(57)【要約】【課題】  ステージを第１の駆動軸に沿って駆動した際に第２の駆動軸の制御系に入力される外乱を抑制すること。【解決手段】  位置決め装置は、Ｘステージ１と、Ｘステージ１をＸ軸に沿って駆動するリニアモータ(X軸)４と、ＹステージをＹ軸に沿って駆動するリニアモータ(Y軸)５と、ステージ１のＸ，Ｙ軸方向での位置情報を検出するレーザー干渉計７a,７bと、レーザー干渉計７a, ７bの検出結果に基づいてリニアモータ(X軸)４、リニアモータ(Y軸)５を制御する制御部８と、を備える。制御部８は、レーザー干渉計７a,７bで検出したＸ軸方向でのステージ１の位置情報に基づいて、リニアモータ(X軸)４がステージ１をＸ軸方向に駆動するときにリニアモータ(X軸)４によってＹ軸方向に生じる力を打ち消すようにリニアモータ(Y軸)５を制御する。【選択図】図１
2005303196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージと、
前記ステージを第１駆動軸に沿って駆動する第１アクチュエータと、
前記ステージを第２駆動軸に沿って駆動する第２アクチュエータと、
前記ステージの前記第１、第２駆動軸方向での位置情報を検出する検出器と、
前記検出器の検出結果に基づいて前記第１、第２アクチュエータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記検出器で検出した前記第１駆動軸方向での前記ステージの位置情報に基づいて、前記第１アクチュエータが前記ステージを前記第１駆動軸方向に駆動するときに前記第１アクチュエータによって前記第２駆動軸方向に生じる力を打ち消すように前記第２アクチュエータを制御することを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記検出器で得られた位置情報に基づいて、速度情報及び加速度情報を算出し、これらに所定のゲインを掛け合わせた値を前記第２アクチュエータを駆動するための目標駆動指令値から減算す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】
前記制御器は、
前記検出器で得られた位置情報にゲインＫｐを掛け合わせる第１の比例要素と、
前記検出器で得られた位置情報を１次微分する第１の微分要素と、
前記検出器で得られた位置情報を２次微分する第２の微分要素と、
前記第１の微分要素の出力にゲインＫｖを掛け合わせる第２の比例要素と、
前記第２の微分要素の出力にゲインＫａを掛け合わせる第３の比例要素と、
を備え、
前記第１、第２、第３の比例要素の出力を足し合わせた値を前記第２アクチュエータを駆動するための目標駆動指令値から減算す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４】
前記制御器は、
入力された前記ステージの位置目標値にゲインＫｐを掛け合わせる第１の比例要素と、
入力された前記ステージの速度目標値にゲインＫｖを掛け合わせる第２の比例要素と、
入力された前記ステージの加速度目標値にゲインＫａを掛け合わせる第３の比例要素と、
を備え、
前記第１、第２、第３の比例要素の出力を足し合わせた値を前記第２アクチュエータを駆動するための目標駆動指令値から減算す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５】
前記第１駆動軸と前記第２駆動軸とは略直交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項に記載の位置決め装置。
【請求項６】
前記ステージは、
前記第１アクチュエータによって前記第１駆動軸に沿って駆動される第１ステージと、
前記第１ステージ上に非接触で配置されて前記第２アクチュエータによって前記第２駆動軸に沿って駆動される第２ステージと、
を備え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項に記載の位置決め装置。
【請求項７】
前記検出器は、レーザー干渉計を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の位置決め装置。
【請求項８】
原版に形成されたパターンを基板に投影するための光学系と、
前記基板または前記原版を保持し位置決めを行う請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の位置決め装置と、
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項９】
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８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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板にパターンを形成するための位置決め装置、この位置決め装置を用いた露光装置及び半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置に用いられるウェハステージやレチクルステージ等のステージを位置決めする位置決め装置は、X、Y、Zの並進方向及びピッチ、ロール方向などの回転方向にステージを駆動することができる。このような位置決め装置は、一般的に、静圧軸受や電磁石などを用いて、ステージを各駆動軸に沿って駆動することができる。また、このような位置決め装置は、レーザー干渉計、リニアエンコーダ等の位置測定装置を用いてステージ位置を検出し、ボールねじ、リニアモータ等のアクチュエータによってステージに駆動力を与え、位置決めサーボ制御又は速度サーボ制御によってステージ位置を制御する。
【特許文献１】特開２０００−３３９０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の位置決め装置では、ステージを１自由度方向に沿って駆動させる際に、アクチュエータがこの駆動軸方向に平行でない推力を発生させる場合がある。この場合、他の軸方向に力が発生してしまう。図３は、他の軸方向に力が発生する原理を説明するための図である。図３（ａ）は正面図、図３（ｂ）は平面図である。図３（ｂ）の平面図において図面縦方向をＸ軸（下方向が正）、図面横方向をＹ軸（右方向が正）とする。Ｘステージ２１はＸ軸方向に駆動可能であり、Ｙステージ２２はＹ軸方向に駆動可能である。Ｘステージ２１は、駆動アクチュエータ２３によって駆動される。また、Ｘステージ２１は、Ｘステージガイド２５によって、Ｙ方向に拘束される。したがって、Ｘステージ２１は、Ｘ方向に駆動される。Ｙステージ２２は、Ｘステージ２１上に設けられたＹステージガイド（不図示）によってＹ方向に駆動される。
【０００４】
アクチュエータ２３は、Ｘステージ２１を駆動させるために推力Ｆを発生させる。図３（ｂ）に示すように、推力ＦがＸ軸に対して傾きを持つ場合、推力ＦはＹ軸方向成分の力を有する。この場合、推力Ｆは、Ｘ軸、Ｙ軸に対してＦｘ成分、Ｆｙ成分にそれぞれ分解される。このとき、Ｙ軸方向に生じる力の成分Ｆｙは、Ｘステージ２１にＸ方向に対して拘束されているＹステージ２２のサーボ制御系に外乱として入力され、Ｙステージ２２の位置決め精度を悪化させる。
【０００５】
図４は、他の軸方向に力が発生する原理を説明するためのもう１つの図である。図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は平面図である。図４（ｂ）に示すように、例えば、アクチュエータ２３がＸ軸に平行でない場合では、Ｘステージ２１を駆動させたときに生じる変位Ｘ及び速度Ｖは、Ｘ軸成分だけではなくＹ軸成分をも有する。この場合、変位Ｘ及び速度Ｖは、Ｘ軸、Ｙ軸に対してＸｘ、Ｘｙ、Ｖｘ、Ｖｙにそれぞれ分解される。Ｙ方向に生じた変位Ｘｙ、速度Ｖｙは、例えば、Ｙステージ２２を拘束するアクチュエータ２４のバネ性、ダンパネス等によって、力の外乱としてＹステージ２２の制御系に入力される。その結果、Ｙステージ２２の位置決め精度が悪化する。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ステージを第１の駆動軸に沿って駆動した際に第２の駆動軸の制御系に入力される外乱を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面は、ステージと、前記ステージを第１駆動軸に沿って駆動する第１アクチュエータと、前記ステージを第２駆動軸に沿って駆動する第２アクチュエータと、前記ステージの前記第１、第２駆動軸方向での位置情報を検出する検出器と、前記検出器の検出結果に基づいて前記第１、第２アクチュエータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記検出器で検出した前記第１駆動軸方向での前記ステージの位置情報に基づいて、前記第１アクチュエータが前記ステージを前記第１駆動軸方向に駆動するときに前記第１アクチュエータによって前記第２駆動軸方向に生じる力を打ち消すように前記第２アクチュエータを制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の側面は、露光装置に係り、原版に形成されたパターンを基板に投影するための光学系と、前記基板または前記原版を保持し位置決めを行う請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の位置決め装置と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３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８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。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステージを第１の駆動軸に沿って駆動した際に第２の駆動軸の制御系に入力される外乱を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
[第１の実施形態]
図１及び図２は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置を説明するための図である。図１は正面図、図２は上面図である。図１において図面手前方向及び図２において図面下方向を正とする軸は、Ｘ軸(第１駆動軸)である。また、図１、図２において図面右方向を正とする軸は、Ｙ軸(第２駆動軸)である。定盤６の上には、静圧軸受や電磁石などによってＸステージ１が非接触で配置される。Ｘステージ１は、静圧軸受３によってＹ軸方向に拘束され、Ｘ軸方向に駆動可能である。リニアモータ４は、Ｘステージ１にＸ方向の推力を与え、Ｘステージ１をＸ方向に駆動する。Ｘステージ１の上には、静圧軸受や電磁石などによってＹステージ２が非接触で配置され、Ｙ軸方向に駆動可能である。リニアモータ５は、Ｙステージ２にＹ方向の推力を与える。
【００１２】
レーザー干渉計７aは、Ｘステージ１の位置を検出する（図２を参照）。レーザー干渉計７ｂは、Ｙステージ２の位置を検出する。制御器８は、本実施形態に係る位置決め装置の各構成要素を制御する。具体的には、制御器８は、レーザー干渉計７a、７ｂで取得したＸステージ１及びＹステージ２の位置情報と目標値との制御偏差に基づいてリニアモータ４、５が発生する推力値を計算し、リニアモータ４，５を駆動するための目標駆動指令値を出力する。すなわち、制御部８は、レーザー干渉計７a、７ｂで検出したＸ軸方向でのステージの位置情報に基づいて、リニアモータ４がＸステージ１をＸ軸方向に駆動するときにＹ軸方向に生じる力を打ち消すようにリニアモータ５を制御する。目標値生成器９は、Ｘステージ１及びＹステージ２の位置情報（例えば、位置、速度、加速度）の目標値を生成して、制御器８に与える。なお、Ｙステージ２は、Ｘステージ２１上に設けられたＹステージガイド（不図示）によってＹ方向に駆動される。
【００１３】
制御器８としては、例えばデジタル演算用プロセッサを用いることができる。この場合、制御器８は、レーザー干渉系７aで取得した位置情報をデジタル変換したものと、目標値生成器９で生成されたＸステージ１の位置目標値とに基づいて制御偏差を算出し、これをフィルタ等の制御演算器を通して目標駆動指令値を求め、デジタル−アナログ変換器でアナログ変換した後にリニアモータ４に出力することによって、Ｘステージ１のサーボ制御演算を行う。同様に、Ｙステージ２においても、レーザー干渉計７ｂで取得した位置情報に基づいて計算した目標駆動指令値を、リニアモータ５に出力することによって、サーボ制御を実現する。
【００１４】
Ｘステージ１の位置目標値を変化させて、Ｘステージ１をＸ軸方向に駆動させる場合を考える。Ｘステージガイド３、リニアモータ４の寸法公差や取り付け時の誤差などにより、Ｘステージ１に与えられる推力、Ｘステージ１の速度、加速度がＸ軸に対して完全に平行でない場合、これらの推力、速度、加速度はＸ方向とＹ方向に分解できる。この推力のＹ方向成分はそのまま外乱として、速度、加速度のＹ方向成分は、バネ性、ダンパネスを与えるアクチュエータや周囲に存在する気体などのバネ定数、ダンパ係数などを掛け合わせた値が外乱として、Ｙステージ２のＹ方向の制御系に入力される。Ｙステージ２のＹ方向の制御系に入力された外乱は、Ｙステージ２の目標駆動指令値に加算されるため、Ｙステージ２の位置決め精度を悪化させる。
【００１５】
図５は、上記の外乱を除去する制御器８のブロック線図である。Ｙステージ２の位置目標値Uyは、目標値生成器９から与えられる。Ｙステージ２の位置Pos_yは、レーザー干渉計７bで取得したものである。UyとPos_yは加え合わせ点３１で引き算され、制御偏差（＝Uy−Pos_y）が求められる。この制御偏差は、制御演算器３２を通して目標駆動指令値となる。制御演算器３２の出力である目標駆動指令値は、デジタル−アナログ変換器３１０でアナログ変換した後に、リニアモータ５のドライバ３１１に指令値として入力される。その結果、リニアモータ５に所望の電流が流れ、Ｙステージ２に推力が発生する。
【００１６】
Ｘステージ１の位置Pos_xは、レーザー干渉計７aで取得したものである。Ｘステージ１の位置Pos_xは、比例要素３４によって、比例ゲインKpが掛け合わされる。また、Ｘステージ１の位置Pos_xは、微分要素３７によって一次微分され、微分要素３８によって二次微分される。微分要素３７の出力は、比例要素３５によって比例ゲインKｖが掛け合わされ、比例要素３６によって比例ゲインKａが掛け合わされる。すなわち、微分要素３７の出力はＸステージ１の速度に比例した値、微分要素３８の出力はＸステージ１の加速度さらには推力に比例した値となる。その後、加え合わせ点３９において比例要素３４、微分要素３７及び微分要素３８の出力が足し合わされる。比例ゲインKp、Kv、Kaの値が最適であれば、加え合わせ点３９の出力は、Ｘステージ１を駆動したときの影響でＹステージ２に入力される外乱とほぼ同値となる。したがって、加え合わせ点３９の出力値を制御演算器３２の出力であるＹステージ２の目標駆動指令値から減算すれば、Ｙステージ２の制御系に入力される外乱を打ち消すことができる。
【００１７】
比例ゲインKp、Kv、Kaは、予め最適値を算出し、制御器８のプロセッサ内に値を保存しておく。比例ゲインKp、Kv、Kaは、Ｘステージ１にノイズ入力を与えたときに得られるＸステージ１−Ｙステージ２間の周波数特性の実測値と、比例ゲイン、１次微分器及び２次微分器の和で構成された伝達関数を持つ、Ｘステージ１−Ｙステージ２間の他軸干渉シミュレータで求めた前記周波数特性とを比較して、シミュレータ内に構成される比例ゲイン、１次微分器ゲイン、２次微分器ゲインを調整し、両者の値が一致する時の値若しくはある一定のトレランス条件を満たす時の値を最適値とすればよい。
[第２の実施形態]
次に、本発明の好適な第２の実施形態に係る位置決め装置について説明する。本実施形態の位置決め装置の構成は、第１の実施形態と同様であるため、図１を参照して説明する。また、Ｘステージ１を駆動したときの影響でＹステージ２に外乱が入力される原理も、第１の実施形態と同様である。
【００１８】
図６は、Ｘステージ１を駆動したときの影響で入力されるＹステージ２の外乱を除去する制御器８のブロック線図である。Ｙステージ２の位置目標値Uyは、目標値生成器９から与えられる。Yステージ２の位置Pos_yは、レーザー干渉計７bで取得したものである。UyとPos_yは、加え合わせ点４１で引き算され、制御偏差（＝Uy−Pos_y）が求められる。加え合わせ点４１は、制御器４２に対してこの制御偏差を出力する。制御器４２の出力は目標駆動指令値となり、デジタルーアナログ変換器４８でアナログ信号に変換された後に、リニアモータ５のドライバ４９に指令値として入力される。その結果、リニアモータ５に所望の電流が流れ、Ｙステージ２に推力が発生する。
【００１９】
本実施形態では、目標値生成器９は、Xステージ１の位置目標値Ux、速度目標値Vx及び加速度目標値Axなどを、Xステージ１のサーボ制御系において制御目標値やフィードフォワード値などに利用するため、予め生成してある。したがって、第１の実施形態における微分要素３７及び微分要素３８が不要となる。目標値生成器９からの出力値に比例要素４４、４５、４６においてそれぞれ比例ゲインKp、Kv、Kaが掛け合わせられて、加え合わせ点４７で比例要素４４、４５、４６からの出力が足し合わされる。比例ゲインKp、Kv、Kaの値が最適であれば、加え合わせ点４７の出力は、Ｘステージ１を駆動したときの影響でＹステージ２に入力される外乱とほぼ同値となる。これを、加え合わせ点４３において、制御演算器４２の出力であるＹステージ２の目標駆動指令値から減算すれば、Ｙステージ２の制御系に入力される外乱を打ち消すことができる。
【００２０】
Kp、Kv、Kaの値は、第１の実施形態と同様にして、予め最適値を算出し、制御器８のプロセッサ内に値を保存しておく。すなわち、比例ゲインKp、Kv、Kaの最適値は、Ｘステージ１−Ｙステージ２間の周波数特性を実機での実測値とシミュレータによるシミュレーション値とで比較し、シミュレータ内に構成されている比例ゲイン、１次微分器ゲイン及び２次微分器ゲインを調整し、実機の周波数特性と一致するもの若しくはある一定のトレランス条件を満たすものを採用すればよい。
【００２１】
なお、第１、第２の実施形態において、位置検出装置７a、７bとしてレーザー干渉系を用いたものを挙げたが、本発明はこれに限定されず、その他の位置検出装置、例えばリニアエンコーダなどの測距装置を用いても同様の効果が得られる。
【００２２】
また、第１、第２の実施形態において、非干渉化手段としてデジタル演算用プロセッサを用いたものを挙げたが、本発明はこれに限定されず、アナログ回路で構成される微分器、加算器、増幅器などを用いた場合でも同様の効果が得られる。
【００２３】
以上に説明したとおり、本発明によれば、２自由度以上の自由度を持つ位置決め装置において、第１の駆動軸に沿って駆動した際に第２の駆動軸の制御系に入力される外乱に対し、位置決め装置の第１の駆動軸に対する位置、速度、加速度に最適化されたゲインをかけて、第２の駆動軸の目標駆動指令値から減算することにより、外乱を抑制することが出来る。その結果、位置決め装置の位置決め性能の向上を図ることが出来る。
[応用例]
図７は、本発明の位置決め装置を半導体デバイスの製造プロセスに用いられる露光装置に適用した場合における露光装置の構成を示す概略図である。図７において、照明光学系１０１から出た光は原版であるレチクル１０２上に照射される。レチクル１０２はレチクルステージ１０３上に保持され、レチクル１０２のパターンは、縮小投影レンズ１０４の倍率で縮小投影されて、その像面にレチクルパターン像を形成する縮小投影レンズ１０４の像面は、Ｚ方向と垂直な関係にある。露光対象の試料である基板１０５表面には、レジストが塗布されており、露光工程で形成されたショットが配列されている。制御対象としての基板１０５は、ステージ天板６上に載置されている。ステージ天板６は、基板１０５を固定するチャック、Ｘ軸方向とＹ軸方向に各々水平移動可能な駆動器としてのＸＹステージ等を有する。ステージ天板６の位置情報は、ステージ天板６に固着されたミラー１０７に対して、レーザー干渉計７ａ、７ｂにより計測されている。レーザー干渉計７ａ、７ｂにより計測されている。制御器８は、レーザー干渉計７a、７ｂで取得したステージ天板６の位置情報と目標値との制御偏差に基づいてステージ天板６を制御する。
【００２４】
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８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１（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（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェ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５によって作製されたウェ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７でこれを出荷する。
【００２５】
上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウェハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウェハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウェハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウェ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ェハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウェ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、ウェ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】
【００２６】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置を示す図である。
【図２】本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置を示す図である。
【図３】他の軸方向に力が発生する原理を説明するための図である。
【図４】他の軸方向に力が発生する原理を説明するための図である。
【図５】Ｙステージの外乱を除去する制御器のブロック線図である。
【図６】Ｙステージの外乱を除去する制御器のブロック線図である。
【図７】本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置を適用した露光装置の概念図である。
【図８】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。
【符号の説明】
【００２７】
１…Ｘステージ、２…Ｙステージ、３…静圧軸受、４…リニアモータ(X軸)、５…リニアモータ(Y軸)、６…定盤、７(７a,７b)…レーザー干渉計、８…制御器、９…目標値生成器
【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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