(57)【要約】      （修正有）【課題】  肉抜き構造を有する構造物に対して、設計を複雑にすることなく剛性を確保し、また大きさ、周波数帯域の制限がない振動減衰の制限がない振動減衰のための手段を提供する。【解決手段】  構造物の構成部材に肉抜きを施し、肉抜き部の壁面または肉抜き空間に存在するリブ構造部２に弾性振動を抑制するためのアクチュエータ３〜１４を配置し、弾性振動を抑制するよう制御する。前記アクチュエータ３〜１４は圧電素子である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の構成部材に肉抜きを施し、肉抜き部の壁面または肉抜き空間に存在するリブ構造部に弾性振動を抑制するためのアクチュエータを備えることを特徴とする構造物。
【請求項２】
前記リブ構造部に弾性振動を観測するためのセンサを備えることを特徴とする請求項１記載の構造物。
【請求項３】
前記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記載の構造物。
【請求項４】
前記センサは圧電素子であることを特徴とする請求項２記載の構造物。
【請求項５】
前記圧電素子は、前記肉抜き部の壁面または前記リブ構造部に接着されていることを特徴とする請求項３または４に記載の構造物。
【請求項６】
前記圧電素子は、前記肉抜き部の壁面または前記リブ構造部に着脱可能な手段で取り付けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の構造物。
【請求項７】
請求項１記載の構造物を用いたことを特徴とする半導体露光装置。
【請求項８】
請求項７記載の半導体露光装置によってデバイスを製造する工程を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体露光装置、精密工作機械、精密測定機器等において、高速且つ高精度に所定の位置に位置決めすることのできる移動ステージもしくはそれを含む半導体露光装置本体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイス等の製造に用いられる露光装置としては、基板（ウエハやガラス基板）をステップ移動させながら基板上の複数の露光領域に原版（レチクルやマスク）のパターンを投影光学系を介して順次露光するステップ・アンド・リピート型の露光装置（ステッパと称することもある）や、ステップ移動と走査露光とを繰り返すことにより、基板上の複数の領域に露光転写を繰り返すステップ・アンド・スキャン型の露光装置（スキャナまたは走査型露光装置と称することもある）が代表的である。特にステップ・アンド・スキャン型は、スリットにより制限して投影光学系の比較的光軸に近い部分のみを使用しているため、より高精度かつ広画角な微細パターンの露光が可能となっており、今後の主流となると見られている。
【０００３】
これら露光装置はウエハやレチクルを高速で移動させて位置決めするステージ装置（ウエハステージ、レチクルステージ）を有しているが、ステージを駆動すると加減速に伴う慣性力の反力が生じ、これが定盤に伝わると定盤やこれを固定する床の揺れや振動を引き起こす原因となる。これらの振動により露光装置の機構系の固有振動が励起されて振動となり、高速、高精度な位置決めを妨げる可能性がある。
【０００４】
昨今、処理速度（スループット）の向上に伴うステージ加速度は増加の一途であり、例えばステップ・アンド・スキャン型の露光装置では、いまやステージの最大加速度はレチクルステージでは４Ｇ、ウエハステージは１Ｇにも達する。さらにレチクルや基板の大型化に伴ってステージ質量も増大している。このため、＜移動体の質量＞×＜加速度＞で定義される駆動力は非常に大きなものとなり、その反力は膨大なものである。そのため、加速度増加と重量増加による設置床の加振は見過ごせない問題となってきた。
【０００５】
そこで、ステージを構成するステージ可動部材やステージ定盤に溝や空洞を設けてそれらの重量を減少させる、いわゆる肉抜きを施すことが行なわれている。しかしながら、このような肉抜きを施すとステージ可動部材やステージ定盤に床などの振動が伝播しやすくなって、ステージの制御性を悪化させていた。
【０００６】
また、肉抜きはその加工性の点から、無垢材に対してその表面に溝が形成されるように施すのが一般的であり、そのため剛性が不足する。逆に剛性を確保しようとすると、十分に肉抜きして軽量化を図ることができでなかった。そのため、特開平１１−３１７４４０号公報では、剛性を確保する手段として肉抜き構造部を箱型で閉じた構造にする、もしくはリブ構造を付加するといった対策を施している。また、振動減衰手段として肉抜き部に制振材を充填するといった対策を施している。
【特許文献１】特開平１１−３１７４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、剛性を確保するために、肉抜き構造部を箱型で閉じた構造にするもしくは、リブ構造を付加するという手段は設計を複雑にする。さらに、このような手段で剛性を確保すると、振動の減衰性が低くなるという問題点があった。
【０００８】
また、制振材を充填することによって振動の減衰性を高める場合、充填する制振材の材質によって、減衰を付加できる周波数帯域、振動の大きさが制限されるため、実用化が困難であった。
【０００９】
そこで、本発明では上記の問題点を解決するため、肉抜き構造を有する構造物に対して、設計を複雑にすることなく剛性を確保し、また大きさ、周波数帯域の制限がない振動減衰のための手段を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、肉抜き構造部の壁面、もしくは肉抜き空間に存在するリブ構造部に振動を低減するためのアクチュエータを配置し、振動を低減するよう計算された信号を印加することにより、振動の減衰性を高めるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のフィードフォワード制御系を構成すると、外乱を打ち消すことができるため、外乱による構造物の振動を抑えることができる。また、弾性振動の減衰率、剛性を変化させることができるため、周波数特性は改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施例１）
ここでは、図１に示すような肉抜き構造を有する構造物を例に説明する。
図２はこの構造物のFEMモデルである。制御したい周波数帯域にどのような弾性振動が発生するかを確認するためモード解析を行う。図３はその解析結果であり、制御したい周波数帯域に図３のようなモードシェイプの弾性振動が発生することがわかった。この図のように、肉抜き構造を有する構造物では、弾性振動によって肉抜き構造部の壁面や肉抜き空間に存在するリブ構造部に大きな歪が生じる。そこで、効率的に制御を行うには、この弾性振動の振幅の腹の部分にアクチュエータを配置することが望ましい。
【００１３】
そこで、図１のようにリブ構造２を有する構造物１において、アクチュエータ３〜１４を振動の振幅が大きいところに取り付ける。ただし、ここでいうリブ構造とは、肉抜き加工によって生じた柱状の部分（肉抜きした空間以外の部分）や、剛性を付加する目的で肉抜き後に新たにリブ構造を追加した部分は特に区別せず、構造物の肉抜き空間以外の部分をリブ構造をいうことにする。
【００１４】
図４はアクチュエータ付近の拡大図である。構造物１５aに薄膜状圧電素子１６aが接着してある。このように薄膜状圧電素子を貼り付けると、この薄膜状圧電素子は貼り付けられている平面に応力を与えることができる。この応力によって、リブ構造部、もしくは肉抜き部の壁面の歪を制御することができ、それによって弾性振動を抑えることができる。
【００１５】
この構造物１に影響を及ぼす力学的外乱、構造物の伝達特性が既知であるとすると、フィードフォワード制御系を構成して外乱を打ち消すことができる。図１３はその概念をあらわしている。図中のＰ（ｓ）は構造物のアクチュエータが取り付けてある部分の振動の伝達特性、またＤ（ｓ）は構造物に影響を及ぼす力学的外乱でありどちらも既知、また、C１（ｓ）はフィードフォワード制御器である。C１（ｓ）を式（２）のようにすると式（３）のように外乱を打ち消すことができる。このように、C１（ｓ）によって計算される信号をアクチュエータに印加することによって、既知な外乱に対してはその影響を打ち消すことができる。ただし、制御器の伝達特性は式（２）の限りではなく、たとえば、力学的外乱の影響を打ち消した後、さらに弾性振動の特性改善するため、新たに極、零点を制御器に与えることもある。
【００１６】
新たなリブを追加する、もしくは制振材を充填するといった従来手法では、力学的外乱の影響を小さくすることはできるが打ち消すことはできない。その点で、このようなアクチュエータを用いた振動特性の改善には優位がある。
【００１７】
（実施例２）
しかし、実際には、構造物に影響を及ぼす外乱が既知であることは少ない。そのような場合でも、フィードバック制御系を構成すれば、未知の力学的外乱が構造物の振動に及ぼす影響を小さくすることできる。図５はフィーバック制御系を構成して弾性振動を抑える例を示している。構造物１５ｂに薄膜状圧電素子２枚１６ｂ、１７ｂを上下に貼り付け、センサ、アクチュエータとして使用するものである。これら２つの圧電素子はどちらがセンサでもアクチュエータでもかまわない。この図のようにセンサとアクチュエータを上下に貼り付けると弾性振動によるセンサ、アクチュエータ間の動特性がほとんど生じなくなり、つまり、弾性振動によってセンサとアクチュエータに生じる変形が同じであり、このようなセンサ、アクチュエータの配置を行うことにより制御系のスピルオーバを防ぐことができる（センサとアクチュエータのこのような配置を以下では“コロケーションが成立する配置”ということとする）。このセンサの出力電圧を元に図１４に示すフィードバック系を構成して弾性振動を抑える。
【００１８】
P(s)は制御対象でこの場合は構造物のセンサ、アクチュエータを貼り付けている位置の力から変位までの伝達特性をあらわしているとする。Mを質量、Cを減衰定数、Kを剛性定数とするとP(s)は一般的に式（４）のように表すことができる。そこで、例えば式（５）のような制御器K(s)を用いてフィードバック制御系を構成すると、外乱から出力変位までの伝達特性は式（６）のようになり、制御器のフィードバックゲインGｖを適当な値にすることにより弾性振動の減衰率を変化させることができる。また、Gｖを適当な値にすることにより弾性振動の剛性を変化させることができる。図１５はその特性の変化を表している。図中の破線は非制御時ものである。
【００１９】
弾性振動の減衰率を高くすると実線のように共振周波数のピークゲインを落とすことができる。また、剛性を高くすると一点破線のように共振周波数を高周波にすることができる。
【００２０】
ただし、制御器の伝達特性は(5)式の限りではなく、例えば、制御対象Ｐ（ｓ）が式（１）と異なった伝達特性をもっている場合は制御器もそれに合わせて変更しなければならないし、また、さらに弾性振動の特性改善するため、新たに極、零点を制御器に与えることもある。
【００２１】
周波数帯域や大きさに制限がある従来手法に比べ、このようなフィードバック制御系を構成すると、あらゆる周波数帯域、大きさの振動特性を改善することができる。
【００２２】
（実施例３）
図６はアクチュエータ付近の拡大図である。薄膜状圧電素子２２aと取り付け具１９aは接着してあるが、取り付け具と制振させたい部位１８aとの拘束は拘束具２０a、２１aを介して行われる。この拘束具はピン、またはネジのような着脱可能なものであり、この実施例の利点は、アクチュエータを容易に着脱できることである。力学的外乱が既知な場合、実施例１のようにフィードフォワード制御系を構成することにより、外乱の影響を打ち消すことができる。また、図７のように２つの薄膜状圧電素子２２ｂ、２３ｂを使用することにより実施例２で示したようにフィードバック系を構成すると外乱の影響を改善できる。
【００２３】
（実施例４）
図８は積層型圧電素子を用いた例である。制振したい構造物２４aに取り付け具２７aを介して積層型圧電素子２５aが取り付けてある。この積層型圧電素子はX軸方向に積層されている。また、この取り付け具は接着、ピン、ネジで構造物に固定するが、実施例３で示したように、ネジ、ピンなどの着脱可能な取り付け方法の方がアクチュエータ交換が容易に行える。このような取り付け方をすると、アクチュエータが発する力は図中に示すX方向のみの応力を取り付けられている平面に与えるため、モード解析を行った際に弾性振動により発生する歪の方向を確認しておき、その方向に力を発生するよう取り付けなければならない。
【００２４】
また、取り付け具２７aの形状はこの図の限りではなく、積層型圧電素子の積層方向が制振したい平面と平行で、制御したい歪の方向に応力を与えることができるように積層型圧電素子の両端が平面に固定されていればよい。力学的外乱が既知な場合、実施例１のようにフィードフォワード制御系を構成することにより、外乱の影響を打ち消すことができる。
【００２５】
また、図９のように２つのＸ方向に積層されている積層型圧電素子２５ｂ、２６ｂを使用することで、実施例２に示したようなフィードバック制御系を構成することも可能である。この２つの素子はどちらがセンサでもアクチュエータでもかまわない。このような取り付け方をすると、特定の形状のモードに対してはセンサ、アクチュエータの配置においてコロケーションが成立する。そこで、モード解析を行った際に発生する弾性振動の方向を確認しておき、弾性振動の発生方向にセンサ、アクチュエータのコロケーションが成立するように取り付ける必要がある。例えば、この取り付け方ではＸ方向に伸縮するようなモードならば、コロケーションが成立しているが、ＸＹ平面内で撓むような形状のモードに対してはコロケーションが成立しない。
【００２６】
また図１０のように２つのＸ方向に積層されている積層型圧電素子２５ｃ、２６ｃを取り付けても図中のX方向に伸縮するようなモードに対してはコロケーションが一致する。実施例２で示したようにフィードバック系を構成すると外乱の影響を改善できる。
【００２７】
（実施例５）
図１１はリブ構造部２８にＸ方向に積層されている積層型圧電素子２９を埋め込んだ例を示している。リブ構造部の外部に圧電素子を配置することが困難な場合は、このような方法で取り付ける。ネジ、ピンなどで取り付けてもよいし、接着することもできる。力学的外乱が既知な場合、実施例１に示したように、フィードフォワード制御系を構成することにより、力学的外乱の影響を打ち消すことができる。この取り付け方をすると、この素子の発生力はＸ方向のみとなるため、Ｘ方向に伸縮するようなモードしか制振できない。そのため事前のモード解析の結果から制振できるかを見極めなければならない。
【００２８】
また、図１２にようにＸ方向に積層されている積層型圧電素子２個２９ｂ、３０ｂをリブ構造部２８ｂに埋め込むことにより、実施例２のようにフィードバック制御系を構成することも可能である。この素子もどちらがセンサでもアクチュエータでもかまわない。この場合、Ｘ方向に伸縮するモードに対しては、コロケーションが一致している。そのようなモードに対しては、この取り付け方で制振可能である。
【００２９】
［適用例］
次に上記の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１６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、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ5（組立て）は後工程と呼ばれ、ステップ4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、これを出荷（ステップ7）する。
【００３０】
図１７は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。ステップ11（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ13（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ16（露光）では上記の露光装置によって回路パターンをウエハに転写する。ステップ17（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ18（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。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】
【００３１】
【図１】本発明を適用した肉抜き構造を有する構造物の平面図である。
【図２】第１実施例における構造物のFEMモデルを示す図である。
【図３】第１実施例における構造物のFEMモデルによる解析結果を示す図である。
【図４】第１実施例における構造物のアクチュエータ付近の拡大図である。
【図５】第２実施例におけるフィーバック制御系を構成して弾性振動を抑える例を示す図である。
【図６】第３実施例におけるアクチュエータ付近の拡大図である。
【図７】第３実施例における２つの薄膜状圧電素子を使用した例を示す図である。
【図８】第４実施例における積層型圧電素子を用いた例を示す図である。
【図９】第４実施例における２つのＸ方向に積層されている積層型圧電素子を使用した例を示す図である。
【図１０】第４実施例における積層型圧電素子を使用した他の例を示す図である。
【図１１】第５実施例におけるリブ構造部にＸ方向に積層されている積層型圧電素子を埋め込んだ例を示す図である。
【図１２】第５実施例におけるＸ方向に積層されている積層型圧電素子２個をリブ構造部に埋め込んだ例を示す図である。
【図１３】本発明におけるフィードフォワード制御系を示す概念図である。
【図１４】第２実施例におけるフィードフォワード制御系を示す概念図である。
【図１５】第２実施例における構造物弾性振動の周波数特性を示す図である。
【図１６】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。
【図１７】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  構造物
２  リブ構造部
３〜１４  アクチュエータ
15a,15b,18a,18b,24a,24b,24c  構造物の制振したい部分
16a,16b,17b,22a,23a,23b  薄膜状圧電素子
25a,25b,26b, 25c,26c,29,29b,30b  積層型圧電素子
20a,21a,20b,21b  取り付け具拘束部
19a,19b,27a,27b,27c  取り付け具
28,28b  リブ構造部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2005337320.tif 000014
【図１３】
2005337320.tif 000015
【図１４】
2005337320.tif 000016
【図１５】
2005337320.tif 000017
【図１６】
2005337320.tif 000018
【図１７】
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