JP2000274482A - 能動的除振装置、露光装置及び方法並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スカイフックダンパとともに有意な効果を持
つスカイフックスプリングを実現する。 【解決手段】 除振対象物を搭載する除振台と、この除
振台を支持する空気ばねアクチュエータ、除振台の振動
を計測する振動計測手段ＶＳ、除振台の位置を計測する
位置計測手段ＰＯ、および空気ばねアクチュエータの除
振台に対する加圧力を計測する加圧力計測手段ＰＲをそ
れぞれ備えた複数台の能動的支持脚と、加圧力計測手段
の出力をフィードバックして空気ばねアクチュエータの
加圧力を制御する加圧力フィードバックループＰＲ、１
０〜１２、ＳＶと、振動計測手段の出力に基づく加速度
および速度をフィードバックして除振台に対するダンピ
ングおよびスプリング効果を生じさせる加速度・速度フ
ィードバックループＶＳ、４〜９、１１、１２、ＳＶ
と、位置計測手段の出力をフィードバックして、指定さ
れた平衡位置に定常偏差なく除振台を位置決めする位置
フィードバックループＰＯ、２、３、８、９、１１、１
２、ＳＶとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レチクルの回路パ
ターンを半導体ウエハに焼き付ける半導体露光装置また
は液晶基板製造装置あるいは電子顕微鏡などに用いられ
る能動的除振装置に関する。より詳しくは、除振台に伝
播してくる外部振動を抑制するとともに、除振台に搭載
されるステージのような精密機器自身が発生する振動を
積極的に打ち消すことが可能な能動的除振装置ならびに
これを用いた露光装置、露光方法およびデバイス製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビームを使う電子顕微鏡や、ステッ
パまたはスキャナに代表される半導体露光装置では、除
振装置上にＸＹステージが搭載されている。この除振装
置は、空気ばね、コイルばね、防振ゴムなどの振動吸収
手段により振動を減衰させる役割を担っている。しか
し、上述の如き振動吸収手段を備えた受動的除振装置に
おいては、床から伝播する振動についてはある程度減衰
できても、同装置上に搭載されているＸＹステージ自身
が発生する振動は有効に減衰できない、という問題があ
る。つまり、ＸＹステージ自身の高速移動によって生じ
る反力は除振台の振動の原因となり、この振動はＸＹス
テージの位置決め整定性を著しく阻害するものであっ
た。そして、受動的除振装置においては、床から伝播す
る振動の絶縁（除振）とＸＹステージ自身の高速移動で
発生する振動の抑制（制振）性能の間にトレードオフの
問題があった。これらの問題の解消のため、近年は能動
的除振装置を使用する傾向にある。

【０００３】さて、能動的除振装置では、除振台の振動
を検出してそれをフィードバックする振動制御ループ
と、除振台を所定の場所に定位させておくための位置制
御ループとを備えている。前者の振動制御ループが、受
動的なものと対比した能動的除振装置の大きな特徴とな
る。能動的除振装置の場合、原理的にはスカイフックダ
ンパ（電気的な粘性）とスカイフックスプリング（電気
的なばね性）とを実現することができる。例えば、特開
平６−１５９４３３号公報（アクティブ除振方法および
除振装置）にはスカイフックダンパとスカイフックスプ
リングの両効果を得るためのフィードバックの種類を説
明している。ここでは、空気ばねをアクチュエータとす
る除振装置であって、除振台の公称モデルを次式のよう
においている。

【０００４】

【数１】 ここで、Ｋ_Vはサーボバルブのゲイン、Ｔ_Vはサーボバル
ブと空気ばねを含めた空圧系の時定数、Ａは空気ばねの
有効受圧面積、Ｍは除振台の質量、Ｄは空気ばねの粘性
摩擦係数、Ｋは空気ばねのばね定数である。

【０００５】上式右辺第１項の１次遅れの伝達関数は空
気ばねの駆動特性を、第２項の２次遅れの伝達関数は機
構系の伝達関数をそれぞれ表現しており、加速度フィー
ドバックによってスカイフックダンパ効果が、速度フィ
ードバックによってスカイフックスプリング効果が得ら
れる、と説明している。しかし、同上の公開公報には、
スカイフックダンパとスカイフックスプリングが何故実
現されるのかの説明はなされていない。スカイフックダ
ンパとスカイフックスプリング効果が得られる理由は、
（１）式に基づいて説明すると、実際にはＴ_vが十分に
大きな値となっており、第１項の１次遅れの伝達関数が
ほぼ積分特性となっていることに因っている。つまり、
このとき、加速度フィードバックによって、加速度信号
がアクチュエータの積分特性で１階積分されて速度の次
元となり、機構系に対する操作量としてはダンピング
（粘性）として作用する。同様に、速度フィードバック
を行なうと、アクチュエータの積分特性によって位置の
次元となり、機構系に対する操作量としてはスプリング
（ばね性）として作用することになる。したがって、加
速度フィードバックによってスカイフックダンパ効果
が、速度フィードバックによってスカイフックスプリン
グ効果が得られる。

【０００６】ところが、従来の能動的除振装置では、振
動計測手段の代表である加速度センサの出力をフィード
バックすることにより除振台に対する支持機構にダンピ
ングとしての操作量を付与するものがほとんどである。
つまり、スカイフックダンパ効果のみが利用されてい
た。能動的除振装置の能力を最大限に引き出すためには
スカイフックダンパ効果の利用に留まらず、スカイフッ
クスプリング効果も利用することが望ましい。スカイフ
ックダンパとともにスカイフックスプリングを実装して
いる能動的除振装置は、圧電素子をアクチュエータとし
て用いた能動的除振装置を除外して少なくとも空気ばね
をアクチュエータとする能動的除振装置においては皆無
と考えられる。

【０００７】唯一、特許第２６７３３２１号公報の「除
振台の水平位置の維持と水平振動の除振方法並びにその
回路」には、加速度センサの出力にＰＩＤ補償を施して
空気ばねへの作動流体の空気の出し入れを司るサーボバ
ルブを駆動する制御装置の構成が開示されている。な
お、Ｐは比例を、Ｉは積分を、Ｄは微分動作を意味す
る。そして、ここでも、スカイフックダンパあるいはス
カイフックスプリングの用語は使われていないが、実際
には加速度を比例ゲインＰでフィードバックすることに
よってスカイフックダンパを、加速度信号を積分ゲイン
Ｉを介してフィードバックすることによってスカイフッ
クスプリングを実現している。なお、加速度を微分ゲイ
ンＤを介してフィードバックすると質量を増加する効果
がある。

【０００８】しかしながら、加速度センサの出力を積分
ゲインＩを介してフィードバックすると言っても、実際
にはドリフトを回避するために完全な積分特性を持たせ
ることはできない。すなわち、ローカット処理を施した
積分器となるため、有意なスカイフックスプリング効果
を発現させることができず、実用的にはスカイフックダ
ンパ効果のみが使われていた。すなわち、加速度センサ
の出力をＰＩＤ補償器を介してフィードバックする制御
装置を開示しているものの、Ｉ動作については有効な効
果が得られないため、Ｐ動作のみしか実装されていな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
能動的除振装置は、振動計測手段（例えば、加速度セン
サ）の出力をフィードバックすることにより除振台の支
持機構にダンピングとしての操作量を付与するものがほ
とんどである。つまり、スカイフックダンパの利用であ
る。受動的要素を使ったダンピング作用に対するスカイ
フックダンパの優位性は明らかである。しかしながら、
能動的除振装置のポテンシャルとしては、スカイフック
ダンパ効果に留まらずスカイフックスプリング効果も発
現させることが望ましい。

【００１０】本発明は、上記状況を解消するためになさ
れたものである。すなわち本発明の課題は、空気ばねを
アクチュエータとする能動的除振装置、およびこれを用
いた露光装置、露光方法ならびにデバイス製造方法にお
いて、スカイフックダンパとともに有意な効果を持つス
カイフックスプリングを実現することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用】この課題を解
決するため本発明の第１の局面に係る能動的除振装置
は、除振対象物を搭載する除振台と、この除振台を支持
する空気ばねアクチュエータ、前記除振台の振動を計測
する振動計測手段、前記除振台の位置を計測する位置計
測手段とを備え、前記空気ばねアクチュエータの前記除
振台に対する作用力を計測する力計測手段の出力をフィ
ードバックして前記空気ばねアクチュエータの作用力を
制御する第１のフィードバックループと、前記振動計測
手段の出力に基づく加速度および速度をフィードバック
して前記除振台に対するダンピングおよびスプリング効
果を生じさせる第２のフィードバックループと、前記位
置計測手段の出力をフィードバックして、指定位置に前
記除振台を位置決めする第３のフィードバックループと
を備えたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明の露光装置は、基板を保持し
て露光位置に位置決めするステージ装置を備え、前記露
光位置に位置決めされた基板を露光する露光装置におい
て、前記ステージ装置を保持する上述の能動的除振装置
を具備することを特徴とする。

【００１３】また、本発明の露光方法は、ステージ装置
により基板を保持して露光位置に位置決めし、位置決め
された基板を露光するに際し、前記ステージ装置を上述
の能動的除振装置に搭載して除振することを特徴とす
る。

【００１４】また、本発明のデバイス製造方法は、ステ
ージ装置により基板を保持して露光位置に位置決めし、
位置決めされた基板を露光してデバイスを製造する方法
において、前記位置決めおよび露光に際し、前記ステー
ジ装置を上述の能動的除振装置に搭載して除振すること
を特徴とする。

【００１５】これによれば、ダンピング効果を生じさせ
るための、フィードバックされた加速度に関するＰＩ補
償器の十分な積分特性により、フィードバックされた速
度に積分補償が行なわれ、有意なスプリング効果が生じ
る。したがって、より効果的な除振が行なわれる。

【００１６】振動計測手段としては、それ自身が加速度
および速度の出力を得るための閉ループ系を構成してお
り、そのループ中から加速度および速度の出力を同時に
行なうものを用いることができる。

【００１７】このように本発明の第１の局面によれば、
スカイフックダンパ効果はもちろんのことスカイフック
スプリング効果を有意に機能させることができる。

【００１８】上述のように、本発明の第１の局面に係る
除振装置では、振動計測手段として、振動制御の分野で
迷うことなく使われている加速度センサに代えて、速度
センサが使われる。これは、加速度センサの出力から絶
対変位を得るためには２階の積分演算が必要であるが、
一方、速度センサの出力から絶対変位を得るあるいは１
階の積分演算で済むからである。

【００１９】従来用いられていた加速度センサは、傾斜
センサとしても使えるため、原理的には直流から応答可
能な高周波域まで感度を持つと信じられている。しか
し、加速度センサは、実際には極低周波の加速度信号は
よく検出できない。何故ならば、振動制御を施す構造物
においては極低周波の加速度がほとんどの場合、実質的
に存在しておらないためである。そのため、この周波数
領域の実際の加速度信号は、ノイズとなっている。ノイ
ズを多く含む信号を２階積分してフィードバックしても
有効な効果は発現できないことは明らかである。却っ
て、このような信号を２階積分してフィードバックする
ことは除振台の姿勢制御を不安定にしてしまうだけであ
った。したがって、実用的には、低周波域のドリフト的
な加速度信号は、低域カットフィルタにかけて、使われ
ないようにしていた。一方、本発明の第１の局面におけ
るように、速度センサを使った場合にはどうであろう
か。極低周波域の速度は、この領域の加速度に比べれば
優勢に検出可能であり、１階積分した絶対変位信号も有
意なフィードバック信号として利用し得るのである。

【００２０】さて、図８に速度センサの出力をフィード
バックしてスカイフックスプリングを実現したときの除
振率の周波数応答を示す。図中、Ａで指し示す周波数特
性が速度フィードバックがない場合、Ｂで指し示す周波
数特性が同フィードバックを投入した場合である。速度
フィードバックによって低周波域の除振率は０［ｄＢ］
以下となり、スカイフックスプリングが実現されている
ことがわかる。この周波数領域の除振率を下げているの
で、このような能動的除振装置が組み込まれた露光装置
においては、同装置を設置する床の振動規格を緩和する
ことができる。すなわち、振動が大きい床に露光装置を
設置しても所定の露光精度を保証することができる。従
来と同じ床の振動レベルであれば、スカイフックスプリ
ングを実現した能動的除振装置を露光装置に使うことに
よって、露光装置の本体構造体に侵入してくる振動のレ
ベルを一層下げることができ、より高精度の露光が行な
える。

【００２１】このように、能動的除振装置におけるスカ
イフックスプリングの実現は、露光装置によって生産さ
れるＩＣの精度向上および生産性向上に寄与するところ
大という効果がある。しかしながら、図８に示す除振率
の周波数特性よりも低周波域で観測した結果、ドリフト
とも思える現象を生じさせる場合があった。すなわち、
速度センサの出力をフィードバックすると、除振台を極
低周波で揺動させてしまうことが判明したのである。こ
の原因の一つを考察した結果、特に低周波域の空気ばね
の特性に起因していることが判明した。空気ばねを駆動
するサーボバルブへの指令入力から空気ばねの内圧まで
の周波数応答は、概ね積分特性であるが、詳細にみる
と、極低周波域で積分特性からのずれがある。また、高
周波域では、空気の給排気用の配管の共鳴に起因する共
振が発生するなど積分特性からのずれがある。つまり、
完全な積分特性ではなく、擬似積分特性とも言うべきも
のである。

【００２２】上記第１の局面では、加圧力フィードバッ
クの投入を行なうことにより、疑似積分特性と見做せる
空気ばねアクチュエータの特性を補償している。しか
し、この補償が空気ばねの特性を反映していないもので
あると、スカイフックスプリングを実現するフィードバ
ックを行なったときに、低周波域で除振台を揺動させて
しまう。ここで、空気ばねのアクチュエータとしての特
性とは上述のような疑似積分特性である。

【００２３】また、上記第１の局面における制御ループ
の構造を使わない場合であっても、空気ばねアクチュエ
ータの疑似積分特性に対して速度信号のフィードバック
を行なってスカイフックスプリングを実現しようとすれ
ば、低周波帯域ではスカイフックスプリングが実現され
る。しかしながら、より周波帯域が低い極低周波域で
は、空気ばねが積分特性から外れているので、速度信号
のフィードバックを行なってもスカイフックスプリング
の効果を発現できないばかりか、極低周波数で除振台を
揺動させてしまう。上述した中で、前者の極低周波域で
の積分特性からのずれが、このアクチュエータによって
スカイフックスプリングを実現させるときに、除振台を
揺動させるという不安定性を招く原因の一つとなってい
た。

【００２４】本発明の第２の課題は、空気ばねアクチュ
エータを駆動することによってスカイフックスプリング
を実現するのではなく、空気ばねとともに電磁モータを
併用する能動的除振装置を対象に、駆動に関する周波数
特性の素直な電磁モータを使って、かつ速度センサの出
力を使ってスカイフックスプリングを実現することにあ
る。

【００２５】上記の第２の課題を解決するため、本発明
の第２の局面に係る能動的除振装置は、除振対象物を搭
載する除振台と、この除振台を支持する複数台の能動的
支持脚を備え、各支持脚が前記除振台を駆動する電磁モ
ータと、前記除振台の振動を計測する振動計測手段とを
備えた能動的除振装置であって、前記振動計測手段の出
力を適切に補償して前記電磁モータを駆動することによ
ってスカイフックスプリングを実現したことを特徴とす
る。ここで、振動計測手段としては、速度センサが好適
に使用される。

【００２６】また、この第２の局面の好ましい実施の形
態としては、上述の電磁モータおよび振動計測手段とと
もに、空気ばねアクチュエータと、位置計測手段とを備
え、位置計測手段の出力を適切に補償して空気ばねアク
チュエータを駆動することによって位置決めを行ない、
かつ、振動計測手段の出力を適切に補償して電磁モータ
を駆動することによって、スカイフックスプリング（電
気的なばね性）に加えてスカイフックダンパ（電気的な
粘性）を実現する。そして、この実施例に係る能動的除
振装置にも、基板を保持して露光位置に位置決めするス
テージ装置が搭載される。

【００２７】このように、本発明の第２の局面の具体例
では、空気ばねを使ったスカイフックスプリングの実現
に代えて、空気ばねと併用される電磁モータを駆動制御
することによってスカイフックスプリングを実現する。
電磁モータでは、空気ばねアクチュエータのように極低
周波域で積分特性からのずれがあるという駆動特性の複
雑なダイナミクスは持たない。直流から高周波域まで駆
動に関する周波数特性は平坦である。つまり、素直な駆
動特性を有する電磁モータを速度センサの出力を適切に
補償した信号に基づいて駆動することによって、安定な
スカイフックスプリングを実現することができる。

【００２８】なお、能動的除振装置においては、アクチ
ュエータとして空気ばねのみならず電磁モータ（リニア
モータあるいはボイスコイルモータ）も併用した能動的
除振装置が実稼働するようになっている。このような能
動的除振装置の戦略は役割分担にある。すなわち、大重
量の除振台を支持する役割は空気ばねに担わせ、除振台
の揺れを高速に抑制するために電磁モータを使うのであ
る。この場合、一般的には、電磁モータは除振台の支持
機構に対してダンピングを付与するためのアクチュエー
タとして動作していた。その上で、除振台上に搭載され
ている機器、例えばＸＹステージの高速駆動に起因した
駆動反力による除振台の揺れを抑制するために、同ステ
ージが高速駆動するときの情報（例えば、ＸＹステージ
を駆動する目標プロファイル、あるいはＸＹステージの
位置、速度、加速度など）を使って、能動的除振装置に
おける電磁モータをフィードフォワード駆動することが
行なわれていた。電磁モータは直流から高周波域まで平
坦な周波数特性を有し、したがって線形性の高いアクチ
ュエータである。従来、空気ばねの疑似的な積分特性を
利用する、あるいはこの積分特性を加味した補償を施し
た上でスカイフックスプリングを空気ばねで実現するこ
とは、空気ばねの動特性を詳細に把握しておく必要があ
る。スカイフックスプリングを空気ばねを使って実現す
ることに原理的な困難はないが、工業的には実装段階で
煩雑さを伴うことが問題である。しかるに、最近の能動
的除振装置では、空気ばねとともに電磁モータも備える
ので、電磁モータを使ってスカイフックスプリングを実
現する方が安定な動作となる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、実施例を用いて、本発明の
実施形態を説明する。実施例１ 図１は本発明の一実施例に係る能動的除振装置の構成を
示す。同図に沿った詳細な説明の前に、容易な理解を得
るべく、１軸の能動的除振装置を対象にして、原理を順
を追って説明する。

【００３０】先ず、図２は本発明の狙いとするスカイフ
ックスプリング効果を説明するための原理図である。同
図（ａ）において、５０は除振台を含む機械系の伝達関
数、５１はサーボバルブと空気ばねの特性を示す伝達関
数、破線で囲んだ部分５９は速度検出手段である。簡単
な計算より、サーボバルブヘの駆動入力ｗから除振台の
変位ｘまでの伝達関数は次式のようになる。

【００３１】

【数２】 これは図２（ｂ）のような等価的ブロック図となる。こ
こで、Ｍは除振台の質量、Ｄは除振台の支持機構の粘性
摩擦係数、Ｋは除振台の支持機構（空気ばねなど）のば
ね定数、Ｋ_svはサーボバルブを駆動する電圧電流変換器
の入力から空気ばねが発生する圧力までのゲイン、Ｂは
速度検出手段のゲイン、ｓはラプラス演算子である。上
記（２）式から、速度フィードバックゲインＢによって
電気的なばね特性が付与されていることが分かる。これ
が、スカイフックスプリング効果と呼ばれるものであ
る。

【００３２】さて、上記（２）式から、空気ばねをアク
チュエータとして使用する能動的除振装置では、速度フ
ィードバックによって容易にスカイフックスプリング効
果が得られそうに思われる。しかしながら、現実にはス
カイフックスプリング効果を発現させることは容易では
ない。問題は２つある。１つ目の問題は図２（ａ）の中
で５１で指し示す部分の特性である。２つ目の問題は速
度検出手段５９の特性である。

【００３３】先ず、前者の問題についてより詳しく説明
する。図２（ａ）では伝達関数５１の特性をゲインＫ_sv
の積分特性と置いたが、これは概ねこのような特性で近
似できることを表現しているに過ぎない。実際には極低
周波域で折点を有する特性である。つまり、不完全な積
分特性となっている。したがって、速度フィードバック
が不完全な積分特性を介して除振台に作用する操作量と
しての力は純粋なばね特性としては作用しないのであ
る。

【００３４】そこで、本実施例では特願平９−６８９９
５号や特開平１０−２５６１４１号公報（能動的除振装
置）で開示した技術を使用する。図３にその制御ブロッ
ク図を示す。同図において、５１’は、サーボバルブを
駆動する電圧電流変換器への入力から空気ばねが発生す
る圧力までの伝達関数である。図３の伝達関数５１’
は、伝達関数５１と比較してより実際の特性を表現する
ように書き改めている。さらに、５２は加圧力フィード
バックのゲインｐ_gである。ここで、加圧力とは空気ば
ねアクチュエータが除振台に及ぼす作用力を意味してお
り、力もしくは空気ばねの内圧のどちらかを指す。図で
は力を検出してゲインｐ_gでフィードバックがなされて
いるが、ここでは空気ばね内の圧力が検出されてゲイン
ｐ_gのフィードバックがなされていると考える。そして
５３は圧力に関するＰＩ補償器であり、その零点を決め
る時定数Ｔ_vは伝達関数５１’の極を相殺するように選
ばれる。このようにしたとき、ｗ_pからｆまでの特性は
１次遅れ特性になる。

【００３５】次に、５４は振動計測手段としてのゲイン
Ａの加速度センサであり、加速度に関するＰＩ補償器５
５の前段にフィードバックされている。このＰＩ補償器
の積分特性に対して加速度フィードバックがなされるの
で、除振台を支持する支持機構にダンピングを付与する
ことができる。最後に、ゲインｋ_sの位置計測手段５６
による検出位置がゲイン補償器５７の前段にフィードバ
ックされている。加速度に関するＰＩ補償器５５には積
分器があるので、位置のフィードバック補償はゲインｋ
_pだけであり、これだけで定常位置偏差を生じることは
ない。

【００３６】図２の制御ループ構成では、すなわちｐ_g
の加圧力フィードバックが無く、当然に、加圧力に関す
るＰＩ補償器５３も存在しない状態で、ゲインＡの加速
度フィードバックが伝達関数５１’の前段に掛けられて
いる。図では時定数Ｔ_svの１次遅れ特性であるが、Ｔ_sv
は大きくてほぼ積分特性と見做すことができ、したがっ
て、必要とする周波数帯域でダンピングを作用させるこ
とができたのである。このような構成でさらに速度フィ
ードバックを施すと、原理的にはスカイフックスプリン
グ効果も発現させることができそうである。ところが、
伝達関数５１’の不完全な積分特性と速度出力の周波数
特性に起因してスカイフックスプリング効果を有意に引
き出すことはできていない。

【００３７】しかるに、図３の制御ループ構成では、加
速度に関するＰＩ補償器５５を設けている。この部分の
積分特性は、伝達関数５１’のような曖昧かつ不完全な
ものではなく、完全な積分特性の実現が保証できるので
ある。つまり、加速度に関するＰＩ補償器５５の前段へ
の速度フィードバックを施すと、スカイフックスプリン
グ効果を有意に発現させることが可能となる。

【００３８】したがって、本発明に従った構成を１軸で
表現すると図４となる。同図の構成は、図３において加
速度に関するＰＩ補償器５５が備えられていることを積
極的に活用するものであって、加速度とともに速度信号
を出力する振動計測手段５８の出力を加速度に関するＰ
Ｉ補償器５５の前段にフィードバックしている。もちろ
ん、ゲインＡによってスカイフックダンパ効果が、ゲイ
ンＢによってスカイフックスプリング効果が得られるこ
とは言うまでもない。図３の構成では、伝達関数５１’
の不完全な積分特性によってスカイフックスプリング効
果を十分引き出すことができなかったが、図４の制御ル
ープ構成では、加速度に関するＰＩ補償器５５が備える
完全な積分特性への速度フィードバックによって、スカ
イフックスプリング効果のより有効な発現が期待でき
る。

【００３９】有意なスカイフックスプリング効果を発現
させるための２つ目の障害は、速度検出手段の出力の品
質に係る問題である。図４の振動計測手段５８は、加速
度と速度信号とを同時に出力する特殊なものである。し
かしながら、一般的には、速度信号を得るためには図５
に示す構成が採られている。すなわち、被測定対象物２
０に装着した加速度センサ２１に電源を供給すると、加
速度出力端子２２には被測定対象物２０が振動したこと
による加速度が得られる。そこで、加速度出力端子２２
の出力を疑似積分器２３に導くことによって速度信号を
得ている。本来ならば、疑似積分器２３は完全な積分器
であるべきだが、現実には、不可能である。加速度出力
端子２２に現われるドリフトを除去するために、不完全
な積分特性とせざる得ないのである。したがって、図５
の構成によって得られる速度信号は、特に低周波域の特
性が劣化したものとなる。そのため、図５の構成で得ら
れる速度信号をフィードバックしてスカイフックスプリ
ング効果を得ようとしても不調に終るのである。

【００４０】そこで、本実施例では図５の構成に代わっ
て低周波特性が劣化しない速度信号が得られる振動計測
手段を使用する。この振動計測手段は、実公平６−２８
６９８号公報（サーボ型受振器）に開示されているもの
である。この振動計測手段としてのセンサは、加速度と
速度の両信号を同時に出力することができる。

【００４１】図６にこの検出原理を示す。同図におい
て、振子３０は一対の支持ばね３１によって支持されて
いるとともに、その一部には減衰器３２が接続されてい
る。振子３０に作用した振動は変位検出器３３によっ
て、その速度成分（電気信号）が検出され、これがアン
プ３４を介して速度出力端子３５に出力される。つま
り、速度出力端子３５には振子３０に作用した振動成分
のうち速度出力が検出される。速度出力端子３５の速度
出力はさらに微分回路３６を経由して駆動部３７を構成
する可動部の可動コイル３８に供給されている。これに
よって、可動部には速度の微分出力（電流）の大きさに
対応した復元力が作用して、振子３０が平衡位置に復帰
する力が得られる。図示のように、駆動部３７は円筒状
のコア３７ａと、その中心部に設けられた永久磁石３７
ｂと、この永久磁石３７ｂの磁路中に配された可動部と
しての可動コイル３８とから構成されている。微分回路
３６の出力は負荷抵抗にも供給されており、したがって
負荷抵抗３９の両端電圧を検出する端子４０には加速度
信号が得られる。

【００４２】図６に示す振動計測手段では、振子３０の
位置を復元するための閉ループ系が構成されており、そ
のループから速度および加速度信号を同時に検出するこ
とができる。したがって、振動計測手段の閉ループ系が
安定であれば、低周波域のドリフト現象は図５に示す速
度信号検出の方法に比べれば安定したものとなり、且
つ、特に低周波域の周波数特性を劣化させることはな
い。

【００４３】以上、本発明の第１の局面に係る基本的な
考え方を実装する能動的除振装置を１軸の場合について
説明した。しかし一般に実用に供されている除振台は複
数の能動的支持脚で支持されて、そうして除振台の運動
自由度がコントロールされる。以下では、本発明の第１
の局面に係る技術が適用されて剛体６自由度の運動姿勢
を制御する能動的除振装置の構成を説明する。

【００４４】まず、図７は概ね三角形状の除振台６１の
剛体６自由度の運動姿勢を制御する能動的除振装置の機
械構造を示す。同図において、６０は除振台６１に搭載
されたＸＹステージ、６２（６２−１，６２−２，６２
−３）は除振台６１を支える能動的支持脚である。１脚
の能動的支持脚６２の中には、鉛直方向と水平方向の２
軸を制御するために必要な個数であって、加速度と速度
とを同時に出力する振動計測手段ＶＳ（ＶＳ−Ｚ１，Ｖ
Ｓ−Ｚ２，ＶＳ−Ｚ３，ＶＳ−Ｘ１，ＶＳ−Ｙ２，ＶＳ
−Ｙ３）、位置計測手段としてのセンサＰＯ（ＰＯ−Ｚ
１，ＰＯ−Ｚ２，ＰＯ−Ｚ３，ＰＯ−Ｘ１，ＰＯ−Ｙ
２，ＰＯ−Ｙ３）、圧力センサＰＲ（ＰＲ−Ｚ１，ＰＲ
−Ｚ２，ＰＲ−Ｚ３，ＰＲ−Ｘ１，ＰＲ−Ｙ２，ＰＲ−
Ｙ３）、サーボバルブＳＶ（ＳＶ−Ｚ１，ＳＶ−Ｚ２，
ＳＶ−Ｚ３，ＳＶ−Ｘ１，ＳＶ−Ｙ２，ＳＶ−Ｙ３）、
空気ばねアクチュエータＡＳ（ＡＳ−Ｚ１，ＡＳ−Ｚ
２，ＡＳ−Ｚ３，ＡＳ−Ｘ１，ＡＳ−Ｙ２，ＡＳ−Ｙ
３）が内蔵されている。ここで、ＶＳ、ＰＯなどの次に
付けた記号は図中の座標系に従う方位と能動的支持脚６
２の配置場所を示す。例えば、Ｙ２とはＹ軸方向であっ
て左側に配置した能動的支持脚６２−２の中にあるもの
を指す。

【００４５】さて、再び本発明の実施例を示す図１に戻
って説明する。同図に示すように、位置計測手段ＰＯ−
Ｚ１，ＰＯ−Ｚ２，ＰＯ−Ｚ３，ＰＯ−Ｘ１，ＰＯ−Ｙ
２，ＰＯ−Ｙ３の出力は、位置目標値出力部１の出力で
ある（Ｚ₁₀，Ｚ₂₀，Ｚ₃₀，Ｘ ₁₀，Ｙ₂₀，Ｙ₃₀）と比較さ
れて、各軸の位置偏差信号（ｅ_z1，ｅ_z2，ｅ_z3，ｅ_x1，
ｅ_y2，ｅ_y3）となる。これらの偏差信号は、除振台６１
の並進運動と各軸回りの回転運動の合計６自由度の運動
モード位置偏差信号（ｅ_x，ｅ_y，ｅ_z，ｅθ_x，ｅθ_y，
ｅθ_z）を演算出力する位置信号に関する運動モード抽
出演算手段２に導かれる。これらの出力信号は、運動モ
ードごとにほぼ非干渉で位置の特性を調整する位置に関
するゲイン補償器３に導かれる。このループを位置フィ
ードバックループと称する。

【００４６】次に、振動計測手段ＶＳ−Ｚ１、ＶＳ−Ｚ
２，ＶＳ−Ｚ３，ＶＳ−Ｘ１，ＶＳ−Ｙ２，ＶＳ−Ｙ３
の出力に基づくフィードバックループを説明する。ここ
で、振動計測手段は、加速度と速度を同時に検出できる
センサである。加速度信号を理想的には積分器に、現実
的には疑似積分器に通すことによってオープンで速度信
号を出力するものとは異なる原理であることは既に説明
済みである。

【００４７】まず、振動計測手段ＶＳの加速度信号は必
要に応じて高周波ノイズを除去する等の適切なフィルタ
リング処理が施されて、即座に加速度に関する運動モー
ド抽出演算手段４への入力となる。その出力は運動モー
ド加速度信号（ａ_x，ａ_y，ａ _z，ａθ_x，ａθ_y，ａθ_z）
となる。そして振動計測手段ＶＳからのもう１つの出力
である速度信号は、やはり必要に応じて高周波数ノイズ
を除去する等の適切なフィルタリング処理が施されて、
速度に関する運動モード抽出演算手段５への入力とな
る。この出力は運動モード速度信号（ｖ_x，ｖ_y，ｖ_z，
ｖθ_x，ｖθ_y，ｖθ_z）となる。

【００４８】ここで、運動モードごとに最適なダンピン
グを設定すべく、運動モード加速度信号（ａ_x，ａ_y，ａ
_z，ａθ_x，ａθ_y，ａθ_z）は次段の加速度信号に関する
ゲイン補償器６に導かれる。このゲインを調整すること
によって運動モードごとに最適なダンピング特性が得ら
れる。同時に、運動モードごとに最適なばね特性を設定
するため、運動モード速度信号（ｖ_x，ｖ_y，ｖ_z，ｖ
θ_x，ｖθ_y，ｖθ_z）は次段の速度信号に関するゲイン
補償器７に導かれる。このゲインを調整することによっ
て運動モードごとのスカイフックスプリングを実現する
ことができる。次いで、ゲイン補償器６の出力とゲイン
補償器７の出力を運動モードごとに加算して加速度に関
するＰＩ補償器８の前段にフィードバックする。このフ
ィードバックループを加速度・速度フィードバックルー
プと呼ぶことにする。

【００４９】そして、先に述べたゲイン補償器３の出力
に加速度・速度フィードバックループの負帰還信号を加
算した信号はＰＩ補償器８を通って運動モード駆動信号
（ｄ _x，ｄ_y，ｄ_z，ｄθ_x，ｄθ_y，ｄθ_z）となり、各軸
のアクチュエータが発生すべき駆動力を得るために、運
動モード分配演算手段９に導かれて、その出力は各軸の
駆動信号（ｄ_z1，ｄ_z2，ｄ_z3，ｄ_x1，ｄ_y1，ｄ_y2）とな
る。この駆動信号をもって、各軸に施されている加圧力
フィードバックループヘの入力となっている。加圧力フ
ィードバックループの原理については図３を用いて説明
済みである。再度、簡単に構成を説明すると、空気ばね
の内圧を計測するための加圧力計測手段ＰＲの出力を適
切な増幅と高周波ノイズ除去のためのフィルタリングを
施す圧力検出手段１０に導き、この出力を圧力に関する
ＰＩ補償器１１の前段にフィードバックしている。この
ＰＩ補償器の零点は、サーボバルブＳＶの弁開閉を行な
う電圧電流変換器（図中、ＶＩ変換と略記）１２の入力
から空気ばねの内圧までの伝達特性において、低周波域
の極を相殺するように選ばれる。このとき、各軸の駆動
信号（ｄ_z1，ｄ_z2，ｄ_z3，ｄ_x1，ｄ_y1，ｄ_y2）から各空
気ばねの内圧までの特性は１次遅れ持性となる。すなわ
ち、定位系となる。なお、圧力に関するＰＩ補償器１１
の前段には、空気ばねアクチュエータの中立圧力を定め
るためのバイアス電圧が圧力目標値出力部１４から印加
されている。

【００５０】なお、上記説明の加圧力フィードバックル
ープでは、空気ばねアクチュエータの内圧を圧力センサ
に代表される加圧力計測手段ＰＲによって検出してこれ
をフィードバックしているが、空気ばねアクチュエータ
が発生する荷重をロードセンサに代表される荷重計測手
段によって検出してこの出力を負帰還してなる荷重フィ
ードバックを構成したときにも上述の圧力フィードバッ
クループと同様の機能が実現できる。本実施例では、加
圧力フィードバックループの中の圧力フィードバックル
ープを使って技術内容を説明した。

【００５１】最後に、本実施例の制御装置を構築する上
での特徴をまとめておく。 （１）従来のスカイフックダンパ効果の実現では、サー
ボバルブの駆動入力から空気ばねが発生する力までの特
性が概ね積分特性であるという性質を利用している。す
なわち、加速度信号をサーボバルブの弁を開閉するため
の電圧電流変換器の前段にフィードバックすると、サー
ボバルブと空気ばねを含めた特性が概ね積分特性である
ことにより除振台に対してはダンピングとしての力が発
生する。

【００５２】（２）しかしながら、サーボバルブから空
気ばねが発生する力までの特性は概ね積分特性というだ
けであって完全な積分特性ではない。特に、極低周波域
では積分特性からずれている。

【００５３】（３）そのため、まず、加速度信号を１階
積分して速度信号を得たいわけであるが、ドリフト対策
のためにローカットフィルタを挿入せねばならないので
速度信号としての周波数特性は劣化してしまい、その速
度信号がサーボバルブと空気ばねで作られる不完全な積
分特性を介して操作量が生成されることになるので、ス
カイフックスプリング効果は発現できないのである。

【００５４】（４）しかるに、本実施例の能動的除振装
置では、加圧力フィードバックを付加したことにともな
って完全な積分特性を持つＰＩ補償器を挿入している。
そしてこのＰＩ補償器の前段に加速度と速度のフィード
バックを行なっている。そのため、ＰＩ補償器の完全な
積分特性によって加速度のフィードバックはダンピング
として、速度のフィードバックはスプリングとして作用
させることができる。

【００５５】（５）加えて、速度信号を出力する振動計
測手段としては、加速度センサの出力を１階積分して速
度を検出する構成に代えて、振動計測手段それ自身が信
号検出のための閉ループ系を構成しており、そのループ
中から加速度と速度とを同時に検出できるタイプのもの
を用いている。

【００５６】実施例２ 本発明の第２の実施例に係る能動的除振装置の構成を図
９に示す。同図の主たる制御系の骨格は、図７に示した
ものと実質同じである。

【００５７】さて、本実施例の能動的除振装置では、空
気ばねアクチュエータＡＳの他に電磁モータＬＭを備え
る。図７には不図示であるが、電磁モータ（以下では、
リニアモータと称する）ＬＭ−Ζ１，ＬＭ−Ｚ２，ＬＭ
−Ζ３，ＬＭ−Ｘ１，ＬＭ−Ｙ１，ＬＭ−Ｙ２は空気ば
ねアクチュエータＡＳと同様の部位および方位に備えら
れている。そして、本実施例では、空気ばねアクチュエ
ータに代わってリニアモータＬＭを駆動することによっ
てスカイフックスプリングを実現する。本実施例の能動
的除振装置は、空気ばねアクチュエータと電磁モータを
併用する、所謂ハイブリッド形となっている。

【００５８】まず、空気ばねと電磁モータの両アクチュ
エータを併用するハイブリッド形の能動的除振装置の制
御戦略はどのようになっているのであろうか。空気ばね
アクチュエータは大重量の物体を容易に支持できるが応
答は緩慢である。一方、電磁モータは高速応答性に優れ
るものの、大重量の物体を支持するためには大電流を流
さねばならず、駆動アンプの大容量化と発熱対策が必須
となる。つまり、大重量の物体を支持する目的で電磁モ
ータを使用することは不適切であるが、過渡的に高速の
大推力を発生させるような用途に向く。そこで、ハイブ
リッド形の能動的除振装置では、空気ばねアクチュエー
タで大質量の除振台を位置決め制御する。そして、除振
台を支持する機構のダンピングの弱さを補い、かつ除振
台上の搭載機器（例えば、ＸＹステージ）の高速位置決
め駆動に起因した駆動反力によって生じる除振台の揺れ
を同機器の駆動信号を除振台を駆動する電磁モータにフ
ィードフォワードして先行的に揺れを抑制するように使
っている。つまり、ハイブリッド形の能動的除振装置に
おいては、空気ばねアクチュエータが位置制御を、電磁
モータが振動制御およびフィードフォワード駆動のため
のアクチュエータとして使用されていた。ここで、電磁
モータを使った振動制御は、従来の場合、ダンピング付
与の役割を持っており、振動制御の分野ではスカイフッ
クダンパと称している。本実施例では、電磁モータを使
って、スカイフックダンパに加えてスカイフックスプリ
ングも実現する。そして、スカイフックスプリングの実
現に当たっては、振動の検出に速度センサの使用必須の
要件とする。

【００５９】本実施例の能動的除振装置を図９に示す。
同図において、図１と同一符号の説明は省略する。ま
ず、図９において、振動計測手段ＶＳは速度だけを出力
する、所謂速度センサであるとする。速度センサＶＳ出
力は、運動モード抽出演算手段５への入力となり、速度
に関する運動モード速度信号（ｖ_x ，ｖ_y ，ｖ_z ，
ｖθ_x ，ｖθ_y ，ｖθ_z）となり、これらの信号は運
動モードごとのダンピングを調整するためのゲイン補償
器７に入力される。同時に、速度に関する運動モード速
度信号（ｖ_x ，ｖ_y ，ｖ_z ，ｖθ_x ，ｖθ_y ，ｖ
θ_z）は速度から絶対変位を演算するための積分補償器
８７にも導かれている。積分補償器８７のゲインを調整
することによって運動モードごとに電気的なばね（スカ
イフックスプリング）が付与できる。先に説明した、運
動モードごとにダンピングを調整するゲイン補償器７の
出力と、運動モードごとにばね性を調整するための積分
補償器８７の出力とは加算され、この出力はリニアモー
タＬＭを駆動する信号を生成するために運動モード分配
演算手段８８への入力となる。同演算手段８８の出力
は、リニアモータＬＭに電流を通電するドライバ８９へ
の入力となっている。

【００６０】このように本実施例の能動的除振装置で
は、速度センサＶＳの出力を積分補償器８７を介して絶
対変位へと変換し、この絶対変位に応動した駆動力をリ
ニアモータＬＭによって発生させている。図１の装置
は、振動計測手段ＶＳの出力として、速度と加速度とが
同時に出力されるものであって、速度出力を運動モード
抽出演算手段５とゲイン補償器７を介してＰＩ補償器８
の前段にフィードバックすることによってスカイフック
スプリングの効果を発現させていた。この際、電圧電流
変換器１２の入力から空気ばねアクチュエータの内圧
（すなわち、圧力センサＰＲの出力）までの周波数特性
を正確に加味して圧力に関するＰＩ補償器８のパラメー
タがセットされていなければ、スカイフックスプリング
の効果を十分引き出すことができないのみならず、却っ
て不安定な挙動を招いていた。しかしながら、本実施例
では、駆動に関する周波数特性の素直なリニアモータＬ
Ｍの駆動によってスカイフックスプリングを実現してお
り、安定な動作が実現できる。

【００６１】なお、リニアモータＬＭは、スカイフック
ダンパとスカイフックスプリングの両機能を実現してい
るほかに、フィードフォワードによる駆動という機能も
担当している。

【００６２】図９を参照して、運動モード分配演算手段
８８の前段には加算端子が設けられている。同端子が設
けられる部位の運動モードは、ｘ並進、ｙ並進、ｘ軸回
りの回転、そしてｙ軸回りの回転である。これは、図７
において、除振台６１に搭載されたＸＹステージ６０の
駆動反力によって生じる除振台６１の揺れを抑制するた
めのものであって、ＸＹステージ６０がｘ軸方向に駆動
されたとき、除振台６１はｘ軸方向に並進するとともに
ｙ軸回りの回転運動も引き起こす。そこで、ＸＹステー
ジ６０のｘ軸方向の駆動情報を適切に処理（図１を参
照）し、これをステージ反力ｘとして運動モード分配演
算手段８８の前段であって、ｘ並進とｙ軸回り回転の運
動モードの部位に加算する。すなわち、フィードフォワ
ードする。同様に、ＸＹステージ６０がｙ軸方向に駆動
したとき、除振台６１はｙ軸方向に並進するとともにｘ
軸回りの回転運動を引き起こす。そこで、ＸＹステージ
６０のｙ軸方向の駆動情報を適切に処理（図１を参照）
し、これをステージ反力Ｙとして運動モード分配演算手
段８８の前段であってｙ並進とｘ軸回り回転の運動モー
ドの部位にフィードフォワードする。このようなフィー
ドフォワードによって、ＸＹステージの駆動反力に起因
した除振台６１の揺れを抑制することができる。ここ
で、ＸＹステージの駆動反力に関する信号は、ＸＹステ
ージの駆動信号であってもよいし、ＸＹステージの駆動
信号に基づいて演算されたものでもよい。

【００６３】また、本実施例の能動的除振装置では、リ
ニアモータＬＭの駆動によってスカイフックダンパおよ
びスカイフックスプリングの機能を実現しているため、
空気ばねアクチュエータは位置制御の機能だけとなる。
したがって、図１における加速度に関するＰＩ補償器８
は不要となり、そして、位置に関するゲイン補償器３に
代えて定常位置偏差零を満たすためのＰＩ補償器が必要
である。すなわち、図９では、位置に関するＰＩ補償器
９０を備えている。

【００６４】さらに、本実施例の能動的除振装置では、
ＸＹステージ６０を含めた除振台６１が能動的支持脚６
２によって支持されており、ＸＹステージ６０における
可動部が位置決めのために移動を行うと、ＸＹステージ
６０を含めた除振台６１の重心も移動することによって
除振台６１が傾く。この傾きは、ＸＹステージ６０の高
速高精度位置決めにとっては外乱となるため、除振台６
１の傾斜を矯正する機能を空気ばねアクチュエータに担
わせている。具体的に、ＸＹステージのｘ軸方向の位置
を計測するレーザ干渉計ＬＡ−Ｘ（図９参照）と、同ス
テージのｙ軸方向の位置を計測するレーザ干渉計ＬＡ−
Ｙ（図９参照）の出力に基づいて、能動的支持脚６２内
の空気ばねアクチュエータＡＳを駆動して除振台６１の
傾斜を矯正する。再度、図９を参照して、レーザ干渉計
ＬＡ−Ｘの出力は補正信号発生部９１Ｘに導かれ、ここ
でＸＹステージ６０のｘ軸方向の基準位置からの移動量
に比例した信号が生成され、同信号を除振台６１のｙ軸
回りの回転を位置制御するための運動モード駆動信号ｄ
θｙと加算している。このフィードフォワードによっ
て、ＸＹステージ６０の可動部のｘ軸方向への移動量に
応じて除振台６１のｙ軸回りの回転が抑制される。

【００６５】同様に、レーザ干渉計ＬＡ−Ｙの出力は補
正信号発生部９１Ｙに導かれ、ここでＸＹステージ６０
のｙ軸方向の基準位置からの移動量に比例した信号が生
成され、同信号を除振台６１のｘ軸回りの回転を位置制
御するための運動モード駆動信号ｄθｘと加算してい
る。

【００６６】このフィードフォワードによって、ＸＹス
テージ６０の可動部のｙ軸方向への移動量に応じた除振
台１のｘ軸回りの回転を抑制することができる。

【００６７】最後に、図９の実施例では、加圧力フィー
ドバックループが施されている。しかし、圧力センサＰ
Ｒ、圧力検出手段１０および圧力に関するＰＩ補償器１
１が存在しない能動的除振装置、すなわち加圧力フィー
ドバックループを備えない能動的除振装置であっても構
わない。

【００６８】＜デバイス製造方法の実施例＞次に本発明
の露光装置を用いることができるデバイス製造方法の実
施例を説明する。図１０は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ
等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッ
ド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステッ
プ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行な
う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを
形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ
製造）ではシリコンやガラス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、上記用意した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
査を行なう。こうした工程を経て、半導体デバイスが完
成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００６９】図１１は上記ウエハプロセス（ステップ
４）の詳細なフローを示す。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形成する。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）ではウエハにレジ
ストを塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明し
た露光装置または露光方法によってマスクの回路パター
ンをウエハの複数のショット領域に並べて焼付露光す
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なうことによっ
て、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００７０】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった大型のデバイスを低コストに製造するこ
とができる。

【００７１】

【発明の効果】本発明の効果は以下の通りである。 （１）スカイフックダンパ効果を利用する能動的除振装
置の極低周波の除振率は、０ｄＢであり、原理的に０ｄ
Ｂを下回ることはないが、スカイフックダンパとともに
スカイフックスプリング効果を利用する能動的除振装置
では、極低周波域の除振率を０ｄＢ以下にすることがで
きる。しかしながら、従来、振動計測手段に適切なもの
がなく、かつ振動計測手段の出力に対する信号処理が不
十分であったので、特に空気ばねをアクチュエータとし
て有する能動的除振装置においては、スカイフックスプ
リング効果の利用をしてはいなかった。 （２）本発明の第１の局面によれば、加速度と速度の両
信号を同時にかつ安定に出力する振動計測手段を使って
適切なフィードバック補償を施しているので、スカイフ
ックダンパとスカイフックスプリングとが容易にかつ効
果的に実現できる。

【００７２】（３）上記第１の局面によれば、空気ばね
アクチュエータの駆動によってスカイフックスプリング
効果を得るためには、空気ばねアクチュエータの駆動特
性を正確にモデリングして、これを反映した補償を施す
必要があった。原理的にはもちろん可能であるが、空気
ばねアクチュエータの特性を安定して作り込むことは事
実上困難であり、したがって、空気ばねアクチュエータ
を駆動することによってスカイフックスプリングを実現
することは煩雑であった。一方、本発明の第２の局面で
は、振動計測手段、例えば速度センサの出力を適切に補
償し、この補償信号に基づいて線形性の高い電磁モータ
を駆動することによってスカイフックスプリングを実現
するので、空気ばねアクチュエータのごとく低周波域で
の駆動特性の曖昧性はない。つまり、電磁モータの駆動
によって低周波域で安定したスカイフックスプリングを
実現することができる。

【００７３】（４）理想的なスカイフックスプリング効
果が実現されている能動的除振装置によって、特に極低
周波域の外乱が強力に抑制できる。したがって、本発明
の能動的除振装置が半導体露光装置（ステッパもしくは
スキャナ）に組み込まれている場合、床振動の大きい場
所でも同装置を設置することができる、という効果があ
る。あるいは、床振動の半導体露光装置内への侵入を従
来に比べて抑制する効果が高くなる。

【００７４】（５）したがって、本発明の露光装置、露
光方法およびデバイス製造方法によれば、生産性に寄与
するところ大という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る能動的除振装置を示
すブロック図である。

【図２】 スカイフックスプリングの原理を示す図であ
る。

【図３】 特願平９−６８９９５号の制御ブロック図で
ある。

【図４】 本発明に従った制御ブロック図である。

【図５】 加速度センサを用いた速度出力の説明図であ
る。

【図６】 実公平６−２８６９８号公報のサーボ型受振
器を示す図である。

【図７】 図１の能動的除振装置の機械構造を示す図で
ある。

【図８】 図１の能動的除振装置の除振率の周波数応答
を示す図である。

【図９】 本発明の第２の実施例に係る能動的除振装置
を示すブロック図である。

【図１０】 本発明の露光装置を利用できるデバイス製
造方法を示すフローチャートである。

【図１１】 図１０中のウエハプロセスの詳細なフロー
チャートである。

【符号の説明】

１：位置目標値出力部、２：運動モード抽出演算手段、
３：ゲイン補償器、４：加速度に関する運動モード抽出
演算手段、５：速度に関する運動モード抽出演算手段、
６：ゲイン補償器、７：ゲイン補償器、８：加速度に関
するＰＩ補償器、９：運動モード分配演算手段、１０：
圧力検出手段、１１：ＰＩ補償器、１２：電圧電流変換
器、１３：露光装置本体、１４：圧力目標値出力部、２
０：被測定対象物、２１：加速度センサ、２２：加速度
出力端子、２３：疑似積分器、２４：速度出力端子、３
０：振子、３１：支持ばね、３２：減衰器、３３：変位
検出器、３４：アンプ、３５：速度出力端子、３６：微
分回路、３７：駆動部、３８：可動コイル、３７ａ：コ
ア、３７ｂ：永久磁石、３９：負荷抵抗、４０：端子、
５０：除振台を含む機械系の伝達関数、５１：サーボバ
ルブと空気ばねの特性を示す伝達関数、５１’：サーボ
バルブを駆動する電圧電流変換器への入力から空気ばね
が発生する圧力までの伝達関数、５２：加圧フィードバ
ックのゲイン、５３：圧力に関するＰＩ補償器、５４：
加速度センサのゲイン、５５：加速度に関するＰＩ補償
器、５６：位置計測手段のゲイン、５７：ゲイン補償
器、５８：振動計測手段、５９：速度検出手段、６０：
ＸＹステージ、６１：除振台、６２：能動的支持脚、８
７：積分補償器、８８：運動モード分配演算手段、８
９：リニアモータドライバ、９０：ＰＩ補償器、９１
Ｘ，９１Ｙ：補正信号発生部、ＰＯ：位置計測手段、Ｐ
Ｒ：圧力センサ、ＳＶ：サーボバルブ、ＶＳ：振動計測
手段。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 除振対象物を搭載する除振台と、この除
   振台を支持する空気ばねアクチュエータ、前記除振台の
   振動を計測する振動計測手段、前記除振台の位置を計測
   する位置計測手段とを備え、前記空気ばねアクチュエー
   タの前記除振台に対する作用力を計測する力計測手段の
   出力をフィードバックして前記空気ばねアクチュエータ
   の作用力を制御する第１のフィードバックループと、前
   記振動計測手段の出力に基づく加速度および速度をフィ
   ードバックして前記除振台に対するダンピングおよびス
   プリング効果を生じさせる第２のフィードバックループ
   と、前記位置計測手段の出力をフィードバックして、指
   定位置に前記除振台を位置決めする第３のフィードバッ
   クループとを備えたことを特徴とする能動的除振装置。
2. 【請求項２】 前記第２のフィードバックループは、前
   記ダンピング効果を生じさせるための、フィードバック
   された前記加速度に関するＰＩ補償器を備え、その積分
   特性により、フィードバックされた前記速度に積分補償
   を施すことによって前記スプリング効果を生じさせるも
   のであることを特徴とする請求項１に記載の能動的除振
   装置。
3. 【請求項３】 前記振動計測手段は、それ自身が前記加
   速度および速度の出力を得るための閉ループ系を構成し
   ており、そのループ中から前記加速度および速度の出力
   を同時に行なうものであることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の能動的除振装置。
4. 【請求項４】 前記振動計測手段は、振子の振動の速度
   成分を検出し、これを微分回路に入力し、その微分出力
   に基づいて前記振子を平衡位置に復帰させる力を前記振
   子に付与するものであることを特徴とする請求項１〜３
   のいずれか１項に記載の能動的除振装置。
5. 【請求項５】 前記力計測手段は、前記空気ばねアクチ
   ュエータが除振台に及ぼす力もしくは空気ばねの内圧の
   どちらかを計測することを特徴とする請求項１〜４のい
   ずれか１項に記載の能動的除振装置。
6. 【請求項６】 除振対象物を搭載する除振台と、この除
   振台を支持する複数台の能動的支持脚を備え、各支持脚
   が前記除振台を駆動する電磁モータと、前記除振台の振
   動を計測する振動計測手段とを備えた能動的除振装置で
   あって、前記振動計測手段の出力を適切に補償して前記
   電磁モータを駆動することによってスカイフックスプリ
   ングを実現したことを特徴とする能動的除振装置。
7. 【請求項７】 前記電磁モータおよび前記振動計測手段
   とともに、空気ばねアクチュエータと、位置計測手段と
   を備え、前記位置計測手段の出力を適切に補償して前記
   空気ばねアクチュエータを駆動することによって位置決
   めを行ない、前記振動計測手段の出力を適切に補償して
   前記電磁モータを駆動することによって、前記スカイフ
   ックスプリングに加えてスカイフックダンパを実現した
   ことを特徴とする能動的除振装置。
8. 【請求項８】 前記振動計測手段は速度センサであるこ
   とを特徴とする請求項６または７記載の能動的除振装
   置。
9. 【請求項９】 基板を保持して露光位置に位置決めする
   ステージ装置を備え、前記露光位置に位置決めされた基
   板を露光する露光装置において、前記ステージ装置を保
   持する請求項１〜８のいずれかの能動的除振装置を具備
   することを特徴とする露光装置。
10. 【請求項１０】 ステージ装置により基板を保持して露
    光位置に位置決めし、位置決めされた基板を露光するに
    際し、前記ステージ装置を請求項１〜８のいずれかの能
    動的除振装置に搭載して除振することを特徴とする露光
    方法。
11. 【請求項１１】 ステージ装置により基板を保持して露
    光位置に位置決めし、位置決めされた基板を露光してデ
    バイスを製造する方法において、前記位置決めおよび露
    光に際し、前記ステージ装置を請求項１〜８のいずれか
    の能動的除振装置に搭載して除振することを特徴とする
    デバイス製造方法。