(57)【要約】【課題】  試料へ回路パターンを描画するに際して、高精度なステージ制御が実現できるステージ制御装置、および半導体製造装置を提供する。【解決手段】  ステージの位置を測定するレーザ干渉計からのステージの位置情報に基づいてステージの移動速度を求めるとともに該移動速度に基づいてステージの移動速度を制御し、ステージを移動させるモータの回転検出器からステージの移動速度を求めるとともに該移動速度に基づいてステージの移動速度を制御し、上記求められたステージの移動速度に基づいて上記移動速度の制御の割合を決定する。【選択図】図１
2005223163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージの位置を測定するレーザ干渉計からのステージの位置情報に基づいてステージの移動速度を求める第一のステップと、該移動速度に基づいてステージの移動速度を制御する第二のステップと、ステージを移動させるモータの回転検出器からのモータの回転数からステージの移動速度を求める第三のステップと、該移動速度に基づいてステージの移動速度を制御する第四のステップと、上記第一または第三のステップで求められたステージの移動速度に基づいて上記第一のステップと第三のステップの移動速度の割合を決定する第五のステップとを備えたことを特徴とするステージ制御方法。
【請求項２】
請求項１において、前記第二または第四のステップは、前記第一または第三のステップで求められた移動速度と予め与えられた目標移動速度との偏差を求めて前記ステージの移動速度を制御することを特徴とするステージ制御方法。
【請求項３】
請求項１において、前記第五のステップは、前記ステージの移動速度に応じて、前記第二のステップによる制御と前記第四のステップによる制御とが混在する場合といずれか一方の制御のみの場合とを選択することを特徴とするステージ制御方法。
【請求項４】
請求項１において、前記第五のステップは、さらに、前記第二のステップのステージ移動速度のゲインと第四のステップのステージ移動速度のゲインの割合を徐々に変化させることを特徴とするステージ制御方法。
【請求項５】
レーザ干渉計で測定されたステージの位置情報に基づいて第一のステージ移動速度を求め、前記ステージを移動させるモータの回転数を検出する回転検出器で検出された回転数から第二のステージ移動速度を求め、前記第一のステージ移動速度と前記第二のステージ移動速度の一方または両方に基づいて前記ステージの移動速度を制御する制御器と、前記第一または第二のステージ移動速度に基づいて前記制御器における前記第一のステージ移動速度と前記第二のステージ移動速度の割合を決定する分配器とを備えたことを特徴とするステージ制御装置。
【請求項６】
請求項５において、前記制御器は、前記第一または第二のステージ移動速度と予め与えられた目標移動速度との偏差に基づいて前記ステージの移動速度を制御することを特徴とするステージ制御装置。
【請求項７】
請求項５において、前記分配器は、前記ステージの移動速度に応じて、前記第一のステージ移動速度と前記第二のステージ移動速度とが混在する場合といずれか一方のステージ移動速度のみの場合とを選択することを特徴とするステージ制御装置。
【請求項８】
請求項５において、前記分配器は、さらに、前記第一のステージ移動速度のゲインと前記第二のステージ移動速度のゲインの割合を徐々に変化させることを特徴とするステージ制御装置。
【請求項９】
半導体ウェハまたはマスク等の試料を搭載するステージと、ステージの位置を測定するレーザ干渉計と、前記ステージを移動させるモータの回転数を検出する回転検出器と、前記レーザ干渉計で測定されたステージの位置情報に基づいて第一のステージ移動速度を求め、前記回転検出器で検出された回転数から第二のステージ移動速度を求め、前記第一のステージ移動速度と前記第二のステージ移動速度の一方または両方に基づいて前記第一のステージ移動速度と前記第二のステージ移動速度のフィードバックの割合を決定して前記ステージの移動速度を制御するステージ制御装置と、ステージを移動させながら前記試料を加工するカラムとを備えたことを特徴とする製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置等に用いられるステージ制御装置，ステージ制御方法、および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの微細化のために半導体デバイスの回路パターンが高密度化してきている。例えば、半導体製造装置のうち電子線を用いて回路パターンを描画する電子線描画装置においては、半導体デバイスが作りこまれる半導体ウェハや、半導体デバイスをリソグラフィ技術で露光転写するためのマスクを載せたステージを連続で移動させながら、半導体ウェハやマスク等の試料に回路パターンを描画する場合に、回路パターンの高密度化はひとつの試料について従来よりも低速で描画するということになり、この結果、ひとつの試料あたりの描画時間が増大する。そして、低速でより微細な回路パターンを試料に描画することから、ステージ制御装置には低速度領域での安定した速度制御が求められている。
【０００３】
ステージ制御装置に関する従来の技術として、アクチュエータとしてのサーボモータとそのサーボモータの回転速度を検出しフィードバックするものが知られているが（非特許文献１参照）、ステージ移動速度の安定性は回転速度検出器の検出能力に依存しており、特に回転検出器のような回転速度検出器を用いた場合では、低速領域において検出器の出力電圧のＳ／Ｎ比が悪くなってしまうため、速度比（最高速度に対する最低速度の比）で１／１００以下となるような低速度領域では、ステージ移動速度の安定性が悪化してしまう。
【０００４】
また、ステージを移動させるモータをサーボ制御する場合に、高精度を必要としないエリアでは、モータのエンコーダのパルスをステージの位置情報として使用するために、ステージの位置を検出するレーザ測長系による位置検出が可能か否かで、レーザ測長系によるステージの位置情報とモータのエンコーダのパルスに基づくステージの位置情報とを切り替え、その結果、レーザ測長系の反射ミラーの長さを短くする技術が知られている（特許文献１参照）。ステージを高速に移動させる場合には、ステージおよび動力伝達系で生じるねじりや歪等の影響により、ステージ位置を測定しているレーザ測長系からの位置信号にステージ振動成分が混入してしまうため、これを用いて速度フィードバックを行うことは得策でない。しかしながら、上述の技術では、反射ミラーの長さによって制御が切り替わる位置があらかじめ制限されており、レーザ測長系による位置検出のエリアではモータのエンコーダからの位置情報による制御ができないため、ステージの高速移動時にステージ振動成分が混入してしまい、ステージの位置検出精度が低下してしまうという欠点がある。
【０００５】
また、ステージを移動させるモータのメンテナンスフリー化と高精度の位置決め装置を実現するために、モータの回転数信号のみでステージの移動が制御される高速移動と、モータの回転数信号とレーザ測長器からのステージの位置情報とに基づいてステージの移動が制御される粗位置決めと、レーザ測長器からのステージの位置情報のみでステージの移動が制御される精密位置決めとを、レーザ測長器からのステージの位置信号に基づいて切り替える技術が知られている（特許文献２参照）。この場合、ステージの移動速度の大小にかかわらずレーザ測長器からのステージの位置情報のみに基づいて制御形態を切り替えているため、上記技術と同様に、ステージの高速移動時にステージ振動成分が混入してしまい、ステージの位置検出精度が低下してしまうという欠点がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−４３９３９号公報（図１）。
【特許文献２】特開平９−７３３１７号公報（図１）。
【非特許文献１】本田昭，城谷聡美著，サーボ制御の理論と実践，日刊工業新聞社、第３２頁，１９９５年。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、試料へ回路パターンを描画するに際して、高精度なステージ制御が実現できるステージ制御装置、および半導体製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を解決するため、本発明の実施態様は、ステージの位置を測定するレーザ干渉計からのステージの位置情報に基づいてステージの移動速度を求めるとともに該移動速度に基づいてステージの移動速度を制御し、ステージを移動させるモータの回転検出器からステージの移動速度を求めるとともに該移動速度に基づいてステージの移動速度を制御し、上記求められたステージの移動速度に基づいて上記移動速度の制御の割合を決定するものである。
【０００９】
また、上記求められた移動速度と予め与えられた目標移動速度との偏差を求めて、ステージの移動速度を制御するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステージの移動速度に応じてステージの移動を制御するため、試料の種類に応じてステージの移動の制御内容を予め設定する手間が必要なく、高精度なステージ制御が実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図２は、半導体製造装置の概略構造を示す縦断面図で、一例として電子線を試料へ照射して回路パターンを描画する電子線描画装置を図示している。電子線描画装置は大きく分けて、電子光学系１２，試料室１３，ステージ制御装置１４，レーザ測長システム１５から構成されている。電子光学系１２は、電子線を取り出す電子源１６と、その電子線を収束させるレンズ系１７と、電子線を偏向する偏向系１８とを備え、試料１９の任意の位置に電子線が照射される。試料室１３には試料１９を載せるステージ６が配置される。電子光学系１２と試料室１３内は真空に保たれる。サーボモータ３に接続されたボールねじ５が回転してステージ６が直線移動される。ステージ６には反射ミラー７が設けられ、レーザ測長システム１５からのレーザ光を反射ミラー７へ照射し、反射光を受光素子８で検出して、ステージの位置を検出する。一方、サーボモータ３の回転数を回転検出器４で検出することによって、ステージ６の位置を検出する。ステージ制御装置１４は、レーザ測長システム１５と回転検出器４から得られたステージ６の位置情報と、ステージ６の目標速度とからサーボモータ３の回転数を演算し、サーボモータを制御して、ステージ６の移動速度が目標速度になるように制御する。
【００１２】
電子線描画装置の動作としては、まず試料１９をステージ６に搭載し、電子源１６から取り出した電子線が回路パターンを描画する所望の位置へ照射されるようにステージ制御装置１４でステージ６を連続移動させる。電子線はレンズ系１７で収束させ、偏向系１８で偏向して試料１９に回路パターンを描画する。
【００１３】
近年の半導体デバイス用の回路パターンでは、数ナノメートルの試料に対する描画位置精度が要求されており、ステージ６の現在位置を精密に測定し、そのステージ位置に応じて電子線を偏向する量を制御する必要がある。そこで、ステージ６の位置を１ナノメートル、またはそれ以下の分解能で測定可能なレーザ測長システム１５が用いられている。
【００１４】
図１は、ステージ制御装置１４の制御ブロック図である。ステージ６の移動速度の目標速度は、描画データに基づいて予め求められる。ステージの移動速度は、回転検出器４でサーボモータ３の回転速度を検出することと、レーザ測長システム１５でステージ６の位置を測定し、微分器９で時間微分することによって得られる。それぞれのステージ移動速度の割合は、ゲイン分配器１０により決定された割合に従って、ゲイン制御器１１ａ，
１１ｂにより調整され、ステージ移動速度と目標速度との偏差を速度偏差としてＰＩ制御器１に入力する。ＰＩ制御器１では、その速度偏差を比例倍に増幅した値と速度偏差を時間積分した値の和を出力する。サーボアンプ２では、ＰＩ制御器１からの出力を、サーボモータ３を駆動できる電力に増幅する。このサーボアンプ２からの出力を得てサーボモータ３が回転する。すると、このサーボモータ３に接続したボールねじ５が回転し、ステージ６を移動させる。
【００１５】
次に、図１に示したゲイン分配器１０とゲイン制御器１１ａ，１１ｂの動作について説明する。ゲイン分配器１０は、回転検出器４からのフィードバックゲイン係数ＫT とレーザ測長システム１５からのフィードバックゲイン係数ＫL を目標速度に応じて分配する制御信号を出力し、ゲイン制御器１１ａ，１１ｂは、ゲイン分配器１０からの制御信号に応じて回転検出器４およびレーザ測長システム１５からのフィードバックゲイン係数ＫT ，ＫL を各々変更する。このとき、先に述べたように、回転検出器４とレーザ測長システム１５から得られた速度信号の和をフィードバックしているため、ステージ移動速度が目標速度に等しくなるように制御するための条件として、回転検出器４のフィードバックゲイン係数ＫT とレーザ測長システム１５のフィードバックゲイン係数ＫL の和を常に一定にする必要がある。したがって、ゲイン分配器１０では次式を満足するようにフィードバックゲイン係数ＫT およびＫL を分配する。
【００１６】
ＫL ＋ＫT ＝１                                                    …数（１）
ただし、
０≦ＫL ≦１，０≦ＫT ≦１                                        …数（２）
図１に示したステージ制御装置１４のゲイン分配器１０におけるゲインの分配割合は、ステージ移動の最低速度と最高速度の比である速度比の大小を考慮する必要がある。ステージ速度検出手段として回転検出器４とレーザ測長システム１５とを比較すると、回転検出器４は、ステージ移動速度が速度比１／１００以下となるような低速領域において、検出電圧のＳ／Ｎ比が悪化してしまうという欠点がある。一方、レーザ測長システム１５を用いれば、例えば位置測定の分解能を１ナノメートル、微分器９にサンプリング制御系を用いたときのサンプリング周期を０.２ ミリ秒とすれば、５マイクロメートル毎秒の速度分解能が得られるため、高精度な速度検出が可能である。従って、低速度領域においては、レーザ測長システム１５からの速度信号をフィードバックする比率を大きくし、回転検出器４からの速度信号をフィードバックする比率を小さくすることによって、低速度領域での速度安定性を改善することができる。
【００１７】
また、ステージ移動速度が速度比１／１００以上のような高速度領域においては、ステージ６や動力伝達系で生じるねじりや歪等の影響により、反射ミラーが歪んだり、反射ミラー７と受光素子８間の距離が変化したりして、ステージ位置を測定しているレーザ測長システム１５からの速度信号にステージ振動成分が混入してしまう。したがって、レーザ測長システム１５による位置情報に基づく速度信号を用いて速度フィードバックを行うことは得策でなく、回転検出器４による速度信号に基づく速度フィードバックを行うことが望ましい。
【００１８】
図３，図４は、ステージ速度とフィードバックゲイン係数との関係図である。図３において、ステージ６の最高速度をＶMAX 、回転検出器４で得られるステージ移動速度に基づいて制御する限界速度をＶL 、レーザ測長システム１５で得られるステージ移動速度に基づいて制御する限界速度をＶH とすると、ステージ移動速度の目標速度が限界速度ＶL より低速域では、フィードバックゲイン係数ＫL ＝１，フィードバックゲイン係数ＫT ＝０とする。また、目標速度が限界速度ＶH からＶMAX までの高速域では、フィードバックゲイン係数ＫT ＝１，フィードバックゲイン係数ＫL ＝０とする。
【００１９】
また、目標速度が限界速度ＶL からＶH の間の場合には、フィードバックゲイン係数
ＫL とフィードバックゲイン係数ＫT を急に切り替えると、レーザ測長システム１５で得られるステージ移動速度と回転検出器４で得られるステージ移動速度との間に差違がそのままフィードバックゲイン係数ＫL とフィードバックゲイン係数ＫT との差になり、ステージの移動速度が急変するように制御されてしまう。したがって、フィードバックゲイン係数ＫL とフィードバックゲイン係数ＫT の割合を、数（１）の条件を満たすように徐々に変更して、ステージ移動速度の制御を滑らかに変更する。
【００２０】
このように、低速度域ではレーザ測長システム１５で得られる高精度なステージ移動速度と、高速度域では回転検出器４で得られるステージ振動成分が混入していないステージ移動速度との両方の値に基づいて、ステージ６の制御を行うようにしたので、全速度域にわたって高精度なステージの移動速度の制御が可能となる。
【００２１】
図４は、図３に示した目標速度が限界速度ＶL からＶH の間の場合の制御の他の例を示し、フィードバックゲイン係数ＫL とフィードバックゲイン係数ＫT の割合を、一次関数でなく任意の高次関数で制御するものである。このようにして、ステージ移動速度を滑らかに制御することができる。
【００２２】
以上のように、本実施例によれば、回転検出器４を用いた速度制御系に加えて、レーザ測長システム１５から得られるステージの位置情報を用いた速度検出手段を設けて、その速度信号をフィードバックすることにより、回転検出器４の検出信号のＳ／Ｎ比が悪くなってしまうような速度比１／１００以下となるような低速度領域ではレーザ測長システムを用いた安定な速度フィードバックが可能となるため、ステージ移動速度を高精度に制御することができる。
【００２３】
また、回転速度の検出には光学式や磁気式エンコーダ等各種あるが、本実施例により限界速度ＶL より低速度域では回転速度の検出情報をステージの移動速度への制御にフィードバックしないので、低速度域で高精度の高価な回転検出器は必要でなくなり、コストの低減にも寄与できる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明による高精度な移動速度を備えたステージを半導体製造装置に応用することにより、微細な半導体デバイスを高精度に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ステージ制御装置１４の制御ブロック図。
【図２】半導体製造装置の概略構造を示す縦断面図。
【図３】ステージ速度とフィードバックゲイン係数との関係図。
【図４】ステージ速度とフィードバックゲイン係数との関係図。
【符号の説明】
【００２６】
１…ＰＩ制御器、２…サーボアンプ、３…サーボモータ、４…回転検出器、５…ボールねじ、６…ステージ、９…微分器、１０…ゲイン分配器、１１ａ，１１ｂ…ゲイン制御器、１４…ステージ制御装置、１５…レーザ測長システム、１９…試料。
【図１】
2005223163.tif 000003
【図２】
2005223163.tif 000004
【図３】
2005223163.tif 000005
【図４】
2005223163.tif 000006