(57)【要約】【課題】電磁継手で推力を発生させ、アクチュエータで位置決めを行う際に、サーボ制御系並びに電磁継手の制御系に負荷をかけないように駆動する。【解決手段】定盤上を移動可能なステージ１と、ステージ１上に設けられ、位置決め対象物を保持して移動可能なテーブル２と、ステージ１の位置決めを行うアクチュエータ３と、テーブルの位置決めを行うアクチュエータ４と、ステージ１とテーブル２の間に設けられ、テーブル２に与える推力を発生させる電磁継手５と、テーブル２のサーボ制御を行う制御器６と、電磁継手５の磁束を制御する磁束制御系７を有する位置決め装置において、テーブル２の加速度指令値の時間関数を微分連続とし、かつ、その時間関数の平方根も微分連続とした。【選択図】      図１
2005063167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤上において位置決め可能に設けられたステージと、
位置決め対象物を保持し、前記ステージに対して位置決め可能に設けられたテーブルと、
前記テーブルに与える推力を発生する推力発生手段と、
前記テーブルを位置決め制御するテーブル制御手段と、
前記推力発生手段を制御する推力制御手段とを備え、
前記テーブル制御手段における前記テーブルの制御指令値の時間関数、並びに前記推力制御手段における前記推力発生手段の制御指令値の時間関数を微分連続としたことを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記推力発生手段の制御指令値の時間関数は、前記テーブルの制御指令値の時間関数の平方根であることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記テーブルの制御指令値の時間関数は、分割された時間区分において、時間をｔとし、ある連続関数をｆ（ｔ）として、各々の区間において固有の定数ｎ，ｋを用いて、ｋ・｛ｆ（ｔ）｝nと表されることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め装置。
【請求項４】
前記テーブルの制御指令値の時間関数は、時間をｔとし、当該時間関数の推移が開始する時間をｔ０とし、ｔ１〜ｔ７は時間軸上の任意の点で、さらにｔ０＜ｔ１＜ｔ２・・・＜ｔ７とすると、
【数１】
2005063167.tif 000008
で表されることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め装置。
【請求項５】
前記推力発生手段は、前記ステージと前記テーブルの間に設けられた電磁継手であり、
前記テーブル制御手段は前記テーブルのサーボ制御を行い、
前記推力制御手段は、前記電磁継手の磁束制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項６】
定盤上において位置決め可能に設けられたステージと、位置決め対象物を保持し、前記ステージに対して位置決め可能に設けられたテーブルと、前記テーブルに与える推力を発生する推力発生手段とを備える位置決め装置の制御方法であって、
前記テーブルの位置決め制御における当該テーブルの制御指令値の時間関数、並びに前記推力発生手段の制御における当該推力発生手段の制御指令値の時間関数を微分連続としたことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置決め装置によって基板または原版あるいはその双方を位置決めすることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体ウエハや液晶パネル等の平板状基盤に所定のパターンを形成する露光装置などに適用され、ウエハステージやレチクル（マスク）ステージなどを位置決めする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置などに用いられる電磁継手等の推力発生手段を用いたステージ装置としての位置決め装置は、例えば、特許文献１により知られている。この装置は、ステージ定盤上を移動可能なステージと、このステージ上に配設されて位置決め対象物を保持して移動可能なテーブルと、上記ステージの位置決めを行うアクチュエータと、上記テーブルの位置決めを行うアクチュエータと、上記ステージとテーブルの間に配設されてテーブルに与える推力を発生させる電磁継手とを備える。
【特許文献１】特開２０００−１０６３４４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、このような装置では、テーブルの位置サーボ制御を行うための、制御系に与える位置指令値は、最大加速度、最大到達速度、移動量などのパラメータから、まず加速度指令値の時間関数を設定し、この時間関数に２階積分を施すことで算出する。図２に、上記時間関数が時間的に推移する様子を示す。上記時間関数は、図２に示すように、直線的に推移し、台形波の形になるように設定される。図２は、横軸が時間で、縦軸が加速度である。前記時間関数の式は、時間をｔとすると、
【０００４】
【数２】
2005063167.tif 000003
【０００５】
で表せる。
【０００６】
一方、電磁継手が与えるテーブルの推力は、テーブルの加速度指令値と比例する。従って、電磁継手の磁束指令値には、テーブルの前記加速度指令値の時間関数の平方根に、ある定数をかけたものを入力するのが一般的である。
【０００７】
しかし、上記図２に示す式の加速度指令値の時間関数は、微分不連続であるため、広い周波数域において、大きな振動エネルギーを持つ。このような加速度でテーブルを動かすと、さまざまな周波数域において励振され、制振性能において、優位ではない。また、振動制御を行うサーボ制御系にも、過大な負荷がかかる。
【０００８】
上記の問題への対策として、テーブルの加速度指令値を微分連続なものにすることが考えられる。しかし、電磁継手の磁束指令値が微分不連続であると、電磁継手の出力が加速指令値と合致したものでなくなる可能性がある。この結果、電磁継手が発生する推力と、加速度指令値の誤差分を、テーブル駆動用のアクチュエータが補うことになり、アクチュエータにかかる負荷が増大する。また、このため、位置決め装置の制振性能が低下する。
【０００９】
そこで、本発明は、アクチュエータに余分な負荷をかけないように駆動できる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る位置決め装置は、定盤上において位置決め可能に設けられたステージと、位置決め対象物を保持し、前記ステージに対して位置決め可能に設けられたテーブルと、前記テーブルに与える推力を発生する推力発生手段と、前記テーブルを位置決め制御するテーブル制御手段と、前記推力発生手段を制御する推力制御手段とを備え、前記テーブル制御手段における前記テーブルの制御指令値の時間関数、並びに前記推力制御手段における前記推力発生手段の制御指令値の時間関数を微分連続とした。
【００１１】
また、本発明に係る位置決め装置は、定盤上において位置決め可能に設けられたステージと、位置決め対象物を保持し、前記ステージに対して位置決め可能に設けられたテーブルと、前記テーブルに与える推力を発生する推力発生手段とを備え、その制御方法は、前記テーブルの位置決め制御における当該テーブルの制御指令値の時間関数、並びに前記推力発生手段の制御における当該推力発生手段の制御指令値の時間関数を微分連続とした。
【００１２】
また、好ましくは、前記推力発生手段の制御指令値の時間関数は、前記テーブルの制御指令値の時間関数の平方根である。
【００１３】
また、好ましくは、前記テーブルの制御指令値の時間関数は、分割された時間区分において、時間をｔとし、ある連続関数をｆ（ｔ）として、各々の区間において固有の定数ｎ，ｋを用いて、ｋ・｛ｆ（ｔ）｝nと表される。
【００１４】
また、好ましくは、前記テーブルの制御指令値の時間関数は、時間をｔとし、当該時間関数の推移が開始する時間をｔ０とし、ｔ１〜ｔ７は時間軸上の任意の点で、さらにｔ０＜ｔ１＜ｔ２・・・＜ｔ７とすると、
【００１５】
【数３】
2005063167.tif 000004
【００１６】
で表される。
【００１７】
また、好ましくは、前記推力発生手段は、前記ステージと前記テーブルの間に設けられた電磁継手であり、前記テーブル制御手段は前記テーブルのサーボ制御を行い、前記推力制御手段は、前記電磁継手の磁束制御を行う。
【００１８】
更に、本発明は、上記いずれかの位置決め装置によって基板または原版あるいはその双方を位置決めする露光装置にも適用可能である。
【００１９】
本発明によれば、アクチュエータへの負荷が軽減される。また、これにより、位置決め装置の制振性能を向上させることができる。
【００２０】
特に、推力発生手段としての電磁継手の磁束指令値を微分連続とすれば、電磁継手が発生する推力と、テーブルの加速度指令値との誤差が少なくなり、テーブル駆動用のアクチュエータに掛かる負荷が少なくなる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明しように、本発明によれば、アクチュエータへの負荷を軽減できる。また、これにより、位置決め装置の制振性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、露光装置などに用いられる上述の特許文献１の位置決め装置の概略構成要素を示し、ステージ定盤上を移動可能なステージ１と、このステージ１上に配設されて位置決め対象物を保持して移動可能なテーブル２と、上記ステージ１の位置決めを行うアクチュエータ３と、上記テーブル２の位置決めを行うアクチュエータ４と、上記ステージ１とテーブル２の間に配設されてテーブル２に与える推力を発生させる電磁継手５と、ステージ１及びテーブル２のサーボ制御を行う制御器６と、電磁継手５の磁束制御を行う磁束制御系７とを備える。
【００２４】
ステージ１は、アクチュエータ３によって駆動のための推力を与えられ、さらに、ステージ１の位置検出装置（図示せず）からの位置情報をもとに、ステージ１を制御する制御器（図示せず）がサーボ制御を行い、紙面に向かって左右方向に自由に移動して位置決めされる。
【００２５】
ステージ１と電磁継手５を介して接続されているテーブル２は、電磁継手５から推力を与えられ、かつ、アクチュエータ４、制御器６、テーブル２の位置検出装置（図示せず）によって、ステージ１に対するテーブル２の位置の制御を行う。
【００２６】
電磁継手５は、磁束制御系７によって、磁束を磁束制御系７の入力である磁束指令値に追従するように制御する。電磁継手５が発生させるテーブル２の推力は、磁束制御系７によって制御され、磁束の値の２乗に比例する。
【００２７】
また、図３はテーブル２の電磁継手５を含めたサーボ制御系のブロック図を示し、点線枠内に示された磁束制御系７と、電磁継手５と、点線枠内に示された制御器６と、テーブル２とを有している。
【００２８】
制御器６は、テーブル２の位置指令値情報（信号）６０を受け取り、実際のテーブル２の位置情報をフィードバックしているフィードバック情報（信号）６６を、位置指令値情報６０の値から差し引き、偏差情報（信号）６１を生成する。制御計算部６２は偏差情報６１の値を受け取り、制御計算出力としての制御計算情報（信号）６３を算出する。
【００２９】
磁束制御系７は、電磁継手５の磁束指令値情報（信号）７０を受け取る。７１は電磁継手５の磁束制御器、７３は電磁継手５の磁束計測器である。磁束制御器７１と磁束計測器７３を用いて、電磁継手５の磁束を制御するフィードバック系を構成し、磁束制御器７１は推力発生手段としての電磁継手５への磁束指令情報（信号）７２を出力する。７５は電磁継手５を介してテーブル２へ与えられる推力を示す推力情報で、磁束指令情報７２の値の２乗に比例した値となる。
【００３０】
電磁継手５によって発生させた推力に応じた推力情報７５は、加算器６４にて制御計算部６２から出力される制御計算情報６３と足し合わされ、テーブル２を駆動するアクチュエータ４への駆動指令値情報（信号）６５となる。このため、テーブル２は駆動指令値情報６５に基づいて移動することとなる。テーブル２の位置を計測する位置計測器６７からの出力は、テーブル２の実際の位置情報６６となる。
【００３１】
本発明に係る実施の形態としての位置決め装置やその制御方法は、例えば、上記図１で説明した位置決め装置の構成及び図３で説明した制御ブロックにおいて、ステージ１並びにテーブル２の加速度指令値の時間関数を、微分連続であり、かつ、その関数の平方根も微分連続になるように設定している。
【００３２】
具体的には、テーブル２のサーボ制御系に与える位置制御指令値の時間関数を、テーブル２の最大加速度、最終到達速度、移動距離などのパラメータから求め、さらにこの時間関数に２階積分を施すことにより求める。この時間関数は、以下の式４になるよう設定する。即ち、
時間をｔとし、時間関数の推移が開始する時間としてテーブル２の加速が時間ｔ０から始まり、ｔ１〜ｔ７は時間軸上の任意の点で、さらにｔ０＜ｔ１＜ｔ２＜・・・＜ｔ７とすると、
【００３３】
【数４】
2005063167.tif 000005
【００３４】
と設定する。そして、テーブル２の最大加速度、最終到達速度、移動距離などのパラメータから上記ｔ０〜ｔ７、Ａが決定される。
図４（ｂ）は上記式４の関数のグラフを示し、縦軸が加速度、横軸は時間を表している。図４（ａ）は、上記式４に２階積分を施して生成されたテーブル２の位置指令値である。図４（ｂ）に示すグラフと式４から理解されるとおり、式４のテーブル２の加速度指令値の時間関数は、−∞＜ｔ＜∞において微分連続となっている。
【００３５】
上記式４のような微分連続である加速度指令値の時間関数を設定することにより、駆動時にテーブル２に与える振動エネルギーは小さくなり、テーブル２の発振を防ぐことができる。また、制御系にかかる負荷も低減される。
【００３６】
また。電磁継手５の磁束制御系に与える磁束指令値は、式４の時間関数の平方根に比例した値である。つまり、式４の平方根は下記式５となる。
【００３７】
【数５】
2005063167.tif 000006
【００３８】
また、図４（ｃ）に上記式５で表される式４の平方根のグラフを示す。図４（ｃ）と式５から理解されるとおり、式５の時間関数は−∞＜ｔ＜∞において微分連続となっている。
【００３９】
上記式５のように、電磁継手５に与える磁束指令値が微分連続であれば、磁束制御系７の出力である電磁継手５の磁束は、磁束指令値への追従性が向上し、電磁継手５が発生させるテーブル２の推力とテーブル２の加速度指令値の誤差が小さくなり、アクチュエータ４への負荷が小さくなる。
【００４０】
そして、上述した実施形態によれば、式４及び式５のように微分連続かつ平方根も微分連続な時間関数で表される加速度指令値をテーブル２に与えれば、テーブル２の発振を妨ぎ、制御系並びにアクチュエータにかかる負荷も軽くできる。
【００４１】
つまり、ステージ並びにテーブルの加速度指令値の時間関数が微分連続であるので、ステージやテーブルに与える振動エネルギーが小さくなり、サーボ制御系への負荷も軽減される。
【００４２】
また、時間関数の平方根、すなわち電磁継手の磁束指令値が微分連続であることから、電磁継手が発生する推力と、テーブルの加速度指令値との誤差が少なくなり、アクチュエータにかかる負荷が少なくなる。
【００４３】
また、本発明の別の実施形態を示す。時間をｔとし、時間関数の推移が開始する時間としてテーブル２の加速が時間ｔ０から始まり、ｔ１〜ｔ７は時間軸上の任意の点で、さらにｔ０＜ｔ１＜ｔ２＜・・・＜ｔ７とすると、以下の式６のように時間関数を設定する。
【００４４】
【数６】
2005063167.tif 000007
【００４５】
上記式６のように時間関数を設定すると、テーブルの加速度指令値の時間関数と、その平方根が微分連続となるので、上述したとおり、サーボ制御系、アクチュエータにかかる負担が少なくなる。
また、式４よりもｔ３付近において、時間関数の値は緩やかに変化する。この結果、ｔ３経過後のテーブル２の振動整定時間は、式４の関数を採用した場合よりも短くなる。ｔ１からｔ３の区間、すなわちテーブル２の加速時間は、式４よりも大きくなるが、ｔ０からｔ３までのパラメータを最適に設定することにより、加速開始ｔ１からテーブル２の振動が整定する時間を総合的に短縮することができ、結果的に、テーブル２の位置決め性能を高めることができる。
【００４６】
上述した実施の形態のように時間関数を用いて制御される位置決め装置は、例えば、ウエハなどの基板やレチクルなどの原版を移動可能に保持するステージ制御に用いられ、基板または原版あるいはその双方を位置決めし、投影露光する露光装置や、その他の加工装置や計測装置に適用可能である。
【００４７】
図５に、本実施形態をウエハステージとする半導体デバイス製造用の露光装置を示す。
【００４８】
この露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるレチクルＲを介して基板としての半導体ウエハＷ上に光源６１からの露光エネルギーとしての露光光（この用語は、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等の総称である）を投影系としての投影レンズ（この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である）６２を介して照射することによって、基板上に所望のパターンを形成している。
【００４９】
この露光装置は、定盤５１上にガイド５２とリニアモータ固定子２１を固設している。前述と同様に、リニアモータ固定子２１は多相電磁コイルを、リニアモータ可動子１１は永久磁石群を有している。リニアモータ可動子１１を可動部５３として、ステージである可動ガイド５４に接続し、リニアモータＭ１の駆動によって可動ガイド５４を紙面法線方向に移動させる。可動部５３は、定盤５１の上面を基準に静圧軸受５５で、ガイド５２の側面を基準に静圧軸受５６で支持される。
【００５０】
可動ガイド５４を跨ぐようにして配置したステージである移動ステージ５７は静圧軸受５８によって支持されている。この移動ステージ５７は、上記と同様のリニアモータＭ２によって駆動され、可動ガイド５４を基準に移動ステージ５７が紙面左右方向に移動する。移動ステージ５７の動きは、移動ステージ５７に固設したミラー５９および干渉計６０を用いて計測する。
【００５１】
移動ステージ５７に搭載したチャック上に基板であるウエハＷを保持し、光源６１、投影光学系６２によって、原版であるレチクルＲのパターンをウエハＷ上の各領域にステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンで縮小転写する。
【００５２】
なお、本実施形態は、マスクを使用せずに半導体ウエハ上に回路パターンを直接描画してレジストを露光するタイプの露光装置にも、同様に適用できる。
【００５３】
次に、こ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６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Ｓ１（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Ｓ２（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。
【００５４】
一方、ステップＳ３（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Ｓ４（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、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ５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）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）ではステップＳ５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、ステップＳ７でこれを出荷する。
【００５５】
上記ステップＳ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取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剥離ステップ。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】
【００５６】
【図１】露光装置などに用いられる位置決め装置の構成要素を示す図である。
【図２】従来のテーブルの加速度指令値の時間関数のグラフを示す図である。
【図３】電磁継手と磁束制御系を含めたテーブルのサーボ制御系のブロック図である。
【図４】本発明に係る実施形態のテーブルに与える位置指令値、加速度指令値、加速度指令値の平方根の各時間関数のグラフを示す図である。
【図５】本実施形態をウエハステージとして露光装置に適用した一例を示す図である。
【図６】デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。
【図１】
2005063167.tif 000009
【図２】
2005063167.tif 000010
【図３】
2005063167.tif 000011
【図４】
2005063167.tif 000012
【図５】
2005063167.tif 000013
【図６】
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