加えるアクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）が備えられている。アクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）の発生推力は、図３に示す補償演算部６で得られた信号に基づいて制御される。
【００５５】
図３に示すように、位置センサ６１、速度センサ６２、加速度センサ６３、位置センサ６４ａ、６４ｂ、速度センサ６５ａ、６５ｂ及び加速度センサ６６ａ、６６ｂの出力信号は、補償演算部６に入力されて補償演算を施される。アクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）は、補償演算部６で得られた演算結果に基づいて、駆動回路１０によって駆動される。
【００５６】
図１〜３では、アクチュエータ１１は１１ａ〜１１ｈの８個で構成されているが、要求される制御性能を実現するのに十分な個数が構成されるのであれば、その個数は８個に限定されない。
【００５７】
定盤１に制御力を加えるアクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）は、図１、図２に示すように、定盤１に対して鉛直方向に制御力を加えるアクチュエータ（１１ａ〜１１ｄ）及び水平方向に制御力を加えるアクチュエータ（１１ｅ〜１１ｈ）の少なくとも一方を含む。なお、後述する制御構成上、実質的に制御力を加える必要がなければ、アクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）のうちのいくつかを省略してもよい。定盤１に制御力を加えるアクチュエータ１１としては、電磁駆動のリニアモータ等を用いることが望ましい。
【００５８】
定盤１を防振支持する防振支持部２としては、空気ばねとその内部圧力を調整する電空比例弁等を含む空気圧駆動式アクチュエータを備えたものを用いることが望ましい。この場合、定盤１の基準位置に対する変位量（位置情報）を検出して出力する位置センサと、定盤１の速度情報又は加速度情報を検出して出力する振動センサとを配置し、さらに、位置センサの出力信号及び振動センサの出力信号の少なくとも一方の信号に基づいて前記定盤の振動を低減するために補償演算を施す定盤振動補償演算部を構成して、定盤振動補償演算部で得られた補償演算結果に基づいて、空気圧駆動式アクチュエータを制御することによって、定盤１の振動を低減するように制御を行うことが望ましい。すなわち、位置センサ、振動センサ、定盤振動補償演算部及び空気圧駆動式アクチュエータ等を用いて、定盤１の位置・姿勢を所定の状態に維持するとともに、定盤１の振動を能動的に制御する能動除振装置を構成することが望ましい。
【００５９】
防振支持部２として能動除振装置を適用する場合は、定盤振動センサの出力信号に基づく定盤１の振動制御に用いるアクチュエータとして、アクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）を用いてもよい。このような能動除振装置を適用すれば、定盤１へ伝わる外乱力によって生じる定盤１の振動をより迅速かつ適切に低減することができる。
【００６０】
本実施形態に係る半導体露光装置は、以上に説明した構成要素を備える。次に、本実施形態に係る半導体露光装置の動作を詳細に説明する。
【００６１】
本実施形態に係る半導体露光装置においては、図１のステージ装置５１が位置センサ６１による位置検出信号を補償演算して得られた駆動指令信号に基づいて、図示した矢印ａの方向に駆動されると、カウンタマス５２ａ、５２ｂは、図示した矢印Ａａ、Ａｂの方向、すなわち、ステージ装置５１と同一の自由度方向で逆方向に動作する。
【００６２】
これは、ステージ装置５１に取り付けられたステージ駆動用リニアモータの可動子と、カウンタマス５２ａ、５２ｂに取り付けられたステージ駆動用リニアモータの固定子との間で生じる推力を、双方とも可動に支持されたステージ装置５１とカウンタマス５２ａ、５２ｂとに作用させることによって生じる動作である。
【００６３】
このような構造のステージシステムでは、ステージ装置５１を駆動するときに発生する駆動力の反力は、ステージシステムを搭載する定盤１ではなく、カウンタマス５２ａ、５２ｂに伝えられる。よって、駆動反力のエネルギーは、カウンタマス５２ａ、５２ｂの運動エネルギーに変換され、定盤１への作用力をステージ駆動用リニアモータの固定子を定盤に固定した形態の従来方式のステージ装置よりも大幅に低減することができる。よって定盤１の振動を小さく抑制することができる。
【００６４】
このような形態のステージ装置は、理想的には、ステージ装置５１の運動エネルギー及び運動量が、カウンタマス５２ａ、５２ｂに全て伝えられ、ステージ駆動に起因する力が定盤１には全く伝わらないように動作させることが望ましい。そうすれば、定盤１には外乱力が作用することがなく、それに起因する振動を生じることがない。
【００６５】
しかし、ステージ装置５１の運動エネルギー、運動量及び駆動反力等が、不図示のステージ装置５１、カウンタマス５２ａ、５２ｂのベアリングにおいて発生する摩擦力・減衰力、及び定盤１からステージ装置５１、カウンタマス５２ａ、５２ｂへの配線・配管類がばねとして作用することによって生じる力等によって、カウンタマス５２ａ、５２ｂに全て伝えられない場合がある。この場合、ステージ装置５１の運動エネルギー及び運動量と、カウンタマス５２ａ、５２ｂの運動エネルギー及び運動量とはつりあわず、その差の部分が双方を搭載する定盤１に伝わり、定盤１に振動を励起してしまう。
【００６６】
本実施形態に係る露光装置では、ステージ装置５１とカウンタマス５２ａ、５２ｂとの間で相殺しきれない、運動エネルギー、運動量・駆動反力を、ステージ装置５１及びカウンタマス５２ａ、５２ｂの位置情報（変位）、速度情報及び加速度情報等の動作物理量から推定し、この信号に基づいて定盤１に制御力を加えるアクチュエータを制御することによって、定盤１での振動を低減する。
【００６７】
本実施形態に係る露光装置の具体的な制御動作を以下に説明する。まず、ステージ装置５１、カウンタマス５２ａ、５２ｂの加速度信号に基づいて、定盤１に伝わる推力・モーメント等を推定して制御を行う装置及びその制御方法を説明する。
【００６８】
図１のステージ装置５１は、所定の駆動パターンに従って駆動指令信号によって駆動される。カウンタマス５２ａ、５２ｂは、その駆動反力によってステージ装置５１が駆動された方向と逆方向に動作する。このときのステージ装置５１及びカウンタマス５２ａ、５２ｂの加速度情報は、加速度センサ６３、６６ａ、６６ｂにより検出される。そして、加速度センサの出力信号は、補償演算部６に入力される。補償演算部６では、カウンタマス５２ａ、５２ｂの動作によって相殺できなかったステージ装置５１の駆動反力を推定する。
【００６９】
１自由度方向に駆動するステージ装置の場合では、駆動反力は、ステージの駆動方向の１並進自由度と、ステージの駆動方向に直交する２軸まわりの２つの回転自由度方向とに作用する。従って、ステージ装置とカウンタマスとの推力・モーメントの関係は、これらの３自由度の運動方向について定式化される。
【００７０】
ステージ装置、カウンタマスの加速度比例の推力・モーメント成分に着目すると、以下の運動方程式が成り立つ。
【００７１】
【数１】
2006032788.tif 000003
…（式１）
【００７２】
ここで、mはステージ装置５１の質量、M１はカウンタマス５２ａの質量、M２はカウンタマス５２ｂの質量、ayはステージ装置５１の加速度情報、aY１はカウンタマス５２ａの加速度情報、aY２はカウンタマス５２ｂの加速度情報、lz０〜lz２は定盤１の重心位置を原点とした場合のステージ５１及びカウンタマス５２ａ、５２ｂの重心位置のＺ座標、lx０〜lx２は定盤１の重心位置を原点とした場合のステージ５１及びカウンタマス５２ａ、５２ｂの重心位置のＸ座標をそれぞれ示す。lz０〜lz２、lx０〜lx２は、ステージ装置５１、カウンタマス５２ａ、５２ｂの機械的設計情報等から得ることができる。ＸＹＺの座標系は、図１、２にも示すとおり、ステージ装置５１、カウンタマス５２ａ、５２ｂの動作方向（水平１自由度方向）をＹ軸とし、それと直交する水平軸をＸ軸、鉛直軸をＺ軸とする。また、ＸＹＺ各軸まわりの回転方向をそれぞれ、θｘ、θｙ、θｚとする。
【００７３】
左辺のfy、Mqx、Mqzは、ステージ装置５１とカウンタマス５２ａ、５２ｂとの動作で相互に相殺されずに残留するＹ、θｘ、θｚ方向の推力・モーメントである。すなわち、fy、Mqx、Mqzは、ステージ装置とカウンタマスとの間の動作の差であり、ここがゼロでない場合は、双方の装置の間で、推力・モーメントが相殺されず、その他の部位、すなわち定盤１にそれらが漏れ出していることを示す。
【００７４】
従って、この式の左辺にあたる推力を打ち消すようにアクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）に制御力を分配すれば、ステージ装置とカウンタマスとの間でステージ駆動反力が相殺し切れずに漏れ出した作用力が定盤１に入力されたとしても、アクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）によりこれを相殺し、定盤１の振動を低減することができる。
【００７５】
従って、補償演算部６は、式１に従って、左辺のfy、Mqx、Mqzを推定し、これを打ち消すように、定盤１に制御力を加えるアクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）を制御するための制御指令信号を生成する。具体的には、推定されたfy、Mqx、Mqzに対して、適宜、ゲイン補償演算及びフィルタ処理演算を施す。アクチュエータ１１が、電磁駆動のリニアモータなどの、応答性の高いアクチュエータである場合、補償演算部６は、式１に従って推定したfy、Mqx、Mqzの情報に基づいてゲイン補償を中心とした制御演算を行い、得られた制御指令信号を各アクチュエータに分配する演算を行うことができる。
【００７６】
この際、アクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）が発生すべき推力は、fy、Mqx、MqzとしてＹ、θｘ、θｚ各方向の推力という形で推定されるので、補償演算部６では、これらのＹ、θｘ、θｚの各方向に、式１に基づいて導出した所望の推力・モーメントを発生するために、複数配置されたアクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）に推力を分配して与えるように推力分配演算を施す。推力分配演算式は、アクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）の幾何的配置及びそれらの配置方向に基づいて定式化されうる。
【００７７】
定盤１に制御力を加えるように、複数配置されたアクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｈ）は、このようにして補償演算部６で導出された制御指令信号に基づいて駆動される。そして、式１に従って発生するステージ装置５１とカウンタマス５２ａ、５２ｂとで相殺し切れずに定盤１に伝わる推力・モーメントは、アクチュエータ１１によってリアルタイムで相殺され、結果として定盤１の振動を小さく抑えることができる。
【００７８】
ステージ装置５１及びカウンタマス５２ａ、５２ｂを備え、その相互の動作によって、ステージ駆動反力を低減する装置においては、ステージの駆動反力をそれら相互の構成要素の動作によって相殺・低減し、それらを搭載する定盤の振動を低減することができる。しかし、これらの相互の動作によって、ステージ駆動反力を相殺し切れず、これらを搭載する定盤に伝わる推力・モーメントがある場合は、何らかの手段を用いて定盤への作用力を低減する必要があった。
【００７９】
本実施形態に係る露光装置は、上述したように、ステージ装置５１及びカウンタマス５２ａ、５２ｂの加速度情報等の動作物理量を検出するセンサからの信号に基づいて、双方の動作によって相殺し切れずに定盤１に伝わる推力・モーメントを推定し、これに基づいて定盤１に制御力を加えるアクチュエータを制御する。これによって、従来の装置では得られなかった、より高度な制振性能を得ることができ、結果として、定盤に搭載されたステージ装置やその他の精密機器の振動を低減して、露光装置等の搭載機器の性能向上を実現する。
【００８０】
なお、以上の説明では、説明を簡単にするために、定盤１に伝わる推力は加速度比例項だけとした。しかし、実際には、ステージ装置５１及びカウンタマス５２ａ、５２ｂを可動支持するためのエアベアリングでの摩擦や、ステージ装置を構成するリニアモータの可動部と固定部との間に生じる逆起電力による抵抗等、加速度比例項だけでは表現しきれない力・モーメントのやりとりが無視できない場合もある。この場合は、速度比例項、位置比例項を追加して、定盤１に伝わる推力・モーメントを推定することができる。この場合の定盤１に伝わる推力・モーメントを推定は、以下の式によって可能となる。なお、以下の式中の速度比例項には、定盤１に対するステージ装置、カウンタマスの速度だけでなく、ステージ装置とカウンタマスとの間の相対速度も考慮されている。
【００８１】
【数２】
2006032788.tif 000004
…（式２）
【００８２】
式２において、式１と同じ記号で示したものは、式１と同じパラメータを示す。vyはステージ装置５１の速度、vY１はカウンタマス５２ａの速度、vY２はカウンタマス５２ｂの速度、pyはステージ装置５１の位置（変位）、pY１はカウンタマス５２ａの位置（変位）、pY２はカウンタマス５２ｂの位置（変位）、dij、kij（i,j=１,２,３）は、それぞれ、速度比例項、位置比例項を示す。
【００８３】
速度比例項、位置比例項は、ステージ装置５１、カウンタマス５２ａ、５２ｂのいずれかふたつを動作しないように固定したうえで、リニアモータに制御力を加え、そのときの各動作物理量（ay、aY１、aY２、vy、vY１、vY２、py、pY１、pY２）の応答特性を測定する等して、実験的に推定してもよい。
【００８４】
また、式１及び式２では、加速度比例項として、ステージ装置５１の質量m、カウンタマス５２ａ、５２ｂの質量M１、M２を用いたが、その数値が明確に分からない場合も、同様にして実験的にこれを求めてもよい。
【００８５】
上記の式２により推定された推力・モーメントに基づいて、アクチュエータを制御し、定盤の振動を低減・抑制する構成は、さきに説明した構成と同じなので、説明を省略する。
【００８６】
このように速度比例項、位置比例項を考慮することによって、より精密にステージ系から定盤１に伝わる推力・モーメントを推定でき、より効果的に定盤１の振動を抑制・低減することができる。
【００８７】
なお、実際の制御においては、ステージ装置５１、カウンタマス５２ａ、５２ｂの位置情報（変位）、速度情報及び加速度情報の全ての動作物理量を制御に用いる必要はない。十分な効果が得られれば、位置情報（変位）、速度情報及び加速度情報の信号の少なくとも１つを用いる構成も本発明に含まれる。もちろん、式１のように加速度比例項のみを考慮した制御を行ってもよい。そのような場合は、使われない動作物理量を検出するセンサを省略してもよい。また、該制御は、Ｙ、θｘ、θｚのすべての方向について行うのではなく、必要に応じてこれらのうちの少なくとも１つの方向について行うものであってもよい。
【００８８】
また、式２から分かるように、fy、Mqx、Mqzは、vx、vY１、vY２の値によっても決定されうるが、これらの速度情報に関する動作物理量は、上記の説明のように、速度計を用いるのではなく、ステージ装置とカウンタマスとの間の相対速度（vx-vY１）、（vx-vY２）を相対速度センサを用いて検出した相対速度センサの出力信号を用いてもよい。
【００８９】
さらに、ステージ装置、カウンタマスの位置情報（変位）、速度情報及び加速度情報を得る手段は、それらの動作物理量を検出するセンサに限定されない。例えば、ステージ装置やカウンタマスの駆動プロファイル情報に基づいて、これらの位置情報（変位）、速度情報及び加速度情報を得てもよいことはいうまでもない。
【００９０】
[第２の実施形態]
第１の実施形態では、ステージ装置は１自由度方向に動作するものとして説明した。これは、図７で説明した露光装置においては、レチクルステージ装置９５に相当する。一方、本発明の構成は、基板ステージ等の２自由度方向に動作するステージ装置にも適用可能である。以下、２自由度方向に動作するステージ装置及び、その駆動反力を相殺するために構成されたカウンタマスを備えるステージシステムにおいて、ステージ装置とカウンタマスの相互動作だけでは相殺し切れずに、それらを搭載する定盤に伝わる推力・モーメントを推定し、その推定信号に基づいて、定盤に制御力を加えるアクチュエータを制御することによって、定盤の振動を低減・抑制する装置を説明する。
【００９１】
図４、５に、本発明の好適な第２の実施形態に係る露光装置を構成するステージ装置周辺のユニットの構成及びその動作を説明するための図を示す。図４、５では、２自由度方向の運動自由度を有するステージ装置を例示している。図４は装置の平面図、図５は装置の側面図である。これは、図７に示す露光装置においては、基板ステージ装置９４に相当する。基板ステージ装置９４は、レチクル上のパターンを繰り返し露光することによって、基板上に複数のパターンを焼き付けるために、ＸＹステージのような２自由度方向の運動自由度を有するステージ装置が採用される。
【００９２】
図４、５に示すように、本実施形態に係る好適な第２の露光装置は、以下のような構成要素を備える。すなわち、本実施形態に係る装置は、基板等の載置対象物を搭載するステージ装置７１は、Ｘ、Ｙの２自由度方向に可動な構造となっており、Ｘ方向移動部材７２によってＸ方向に、Ｙ方向移動部材７３によってＹ方向に移動可能な構造となっている。ＸＹステージ７１は、互いの動作を拘束することがないように構成されたＸ方向移動部材７２とＹ方向移動部材７３とによって構成された、クロスバー構造体上に支持され、Ｘ、Ｙいずれの方向にも可動な状態になっている。ここで、座標系は、直交する２つの水平軸をＸ、Ｙ、鉛直軸をＺ、ＸＹＺ各軸まわりの回転方向をそれぞれ、θｘ、θｙ、θｚとする。
【００９３】
また、ステージ装置７１は、Ｘ方向に可動な構造によって支持される負荷質量であるＸ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ、Ｙ方向に可動な構造によって支持される負荷質量であるＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂを備える。
【００９４】
Ｘ方向移動部材７２とＸ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂとの間には、Ｘ方向リニアモータによって推力が作用する。この場合、Ｘ方向移動部材７２は可動子、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂは固定子として機能する。同様にして、Ｙ方向移動部材７３とＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂとの間にはＹ方向リニアモータによって推力が作用する。この場合、Ｙ方向移動部材７３は可動子、Ｙ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂは固定子として機能する。これらのリニアモータの作用によって、Ｘ方向移動部材７２及びＹ方向移動部材７３が駆動され、それによって、ステージ装置７１がＸ、Ｙ方向に駆動される。
【００９５】
このようなステージシステムでは、ステージ装置７１が、リニアモータによって、Ｘ方向移動部材７２及びＹ方向移動部材７３を介して駆動されると、その駆動反力によりＸ方向カウンタマス７４ａ及び７４ｂ、Ｙ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂは、ステージ装置７１の駆動反力が作用する向きに動作する。ステージ装置７１を駆動するリニアモータの固定子は、ステージ装置７１が搭載される定盤３上で、可動な構造によって支持されているので、ステージを動作させるためにリニアモータを駆動しても、ステージ駆動反力のエネルギー及び運動量は、リニアモータ固定子と負荷質量とを備えるカウンタマスの運動エネルギー及び運動量となり、理想的な状態では、定盤３には力が伝えられることがなく、これらの構成要素を備えるステージシステムを搭載する定盤３を大きく振動させることなく、ステージ動作を行える。
【００９６】
本実施形態に係る半導体露光装置では、このように構成されたステージ装置７１、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ及びＹ方向カウンタマス７５ａ，７５ｂに対して、その動作物理量を検出するセンサを適用する。
【００９７】
すなわち、ＸＹステージ７１には、ＸＹステージ７１のＸ、Ｙのそれぞれの自由度方向の位置情報を検出して出力する位置センサ８１ａ（８１ａＴ、８１ａＨ）、８１ｂ（８１ｂＴ、８１ｂＨ）、Ｘ、Ｙのそれぞれの自由度方向の速度情報を検出して出力する速度センサ８２ａ、８２ｂ、Ｘ、Ｙのそれぞれの自由度方向の加速度情報を検出して出力する加速度センサ８３ａ、８３ｂが備えられている。
【００９８】
また、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂには、それぞれのカウンタマスの位置情報を検出して出力する位置センサ８４ａ、８４ｂ、それぞれのカウンタマスの速度情報を検出して出力する速度センサ８５ａ、８５ｂ、それぞれのカウンタマスの加速度情報を検出して出力する加速度センサ８６ａ、８６ｂが備えられている。
【００９９】
同様に、Ｙ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂには、それぞれのカウンタマスの位置情報を検出して出力する位置センサ８７ａ、８７ｂ、それぞれのカウンタマスの速度情報を検出して出力する速度センサ８８ａ、８８ｂ、それぞれのカウンタマスの加速度情報を検出して出力する加速度センサ８９ａ、８９ｂが備えられている。
【０１００】
位置センサ８４ａ、８４ｂ、８７ａ、８７ｂ、速度センサ８５ａ、８５ｂ、８８ａ、８８ｂ及び加速度センサ８６ａ、８６ｂ、８９ａ、８９ｂは、Ｘ、Ｙ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂが動作する方向の位置情報、速度情報及び加速度情報等の動作物理量をそれぞれ検出するものとする。
【０１０１】
ステージ装置７１の位置情報を検出して出力する位置センサ８１（８１ａ、８１ｂ）としては、精度等の要求からこの分野で広く用いられているレーザ干渉計を使用することが好適である。
【０１０２】
ステージ装置７１の速度情報を検出して出力する速度センサ８２（８２ａ、８２ｂ）としては、ジオフォンセンサやその他の種類の速度計を用いることができる。ステージ装置７１の加速度情報を検出して出力する加速度センサ８３（８３ａ、８３ｂ）としては、サーボ型や圧電式の各種加速度計を用いることができる。
【０１０３】
なお、位置センサ８１としてレーザ干渉計を用いる場合は、速度センサ８２、加速度センサ８３を用いる代わりに、レーザ干渉計の出力信号の動作物理量を適宜変換して、速度及び加速度を算出して用いてもよい。
【０１０４】
同様に、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂのそれぞれの位置情報を検出して出力する位置センサ８４ａ、８４ｂ、８７ａ、８７ｂとしては、レーザ干渉計やエンコーダ等の各種位置センサを用いることができる。
【０１０５】
Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂの速度情報を検出して出力する速度センサ８５ａ、８５ｂ、８８ａ、８８ｂとしては、ジオフォンセンサやその他の種類の速度計を用いることができる。Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂの加速度情報を検出して出力する加速度センサ８６ａ、８６ｂ、８９ａ、８９ｂとしては、サーボ型や圧電式の各種加速度計を用いることができる。
【０１０６】
なお、位置センサ８４ａ、８４ｂ、８７ａ、８７ｂとしてレーザ干渉計を用いる場合では、速度センサ８５ａ、８５ｂ、８８ａ、８８ｂ及び加速度センサ８６ａ、８６ｂ、８９ａ、８９ｂを用いる代わりに、レーザ干渉計の出力信号を適宜動作物理量を変換することによって、速度及び加速度を算出して用いてもよい。
【０１０７】
なお、後述する制御手法を適用する際に、これらのセンサの少なくとも１つを省略しても装置の動作上、問題がない場合には、位置センサ８１ａ、８１ｂ、８４ａ、８４ｂ、８７ａ、８７ｂ、速度センサ８２ａ、８２ｂ、８５ａ、８５ｂ、８８ａ、８８ｂ及び加速度センサ８３ａ、８３ｂ、８６ａ、８６ｂ、８９ａ、８９ｂのうちの少なくとも１つのセンサを省略することも可能である。
【０１０８】
以上に説明した、ステージ装置７１、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂ等を備えるステージシステムは、定盤３に搭載されており、定盤３は、装置設置基礎に設置された基礎構造体４の上で、防振支持部５によって防振支持されている。定盤３には、定盤３に制御力を加えるアクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）が備えられている。アクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）の発生推力は、補償演算部６ｂで得られた信号に基づいて制御される。
【０１０９】
位置センサ８１ａ、８１ｂ、速度センサ８２ａ、８２ｂ、加速度センサ８３ａ、８３ｂ、位置センサ８４ａ、８４ｂ、８７ａ、８７ｂ、速度センサ８５ａ、８５ｂ、８８ａ、８８ｂ及び加速度センサ８６ａ、８６ｂ、８９ａ、８９ｂの出力信号は、図６に示すとおり、補償演算部６ｂに入力され、補償演算を施される。アクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）は、補償演算部６ｂで得られた演算結果に基づいて、駆動回路２０を介して駆動される。
【０１１０】
図４〜６では、アクチュエータ２１は、２１ａ〜２１ｈの８個で構成されているが、要求される制御性能を実現するに足る個数が構成されるのであれば、その個数は８個には限定されない。
【０１１１】
定盤３に制御力を加えるアクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）は、図４、図５に示すとおり、定盤３に対して鉛直方向に制御力を加えるもの（２１ａ〜２１ｄ）と、水平方向に制御力を加えるもの（２１ｅ〜２１ｈ）とを備える。なお、後述する制御構成上、実質的に制御力を加える必要がなければ、これらのアクチュエータのうちの少なくとも１つを省略することもできる。定盤３に制御力を加えるアクチュエータ２１は、電磁駆動リニアモータ等を好適に用いることができる。
【０１１２】
防振支持部５としては、第１の実施形態で説明したものと同様のものを用いることができる。もちろん、第１の実施形態でその構成を詳述したのと同様の構成の能動除振装置を防振支持部５として用いることもできる。露光装置等の精密機器では、機器を搭載する定盤３の位置や振動を精密に制御する必要性が高く、防振支持部５としては、能動除振装置を適用することが望ましい。
【０１１３】
本実施形態に係る半導体露光装置は、以上に説明した構成要素を備える。次に、本実施形態に係る半導体露光装置の動作を詳細に説明する。
【０１１４】
本実施形態に係る半導体露光装置においては、ステージ装置７１及びＸ方向移動部材７２が、その制御装置からの駆動指令信号に基づいて、図４中の図示した矢印ａの方向（Ｘ方向）に動作すると、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂは、図示した矢印Ａａ、Ａｂの方向、つまり、ステージ装置７１と同一の自由度方向で逆方向に動作する。また、ステージ装置７１、及び、Ｙ方向移動部材７３が、その制御装置からの駆動指令信号に基づいて、図４中の図示した矢印ｂの方向（Ｙ方向）に動作すると、Ｙ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂは、図示した矢印Ｂａ、Ｂｂの方向、つまり、ステージ装置７１と同一の自由度方向で逆方向に動作する。これは、Ｘ方向移動部材７２及びＹ方向移動部材７３に取り付けられたステージ駆動用リニアモータの可動子と、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂに取り付けられたステージ駆動用リニアモータの固定子との間で生じる推力を、双方とも可動に支持されたステージ装置７１及びＸ方向可動部材７２、Ｙ方向可動部材と、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂとに作用させることによって生じる動作である。
【０１１５】
このような構造のステージシステムでは、ステージ装置７１を駆動するため発生する駆動力の反力を、ステージシステムを搭載する定盤３ではなく、Ｘ、Ｙ方向カウンタマスに伝える。よって、駆動反力のエネルギーは、定盤３ではなく、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ、Ｙ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂの運動エネルギー及び運動量に変換されるため、ステージ駆動用リニアモータの固定子を定盤に固定した形態の従来方式のステージ装置よりも、定盤３への作用力を大幅に低減でき、その結果、その振動を小さく抑制することができる。
【０１１６】
このような形態のステージ装置では、理想的には、ステージ装置７１、Ｘ方向移動部材７２及びＹ方向移動部材７３の運動エネルギー及び運動量は、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂに全て伝えられ、ステージ駆動に起因する力・モーメントが定盤３には全く伝わらないように動作させることが望ましい。そうすれば、定盤３には外乱力が作用することがなく、それに起因した振動を生じることもない。
【０１１７】
しかし、ステージ装置７１、Ｘ方向移動部材７２及びＹ方向移動部材７３の運動エネルギー、運動量及び駆動反力等が、不図示のベアリングにおいて発生する摩擦力・減衰力、並びに、定盤からステージ装置７１、Ｘ方向移動部材７２、Ｙ方向移動部材７３、Ｘ、Ｙ方向カウンタマスへの配線・配管類がばねとして作用することによって発生する影響力等によって、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ、Ｙ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂに全て伝えられなかったとする。この場合、ステージ装置７１及びＸ方向移動部材７２、Ｙ方向移動部材７３の運動エネルギー及び運動量と、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ、Ｙ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂの運動エネルギー及び運動量がつりあわず、その差が双方を搭載する定盤３に伝わって、定盤３の振動を励起してしまう。
【０１１８】
本実施形態に係る半導体露光装置では、このような、ステージ装置７１とＸ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂとの間で相殺しきれない、運動エネルギー・運動量・駆動反力を、ステージ装置、カウンタマスの位置情報（変位）、速度情報及び加速度情報等の動作物理量から推定し、この信号に基づいて定盤３に制御力を加えるアクチュエータを制御することによって、定盤３の振動を低減する。
【０１１９】
本実施形態に係る半導体露光装置の具体的な制御動作を以下に説明する。まず、ステージ装置７１、カウンタマス７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂの加速度信号に基づいて、定盤３に伝わる推力・モーメント等を推定して制御を行う装置及びその制御方法を説明する。
【０１２０】
ステージ装置７１は、所定駆動パターンに従って駆動指令信号によって駆動される。すると、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂはそのＸ方向駆動反力によって、Ｙ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂはＹ方向の駆動反力によって、ステージ装置７１が駆動された方向とはそれぞれ逆方向に動作する。このときのステージ装置７１のＸ、Ｙ方向の加速度情報、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂのＸ方向の加速度情報及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂのＹ方向の加速度情報は、加速度センサ８３ａ、８３ｂ、８６ａ、８６ｂ、８９ａ及び８９ｂにより検出される。そして、加速度センサの出力信号が補償演算部６ｂに入力される。
【０１２１】
補償演算部６ｂでは、Ｘ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂの動作によって相殺できなかったステージ装置７１の駆動反力を推定する。
【０１２２】
ここで説明するような２自由度方向に駆動するステージ装置の場合、駆動反力は、ステージの駆動方向の２並進自由度と、ステージの駆動方向と直交する軸まわりの３つの回転自由度方向とに作用する。従って、ステージ装置とカウンタマスとの推力・モーメントの関係は、これら５自由度の運動方向について定式化することができる。
【０１２３】
ステージ装置、カウンタマスの加速度比例の推力・モーメント成分に着目すると、以下の運動方程式が成り立つ。
【０１２４】
【数３】
2006032788.tif 000005
…（式３）
【０１２５】
ここで、mxはステージ装置７１とＸ方向移動部材７２の質量の和、myはステージ装置７１とＹ方向移動部材７３の質量の和、M１はＸ方向カウンタマス７４ａの質量、M２はＸ方向カウンタマス７４ｂの質量、M３はＹ方向カウンタマス７５ａの質量、M４はＹ方向カウンタマス７５ｂの質量、axはステージ装置７１のＸ方向の加速度、ayはステージ装置７１のＹ方向の加速度、aX１はＸ方向カウンタマス７４ａのＸ方向の加速度、aX２はＸ方向カウンタマス７４ｂのＸ方向の加速度、aY１はＹ方向カウンタマス７５ａのＹ方向の加速度、aY２はＹ方向カウンタマス７５ｂのＹ方向の加速度、lz０〜lz４は定盤３の重心位置を原点とした場合のステージ装置７１及びＸ、Ｙ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂの重心位置のＺ座標、ly０〜ly２は定盤１の重心位置を原点とした場合のステージ装置７１及びＸ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂの重心位置のＹ座標、lx０、lx３、lx４は定盤１の重心位置を原点とした場合のステージ装置７１及びＹ方向カウンタマス７５ａ、７５ｂの重心位置のＹ座標をそれぞれ示す。lz０〜lz４、ly０〜ly２、lx０、lx３、lx４は、ステージ装置７１、カウンタマス７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂの機械的設計情報などから得ることができる。
【０１２６】
左辺のfx、fy、Mqx、Mwy、Mqzは、ステージ装置７１及びＸ、Ｙ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂの動作で相互に相殺されずに残留する、Ｘ、Ｙ、θｘ、θｙ、θｚ方向の推力・モーメントである。つまり、fx、fy、Mqx、Mwy、Mqzは、ステージ装置とカウンタマスとの動作の差であり、ここがゼロでない場合は、双方の装置の間で推力・モーメントが相殺されず、その他の部位、つまり、定盤３にそれらが漏れ出していることを示す。
【０１２７】
従って、この式の左辺に当たる推力をアクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）に分配することによって、ステージ装置とカウンタマスとの間でステージ駆動反力が相殺し切れずに、その漏れ出した作用力が定盤に入力されたとしても、アクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）によりこれを相殺し、定盤３の振動を低減することができる。
【０１２８】
よって、補償演算部６ｂでは、式３に従って、左辺のfx、fy、Mqx、Mqy、Mqzを推定し、これを打ち消すように、定盤３に制御力を加えるアクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）を制御するための制御指令信号を生成する。具体的には、推定されたfx、fy、Mqx、Mqy、Mqzに対して、適宜、ゲイン補償演算、フィルタ処理演算を施す。アクチュエータ２１が、電磁駆動のリニアモータなどの、応答性の高いアクチュエータである場合、補償演算部６ｂは、式３に従って推定したfx、fy、Mqx、Mwy、Mqzの情報に基づいてゲイン補償を中心とした制御演算を行い、得られた制御指令信号を各アクチュエータに分配する演算を行うことができる。この際、アクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）が発生すべき推力は、fx、fy、Mqx、Mqy、Mqzという形で、Ｘ、Ｙ、θｘ、θｙ、θｚ各方向の推力・モーメントという形で与えられるので、補償演算部６ｂでは、これらＸ、Ｙ、θｘ、θｙ、θｚ各方向に、式３に基づいて導出した所望の推力・モーメントが発生するように、そして複数配置されたアクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）に推力を分配して与えるように推力分配演算を施す。推力分配演算式は、アクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）の幾何的配置、それらの配置方向に基づいて定式化することができる。
【０１２９】
定盤３に制御力を加えるよう、複数配置されたアクチュエータ２１（２１ａ〜２１ｈ）は、このようにして補償演算部６ｂで導出された制御指令信号に基づいて、駆動回路２０を介して駆動される。すると、式３に従って発生してしまうステージ装置７１とＸ方向及びＹ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂで相殺し切れずに定盤３に伝わる推力・モーメントは、アクチュエータ２１によりリアルタイムで相殺され、結果として定盤３の振動を小さく抑制することができる。
【０１３０】
ステージ装置７１及びＸ、Ｙ方向カウンタマス７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ等からなり、その相互の動作によって、ステージ駆動反力を低減する装置においては、ステージの駆動反力を、それら相互の構成要素の動作によって相殺・低減し、それらを搭載する定盤の振動を低減することができる。しかし、それら相互の動作によって、ステージ駆動反力を相殺し切れずに、それらを搭載する定盤に伝わる推力・モーメントがある場合は、何らかの補助手段を用いて定盤への作用力を低減する必要があった。
【０１３１】
本実施形態に係る半導体露光装置は、上述したように、ステージ装置及びＸ、Ｙ方向カウンタマスの加速度情報等の動作物理量を検出するセンサからの信号に基づいて、双方の動作によって相殺し切れずに定盤に伝わる推力・モーメントを推定し、これに基づいて定盤に制御力を加えるアクチュエータを制御する。これによって、従来の装置では得られなかった、より高度な制振性能を得ることができ、結果として、定盤に搭載されたステージ装置やその他の精密機器の振動を低減して、露光装置等の搭載機器の性能向上を実現する。
【０１３２】
なお、以上の説明では、説明を簡単にするために、定盤に伝わる推力は加速度比例項だけとした。しかし、実際には、ステージ装置、カウンタマスを可動支持するためのベアリングでの摩擦や、ステージ装置を構成するリニアモータの可動部と固定部との間に生じる逆起電力による抵抗、ステージ装置、カウンタマスと定盤との間に配線・配管等がばねとして作用することによって発生する影響力等、加速度比例項だけでは表現しきれない力・モーメントの関係が無視できない場合もある。この場合は、速度比例項、位置比例項を追加して、定盤３に伝わる推力・モーメントを推定すればよい。この場合の定盤３に伝わる推力・モーメントを推定は、以下の式４によって可能となる。式４中の速度比例項には、定盤３に対するステージ装置、カウンタマスの速度だけでなく、ステージ装置とカウンタマスとの間の相対速度も考慮されている。式４は、対象とするステージ装置が２自由度系であるため、５自由度の式として与えられているが、基本的な考え方は、式２と同じである。
【０１３３】
【数４】
2006032788.tif 000006
…（式４）
【０１３４】
式４において、式３と同じ記号で示したものは、式１と同じパラメータを示す。vx、vyはステージ装置７１のＸ、Ｙ方向の速度、vX１はカウンタマス７４ａのＸ方向の速度、vX２はカウンタマス７４ｂのＸ方向の速度、vY１はカウンタマス７５ａのＹ方向の速度、vY２はカウンタマス７５ｂのＹ方向の速度、px、pyは、ステージ装置７１のＸ、Ｙ方向の位置（変位）、pX１はカウンタマス７４ａのＸ方向の変位、pX２はカウンタマス７４ｂのＸ方向の変位、pY１はカウンタマス７５ａのＹ方向の変位、pY２はカウンタマス７５ｂのＹ方向の変位、dij、kij（i=１,２,…,５,j=１,２,…,６）は、それぞれ、速度比例項（速度比例ゲイン）、位置比例項（変位比例ゲイン）を示す。
【０１３５】
式４により推定された推力・モーメントに基づいて、アクチュエータを制御し、定盤の振動を低減・抑制する構成は、さきに説明した構成と同じなので、説明を省略する。
【０１３６】
このように速度比例項、位置比例項を考慮すれば、より精密に、ステージ系から定盤に伝わる推力・モーメントを推定でき、より効果的に、定盤３の振動を抑制・低減することができる。
【０１３７】
なお、実際の制御においては、ステージ装置、カウンタマスの、位置情報（変位）、速度情報、加速度情報の全ての動作物理量を制御に用いる必要はない。十分な効果が得られれば、式３のように加速度比例項のみを考慮した制御を行ってもよい。そのような場合は、使う必要のない動作物理量を検出するセンサを省略してもよい。また、該制御は、Ｘ、Ｙ、θｘ、θｙ、θｚのすべての方向について行うのではなく、必要に応じてこれらのうちの少なくとも１つの方向について行うものであってもよい。
また、第１の実施形態と同様にして、ステージ装置とカウンタマスの相対速度とを検出するセンサを備え、このセンサによって検出されるステージ装置とカウンタマスとの相対速度信号を用いて、上記の制御演算を行ない、制御を行うことも可能であることは、式４により明らかである。
【０１３８】
さらに、ステージ装置、カウンタマスの位置情報（変位）、速度情報及び加速度情報を得る手段は、それらの動作物理量を検出するセンサに限定されない。例えば、ステージ装置やカウンタマスの駆動プロファイル情報に基づいて、これらの位置情報（変位）、速度情報及び加速度情報を得てもよいことはいうまでもない。
【０１３９】
[第３の実施形態]
第１、第２の実施形態では、ステージ装置とカウンタマスの位置情報（変位）、速度情報及び加速度情報等の動作物理量検出信号に基づいて、定盤に制御力を加えるアクチュエータを制御する装置・構成を説明した。ここで、式１〜４をもう一度見直してみる。簡単のために式１に着目してみる。
【０１４０】
本発明で説明しているような、カウンタマスを構成したステージ装置では、ステージ装置とカウンタマスの間で位置（変位）、速度及び加速度等の動作物理量が受け渡され、これらを搭載する定盤等にはステージ装置、カウンタマスからの作用力が加わらないようにすることが基本的な動作となる。この点を考慮すると、理想的な状態において、例えば、式５の関係が維持されていれば、式１の左辺における、fy、Mqzはゼロとなる。
【０１４１】
【数５】
2006032788.tif 000007
…（式５）
【０１４２】
ただし、この場合において、例えば、lz０と、lz１、lz２とが異符号であった場合では、Mqxはどのようにしてもゼロとすることができない。このような場合は、式１に従って導出されたMqxに基づいて、アクチュエータを制御すればよい。
【０１４３】
ここで、式５の関係がほぼ満たされている状況であれば、Mqxは、例えば、ステージ装置の加速度信号ayを観測することができるのであれば、ayのみに基づいて必要な制御力Mqxを決定して、概ね良好な制振性能を得ることができる。
【０１４４】
すなわち、ステージ装置やカウンタマスの機械設計状況やその制御方法によっては、補償演算部６は、ステージ装置の加速度情報から実質的にカウンタマスの加速度情報を推定することができ、これに機械設計情報を加味することで、第１の実施形態と同様の制御を、実質的にはステージ装置の加速度情報のみを用いて実現することができる。このような構成の制御方法も本発明の範囲に含まれる。
【０１４５】
ステージ装置の加速度情報としては、ステージ動作を規定する加速度プロファイルを用いることも可能である。また、ここでは、説明を簡単にするために、式１に示した演算に基づく制御構成を対象としたが、第２の実施形態の式３においても同様に制御可能である。
【０１４６】
[第４の実施形態]
以上、第１〜第３の実施形態で説明した構成は、ステージ装置とカウンタマスの水平方向の挙動に着目した制御構成であった。しかし、これと同時に、本装置では、ステージ装置とカウンタマスが防振支持された定盤上で動作する際のステージ装置とカウンタマスも含めた定盤上の荷重の重心位置の変動にも着目しておく必要がある。
【０１４７】
カウンタマスを用いたステージ装置では、ステージ装置とカウンタマスとの間で運動エネルギー及び運動量の受け渡しが適切に行なわれていれば、これらの荷重が移動しても、それらの移動荷重の全ての重心位置をほとんど不動にすることができる。しかし、第１、第２の実施形態で説明したような理由によって、ステージ装置とカウンタマスとの間で運動エネルギー及び運動量が相殺しきれないような場合、これらの移動荷重全体の重心位置が変動してしまう場合がある。このようにして、ステージ装置やカウンタマスを含む定盤上の荷重の重心位置が変動することがあれば、その変動によって定盤支持系のモーメントバランスが崩れ、定盤を傾かせてしまう。
【０１４８】
しかし、このような場合においても、本発明の装置のように、ステージ装置、カウンタマスの動作物理量センサを備えていれば、定盤上の荷重の重心変動をリアルタイムに捉えることができる。すなわち、ステージ装置、カウンタマスの位置情報の検出信号によれば、定盤上の荷重の重心位置を推定でき、重心位置の変位量に応じて、定盤に制御力を加えるアクチュエータを制御すれば、定盤上の荷重の重心移動に起因する定盤の傾きを最小限に抑制することができる。
【０１４９】
本実施形態に係る半導体露光装置では、ステージ装置の位置情報、速度情報、加速度情報のうちの少なくともひとつの動作物理量の検出信号と、カウンタマスの位置情報、速度情報、加速度情報のうちの少なくともひとつの動作物理量の検出信号とに基づいて定盤に制御力を加えるアクチュエータを動作させる補償演算部とを備えているが、この補償部において、上記のような荷重の重心移動に基づいた制御演算もあわせて行えば、定盤の振動を最小限に抑制することができる。具体的には、例えばアクチュエータとして応答性の高い電磁駆動のリニアモータを用いた場合には、ステージ装置・カウンタマスの位置情報に基づいて制御を行えばよいし、応答の遅い空気圧駆動式のアクチュエータを用いた場合は、必要な制御帯域で実質的に積分特性や１次遅れ特性となるその応答性を考慮し、ステージ装置・カウンタマス位置の微分情報に相当する、速度情報に基づいて制御を行ってもよい。
【０１５０】
以上に説明したように、ステージ装置及びカウンタマスを備え、その相互作用によってステージ駆動反力を相殺・低減する装置においては、それらを搭載する定盤に作用する力を大幅に低減することが可能であり、ステージ駆動反力が大きい場合であっても、効果的に定盤の振動を低減することができる。しかし、ステージ装置及びカウンタマスの相互作用によって、ステージ駆動反力を相殺し切れずに、それらを搭載する定盤に伝わる推力・モーメントがある場合は、何らかの補助部を用いて定盤への作用力を低減する必要があった。
【０１５１】
本実施形態に係る半導体露光装置は、上述したように、ステージ装置、及び、カウンタマスの位置情報（変位）、速度情報、加速度情報等の動作物理量を測定する手段からの信号に基づいて、双方の動作によって相殺し切れずに定盤に伝わる推力・モーメントを推定し、これに基づいて定盤に制御力を加えるアクチュエータを制御する。これによって、ステージ装置及びカウンタマスの相互作用によって、ステージ駆動反力を相殺し切れずに、それらを搭載する定盤に伝わる推力・モーメントをも相殺し、従来の装置では得られなかったより高度な制振性能を得ることができる。その結果、定盤に搭載されたステージ装置やその他の精密機器の振動を低減して、露光装置等の搭載機器の性能向上を実現することができる。
【０１５２】
[応用例]
次に、本発明の好適な実施の形態に係る露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図１０は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン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、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用し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５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）等の組み立て工程を含む。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う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップ７でこれを出荷する。
【０１５３】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の構成を示す図（平面図）である。
【図２】本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の構成を示す図（側面図）である。
【図３】本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の好適な第２の実施形態に係る露光装置の構成を示す図（平面図）である。
【図５】本発明の好適な第２の実施形態に係る露光装置の構成を示す図（側面図）である。
【図６】本発明の好適な第２の実施形態に係る露光装置の制御構成を示す図である。
【図７】本発明の好適な実施形態に係る露光装置の構成を示す図である。
【図８】従来のカウンタマスシステムを備えたステージ装置の一例を示す図である。
【図９】従来のカウンタマスシステムを備えたステージ装置の別の例を示す図である。
【図１０】半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１（１ａ、１ｂ）：定盤
５１：ステージ装置
５２ａ、５２ｂ：カウンタマス
６１（６１ａ、６１ｂ）、６４ａ、６４ｂ：位置センサ
６２、６５ａ、６５ｂ：速度センサ
６３、６６ａ、６６ｂ：加速度センサ
１１（１１ａ〜１１ｈ）：アクチュエータ
【図１】
2006032788.tif 000008
【図２】
2006032788.tif 000009
【図３】
2006032788.tif 000010
【図４】
2006032788.tif 000011
【図５】
2006032788.tif 000012
【図６】
2006032788.tif 000013
【図７】
2006032788.tif 000014
【図８】
2006032788.tif 000015
【図９】
2006032788.tif 000016
【図１０】
2006032788.tif 000017