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特許6362019駆動システム及び駆動方法、露光装置及び露光方法、並びに防振装置及び防振方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6362019
(24)【登録日】2018年7月6日
(45)【発行日】2018年7月25日
(54)【発明の名称】駆動システム及び駆動方法、露光装置及び露光方法、並びに防振装置及び防振方法
(51)【国際特許分類】
G05D 3/12 20060101AFI20180712BHJP
H01L 21/027 20060101ALI20180712BHJP
G03F 7/20 20060101ALI20180712BHJP
【ＦＩ】
G05D3/12 305Z
H01L21/30 503F
H01L21/30 503A
G03F7/20 501
【請求項の数】10
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2013-253777(P2013-253777)
(22)【出願日】2013年12月9日
(65)【公開番号】特開2015-114677(P2015-114677A)
(43)【公開日】2015年6月22日
【審査請求日】2016年11月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】000004112
【氏名又は名称】株式会社ニコン
(74)【代理人】
【識別番号】100102901
【弁理士】
【氏名又は名称】立石 篤司
(72)【発明者】
【氏名】坂田 晃一
【審査官】
影山 直洋
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００６−３５０７９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−２６７１４４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０５Ｄ ３／００− ３／２０
Ｇ０３Ｆ ７／２０
Ｈ０１Ｌ ２１／０２７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
操作量を与えて制御対象を駆動する駆動システムであって、
前記制御対象の位置に関連する第１制御量を計測する計測部と、
前記制御対象の運動を質点の運動として記述する関数と高次のハイパスフィルタを表す関数との積により表現される、前記制御対象のモデル情報を用いて該制御対象の位置に関する第２制御量を求め、該第２制御量と前記第１制御量とを合成して第３制御量を生成し、該第３制御量を用いて求められる前記操作量を前記制御対象に与える制御部と、
を備える駆動システム。
前記制御対象の位置に関連する第１制御量を計測する計測部と、
前記制御対象の運動を質点の運動として記述する関数と高次のハイパスフィルタを表す関数との積により表現される、前記制御対象のモデル情報を用いて該制御対象の位置に関する第２制御量を求め、該第２制御量と前記第１制御量とを合成して第３制御量を生成し、該第３制御量を用いて求められる前記操作量を前記制御対象に与える制御部と、
を備える駆動システム。
【請求項2】
前記制御部は、所定の阻止帯域を有する第１フィルタと、前記阻止帯域に等しい通過帯域を有する第２フィルタとを含み、前記第１フィルタを用いてフィルタ処理した前記第１制御量と、前記第２フィルタを用いてフィルタ処理した前記第２制御量とを合成する、請求項１に記載の駆動システム。
【請求項3】
前記制御部は、前記第３制御量と前記制御対象の駆動の目標との差から求められる第１の量と、前記目標から求められる第２の量と、の和から前記操作量を求める、請求項１又は２に記載の駆動システム。
【請求項4】
エネルギビームで物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、 前記物体を保持して所定面上を移動する移動体を前記制御対象とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動システムを備える露光装置。
【請求項5】
床面上で該床面の振動を除振して露光装置の少なくとも一部を支持する防振装置であって、
前記一部を前記制御対象とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動システムを備える防振装置。
前記一部を前記制御対象とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動システムを備える防振装置。
【請求項6】
操作量を与えて制御対象を駆動する駆動方法であって、
前記制御対象の位置に関連する第１制御量を計測することと、
前記制御対象の運動を質点の運動として記述する関数と高次のハイパスフィルタを表す関数との積により表現される、前記制御対象のモデル情報を用いて前記制御対象の位置に関連する第２制御量を生成し、該第２制御量を前記第１制御量と合成して第３制御量を生成し、該第３制御量を用いて求められる前記操作量を前記制御対象に与えて前記制御対象を駆動制御することと、
を含む駆動方法。
前記制御対象の位置に関連する第１制御量を計測することと、
前記制御対象の運動を質点の運動として記述する関数と高次のハイパスフィルタを表す関数との積により表現される、前記制御対象のモデル情報を用いて前記制御対象の位置に関連する第２制御量を生成し、該第２制御量を前記第１制御量と合成して第３制御量を生成し、該第３制御量を用いて求められる前記操作量を前記制御対象に与えて前記制御対象を駆動制御することと、
を含む駆動方法。
【請求項7】
前記駆動制御することでは、所定の阻止帯域を有する第１フィルタと、前記阻止帯域に等しい通過帯域を有する第２フィルタとを用意し、前記第１フィルタを用いてフィルタ処理した前記第１制御量と、前記第２フィルタを用いてフィルタ処理した前記第２制御量とを合成する、請求項６に記載の駆動方法。
【請求項8】
前記駆動制御することでは、前記第３制御量と前記制御対象の駆動の目標との差から求められる第１の量と、前記目標から求められる第２の量と、の和から前記操作量を求める、請求項６又は７に記載の駆動方法。
【請求項9】
エネルギビームで物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
請求項６〜８のいずれか一項に記載の駆動方法により、前記物体を保持して所定面上を移動する移動体を前記制御対象として駆動する露光方法。
請求項６〜８のいずれか一項に記載の駆動方法により、前記物体を保持して所定面上を移動する移動体を前記制御対象として駆動する露光方法。
【請求項10】
床面上で該床面の振動を除振して露光装置の少なくとも一部を支持する防振方法であって、
請求項６〜８のいずれか一項に記載の駆動方法により、前記一部を前記制御対象として駆動する防振方法。
請求項６〜８のいずれか一項に記載の駆動方法により、前記一部を前記制御対象として駆動する防振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、駆動システム及び駆動方法、露光装置及び露光方法、並びに防振装置及び防振方法に係り、特に、操作量を与えて制御対象を駆動する駆動システム及び駆動方法、前記駆動システムを備える露光装置及び前記駆動方法を利用する露光方法、並びに前記駆動システムを備える防振装置及び前記駆動方法を利用する防振方法に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶表示素子、半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するリソグラフィ工程では、主として、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（いわゆるステッパ）、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる））などが用いられている。液晶表示素子用の露光装置（液晶露光装置）に対しては、基板の大型化に伴い、スキャナなどの走査型投影露光装置が主流となっている。
【0003】
電子デバイス（マイクロデバイス）は、基板（ガラスプレート、ウエハ等）上に複数層のパターンを重ねて形成することによって製造される。このため、露光装置には、マスクのパターンを基板上の各ショット領域に既に形成されたパターンに正確に重ね合わせて転写すること、すなわち高い重ね合わせ精度が要求される。
【0004】
高い重ね合わせ精度を達成するために、基板を保持して移動する基板ステージの精密且つ安定な制御技術が必要となる。そこで、基板ステージの位置を投影光学系（を支持する光学定盤）を基準にして計測し、その計測結果を用いてフィードバック制御することで、基板ステージを投影光学系に対して追従駆動する。しかし、例えば、位置計測の基準を与える投影光学系（光学定盤）が十分に剛に構成されず、振動する場合、その振動の周波数のノイズが計測結果に取り込まれてしまう。特に液晶露光装置のように大型の露光装置においては、基板ステージを振動する投影光学系に対して追従駆動すると装置全体の振動を誘発し、かえって基板ステージの精密駆動に困難が生じる。
【0005】
そこで、基板ステージのフィードバック制御において、投影光学系の振動に由来するノイズを除去する必要がある。その方法として、まず、光学定盤を十分に剛に構成すること、マスダンパ等を装着することなどにより投影光学系の振動を抑制することが考えられる。しかし、高いコストを要する上に、必ずしも十分に振動を抑制できるとは限らない。次に、メトロアーム等の固定物に２つの計測器を設置し、１つめの計測器を用いて固定物と投影光学系との間の相対位置を、２つめの計測器を用いて固定物と基板ステージとの間の相対位置を計測する。ここで、干渉計フィルタ等を用いることで１つめの計測器の出力信号をフィルタリングし、投影光学系の振動に由来するノイズを除去した上で２つめの計測器の出力信号と合成して、投影光学系を基準とする基板ステージの位置を求めることが考えられる。しかし、固定物が振動しない限りにおいて振動に由来するノイズを除去できるが、固定物の振動を抑制することに高いコストを要する。最後に、計測器の出力信号をノッチフィルタ等の帯域除去フィルタに通すことで、振動に由来する特定の周波数のノイズを除去することが考えられる（例えば特許文献１参照）。しかし、フィルタを用いることで出力信号の位相遅れが生じ、フィードバック制御系の安定性は著しく低下する。従って、制御系の安定性を損なわずに投影光学系の振動に由来するノイズを除去する方法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２００４−２２８３８３号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
第１の態様によれば、操作量を与えて制御対象を駆動する駆動システムであって、前記制御対象の位置に関連する第１制御量を計測する計測部と、前記制御対象の運動を質点の運動として記述する関数と高次のハイパスフィルタを表す関数との積により表現される、前記制御対象のモデル情報を用いて該制御対象の位置に関する第２制御量を求め、該第２制御量と前記第１制御量とを合成して第３制御量を生成し、該第３制御量を用いて求められる前記操作量を前記制御対象に与える制御部と、を備える駆動システムが、提供される。
【0008】
これによれば、制御対象を精密且つ安定に駆動することが可能となる。
【0009】
第２の態様によれば、エネルギビームで物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記物体を保持して所定面上を移動する移動体を前記制御対象とする本発明の駆動システムを備える露光装置が、提供される。
【0010】
これによれば、物体を保持する移動体を精密且つ安定に駆動することが可能となり、ひいては物体に対する高精度な露光が可能になる。
【0011】
第３の態様によれば、床面上で該床面の振動を除振して露光装置の少なくとも一部を支持する防振装置であって、前記一部を前記制御対象とする本発明の駆動システムを備える防振装置が、提供される。
【0012】
これによれば、床面の振動を除振して露光装置を一定に支持することが可能になる。
【0013】
第４の態様によれば、操作量を与えて制御対象を駆動する駆動方法であって、前記制御対象の位置に関連する第１制御量を計測することと、前記制御対象の運動を質点の運動として記述する関数と高次のハイパスフィルタを表す関数との積により表現される、前記制御対象のモデル情報を用いて前記制御対象の位置に関連する第２制御量を生成し、該第２制御量を前記第１制御量と合成して第３制御量を生成し、該第３制御量を用いて求められる前記操作量を前記制御対象に与えて前記制御対象を駆動制御することと、を含む駆動方法が、提供される。
【0014】
これによれば、制御対象を精密且つ安定に駆動することが可能となる。
【0015】
第５の態様によれば、エネルギビームで物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、本発明の駆動方法により、前記物体を保持して所定面上を移動する移動体を前記制御対象として駆動する露光方法が、提供される。
【0016】
これによれば、物体を保持する移動体を精密且つ安定に駆動することが可能となり、ひいては物体に対する高精度な露光が可能になる。
【0017】
第６の態様によれば、床面上で該床面の振動を除振して露光装置の少なくとも一部を支持する防振方法であって、本発明の駆動方法により、前記一部を前記制御対象として駆動する防振方法が、提供される。
【0018】
これによれば、床面の振動を除振して露光装置を一定に支持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】第１の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図2】露光装置のステージ制御に関連する構成を示すブロック図である。
【図3】第１の実施形態に係るフィードバック制御系ＭＭＦＣの構成を表すブロック図である。
【図4】フィードバック制御系ＭＭＦＣにおけるプレートステージの入出力応答を表現する伝達関数（振幅及び位相）の周波数応答特性を示すボード線図である。
【図5】ノッチフィルタの周波数応答特性を示すボード線図である。
【図6】制御器の周波数応答特性を示すボード線図である。
【図7】従来のフィードバック制御系の感度関数を示す図である。
【図8】フィードバック制御系ＭＭＦＣの感度関数を示す図である。
【図9】従来のフィードバック制御系のナイキスト線図を示す図である。
【図10】フィードバック制御系ＭＭＦＣのナイキスト線図を示す図である。
【図11】関数Ｓａｄｄの周波数特性を示す図である。
【図12】第１の実施形態に係るフィードバック制御系ＭＭＦＣの第１の変形構成（２自由度制御系の構成）を表すブロック図である。
【図13】第１の実施形態に係るフィードバック制御系ＭＭＦＣの第２の変形構成（２自由度制御系の構成）を表すブロック図である。
【図14】防振台の機構モデルを示す図である。
【図15】第２の実施形態に係るフィードバック制御系ＭＭＦＣの構成を表すブロック図である。
【図16】防振台の伝達関数Ｐ１（振幅及び位相）の周波数応答特性を示すボード線図である。
【図17】フィードバック制御系ＭＭＦＣの感度関数を示す図である。
【図18】フィードバック制御系ＭＭＦＣのナイキスト線図を示す図である。
【図19】ＭＭＦＣ適用ありとなしの場合におけるフィードバック制御の時間応答の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
図１には、本実施形態に係るフラットパネルディスプレイ、例えば液晶表示装置（液晶パネル）などの製造に用いられる露光装置１１０の概略構成が示されている。露光装置１１０は、マスクＭとガラスプレート（以下、「プレート」と呼ぶ）Ｐとを投影光学系ＰＬに対して同一方向に同一速度で駆動することで、マスクＭに形成されたパターンをプレートＰ上に転写するスキャニング・ステッパ（スキャナ）である。以下においては、走査露光の際にマスクＭ及びプレートＰが駆動される方向（走査方向）をＸ軸方向とし、これに直交する水平面内での方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸に直交する方向をＺ軸方向、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向とする。
【0022】
露光装置１１０は、照明系ＩＯＰ、マスクＭを保持するマスクステージＭＳＴ、投影光学系ＰＬ、これらを支持するボディ７０、プレートＰを保持するプレートステージＰＳＴ、及びこれらの制御系等を備える。制御系は、露光装置１１０の構成各部を統括制御する主制御装置（不図示）及びその配下のステージ制御装置５０（図２等参照）より構成される。
【0023】
ボディ７０は、ベース（防振台）７１、コラム７２Ａ，７２Ｂ、光学定盤７３、支持体７４、及びスライドガイド７５から構成される。ベース（防振台）７１は、床面Ｆ上に配置され、床面Ｆからの振動を除振してコラム７２Ａ，７２Ｂ等を支持する。コラム７２Ａ，７２Ｂはそれぞれ枠体形状を有し、コラム７２Ｂの内側にコラム７２Ａが配置されている。光学定盤７３は、平板形状を有し、コラム７２Ａの天井部に固定されている。支持体７４は、コラム７２Ｂの天井部にスライドガイド７５を介して支持されている。スライドガイド７５は、エアボールリフタと位置決め機構とを備え、支持体７４（すなわち後述するマスクステージＭＳＴ）を光学定盤７３に対してＸ軸方向の適当な位置に位置決めする。
【0024】
照明系ＩＯＰは、ボディ７０の上方に配置されている。照明系ＩＯＰは、例えば米国特許第５，７２９，３３１号明細書などに開示される照明系と同様に構成され、例えば水銀ランプ等の光源（不図示）から射出された光（照明光）ＩＬを反射鏡、ダイクロイックミラー、シャッター、波長選択フィルタ、各種レンズ（いずれも不図示）等を介してマスクＭに照射する。照明光ＩＬとして、例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）等の光（或いは上記ｉ線、ｇ線、ｈ線の合成光）が用いられる。また、照明光ＩＬの波長は、波長選択フィルタにより、例えば要求される解像度に応じて適宜切り替えることができる。
【0025】
マスクステージＭＳＴは、ボディ７０を構成する支持体７４に支持されている。マスクステージＭＳＴには、回路パターンが形成されたパターン面（図１における下面）を有するマスクＭが、例えば真空吸着（あるいは静電吸着）により固定されている。マスクステージＭＳＴは、例えばリニアモータを含むマスクステージ駆動系ＭＳＤ（図１では不図示、図２参照）により、走査方向（Ｘ軸方向）に所定のストロークで駆動されるとともに、非走査方向（Ｙ軸方向及びθｚ方向）に微少駆動される。
【0026】
マスクステージＭＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、マスク干渉計システム１６（図２参照）により計測される。マスク干渉計システム１６は、マスクステージＭＳＴの端部に設けられた移動鏡（又は鏡面加工された反射面（不図示））に測長ビームを照射し、移動鏡からの反射光を受光することにより、マスクステージＭＳＴの位置を計測する。その計測結果はステージ制御装置５０に供給され（図２参照）、ステージ制御装置５０は、マスク干渉計システム１６の計測結果に従って、マスクステージ駆動系ＭＳＤを介してマスクステージＭＳＴを駆動する。
【0027】
投影光学系ＰＬは、マスクステージＭＳＴの下方（−Ｚ側）に、ボディ７０を構成する光学定盤７３に支持されている。投影光学系ＰＬは、例えば米国特許第５，７２９，３３１号明細書に開示された投影光学系と同様に構成され、マスクＭのパターン像の投影領域が例えば千鳥状に配置された複数（例えば７）の投影光学系（マルチレンズ投影光学系）を含み、Ｙ軸方向を長手方向とする矩形形状のイメージフィールドを形成する。ここでは、４つの投影光学系がＹ軸方向に所定間隔で配置され、残りの３つの投影光学系が、４つの投影光学系から＋Ｘ側に離間して、Ｙ軸方向に所定間隔で配置されている。複数の投影光学系のそれぞれとして、例えば両側テレセントリックな等倍系で正立正像を形成するものが用いられる。なお、千鳥状に配置された投影光学系ＰＬの複数の投影領域をまとめて露光領域と呼ぶ。
【0028】
照明系ＩＯＰからの照明光ＩＬによってマスクＭ上の照明領域が照明されると、マスクＭを透過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して、その照明領域内のマスクＭの回路パターンの投影像（部分正立像）が、投影光学系ＰＬの像面側に配置されるプレートＰ上の照射領域（露光領域（照明領域に共役））に形成される。ここで、プレートＰの表面にはレジスト（感応剤）が塗布されている。マスクステージＭＳＴとプレートステージＰＳＴとを同期駆動する、すなわちマスクＭを照明領域（照明光ＩＬ）に対して走査方向（Ｘ軸方向）に駆動するとともに、プレートＰを露光領域（照明光ＩＬ）に対して同じ走査方向に駆動することで、プレートＰが露光されてプレートＰ上にマスクＭのパターンが転写される。
【0029】
プレートステージＰＳＴは、投影光学系ＰＬの下方（−Ｚ側）のベース（防振台）７１上に配置されている。プレートステージＰＳＴは、リニアモータ等を含むステージ駆動系ＰＳＤにより、ベース７１上をＸ軸及びＹ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともにＺ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向に微小駆動される。プレートステージＰＳＴ上に、プレートＰが、プレートホルダ（不図示）を介して保持されている。
【0030】
プレートステージＰＳＴのＸＹ平面内の位置情報（回転情報（ヨーイング量（θｚ方向の回転量θｚ）、ピッチング量（θｘ方向の回転量θｘ）、ローリング量（θｙ方向の回転量θｙ））を含む）は、プレート干渉計システム１８（単に干渉計とも呼ぶ（図２））によって計測される。干渉計１８は、光学定盤からプレートステージＰＳＴの端部に設けられた移動鏡（又は鏡面加工された反射面（不図示））に測長ビームを照射し、移動鏡からの反射光を受光することにより、プレートステージＰＳＴの位置を計測する。その計測結果はステージ制御装置５０に供給され（図２参照）、ステージ制御装置５０は、干渉計１８の計測結果に従って、ステージ駆動系ＰＳＤを介してプレートステージＰＳＴを駆動する。
【0032】
露光装置１１０では、露光に先立ってアライメント計測（例えば、ＥＧＡ等）を行い、その結果を用いて、以下の手順で、プレートＰを露光する。まず、主制御装置（不図示）の指示に従い、ステージ制御装置５０は、マスク干渉計システム１６及びプレート干渉計システム１８の計測結果に従ってマスクステージＭＳＴ及びプレートステージＰＳＴをそれぞれの走査開始位置（加速開始位置）に移動する。次に、両ステージＭＳＴ，ＰＳＴを同じＸ軸方向に同期駆動する。これにより、プレートＰ上の１つめのショット領域に、前工程レイヤに形成されたパターンに重ねてマスクＭのパターンが転写される。１つめのショット領域に対する走査露光が終了すると、ステージ制御装置５０は、プレートステージＰＳＴを２つめのショット領域に対する走査開始位置（加速開始位置）へ移動（ステッッピング）する。そして、２つめのショット領域に対する走査露光を行う。ステージ制御装置５０は、同様に、プレートＰのショット領域間のステッピングとショット領域に対する走査露光とを繰り返して、プレートＰ上の全てのショット領域にマスクＭのパターンを転写する。
【0033】
次に、プレートステージＰＳＴを駆動する駆動システム（プレートステージＰＳＴの駆動を制御する制御系）の設計について説明する。
【0034】
本実施形態では、並進方向、一例としてＸ軸方向にプレートステージＰＳＴを駆動する駆動システムについて説明する。
【0035】
図３には、本実施形態に係るプレートステージＰＳＴの駆動システムに対応するフィードバック制御系Model based Mix-Filter Control (MMFC)の構成を示すブロック図が示されている。フィードバック制御系MMFCは、制御対象であるプレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）の位置（Ｘ軸方向の位置（制御量Ｘ））を計測するプレート干渉計システム（干渉計）１８と、プレートテーブルＰＴＢの並進運動を記述するモデルを用いて制御量Ｘを再現し、その結果Ｘｎと干渉計１８の計測結果Ｘｓｎｓを合成して合成制御量Ｘｍｉｘを生成する合成部５２と、合成制御量ＸｍｉｘとプレートステージＰＳＴの目標値（目標軌道）Ｒの生成結果とを用いて操作量ＵＦＢ（リニアモータが発する駆動力Ｆ、又はリニアモータのコイルに流す電流量Ｉ等）を演算し、その結果をプレートステージ駆動系ＰＳＤに送信するステージ制御装置５０と、を含む。プレートステージ駆動系ＰＳＤは、受信した操作量ＵＦＢに従って、例えば、駆動力Ｆに等しい駆動力を発する或いは電流量Ｉに等しい量の電流をリニアモータ（不図示）のコイルに流す。これにより、プレートステージＰＳＴの駆動が制御される。なお、図中に示すｄは外乱、ｎはノイズ、Ｕ及びＸはそれぞれプレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）への入力及び出力、ｅｍｉｘは目標値Ｒと合成制御量Ｘｍｉｘの偏差、ｅは目標値ＲとＸｓｎｓの偏差である。
【0036】
ここで、目標値（目標軌道）、制御量、操作量等は、時間の関数として定義されるが、図３及びそれを用いた説明では、習慣に従い、それらのラプラス変換を用いるものとする。また、後述する演算式Ｕ（ｅｍｉｘ）についても、ラプラス変換形においてその定義を与えるものとする。また、以降においても、特に断らない限り、ラプラス変換（ラプラス変換形）を用いるものとする。
【0037】
ステージ制御装置５０は、目標生成部５００と制御器５０１と減算器５０２とを含む。なお、これら各部は、実際には、ステージ制御装置５０を構成するマイクロコンピュータとソフトウェアによって実現されるが、ハードウェアによって構成しても勿論良い。目標生成部５００は、プレートステージＰＳＴの目標値、ここでは目標位置（時々刻々変化する位置の目標値）Ｒを生成して、減算器５０２に供給する。減算器５０２は、目標位置Ｒと合成部５２からの合成制御量Ｘｍｉｘとの差、すなわち偏差ｅｍｉｘを算出し、制御器５０１（伝達関数Ｃ）に供給する。制御器５０１は、偏差ｅｍｉｘが零となるように、演算（制御演算）により操作量ＵＦＢ＝Ｃ（ｅｍｉｘ）を算出する。ここで、Ｃは、制御器５０１の伝達関数である。伝達関数とは、入力信号ｒ（ｔ）と出力信号Ｃ（ｔ）とのラプラス変換の比Ｒ（ｓ）／Ｃ（ｓ）、すなわちインパルス応答関数のラプラス変換関数である。このように、ステージ制御装置５０は、目標位置Ｒと合成部５２からの合成制御量Ｘｍｉｘとを用いて演算式ＵＦＢ＝Ｃ（ｅｍｉｘ）で表される制御演算を行って操作量ＵＦＢを求め、該操作量ＵＦＢを制御対象であるプレートステージＰＳＴ（プレートステージ駆動系ＰＳＤ）に与える。なお、通常、プレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）には外乱ｄが加わるため操作量ＵＦＢと外乱ｄとの和が実際の操作量Ｕ（＝ＵＦＢ＋ｄ）としてプレートステージＰＳＴに与えられる。これにより、操作量Ｕ（ＵＦＢ）に従ってプレートステージＰＳＴが駆動され、その位置が制御される。
【0038】
合成部５２は、生成部５２１、フィルタ５２２，５２３、及び加算器５２４を含み、干渉計１８によって計測されるプレートテーブルＰＴＢ（伝達関数Ｐ）のＸ位置Ｘ（現在位置）の計測結果Ｘｓｎｓと、ステージ制御装置５０からの出力ＵＦＢに対して制御量Ｘを再現する生成部５２１の出力Ｘｎと、をそれぞれフィルタ５２２，５２３に通し、それぞれの出力を加算器５２４に通して合成し、その出力、すなわち合成制御量（Ｘｍｉｘ）をステージ制御装置５０（減算器５０２）に供給する。ここで、生成部５２１はノミナルプラントＰｎにより与えられる。フィルタ５２２は入力のうち特定の周波数の成分（ノイズ）を除去するバンドストップフィルタＦ、フィルタ５２３はフィルタ５２２の阻止帯域に等しい通過帯域を有するバンドパスフィルタ１−Ｆである。なお、バンドストップフィルタＦは、安定且つプロパな有理関数により表現されるものとする。
【0039】
ＭＭＦＣにおける３つの外部入力、目標値Ｒ、外乱ｄ、ノイズｎに対する感度関数は、それぞれ異なり、【数1】
【数2】
ここで、Ｆ（０）＝１に対して
【数3】
【0040】
本実施形態のフィードバック制御系ＭＭＦＣでは、剛体模型を採用し、プレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）の並進運動を剛体の並進運動として記述する。そこで、ノミナルプラントＰｎは、プレートステージＰＳＴの質量Ｍｎを用いて、【数4】
【数5】
【数6】
【0041】
図４には、フィードバック制御系ＭＭＦＣにおけるプレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）の入出力応答を表す伝達関数（振幅及び位相）の周波数応答特性（シミュレーション結果）を示すボード線図（振幅（ゲイン）｜Ｐ（ｓ）｜及び位相ａｒｇ（Ｐ（ｓ）））、すなわちゲイン線図（上側の図）及び位相線図（下側の図）が示されている。ここで、ｓ＝ｊω＝ｊ２πｆ、ｊ＝√（−１）、ｆは周波数である。プレートステージＰＳＴの伝達関数Ｐは、ノミナルプラントＰｎの理想的な振舞いに対して、その振幅に７０Ｈｚ付近に光学定盤の振動に由来するノイズ、その位相に３６０度のジャンプが確認できる。なお、伝達関数Ｐの周波数応答特性において高周波数域（数１０Ｈｚ以上）に激しい振動振舞いが見られるが、ここでは特に問題としない。
【0042】
投影光学系ＰＬ（光学定盤）の振動に由来するノイズは、プレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）の駆動誤差をもたらす。しかし、駆動誤差は、走査露光においては平均化効果により抑制されるため、露光精度の著しい低下をもたらすことはない。液晶露光装置のように大型の露光装置に対しては、むしろ、プレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）を振動する投影光学系ＰＬに対して追従駆動すると装置全体の振動を誘発し、かえって精密駆動に困難が生じる。そこで、高い周波数の振動に由来するノイズは除去して露光装置全体の振動を回避し、装置全体の振動を招かない低い周波数の振動に対してはプレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）を追従駆動することで高い露光精度を維持する。
【0043】
上述の振舞いの伝達関数Ｐに対して７０Ｈｚ付近のノイズを除去するために、フィルタＦとしてノッチフィルタ【数7】
【0044】
図６には、制御器５０１の伝達関数の周波数特性が示されている。制御器５０１は、極配置設計に基づくＰＩＤ制御器と高次共振モードに対するノッチフィルタとから構成されている。
【0045】
図７及び図８には、それぞれ、従来のフィードバック制御系の感度関数及び本実施形態のフィードバック制御系ＭＭＦＣの感度関数が示されている。図９及び図１０には、それぞれ、従来のフィードバック制御系の感度関数及び本実施形態のフィードバック制御系ＭＭＦＣのナイキスト線図が示されている。
【0046】
従来のフィードバック制御系は、プレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）の位置（Ｘ位置（制御量Ｘ））を計測する干渉計１８と、その計測結果を用いて操作量Ｕ（リニアモータが発する駆動力Ｆ、又はリニアモータのコイルに流す電流量Ｉ等）を求め、求められた操作量Ｕをプレートステージ駆動系ＰＳＤへ送るステージ制御装置５０と、から構成される。プレートステージ駆動系ＰＳＤは、受信した操作量Ｕに従って、例えば、駆動力Ｆに等しい駆動力を発する、或いは電流量Ｉに等しい量の電流をリニアモータのコイルに流す。これにより、プレートステージＰＳＴの駆動が制御される。すなわち、従来のフィードバック制御系は、フィードバック制御系ＭＭＦＣ（図３参照）に対して合成部５２が省かれて構成されたものに等しく、感度関数Ｓｃｏｎｖ，Ｓｅｎｃｏｎｖは【数8】
【0047】
図７より、従来のフィードバック制御系の感度関数Ｓｃｏｎｖ，Ｓｅｎｃｏｎｖは周波数の増加とともにその振幅を増加し、６０Ｈｚ付近において鋭いピーク、７０Ｈｚ付近において深い谷、及び４００Ｈｚ以上において一定の振舞いを呈する。ここで、感度関数Ｓｃｏｎｖ，Ｓｅｎｃｏｎｖにおいて、感度ピークの差が２０ｄＢ以上あることがわかる。また、図９より、従来のフィードバック制御系のナイキスト線図Ｇｃｏｎｖにおいて、その軌跡が点（−１，０）の極近傍まで近づいていて、安定余裕はほとんどない。従って、従来のフィードバック制御系は、ほぼ実現不可能なシステムであることがわかる。
【0048】
これに対して、図８より、フィードバック制御系ＭＭＦＣの感度関数Ｓｍｉｘ，Ｓ，Ｓｅｎいずれも所望の振舞いを示している。すなわち、感度関数Ｓｍｉｘは、周波数の増加とともにその振幅を増加し、１００Ｈｚ付近において最大、１００Ｈｚからその振幅を減少し、４００Ｈｚ以上において一定の振舞いを呈する。感度関数Ｓｅｎにはフィルタ５２２の振舞いが現れ、７０Ｈｚ付近のノイズが除去されている。外乱抑圧特性を意味する感度関数Ｓも素性の良い振舞いを示し、感度関数Ｓｍｉｘに対して７０Ｈｚ近傍の制振性が加わった振舞いを示している。また、図１０より、フィードバック制御系ＭＭＦＣのナイキスト線図Ｇｍｉｘ，Ｇともに、その軌跡が点（−１，０）から離れ、十分な安定余裕が確保されている。従って、制御系の安定性を損なわずに投影光学系ＰＬ（光学定盤）の振動に由来するノイズを除去することができる。
【0049】
最後に、感度関数Ｓが制振性を有する理由を考える。式（３）より、感度関数Ｓは、感度関数Ｓｍｉｘと関数【数9】
【0050】
以上説明したように、本実施形態に係る露光装置１１０によると、プレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）の位置に関連する制御量（Ｘ）を計測するプレート干渉計システム（干渉計）１８と、プレートステージＰＳＴの運動を記述するモデルを用いて制御量（Ｘ）を再現し、その結果（Ｘｎ）と干渉計１８の計測結果（Ｘｓｎｓ）とを合成して合成制御量（Ｘｍｉｘ）を生成する合成部５２と、合成制御量（Ｘｍｉｘ）を用いて求められる操作量をプレートステージＰＳＴ（プレートステージ駆動系ＰＳＤ）に与えるステージ制御装置５０と、からフィードバック制御系（駆動システム）が構築される。これによれば、特定の周波数のノイズを除去しても、制御量（Ｘ）を再現してその結果（Ｘｎ）を合成することで制御系の安定性を損なうことなく、精密にプレートステージＰＳＴを駆動制御することが可能となる。
【0051】
また、本実施形態に係る露光装置１１０は、上述のように設計されたプレートステージＰＳＴ（プレートテーブルＰＴＢ）の駆動システムを備えるため、プレートステージＰＳＴを精密且つ安定に駆動することが可能となり、露光精度、すなわち重ね合わせ精度の向上が可能となる。
【0052】
なお、本実施形態では、Ｘ軸方向についてのプレートステージＰＳＴの駆動を制御する場合について説明したが、Ｙ軸方向及びＺ軸方向についてのプレートステージＰＳＴの駆動を制御する場合についても、同様にして、フィードバック制御系を設計することができ、同等の効果を得ることができる。
【0053】
また、本実施形態の露光装置１１０において採用したフィードバック制御系ＭＭＦＣにフィードフォワード制御器を組み込んで２自由度制御系に拡張することもできる。図１２に、２自由度制御系の構成を示す。２自由度制御系では、フィードバック制御系ＭＭＦＣ（図３参照）に対して、ステージ制御装置５０の構成が異なる。２自由度制御系におけるステージ制御装置５０は、目標生成部５００と制御器５０１と減算器５０２とに加えて制御器５０３及び加算器５０４を含んで構成されている。制御器５０３は、目標値Ｒを用いて操作量ＵＦＦ＝ＣＦＦ（Ｒ）を算出し、その結果を加算器５０４に出力する。加算器５０４は、制御器５０１の出力（操作量）ＵＦＢと制御器５０３の出力（操作量）ＵＦＦとを合成して、その結果を制御対象であるプレートステージＰＳＴ（プレートステージ駆動系ＰＳＤ）に与える。また、合成部５２を構成する生成部５２１は、ステージ制御装置５０からの出力ＵＦＢ＋ＵＦＦに対して制御量Ｘを再現して、その結果Ｘｎをフィルタ５２３に出力する。
【0054】
制御器５０３の出力ＵＦＦの関係ＵＦＦ＝ＣＦＦＲ＝Ｐｎ−１Ｒより、【数10】
【0055】
また、プレート干渉計システム（干渉計）１８に限らず、例えば、光学定盤７３に設けられたヘッドを用いてプレートステージＰＳＴに設けられたスケールに計測光を照射し、その戻り光を受光するエンコーダを用いることも可能である。
【0056】
また、プレート干渉計システム（干渉計）１８の構成は、上記の構成に限らず、目的に応じて、適宜、さらに干渉計を追加した構成を採用することができる。また、プレート干渉計システム１８に代えて、あるいはプレート干渉計システム１８とともにエンコーダ（又は複数のエンコーダから構成されるエンコーダシステム）を用いても良い。
【0058】
第２の実施形態では、先に説明したフィードバック制御系ＭＭＦＣを、マスクステージＭＳＴ及び投影光学系ＰＬなどが搭載されたボディ７０を床面Ｆ上で支持するアクティブ防振台（単に防振台と呼ぶ）７１に適用する。防振台７１は、床面Ｆの振動を除振し、露光装置１１０を一定の絶対位置に支持するために用いられる。
【0059】
図１４には、防振台７１の機構モデルが示されている。防振台７１は、全体質量ｍの露光装置１１０をばね（ばね定数ｋ）とダンパ（粘性ｃ）を介して床面Ｆ上に支持する。ここで、ばねとダンパにより、防振台７１（が支持する露光装置１１０）に力ｆが加えられる。床面Ｆに対する防振台７１の相対位置は、エンコーダ等のセンサにより測定される。床面Ｆの絶対位置Ｘ０、防振台７１の絶対位置Ｘｖ、床面Ｆに対する防振台７１の相対位置（の計測結果）Ｘｓｎｓとする。なお、力ｆの反力が床面Ｆに及ぼす影響は、床の質量が露光装置１１０の質量に比べて十分大きいものとして無視する。
【0060】
露光装置１１０を支持する防振台７１を、力ｆ及び床面Ｆの絶対位置Ｘ０を防振台７１（露光装置１１０）に加えることにより防振台７１の絶対位置Ｘｖ及び相対位置Ｘｓｎｓが制御される２入力２出力システムとして表す。それにより、システムの入出力応答は行列形式において、【数11】
【0061】
センサ（不図示）により測定される位置は、防振台７１の絶対位置Ｘｖではなく、防振台７１の相対位置Ｘｓｎｓである。そこで、図１４に示した機構モデルを利用して防振台７１の絶対位置Ｘｖを推定する。図１４より自明の関係Ｘｓｎｓ＝Ｘｖ−Ｘ０及び式（１５）より導かれる関係Ｘｓｎｓ＝Ｐ１ｆ＋Ｐ３Ｘ０より、力ｆとセンサ信号Ｘｓｎｓを用いて、防振台７１の絶対位置Ｘｖを【数12】
【数13】
【数14】
【0062】
防振台７１の絶対位置Ｘｖを一定に保つために、約０．１Ｈｚ以下の低周波帯域では防振台７１（露光装置１１０）の位置を床面Ｆの絶対位置Ｘ０に追従することが望ましい。そこで、フィードバック制御系ＭＭＦＣを適用して、防振台７１の相対位置（の測定結果）Ｘｓｎｓと機構モデルを用いて推定する絶対位置〈Ｘｖ〉とを周波数分離して制御に用いることとする。
【0063】
図１５には、防振台７１の制御に適用するフィードバック制御系ＭＭＦＣの構成が示されている。この構成は、第１の実施形態におけるフィードバック制御系ＭＭＦＣ（図３参照）に対して合成部５２を構成する生成部５２１（ノミナルプラントＰｎ）がオブザーバ５２６に置き換えられたものに相当する。なお、防振台７１は、（プラントＰとして）伝達関数Ｐ１，Ｐ３を用いて表されている。オブザーバ５２６は２つの制御器Ｇｎ１，Ｇｎ２と減算器５２７とを有し、第１の実施形態におけるステージ制御装置５０に相当する防振台制御装置５０からの出力ｆとセンサからの出力Ｘｓｎｓとをそれぞれ制御器Ｇｎ１，Ｇｎ２に通し、それらの出力を減算器５２７に通すことで差を生成し、その結果、すなわち防振台７１の絶対位置Ｘｖの推定値〈Ｘｖ〉をフィルタ５２３に出力する。
【0064】
（フィルタ５２２，５２３における）フィルタＦとして、床面Ｆの振動の周波数が特定されている場合、式（１０）に与えるノッチフィルタを採用することができる。或いは、ローパスフィルタ【数15】
【0065】
オブザーバ５２６を構成する制御器Ｇｎ１，Ｇｎ２は二重の純積分を有するため、僅かなモデル化誤差が積算されて出力が発散するという実装上の問題がある。そこで、制御器Ｇｎ１，Ｇｎ２に２次のハイパスフィルタを挿入して、【数16】
【0066】
本実施形態の防振台７１のフィードバック制御系ＭＭＦＣについて、床面Ｆの絶対位置Ｘ０が振幅１ｍｍ、周波数１Ｈｚで振動しているものとして、シミュレーションを行った。ただし、防振台７１のパラメータとしてノミナル値ｍｎ＝２００４４ｋｇ，ｃｎ＝４７７３６３Ｎ／（ｍ／ｓ），ｋｎ＝５３７２７７３７Ｎ／ｍを採用した。フィルタＦとして式（１０）に与えたノッチフィルタを採用し、ωｎ＝２π、ζ＝０．０５、ｄ＝０とした。また、式（２０）及び式（２１）に与えたハイパスフィルタＦＨＰＦについて、ωＨＰＦ＝２π０．１とした。
【0067】
図１６には、防振台７１（制御対象）の伝達関数Ｐ１の周波数特性が示されている。ただし、制御器５０１は、ＰＩ制御器と１Ｈｚの振動を抑圧するピークフィルタから構成した。伝達関数Ｐ１は、その振幅を約１０Ｈｚまで一定に維持し、約１０Ｈｚ以上で周波数の増加とともに減衰する。また、その位相を１０Ｈｚ近傍で１８０度遅らせている。
【0068】
図１７には、フィードバック制御系ＭＭＦＣの感度関数【数17】
【0069】
図１８には、ナイキスト線図が示されている。軌跡は点（−１，０）から離れ、十分な安定余裕が確保されていることがわかる。
【0070】
図１９に、フィードバック制御の時間応答の結果が示されている。ただし、上段の図は防振台７１の絶対位置Ｘｖ、中段の図は防振台７１の合成位置Ｘｍｉｘ、下段の図は防振台７１の相対位置Ｘsnsの結果を示す。比較のため、ＭＭＦＣの適用なしのフィードバック制御系に対するシミュレーションの結果もあわせて示されている。このフィードバック制御系は、センサから得られる防振台７１の相対位置Xｓｎｓを防振台制御装置５０（減算器５０２）に直に戻すように構成されている。
【0071】
MMFCの適用なしのフィードバック制御系（ｗ／ｏ ＭＭＦＣ）では、防振台７１の相対位置Ｘｓｎｓを一定に制御する構成であるため相対位置Ｘｓｎｓはほぼ一定（ゼロ）であり、床面Ｆの絶対位置Ｘ０の振動がほとんど減衰することなく防振台７１の絶対位置Ｘｖに伝わっていることがわかる。これに対し、MMFCの適用ありのフィードバック制御系（ｗｉｔｈ ＭＭＦＣ）では、床面Ｆの振動がほぼ設計通りに約３分の１に減衰して防振台７１の絶対位置Ｘｖに現れていることがわかる。従って、本実施形態のフィードバック制御系ＭＭＦＣにより、床面Ｆから防振台７１の相対位置を測定するセンサの出力のみを使って床面Ｆの振動を除振し、露光装置１１０を一定の絶対位置に支持する防振台７１が実現できたことがわかる。
【0072】
以上説明したように、本実施形態に係る露光装置１１０によると、床面Ｆから防振台７１の相対位置を測定するセンサと、防振台７１のモデル情報を用いて制御量（Ｘｖ）を再現し、その結果とセンサの計測結果（Ｘｓｎｓ）とを合成して合成制御量（Ｘｍｉｘ）を生成する合成部５２と、合成制御量（Ｘｍｉｘ）を用いて求められる操作量を防振台７１に与える防振台制御装置５０と、からフィードバック制御系（駆動システム）が構築される。これによれば、特定の周波数のノイズを除去しても、制御量（Ｘｖ）を再現してその結果を合成することで制御系の安定性を損なうことなく、精密に防振台７１を制御することが可能となる。
【0073】
なお、上記第１及び第２の実施形態において、照明光は、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光や、Ｆ2レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。また、照明光としては、例えばＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、固体レーザ（波長：３５５ｎｍ、２６６ｎｍ）などを使用しても良い。
【0074】
また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬが、複数本の光学系を備えたマルチレンズ方式の投影光学系である場合について説明したが、投影光学系の数はこれに限らず、１つ以上あれば良い。また、マルチレンズ方式の投影光学系に限らず、例えばオフナー型の大型ミラーを用いた投影光学系などであっても良い。また、上記実施形態では投影光学系ＰＬとして、投影倍率が等倍系のものを用いる場合について説明したが、これに限らず、投影光学系は拡大系及び縮小系のいずれでも良い。
【0075】
また、上記各実施形態（のステージ駆動システム）は、一括露光型又はスキャニング・ステッパなどの走査型露光装置、及びステッパなどの静止型露光装置のいずれにも適用することができる。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の投影露光装置にも上記各実施形態は適用することができる。また、上記各実施形態は、投影光学系を用いない、プロキシミティ方式の露光装置にも適用することができるし、光学系と液体とを介して基板を露光する液浸型露光装置にも適用することができる。この他、上記各実施形態は、２つのパターンを、投影光学系を介して基板上で合成し、１回のスキャン露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置（米国特許第６，６１１，３１６号明細書）などにも適用できる。
【0076】
また、露光装置の用途としては、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置に限定されることなく、例えば半導体製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるマスク又はレチクルを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記各実施形態を適用できる。なお、露光対象となる物体はガラスプレートに限られるものでなく、例えばウエハ、セラミック基板、あるいはマスクブランクスなど、他の物体でも良い。
【0077】
液晶表示素子（あるいは半導体素子）などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたマスク（あるいはレチクル）を製作するステップ、ガラスプレート（あるいはウエハ）を製作するステップ、上述した各実施形態の露光装置、及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをガラスプレートに転写するリソグラフィステップ、露光されたガラスプレートを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去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除去ステップ、デバイス組み立てステップ、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ガラスプレート上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【符号の説明】
【0078】
１６…マスク干渉計システム、１８…プレート干渉計システム（干渉計）、５０…ステージ制御装置（防振台制御装置）、５００…目標生成部、５０１…制御器、５０２…減算器、５０３…制御器、５０４…加算器、５２…合成部、５２１…生成部、５２２，５２３…フィルタ、５２４，５２５…加算器、５２６…オブザーバ、５２７…減算器、７１…防振台、１１０…露光装置。