(57)【要約】【課題】光学素子の位置決めに用いられる圧電素子の長寿命化に有利な技術を提供する。【解決手段】露光装置は、基板を保持して移動する基板ステージと、前記基板ステージによって保持された基板の複数のショット領域のそれぞれに原版のパターンを投影する投影光学系と、印加された電圧に応じて変位し、該変位により投影光学系に含まれる光学素子を駆動する圧電素子と、前記複数のショット領域のうちの第１ショット領域への露光と該第１ショット領域の次の露光対象である第２ショット領域への露光との間における前記基板ステージの駆動プロファイルに従って定まる時間内に前記光学素子が整定されるように前記圧電素子の駆動プロファイルを決定する制御部とを有し、前記制御部は、前記圧電素子の駆動プロファイルを、前記光学素子の駆動量が小さいほど前記圧電素子に印加する電圧の変化が小さくなるように決定する。【選択図】  図１
2019184928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の複数のショット領域のそれぞれに露光を行う露光装置であって、
前記基板を保持して移動する基板ステージと、
前記基板ステージによって保持された前記基板の前記複数のショット領域のそれぞれに原版のパターンを投影する投影光学系と、
印加された電圧に応じて変位し、該変位により前記投影光学系に含まれる光学素子を駆動する圧電素子と、
前記複数のショット領域のうちの第１ショット領域への露光と該第１ショット領域の次の露光対象である第２ショット領域への露光との間における前記基板ステージの駆動プロファイルに従って定まる時間内に前記光学素子が整定されるように前記圧電素子の駆動プロファイルを決定する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記圧電素子の駆動プロファイルを、前記光学素子の駆動量が小さいほど前記圧電素子に印加する電圧の変化が小さくなるように決定することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記圧電素子の整定時間を固定した場合における、前記光学素子を前記駆動量だけ駆動するのに許容される許容時間を求め、
前記許容時間に基づいて、前記圧電素子に印加する電圧の変化を最小にする前記圧電素子の変位の速度を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記整定時間は、要求される前記光学素子の位置決め精度に応じて設定されることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記圧電素子の変位の加速度を固定した場合の、前記圧電素子に印加する電圧の変化を最小にする前記圧電素子の変位の速度を求めることを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記圧電素子の変位の加速度を０から所定値まで変化する時間であるジャーク時間を定めて該加速度を変化させた場合の、前記圧電素子に印加する電圧の変化を最小にする前記圧電素子の変位の速度を求めることを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記ジャーク時間を経過した後の前記圧電素子の変位の加速度が０となるように定めることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記加速度を正弦波状の時間変化関数に従って変化させることを特徴とする請求項５または６に記載の露光装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で前記露光された基板を現像する工程と、
を含み、
前記現像された基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置、および物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体露光装置は、異なる種類のパターンを有する原版を基板に転写する。高集積度の回路を作成するためには、解像性能だけでなく重ね合わせ精度を向上させることが不可欠である。
【０００３】
従来、重ね合わせ精度を向上させるために、光学素子の位置を微調整する方法がとられている。光学素子の位置を調整する方法としては、大きく分けて以下の２通りがある。
（１）光学設計を満足する位置に各光学素子を位置決めする。
（２）露光装置の使用時における変動（露光による熱の影響、気圧変動の影響等）によって生じる収差等を打ち消す位置に、その都度修正しながら位置決めする。
【０００４】
特許文献１には、光学素子の位置の調整を行うためのアクチュエータとして圧電素子を用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１７５２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし近年では、精度向上の要求から、基板上のショット領域を露光した後、次のショット領域の露光を開始するまでの間に位置を微調整する必要がある。さらに、その調整量が大きくなる傾向もあり、それに伴って圧電素子の伸縮ストロークが延びることとなる。また、生産性向上の要求から、ショット領域への露光と次のショット領域への露光との間の時間間隔を短くする必要があり、それに伴って圧電素子の伸縮速度を速めることが求められている。
【０００７】
一方で、圧電素子はその全長を変化させる際に、両端にかかる電圧を変化させるが、伸縮速度が速まると、両端にかかる電圧の変化も大きくなる。一般に、単位時間あたりの電圧変化が大きいほど、圧電素子の疲労破壊が早まることが分かっている。
【０００８】
本発明は、例えば、光学素子の位置決めに用いられる圧電素子の長寿命化に有利な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面によれば、基板の複数のショット領域のそれぞれに露光を行う露光装置であって、前記基板を保持して移動する基板ステージと、前記基板ステージによって保持された前記基板の前記複数のショット領域のそれぞれに原版のパターンを投影する投影光学系と、印加された電圧に応じて変位し、該変位により前記投影光学系に含まれる光学素子を駆動する圧電素子と、前記複数のショット領域のうちの第１ショット領域への露光と該第１ショット領域の次の露光対象である第２ショット領域への露光との間における前記基板ステージの駆動プロファイルに従って定まる時間内に前記光学素子が整定されるように前記圧電素子の駆動プロファイルを決定する制御部とを有し、前記制御部は、前記圧電素子の駆動プロファイルを、前記光学素子の駆動量が小さいほど前記圧電素子に印加する電圧の変化が小さくなるように決定することを特徴とする露光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、例えば、光学素子の位置決めに用いられる圧電素子の長寿命化に有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態における露光装置の構成を示す図。
【図２】実施形態における保持装置の構成を示す図。
【図３】実施形態における駆動部の回路構成を示す図。
【図４】露光時の基板ステージの軌跡の例を示す図。
【図５】露光時の圧電素子の制御を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明の実施の具体例を示すにすぎないものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。
【００１３】
図１は、実施形態における露光装置１の構成を示す図である。露光装置１は、基板の複数のショット領域のそれぞれに露光を行う露光装置であり、本実施形態では、スリット光により基板を走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である。露光装置１は、照明光学系１０と、マスクステージ１２と、投影光学系１３と、基板ステージ１５と、制御装置２２とを含む。制御装置２２は、例えば、ＣＰＵやメモリを含むコンピュータ装置によって構成され、露光装置１を統括的に制御する。すなわち、制御装置２２は、原版であるマスク１１に形成されたパターンを基板１４に転写する処理（基板１４を走査露光する処理）を制御する。
【００１４】
照明光学系１０は、それに含まれるマスクキングブレードなどの遮光部材により、光源（不図示）から射出された光を、例えばＸ方向に長い帯状または円弧状の形状を有するスリット光に整形し、そのスリット光でマスク１１の一部を照明する。マスク１１および基板１４は、マスクステージ１２および基板ステージ１５によってそれぞれ保持されており、投影光学系１３を介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系１３の物体面および像面）にそれぞれ配置される。投影光学系１３は、基板ステージ１５によって保持された基板１４の複数のショット領域のそれぞれにマスク１１のパターンを投影する。具体的には、投影光学系１３は、所定の投影倍率（例えば１／２倍や１／４倍）を有し、マスク１１に形成されたパターンをスリット光により基板上に投影する。マスク上のパターンが投影された基板上の領域（スリット光が照射する領域）を、以下では照射領域と称する。そして、マスクステージ１２および基板ステージ１５は、投影光学系１３の光軸方向（Ｚ方向）に直交する方向（本実施形態ではＹ方向）に移動可能に構成されており、互いに同期しながら投影光学系１３の投影倍率に応じた速度比で相対的に走査される。これにより、照射領域を基板上でＹ方向に走査させて、マスク１１に形成されたパターンを基板上のショット領域に転写することができる。そして、このような走査露光を、基板ステージ１５を移動させながら、基板上における複数のショット領域の各々について順次繰り返すことにより、１枚の基板１４における露光処理を完了させることができる。
【００１５】
投影光学系１３は複数の光学素子から構成されており、その一部はアクチュエータにより、位置決めすることができる。図２に、そのような位置決めを行うことのできる、光学素子の保持装置１００の構成を示す。保持装置１００は、レンズ、平行平板ガラス、プリズム、ミラー、バイナリオプティックス、ホログラム等の光学素子ＯＥを保持する保持装置であって、本実施形態では、露光装置１の投影光学系１３を構成するレンズを保持する保持装置として具現化される。但し、保持装置１００は、露光装置の照明光学系を構成する光学素子やその他の光学系を構成する光学素子を保持する保持装置としても適用することができる。保持装置１００は、図１及び図２に示すように、セル１１０と、保持部１２０と、駆動部１３０と、変位センサ１４０とを有する。
【００１６】
セル１１０は、光学素子ＯＥの光軸を中心とするリング状部材である。セル１１０は、例えば、接着材を介して、光学素子ＯＥと結合し、後述する駆動部１３０によって駆動される可動体（物体）として機能する。セル１１０は、本実施形態では、保持部１２０に載置される。
【００１７】
保持部１２０は、光学素子ＯＥと結合したセル１１０を投影光学系１３の鏡筒に固定する固定ブロックである。保持部１２０は、例えば、光学素子ＯＥの光軸を中心として１２０度ピッチ（等間隔）で円周上に配置される３つの載置部を介して、セル１１０を載置する。換言すれば、保持部１２０は、セル１１０を介して、光学部材ＯＥを保持する。
【００１８】
駆動部１３０は、セル１１０と連結し、保持部１２０に対して光学素子ＯＥを上下方向（Ｚ方向）及び傾斜方向（θｘ方向、θｙ方向）に駆動する。換言すれば、駆動部１３０は、光学素子ＯＥを駆動して、投影光学系１３における光学素子ＯＥの位置決め及び位置調整を行う駆動装置として機能する。駆動部１３０は、本実施形態では、光学素子ＯＥの光軸を中心として１２０度ピッチ（等間隔）で円周上に配置される。これにより、駆動部１３０は、Ｚ方向、θｘ方向及びθｙ方向の３軸駆動を実現することができる。
【００１９】
変位センサ１４０は、光学素子ＯＥの変位を測定するセンサである。変位センサ１４０は、本実施形態では、図２に示すように、Ｚ方向（図２の紙面に対して垂直な方向）に配置された３つのセンサ１４０として構成される。変位センサ１４０の測定結果（即ち、光学素子ＯＥの変位）を駆動部１３０にフィードバックさせることで、投影光学系における光学素子ＯＥの位置決め及び位置調整を制御することが可能となる。Ｚ方向に配置された３つのセンサ１４０によって、光学素子ＯＥにおけるＺ方向、θｘ方向及びθｙ方向の３軸の位置を制御することができる。
【００２０】
以下、駆動部１３０の具体的な構成について詳細に説明する。図３は、実施形態における駆動部１３０の回路構成を示す図である。図３において、駆動部１３０は、複数の圧電素子３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃと、複数の電圧印加部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃと、制御部３３０とを有する。圧電素子は、以下に説明するように、印加された電圧に応じて変位し、該変位により投影光学系に含まれる光学素子を駆動するものである。
【００２１】
複数の圧電素子３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃは、例えば、容量性負荷となる圧電素子である。圧電素子３１０ａは、第１端子３１２ａと第２端子３１４ａを有する。同じく、圧電素子３１０ｂは、第１端子３１２ｂと第２端子３１４ｂを有し、圧電素子３１０ｃは、第１端子３１２ｃと第２端子３１４ｃを有する。圧電素子３１０ａは、第１端子３１２ａと第２端子３１４ａとの間に印加される電圧によって伸縮する。同じく、圧電素子３１０ｂは、第１端子３１２ｂと第２端子３１４ｂとの間に印加される電圧によって伸縮し、圧電素子３１０ｃは、第１端子３１２ｃと第２端子３１４ｃとの間に印加される電圧によって伸縮する。これにより、複数の圧電素子３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃは、セル１０を介して、光学素子ＯＥの複数の部分をそれぞれ駆動する。複数の圧電素子３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃそれぞれの伸縮量（即ち、光学素子ＯＥの駆動量）は、複数の圧電素子３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃにそれぞれ印加される電圧によって制御されうる。
【００２２】
複数の電圧印加部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃは、それぞれ複数の圧電素子３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃの第１端子３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃと第２端子３１４ａ，３１４ｂ，３１４ｃとの間に電圧を印加する。複数の電圧印加部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃは、例えば、増幅器（アンプ）により構成される。
【００２３】
制御部３３０は、複数の圧電素子３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃにそれぞれ印加される電圧の変化を抑制するように複数の電圧印加部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃを制御する。換言すれば、制御部３３０は、圧電素子３１０ａに印加される電圧と、圧電素子３１０ｂに印加される電圧と、圧電素子３１０ｃに印加される電圧との間の差（電位差）の変化を抑制するように制御する。これにより、ある圧電素子の端子間の電圧変化を抑制し、圧電素子の変位の急激な変化を防止する。
【００２４】
露光装置１では、マスク１１のパターンを正確に基板上に転写することが求められている。そのためには投影光学系１３の各光学素子を、光学設計を満足する位置に位置決めしつつ、更に露光装置の使用時における変動（露光による熱の影響、気圧変動の影響等）によって生じる収差などを打ち消す位置に、その都度修正して位置決めする必要がある。
【００２５】
図４は、基板１４上に形成されている第１ショット領域２０１、第２ショット領域２０２、第３ショット領域２０３を順次露光する際の基板ステージ１５の軌道の例を示す図である。第１ショット領域２０１の露光が完了した後に、基板ステージ１５を加減速させ、第２ショット領域２０２を露光する。この時に、投影光学系１３内の光学素子も、第１ショット領域２０１の露光が完了した後、第２ショット領域２０２の露光が開始される前に、第２ショット領域２０２に対して最適な位置へ駆動される必要がある。
【００２６】
本実施形態において、制御部３３０は、第１ショット領域２０１への露光と次の露光対象である第２ショット領域２０２への露光との間における基板ステージの駆動プロファイルを保持している。そして制御部３３０は、この基板ステージの駆動プロファイルに従って定まる時間内に光学素子が整定されるように、圧電素子の駆動プロファイルを決定する。また、制御部３３０は、圧電素子の駆動プロファイルを、光学素子の駆動量が小さいほど圧電素子に印加する電圧の変化が小さくなるように決定する。以下、具体的に説明する。
【００２７】
図５の上図は、本実施形態による、第１ショット領域２０１の露光と次のショット領域である第２ショット領域２０２の露光との間の期間における、光学素子の位置Ｐと速度Ｖを表すグラフである。また、図５の下図は、比較のための、従来技術による光学素子の位置Ｐ’と速度Ｖ’を表すグラフである。第１ショット領域２０１の露光終了後、第２ショット領域２０２の露光開始までの間に、光学素子を、第１ショット領域２０１の露光に最適な位置Ｐ２０１から第２ショット領域２０２の露光に最適な位置Ｐ２０２への駆動を完了する必要がある。このとき、圧電素子に必要とされる駆動量Ｌ１は、Ｐ２０２−Ｐ２０１として求められる。
【００２８】
第１ショット領域２０１の露光完了から第２ショット領域２０２の露光開始までの時間Ｔは、例えば基板ステージ１５が第１ショット領域２０１の露光終了位置から第２ショット領域２０２の露光開始位置に駆動されるまでの時間によって決まる。
【００２９】
図５の下図に示される従来の方法では、圧電素子の駆動量Ｌ１の大きさに関わらず、所定の速度Ｖ１、加速度Ａ１で圧電素子を駆動していた。このときの圧電素子の変位時間Ｔ１と、駆動した際の振動の収束を待つための整定時間Ｔ２は、以下の連立方程式から求まる。
【００３０】
Ｌ１＝Ａ１×Ｔ１Ａ×Ｔ１Ａ＋Ｖ１×Ｔ１Ｖ，
Ａ１×Ｔ１Ａ＝Ｖ１，
Ｔ１＝Ｔ１Ａ×２＋Ｔ１Ｖ，
Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２
【００３１】
一方、図５の上図に示される本実施形態の方法によれば、必要最小限の整定時間Ｔ２ＭＩＮとして固定すると、圧電素子をＬ１だけ伸縮させるのに許容される許容時間Ｔ１ＭＡＸが求まる。
【００３２】
Ｔ＝Ｔ１ＭＡＸ＋Ｔ２ＭＩＮ
【００３３】
このとき、圧電素子の変位の加速度Ａ１を固定した場合、以下の連立方程式から、圧電素子に印加される電圧の変化が最小となる速度Ｖ１ＭＩＮが求められ、これに従い圧電素子を駆動する。
【００３４】
Ｌ１＝Ａ１×Ｔ１Ａ’×Ｔ１Ａ’＋Ｖ１ＭＩＮ×Ｔ１Ｖ’，
Ａ１×Ｔ１Ａ’＝Ｖ１ＭＩＮ，
Ｔ１ＭＡＸ＝Ｔ１Ａ’×２＋Ｔ１Ｖ’
【００３５】
なお、上記の例では、簡単のために加速度Ａ１を固定としたが、加速度が０から所定値（加速度Ａ１）まで変化する時間（ジャーク時間）を定めて、加速度を変化させてもよい。また、要求される光学素子の位置決め精度に応じて、整定時間Ｔ２ＭＩＮを設定してもよい。
【００３６】
この他に、速度が微分連続に変化するように、速度がＶ１ＭＩＮとなる瞬間の加速度が０となるように加速度の変化率を定めてもよい。例えば、加速度の時間変化の関数をＡ（Ｔ）とすると、ジャーク時間ＴＪ経過後に、Ａ（ＴＪ）＝０となるように定めることで、速度がＶ１ＭＩＮとなる瞬間の加速度を０とすることができる。
【００３７】
加速度の時間変化関数Ａ（Ｔ）に正弦波状のものを用いることもできる。その際に、正弦波の周波数Ｆを、圧電素子の固有周波数Ｆ０と異なる周波数とすることで、圧電素子の疲労破壊をさらに抑制することができる。
【００３８】
以上説明した方法によれば、光学素子の位置決め性能を満足しつつ、圧電素子の伸縮速度が最小となるような駆動を実現することができる。これにより、圧電素子の両端に印加される電圧変化が最小化され、圧電素子の寿命にとって有利な駆動方法が実現される。
【００３９】
＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【符号の説明】
【００４０】
１：露光装置、１０：照明光学系、１１：マスク、１２：マスクステージ、１３：投影光学系、１４：基板、１５：基板ステージ、２２：制御装置
【図１】
2019184928.tif 000003
【図２】
2019184928.tif 000004
【図３】
2019184928.tif 000005
【図４】
2019184928.tif 000006
【図５】
2019184928.tif 000007