(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に移動可能な第１の移動体と、
前記第１の方向とは異なる第２の方向に移動可能な第２の移動体と、
前記第１の移動体及び前記第２の移動体により摺動自在に支持され、前記第１、第２の方向に夫々案内されるステージと、
前記第１の移動体の前記第１、第２の方向と異なる第３の方向の姿勢を制御する第１の制御部と、
前記第１の制御部において前記第１の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する際の制御偏差に基づいて前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する第２の制御部と、
を備えることを特徴とするステージ位置決め装置。
【請求項２】
前記第１の制御部及び前記第２の制御部は、
前記移動体の前記姿勢を計測する計測部と、
前記計測部による計測結果に基づいて前記移動体を駆動するアクチュエータと、
を有することを特徴とする請求項１に記載のステージ位置決め装置。
【請求項３】
前記アクチュエータはリニアモータであることを特徴とする請求項２に記載のステージ位置決め装置。
【請求項４】
前記第２の制御部は、所定のフィルタ処理を施した前記制御偏差に基づいて前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のステージ位置決め装置。
【請求項５】
前記第１、第２の方向は互いに略直交し、前記第３の方向は、前記第１及び前記第２の方向に略直交する軸まわりの回転方向であることを特徴とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のステージ位置決め装置。
【請求項６】
前記第１の移動体及び前記第２の移動体は、その端部が前記第１の方向及び前記第２の方向とそれぞれ平行になるよう配置されたガイドと、当該ガイドに対して前記第３の方向に回転可能な所定の間隙を持って摺動する軸受とにより支持され、当該ガイドと軸受を介して前記第１、第２の方向に案内されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のステージ位置決め装置。
【請求項７】
前記第１の制御部は、比例項・積分項・微分項の各演算を行って前記第１の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する信号を求め、前記第２の制御部は、比例項・微分項の各演算を行って前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する信号を求めることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のステージ位置決め装置。
【請求項８】
前記第１の制御部は、前記第２の制御部において前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する際の制御偏差に基づいて前記第１の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御することを特徴とする請求項１に記載のステージ位置決め装置。
【請求項９】
第１の方向に移動可能な第１の移動体及び前記第１の方向とは異なる第２の方向に移動可能な第２の移動体によって前記第１、第２の方向に夫々ステージを案内するためのステージ位置決め装置の制御方法であって、
前記第１の移動体の前記第１、第２の方向と異なる第３の方向の姿勢を制御する第１の制御工程と、
前記第１の制御工程において前記第１の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する際の制御偏差に基づいて前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する第２の制御工程と、
を含むことを特徴とするステージ位置決め装置の制御方法。
【請求項１０】
前記第１の制御工程は、前記第２の制御工程において前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する際の制御偏差に基づいて前記第１の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御することを特徴とする請求項９に記載のステージ位置決め装置の制御方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の制御方法により制御されるステージ位置決め装置を利用してパターンを転写することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
半導体デバイスの製造方法であって、
基板に感光材を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程で前記感光材が塗布された前記基板に請求項１１に記載の露光装置を利用してパターンを転写する露光工程と、
前記露光工程で前記パターンが転写された前記基板の前記感光材を現像する現像工程と、
を有する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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステージを駆動するためのステージ位置決め装置及びその制御方法、露光装置、半導体デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
定盤上を移動するステージによってステージ上の物体の位置決めを行なう構成を持つ装置は数多く見られる。そのような装置の中で、互いに直交した２つの方向に移動可能なビーム状の２つの移動体と、この移動体に従って移動するステージとを持ち、それらの移動体がガイドにより各々の方向に案内されてステージを駆動する形式の装置がある。この形式の装置は移動体の両端に移動体を駆動するモータを持つため、駆動能力にすぐれたモータを配置することができ、ステージを速く移動させることができる。また、ステージとモータが離れているため、モータを効率的に冷却することができる。しかし、この形式の装置においては、２つの移動体が熱膨張したり、それぞれの移動体とモータとの平行度のずれがあったり、あるいは、移動体が水平方向に回転したりする場合があるため、本来相対移動可能な移動体とステージとの間で過剰に拘束された状態が生じやすい。このように、移動体とステージとの間に過剰な拘束が生じると、移動体とステージが接触して互いに動けなくなったり、２つの移動体の干渉による振動によってステージの位置決め精度が悪化したりしていた。
【０００３】
特開平９-３４１３５号「ステージ及びステージ駆動方法」に開示された方式では、機械的な手段を設けて、第１の移動体とステージとのはめ合い公差を高精度にしてガタがなくしっかりと拘束する一方、第２の移動体とステージとのはめ合いをゆるく拘束することによって、この問題点の回避を図っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方式では、バネ等の機構を設けることによって新たな振動が引き起こされ得るという問題があった。さらに、片方の移動体をしっかりと拘束しながら制御するために、高精度なステージの位置決めを行なうことが困難であった。また、第２の移動体と軸受との間にバネ等の機構を設けるために装置が複雑化した。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、例えば、第１の移動体の姿勢を制御する信号に基づいて第２の移動体の姿勢を制御することにより、ステージを精密に移動するステージ位置決め装置及びその制御方法、露光装置、半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面は、ステージ位置決め装置に係り、第１の方向に移動可能な第１の移動体と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に移動可能な第２の移動体と、前記第１の移動体及び前記第２の移動体により摺動自在に支持され、前記第１、第２の方向に夫々案内されるステージと、前記第１の移動体の前記第１、第２の方向と異なる第３の方向の姿勢を制御する第１の制御部と、前記第１の制御部において前記第１の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する際の制御偏差に基づいて前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する第２の制御部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第１の制御部及び前記第２の制御部は、前記移動体の前記姿勢を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づいて前記移動体を駆動するアクチュエータとを有する。
【０００８】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記アクチュエータはリニアモータである。
【０００９】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第２の制御部は、所定のフィルタ処理を施した前記制御偏差に基づいて前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する。
【００１０】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第１、第２の方向は互いに直交し、前記第３の方向は、前記第１及び前記第２の方向に直交する軸まわりの回転方向である。
【００１１】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第１の移動体及び前記第２の移動体は、その端部が前記第１の方向及び前記第２の方向とそれぞれ平行になるよう配置されたガイドと、当該ガイドに対して前記第３の方向に回転可能な所定の間隙を持って摺動する軸受とにより支持され、当該ガイドと軸受を介して前記第１、第２の方向に案内される。
【００１２】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第１の制御部は、比例項・積分項・微分項の各演算を行って前記第１の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する信号を求め、前記第２の制御部は、比例項・微分項の各演算を行って前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する信号を求める。
【００１３】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第１の制御部は、前記第２の制御部において前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する際の制御偏差に基づいて前記第１の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する。
【００１４】
本発明の第２の側面は、第１の方向に移動可能な第１の移動体及び前記第１の方向とは異なる第２の方向に移動可能な第２の移動体によって前記第１、第２の方向に夫々ステージを案内するためのステージ位置決め装置の制御方法に係り、前記第１の移動体の前記第１、第２の方向と異なる第３の方向の姿勢を制御する第１の制御工程と、前記第１の制御工程において前記第１の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する際の制御偏差に基づいて前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する第２の制御工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記第１の制御工程は、前記第２の制御工程において前記第２の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する際の制御偏差に基づいて前記第１の移動体の前記第３の方向の姿勢を制御する。
【００１６】
本発明の第３の側面は、露光装置に係り、請求項８または請求項９に記載の制御方法により制御されるステージ位置決め装置を利用してパターンを転写することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第４の側面は、半導体デバイスの製造方法に係り、基板に感光材を塗布する塗布工程と、前記塗布工程で前記感光材が塗布された前記基板に請求項１１に記載の露光装置を利用してパターンを転写する露光工程と、前記露光工程で前記パターンが転写された前記基板の前記感光材を現像する現像工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。
[第１の実施形態]
図１は、本発明の好適な実施形態に係るステージ位置決め装置の概略構成を示す図であり、図１（ａ）はこのステージ位置決め装置の平面図、図１（ｂ）はこのステージ位置決め装置の斜視図である。
【００１９】
図１（ａ）において、ステージ位置決め装置は、定盤１、定盤１と不図示の軸受（例えば静圧軸受）を介して定盤１上を移動するステージ２、ステージ２をＹ方向へ案内するビーム状のＸ移動体３、ステージ２をＸ方向へ案内するＸ移動体３に略直交するビーム状のＹ移動体４、及びＸ移動体３及びＹ移動体４の姿勢（例えば回転変位や並進変位等）を制御する制御部を有する。この制御部は、Ｘ移動体３の両端に配置されてＸ移動体３をＸ方向に駆動するリニアモータ５ａ及びリニアモータ５ｂ、Ｙ移動体４の両端に配置されてＹ移動体４をＹ方向に駆動するリニアモータ６ａ及びリニアモータ６ｂ、静圧パッド８ａと８ｂとを介してそれぞれＹ移動体４のＹ方向への動きを案内するＹガイド７ａ及びＹガイド７ｂ、Ｘ移動体３の姿勢（例えばＸ方向変位やθｚ方向回転変位等）を計測するレーザ干渉計９ａ及びレーザ干渉計９ｂ、及びＹ移動体４の姿勢（例えばＹ方向変位やθｚ方向回転変位等）を計測するレーザ干渉計１０ａ及びレーザ干渉計１０ｂを含む。
【００２０】
ステージ２は、例えば、図１（ｂ）に示す構成を含み、Ｘ移動体３に摺動自在に支持されてＸ移動体３に沿って案内されてＹ方向に動き、Ｙ移動体４に摺動自在に支持されてＹ移動体４に沿ってＸ方向に動く。静圧パッド８ａ、８ｂが装着されるＹ移動体４は、Ｙガイド７ａ、７ｂに沿ってＹ方向に動く。Ｙガイド７ａ、７ｂは定盤１上に固定されている。Ｘ移動体３の両端には永久磁石が固定されており、リニアモータ５ａ、５ｂのコイルに電流を流すことによって、Ｘ移動体３をＸ方向に駆動することができる。Ｙ移動体４の両端にも永久磁石が固定されており、リニアモータ６ａ、６ｂのコイルに電流を流すことによって、Ｙ移動体４をＹ方向に駆動することができる。また、静圧パッド８ａ、８ｂとＹガイド７ａ、７ｂとの間には間隙があるため、その間隙だけＹ移動体４はθｚ方向に回転することができる。さらに、Ｘ移動体３もステージ２と軸受との間隙だけθｚ方向に回転することができる。
【００２１】
図２は、本発明の好適な実施形態に係るステージ位置決め装置においてＸ移動体３及びＹ移動体４のそれぞれのＺ軸まわりの軸回転変位を制御する制御部の構成を例示するブロック図である。
【００２２】
図２において、この制御部は、例えば、Ｙ移動体４が所定の目標回転角度θｚ０になるように制御演算を行うＰＩＤコントローラ１１、Ｘ移動体３が所定の目標回転角度θｚ０’になるように制御演算を行なうＰＩＤコントローラ１２、電流増幅を行なうアンプ１３及びアンプ１４、所定の周波数特性を有するフィルタ１５を含む。
【００２３】
まず、Ｙ移動体４の回転角度θｚはレーザ干渉計１０ａ、１０ｂによって計測される。計測されたＹ移動体４の回転角度θｚと目標回転角度θｚ０との差はＰＩＤコントローラ１１に入力される。ＰＩＤコントローラ１１はこの入力に対して比例項、積分項、微分項を用いた制御信号の演算（ＰＩＤ演算）を行なう。アンプ１３はＰＩＤコントローラ１１からの出力を増幅する。リニアモータ６ａ、６ｂはアンプからの出力に基づいてＹ移動体４を駆動する。Ｙ移動体４が駆動されたときの回転角度θｚはレーザ干渉計１０ａ、１０ｂによって計測され、その計測結果はＰＩＤコントローラ１１にフィードバックされる。また、レーザ干渉計１０ａ、１０ｂにより計測された回転角度θｚと目標回転角度θｚ０との差は、フィルタ１５にも入力され、後述の所定のフィルタ演算を行った後にＰＩＤコントローラ１２への入力に加算される。
【００２４】
一方、Ｘ移動体３の回転角度θｚ’はレーザ干渉計９ａ、９ｂによって計測される。計測されたＸ移動体３の回転角度θｚ’と目標回転角度θｚ０’との差、及び、後述の所定のフィルタ演算が行われたＹ移動体４の回転角度θｚと目標回転角度θｚ０との差がＰＩＤコントローラ１２に入力される。ＰＩＤコントローラ１２はこの入力に対してＰＩＤ演算を行う。アンプ１４はＰＩＤコントローラ１２からの出力を増幅する。リニアモータ５ａ、５ｂはアンプ１４からの出力に基づいてＸ移動体３を駆動する。Ｘ移動体３が駆動されたときの回転角度θｚ’はレーザ干渉計９ａ、９ｂによって計測され、その計測結果はＰＩＤコントローラ１２にフィードバックされる。このように、Ｙ移動体４の回転角度θｚと目標回転角度θｚ０との差がＰＩＤコントローラ１２へ入力されることにより、Ｘ移動体３はＹ移動体４に対する制御結果に追従して移動することができる。
【００２５】
本実施形態では図２の制御部において、例えば、Ｘ移動体３及びＹ移動体４の回転角度と目標回転角度との差の計算、ＰＩＤコントローラ１１、１２の演算、フィルタ１５の演算をコンピュータ上のソフトウェアとして実現しているがこれに限るものではない。これらの一部または全部は、アナログ演算素子及びデジタル演算素子の少なくとも一方を含むハードウェアとして実現してもよい。
【００２６】
図３は、図２に示したフィルタ１５が有する周波数特性を示す図である。フィルタ１５は、例えば、Ｙ移動体４の回転変位を示す信号が有する所定の周波数ｆ０より高い周波数成分を抑えるように設計されている。これによって、フィルタ１５はＹ移動体４の回転変位を示す信号に発生する余分な高周波成分を除去し、Ｘ移動体３をより精密に制御することができる。
【００２７】
図４は、図３とは異なる周波数特性を有するフィルタ１５の周波数特性を示す図である。このフィルタ１５は、Ｘ移動体３の目標回転角度を示す信号の周波数応答のピーク値ｈ１及びその周波数ｆ１に合わせて、周波数応答のｆ１とｈ１の値を設定することによって、Ｘ移動体３をさらに高精度にＹ移動体４へ追従させることができる。
【００２８】
さらに、ＰＩＤコントーラ１２の積分項の係数をゼロに設定して積分演算を行なわないようにすることによって、Ｘ移動体３が軸受に過大な力で押し付けられる状況を回避することもできる。
【００２９】
以上のように、本発明の好適な実施の形態によれば、機械的な要素を移動体に付加して装置を複雑化することなく、制御装置を改良することによって、移動体とステージとの間で生じ得る過剰な拘束及びそれによって生じる振動を防ぐことができる。本発明の好適な実施の形態における制御装置は、ソフトウェアによって低コストで実現することもできる。
【００３０】
また、第２の移動体の姿勢（例えば回転変位や並進変位等）を制御する制御系に第１の移動体の姿勢（例えば回転変位や並進変位等）を制御する信号が入力されることによって、第２の移動体の追従性能を変化することができる。例えば、第２の移動体を制御する制御系の出力信号における周波数応答のピーク値及びその周波数に合わせてフィルタの周波数応答を設定することによって、第２の移動体をさらに精密に第１の移動体に追従させることができる。
[第２の実施形態]
図５は、本発明の好適な第２の実施の形態に係るステージ位置決め装置の制御装置において、Ｘ移動体３及びＹ移動体４のそれぞれのＺ軸まわりの回転変位を制御する制御部の構成を示すブロック図である。第１の実施形態と類似する要素については同じ符号を用いている。第１の実施形態と異なる点は、所定の周波数特性を有するフィルタ１６を設けたことである。このフィルタ１６は、Ｘ移動体３の回転角度θｚ’と目標回転角度θｚ０’との差を示す信号に対して所定の演算を行い、その結果をＰＩＤコントローラ１１への入力に加算する。これによって、図２においてＹ移動体４に回転変位が生じたときにＸ移動体３をＹ移動体４に追従させるのと同様に、Ｘ移動体３に回転変位が生じたときにＹ移動体４をＸ移動体３に追従させることができる。
[他の実施形態]
次に、本発明のステージ位置決め装置を半導体デバイスの製造プロセスで用いられる露光装置に適用した場合の実施の形態について説明する。
【００３１】
図６は、本発明のステージ位置決め装置を半導体デバイスの製造プロセスに適用した場合に用いられる露光装置の概念図を示したものである。
【００３２】
本発明の好適な実施形態における露光装置６０は、照明光学系６１、レティクル６２、投影光学系６３、基板６４、ステージ６５で構成される。照明光学系６１は、例えば、エキシマレーザ、フッ素エキシマレーザなどを光源とした紫外光を露光光として用いることができる。照明光学系６１からの光は、レティクル６２に照射される。レティクル６２を通った光は、投影光学系６３を通して、基板６４上に焦点を結び、基板６４表面に塗布された感光材を露光する。基板６４は、本発明のステージ位置決め装置を適用したステージ６５により、所定の位置へ移動される。
【００３３】
図７は、上記の露光装置を用いた半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローである。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なう。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（組み立て）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なう。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。
【００３４】
図８は、上記ウエハプロセス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を用いてウエハを精密に移動させ、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なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。
【００３５】
上記のプロセスを用いることにより、露光工程においてステージが移動するときに生じる振動が抑えられるため、回路パターンをより高精度にウエハに転写することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、第１の移動体の姿勢を制御する信号に基づいて第２の移動体の姿勢を制御することにより、ステージを精密に移動するステージ位置決め装置及びその制御方法、露光装置、半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係るステージ位置決め装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１におけるＸ移動体及びＹ移動体のそれぞれのＺ軸まわりの回転変位を制御する制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】図２におけるフィルタの周波数特性を示す図である。
【図４】図２におけるフィルタの他の周波数特性を示す図である。
【図５】本発明の好適な第２の実施の形態に係るステージ位置決め装置の制御装置において、Ｘ移動体及びＹ移動体のそれぞれのＺ軸まわりの回転変位を制御する制御部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明のステージ位置決め装置を半導体デバイスの製造プロセスに適用した場合に用いられる露光装置の概念図である。
【図７】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８】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】
１：定盤、２：ステージ、３：Ｘ移動体、４：Ｙ移動体、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ：リニアモータ、７ａ、７ｂ：Ｙガイド、８ａ、８ｂ：静圧パッド、９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ：レーザ干渉計、１１、１２：ＰＩＤコントローラ、１３、１４：アンプ、１５、１６：フィルタ
【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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