(57)【要約】【課題】ミラーを用いた計測系を有する位置決め装置のミラーに生じる振動を低減することによって高精度な位置決めを可能とする位置決め装置を提供すること。【解決手段】ミラーを用いた位置計測手段を有する位置決め装置において、ミラーを支持する支持台の弾性振動に起因する歪量が大きい所に歪センサ、歪アクチュエータを敷設する。又、ミラーを用いた位置計測手段を有する位置決め装置において、ミラーを支持する支持台の脚部付近に歪センサ及び歪アクチュエータを敷設する。【選択図】図３
2006222315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミラーを用いた位置計測手段を有する位置決め装置において、
ミラーを支持する支持台の弾性振動に起因する歪量が大きい所に歪センサ、歪アクチュエータを敷設したことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
ミラーを用いた位置計測手段を有する位置決め装置において、
ミラーを支持する支持台の脚部付近に歪センサ及び歪アクチュエータを敷設したことを特徴とする位置決め装置。
【請求項３】
ミラーを支持する支持台の脚部付近に歪センサ及び歪アクチュエータを重ね合わせて敷設したことを特徴とする請求項２記載の位置決め装置。
【請求項４】
ミラーを支持する支持台の脚部付近に歪センサを敷設し、前記歪センサを敷設した支持台面の裏面に歪アクチュエータを敷設したことを特徴とする請求項２記載の位置決め装置。
【請求項５】
ミラーを支持する支持台の両端脚部付近のうち、一方の脚部に歪アクチュエータを敷設し、もう一方の脚部付近に歪センサを敷設したことを特徴とする請求項２記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記歪センサ及び前記歪アクチュエータは圧電素子であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記位置決め装置周辺の温度を所定の値に制御する空調手段を備え、前記歪アクチュエータは前記ミラーよりも空調エアーの風下に敷設したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の位置決め装置。
【請求項８】
前記歪センサが検出した歪を打ち消す制御指令を発生させる制御装置を有し、前記歪アクチュエータは該制御装置の発生する制御指令に基づき駆動されることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体露光装置、検査装置等に使用され、露光原版や被露光物又は被検査物を所定の位置に位置決めする移動位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子製造に用いられる露光装置として、ステッパと呼ばれる装置とスキャナと呼ばれる装置が知られている。ステッパは、ステージ装置上の半導体ウエハを投影レンズ下でステップ移動させながら、レチクル上に形成されているパターン像を投影レンズでウエハ上に縮小投影し、１枚のウエハ上の複数箇所に順次露光していくものである。スキャナは、ウエハステージ上の半導体ウエハとレチクルステージ上のレチクルとを投影レンズに対して相対移動させ、走査移動中にスリット上の露光光を照射し、レチクルパターンをウエハに投影するものである。スキャナは、解像度及び重ね合わせ精度の性能面から露光装置の主流と見られている。
【０００３】
次に、スキャナのレチクルステージについて図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００４】
図４は従来のレチクルステージの平面図である。図３はステージ本体部のみを抜き出した三面図である。図５はレチクルステージの位置を計測するレーザ干渉計の配置図である。粗動ステージ２には定盤１０１の上面及び側面との間に、静圧案内１０４，１０５が設けられており、粗動ステージ１０２はＹ方向のみ運動自由に定盤１００上に支持されている。この静圧案内１０４，１０５は、多孔質の空気吹き出し部と磁石与圧部から成り、非常に高い剛性を有している。
【０００５】
微動ステージ１０３は、粗動ステージ１０２に対して３個所の空気ばね１０６により弾性支持されている。この空気ばね１０６は、剛性が非常に小さく設計されており、微動ステージ１０３は、粗動ステージ１０２に対して、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向並びにその周りの回転方向のωｘ方向、ωｙ方向及びωｚ方向に非常に低い固有振動数を持って支持されている。この弾性支持系は、空気ばね１０６以外を用いても良く、コイルばねや磁石による反発や吸引を用いた支持系でも良い。非常に低い固有振動数というのは、支持系の剛性を小さくし、粗動ステージ１０２の振動を微動ステージ１０３に伝えない系、即ち除振系を構成していることを意味する。
【０００６】
粗動ステージ１０２にはレーザ干渉計用の粗動ステージ測定コーナーキューブ１１０が設けられ、不図示のレーザ干渉計計測基準からのレーザ光を反射し、計測基準からの粗動ステージ１０２のＹ方向変位が計測される。微動ステージ１０３には同様にＹ方向の位置を計測する２個の微動Ｙ測定コーナーキューブ１１１ａ，１１１ｂが設けられている。この２つのＹ方向計測値と微動Ｙ測定コーナーキューブ１１１ａ，１１１ｂの取り付け位置及び微動ステージ１０３の重心座標から、微動ステージ重心位置のＹ方向及びωｚ方向の変位が計測される。
【０００７】
又、微動ステージ１０３にはＹ方向から照射されたレーザ光を４５度の角度で水平に反射するＸ計測反射ミラー１１５が設けられている。不図示のＸレーザ干渉計からのレーザ光は、このＸ計測反射ミラー１１５によってＸ方向に反射され、外部に設けられた固定のＸ計測基準ミラー１１６によりレーザ干渉計による位置測定が行なわれる。この干渉計による計測値とＸ計測反射ミラー１１５の位置、微動ステージ重心座標及び微動ステージ重心位置のＹ方向変位から、微動ステージ重心位置のＸ方向の変位が計測される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１６３１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このようなレチクルステージの構成ではＸ計測基準ミラー１１６はＹ方向に長くする必要がある。
【００１０】
図６はＸ計測基準ミラー１１６及び基準ミラーを支持する支持台９０を表している。基準ミラー支持台９０は、粗動ステージ１０２、微動ステージ１０３を駆動するリニアモータ１２７ａ，１２７ｂ，１２８ａ，１２８ｂとの配置の干渉を避けるため、支持台脚部９２ａ，９２ｂを有している。このような形状のため、支持台９０の固有値が低くなり、Ｘ計測基準ミラー１１６に弾性振動に起因する振動が発生し易くなり、Ｘ計測基準ミラー１１６の振動によって位置決め精度の低下が問題となっていた。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもで、その目的とする処は、ミラーを用いた計測系を有する位置決め装置のミラーに生じる振動を低減することによって高精度な位置決めを可能とする位置決め装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、ミラーを用いた位置計測手段を有する位置決め装置において、ミラーを支持する支持台の弾性振動に起因する歪量が大きい所に歪センサ、歪アクチュエータを敷設したことを特徴とする。
【００１３】
又、本発明は、ミラーを用いた位置計測手段を有する位置決め装置において、ミラーを支持する支持台の脚部付近に歪センサ及び歪アクチュエータを敷設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電素子を敷設することによる変形や、圧電素子の発熱による計測誤差を抑えつつ、ミラーを用いた計測系を有する位置決め装置のミラーに生じる振動を低減することが可能となり、高精度な位置決めを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
＜実施の形態１＞
図１−ａは本発明の実施の形態１に係るミラー支持台１を表している。又、図１−ｂは図１−ａ中の点線部の拡大図である。不図示の移動体にはレーザ干渉計が搭載されており、レーザ干渉計とミラー２を用いて移動体は位置決めされる。
【００１７】
位置決め精度を高くするためには、ミラー２に伝播する振動をできる限り排除することが必要である。そこで、ミラー支持台３に圧電センサ１ａと圧電アクチュエータ１ｂを敷設し、ミラー支持台３に発生する弾性振動の歪を計測し、その歪量を基に制御指令を図示しない制御装置によって計算し、圧電アクチュエータ1bに電圧を印加する。制御指令の計算アルゴリズムとしては、計測した歪量に適当な定数を掛けて位置制御を行なっても良く、計測した歪量の微分値に適当な定数を掛けて速度制御を行なっても良い。若しくは、位置制御と速度制御を同時に行なっても良い。又、低域通過フィルタを用いて、排除すべき振動の周波数帯域のみをフィードバックするようにしても良い。
【００１８】
又、圧電センサ１ａと圧電アクチュエータ１ｂに弾性振動モードの歪振幅の腹となっている部分に敷設する方が振動低減効果が高い。これは、
センサとしては、振幅が大きく振動検出効率が高くなり、アクチュエータとしては、少ない印加電圧によって大きな振動を発生させることができるからである。逆に節の部分に敷設すると、振幅が小さいため、振動検出効率が悪化するとともに、印加電圧を大きくしても振動を発生させることが困難となる。
【００１９】
ミラー支持台１は脚部４，５で不図示の定盤と固定されている。よって、脚部４，５付近に応力集中が起こり、あらゆる弾性振動モードは脚部４，５付近において歪振幅の腹を持つ振動となっている。よって、圧電センサ１ａａと圧電アクチュエータ１ｂは、ミラー支持台３の脚部４，５付近に敷設すると振動低減に効果的である。
【００２０】
又、圧電センサ、圧電アクチュエータの取り付けは、センサの計測感度を高め、アクチュエータの駆動出力を高めるため、接合面全面に接着剤を塗布し、できるだけ薄い接着層で接合することが望ましい。
【００２１】
又、安定した制御を行うためには、センサで計測する歪量とアクチュエータで発生する歪量は同一箇所で行うことが望ましい。よって、圧電センサ１ａと圧電アクチュエータ１ｂは、上下に貼り合わせ、同一箇所の歪量を計測し、歪量を発生することが望ましい。
【００２２】
又、図２はミラー支持台と空調ユニットの配置図である。
【００２３】
空調ユニット６は、高精度に温度制御された気体をミラー３周辺に送風することにより、ミラー３及び周辺の温度を高精度に安定化させることを可能としている。７はその風向きを示している。これにより、ミラー３の熱変形を防止するとともに、温度変動によって周辺空気の密度が変化し（いわゆる空気揺らぎ）、それによりレーザ干渉計の波長が変化することによって計測誤差が生じることを防止している。
【００２４】
圧電アクチュエータ１ｂを空調ユニット６近くの風上側に配置すると、圧電アクチュエータの発熱によって暖められた空気がミラー３周辺に流れ込み、それにより計測誤差が生じる可能性がある。本実施の形態においては、ミラーよりも圧電アクチュエータを風下に敷設することによって、圧電アクチュエータの発熱による空気揺らぎによる計測誤差を防止する。ミラー支持台の中央部付近も弾性振動モードによっては歪振幅の腹となるため、圧電素子の敷設場所の候補となるが、ミラー直近であるため揺らぎの影響が大きくなり、避けた方が望ましい。
【００２５】
又、圧電素子の信号線、グランド線の接続について図７〜図９を用いて説明する。
【００２６】
圧電アクチュエータは、歪量を発生する際に信号線が接続されている電極面から電界を発生する。この電界は、圧電センサにノイズを生じさせ、制御系を不安定にせしめる。そこで、図７に示すように、圧電アクチュエータと圧電センサのグラント線が接続されている電極面を対向させて貼り付けると、圧電アクチュエータが発する電界によって圧電センサにノイズを生じることがなく、制御系が安定化できる。
【００２７】
又、図８にように、圧電センサと圧電アクチュエータを貼り合わせ、圧電アクチュエータの信号線が接続されている電極の外部に接地されているシールド板を設ければ、隣接する圧電センサだけでなく、他の計測器に生じさせるノイズを防ぐことも可能である。
【００２８】
又、、図９に示すように、圧電センサと圧電アクチュエータの信号線が接続されている電極を対向させ、その間にシールド板を設置しても同様の効果が得られる。
【００２９】
＜実施の形態２＞
図１０は本発明の実施の形態２を表す図である。
【００３０】
図１０に示すように、支持台の両脚部に圧電センサ８ａ，９ａと圧電アクチュエータ８ｂ，９ｂを敷設すれば、より効果的な振動低減を行うことができる。この場合の制御系は、圧電センサ８ａで計測した歪量を基に圧電アクチュエータ８ｂに制御指令を与え、圧電センサ９ａで計測した歪量を基に圧電アクチュエータ９ｂに制御指令を与えるというように、同一の場所に敷設されている圧電センサと圧電アクチュエータで１つのフィードバック制御系を構成する。
【００３１】
又、この際の制御アルゴリズムは位置制御、速度制御若しくは位置制御と速度制御を同時に行っても良い。
【００３２】
又、圧電アクチュエータの発熱による空気揺らぎによる計測誤差を防ぐため、空調エアはミラーから両脚部に向けて流れるようにすることが望ましい。
【００３３】
又、Ｘ方向以外にＺ方向の振動も問題となるようであれば、図１１のようにＸ方向とＺ方向両方の振動を低減するように圧電センサと圧電アクチュエータを敷設しても良い。
【００３４】
＜実施の形態３＞
図１２は本発明の実施の形態３を表す図である。
【００３５】
実施の形態例１と異なる点は、ミラー支持台１９の振動低減を行う圧電アクチュエータ１７と圧電センサ１８の設置位置がミラー支持台１９の表側と裏側となっている点である。この圧電素子は、接着によって敷設されるが、実施の形態１の貼り付け方では接着剤の硬化によってミラー支持台に静変形が生じるという懸念がある。
【００３６】
そこで、図１２のように、ミラー支持台の表側と裏側に圧電アクチュエータと圧電センサを貼り付けると、接着剤硬化に伴う静変形が相殺され、ミラー支持台に生じる静変形を小さくすることができる。
【００３７】
又、実施の形態１の貼り付け方では、上側に張られた圧電素子１ａと、ミラー支持台３の間に、もう１枚の圧電素子１ｂと接着剤が挟まれるため、振動伝達に発生するロスが大きくなる。しかし、図１２のようにミラー支持台の表側と裏側に圧電アクチュエータと圧電センサを直接貼り付けることによって、振動伝達のロスを小さくすることが可能となる。
【００３８】
更に、圧電センサと圧電アクチュエータは離して敷設することによって、ノイズの影響も低減することができる。この場合、ミラー支持台側の電極をグランドとするか、或は、ミラー支持台が導電体であるならば、ミラー支持台を接地することにより、更にノイズの影響を低減することができる。
【００３９】
しかし、このような敷設方法では、圧電センサで計測する歪量の発生位置と圧電アクチュエータが歪を発生する位置が異なるため、弾性振動のモード形状によっては安定化できない場合がある。これついて図１３−ａ〜図１３−ｃを用いて説明する。
【００４０】
図１３−ａはミラー支持台の表裏にそれぞれ圧電アクチュエータと圧電センサが敷設されている場合を示す図である。
【００４１】
或る周波数で図１３−ｂのように曲げ形状となる弾性振動が生じているとする。この場合、表側と裏側の歪は逆位相となっている。よって、圧電センサによって計測される歪方向の力を圧電アクチュエータに与えることによって、振動を低減することができる。
【００４２】
しかし、図１３−ｃのような振動が発生している帯域では、表側も裏側も同じ位相の歪が生じている。この周波数帯域では、圧電センサで計測される歪方向と逆の力を圧電アクチュエータに与えなければ振動を低減することができない。
【００４３】
これら図１３−ｂ，図１３−ｃのような振動両方を低減するためには、制御系のフィードバック方向をこれらの振動が発生する周波数の中間の周波数で位相反転させなければならない。又、逆位相となる振動モードが隣接して存在する場合は、その中間周波数で制御器の位相を反転することが困難な場合もある。そのような場合は、一方の振動発生周波数でノッチフィルタ等によって制御系が不安定となることを防ぐ必要がある。
【００４４】
＜実施の形態４＞
図１４は本発明の実施の形態４を表す図である。
【００４５】
実施の形態３と異なる点は、圧電センサ１ｂと圧電アクチュエータ１ａをミラー支持台３の両脚部にそれぞれ敷設したことである。圧電センサ１ｂは殆ど発熱しないため、空調エアの風上側に敷設しても、空気揺らぎを引き起こすことはない。又、圧電センサと圧電アクチュエータが離して敷設されることによって、ノイズの影響は殆どなくすことができる。
【００４６】
本実施の形態においても、実施のの形態３と同様に、圧電センサで計測する歪量の発生位置と圧電アクチュエータが歪を発生する位置が異なるため、弾性振動のモード形状によっては安定化できない場合があり、振動モードに合わせて位相を反転させたり、ノッチフィルタを用いたりする必要がある。
【００４７】
＜実施の形態５＞
図１５は本発明の実施の形態５を表す図である。
【００４８】
実施の形態４と異なる点は、圧電センサ８ｂ，９ｂと圧電アクチュエータ８ａ，９ａをミラー支持台３の両脚部のそれぞれ両面に敷設したことである。圧電センサ８ｂから圧電アクチュエータ８ａに対してフィードバック制御を行い、圧電センサ９ｂから圧電アクチュエータ９ａに対してフィードバック制御を行う。又、圧電センサと圧電アクチュエータ間の位相関係を調整することにより、どちらか一方の圧電センサを用いて、２つのアクチュエータにフィードバック制御を掛けることも可能である。
【００４９】
圧電センサ８ｂ，９ｂは殆ど発熱しないため、空調エアの風上側に敷設しても、空気揺らぎを引き起こすことはない。又、圧電センサと圧電アクチュエータが離して敷設されることによって、ノイズの影響は殆どなくすことができる。
【００５０】
本実施の形態においては、実施の形態４に加えて、更に圧電素子を表側と裏側に敷設することにより、
接着剤の硬化による変形の影響を相殺することができる。又、２組の圧電アクチュエータ８ａ，９ａを用いることにより、振動低減効果を高めることができる。
【００５１】
実施の形態３〜５においては、実施の形態２と同様に、Ｚ方向の振動を低減するように圧電素子を敷設しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１−ａ】発明の実施の形態１におけるバーミラー支持台を示す図である。
【図１−ｂ】発明の実施の形態１におけるバーミラー支持台を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるミラー支持台と空調ユニットの配置図である。
【図３】レチクルステージ本体の構成図である。
【図４】レチクルステージの平面図である。
【図５】レチクルステージの位置を計測するためのレーザ干渉計の配置図である。
【図６】従来例におけるバーミラー支持台を示す図である。
【図７】圧電素子の信号線の接続図である。
【図８】圧電素子の信号線の接続図である。
【図９】圧電素子の信号線の接続図である。
【図１０】本発明の実施の形態２におけるバーミラー支持台を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における圧電素子を２方向に敷設した状態を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３における圧電素子を２方向に敷設した状態を示す図である。
【図１３−ａ】弾性振動モードの形状を説明する模式図である。
【図１３−ｂ】弾性振動モードの形状を説明する模式図である。
【図１３−ｃ】弾性振動モードの形状を説明する模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態４におけるバーミラー支持台を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態５におけるバーミラー支持台を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ａ        歪アクチュエータ
１ｂ        歪センサ
２，１１６  バーミラー
３，９０    バーミラー支持台
４，５，９２ａ，９２ｂ  バーミラー支持台脚部
６          空調ユニット
７          空調エアーの流れる方向
１０１      定盤
１０２      粗動ステージ
１０３      微動ステージ
１０４      静圧案内（定盤の上面との間）
１０５      静圧案内（定盤の側面との間）
１１０      コーナーキューブ（粗動用）
１１０ａ，１１０ｂ  コーナーキューブ（微動用）
１１２ａ，１１２ｂ  Ｙ方向干渉計
１１３ａ，１１３ｂ  コーナーキューブ
１１５      Ｘ計測反射ミラー
１１６      Ｘ計測基準ミラー
１１７      Ｘ方向干渉計
１２７ａ    粗動リニアモータ可動子
１２７ｂ    粗動リニアモータ固定子
１２８ａ    加減速リニアモータ可動子
１２８ｂ    加減速リニアモータ固定子
【図１−ａ】
2006222315.tif 000003
【図１−ｂ】
2006222315.tif 000004
【図２】
2006222315.tif 000005
【図３】
2006222315.tif 000006
【図４】
2006222315.tif 000007
【図５】
2006222315.tif 000008
【図６】
2006222315.tif 000009
【図７】
2006222315.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006222315.tif 000013
【図１１】
2006222315.tif 000014
【図１２】
2006222315.tif 000015
【図１３−ａ】
2006222315.tif 000016
【図１３−ｂ】
2006222315.tif 000017
【図１３−ｃ】
2006222315.tif 000018
【図１４】
2006222315.tif 000019
【図１５】
2006222315.tif 000020