(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を搭載して移動させるステージと、
前記ステージの位置を計測する第１位置計測手段と、
前記第１位置計測手段とは別に設けられた第２位置計測手段と、
前記ステージの駆動力またはこれに比例する物理量を計測するセンサと、
前記第２位置計測手段によって得られた位置計測値に基づいた列ベクトルと前記センサの計測値に基づいた列ベクトルと前記第１位置計測手段によって得られた位置計測値と指令値との差に基づいた列ベクトルとから算出された係数行列を取得し、前記列ベクトルにされたセンサの計測値に前記係数行列を乗じることで算出された補正ベクトルを取得し、前記補正ベクトルによって前記ステージの駆動に起因した前記第１位置計測手段の計測誤差を補正する手段と、を有することを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記第２位置計測手段は、前記物体の位置を計測することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
前記第２位置計測手段によって得られた位置計測値に基づいた列ベクトルは、前記第２位置計測手段の計測値の変動分を示す列ベクトルであり、
前記センサの計測値に基づいた列ベクトルは、前記計測値を示す列ベクトルの変動分であり、
前記第１位置計測値と指令値との差に基づいた列ベクトルは、前記差の変動分を示す列ベクトルであることを特徴とする請求項１または２に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記センサは前記ステージを駆動したときの前記ステージ駆動力またはこれに比例する物理量を計測することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記係数行列は前記ステージを移動させた時の各軸のステージ駆動力の変動量またはこれに比例した物理量と、前記第１および第２位置計測手段の計測差分値の回帰分析とに基づいて求められることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のステージ装置。
【請求項６】
前記センサは、ステージを駆動するモータの電流値をモニタする手段、モータの駆動反力を受ける部分に設置されたロードセルや歪ゲージのいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のステージ装置。
【請求項７】
前記センサによる計測と前記第１位置計測手段による計測とは同時に行なわれることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のステージ装置。
【請求項８】
レチクルのパターンをウエハに露光する露光装置であって、
前記レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系と、
請求項１に記載のステージ装置と、を有し
前記ステージ装置はウエハまたはレチクルを搭載することを特徴とする露光装置。
【請求項９】
前記ステージ装置はウエハを搭載し、
前記第１位置計測手段はレーザ干渉計であり、
前記第２位置計測手段はオフアクシススコープであることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記ステージ装置はレチクルを搭載し、
前記第１位置計測手段はレーザ干渉計であり、
前記第２位置計測手段はレチクルアライメントスコープであることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載された露光装置を用いてウエハを露光する工程と、前記ウエハを現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速高精度の位置決めステージ装置に関するもので、例えば半導体露光装置のレチクル移動ステージ装置やウエハ移動ステージに適用して好適なものである。また、係る位置決めステージ装置を有することを特徴とする露光装置、およびこの露光装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体露光装置に用いられている位置決めステージ装置は、ウエハやレチクルなどの位置制御対象物を搭載し、高精度な位置決め精度を必要とされるため、分解能の高いレーザ干渉計とレーザミラーを組み合わせたステージ位置計測手段が広く用いられていた。
【０００３】
しかしながら、位置制御対象点と位置計測対象点が一致しないために、その間の温度変化や応力変化による変形が位置計測誤差を発生するという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して特開平４−２９１９１０号公報では、図８に示すように、位置計測対象であるレーザミラー１０１と位置制御対象であるウエハ１０２との距離変動を電気マイクロメータ１０６で計測し、この計測値を位置決めレーザ目標値に加味することで、位置制御対象点と位置計測対象点の距離変動を補正する方法を提案している。
【０００５】
しかし、この方法でも電気マイクロメータ１０６をトップテーブル１０４に固定する固定治具１０５の変形や傾斜による計測誤差までは補正できないという問題があった。つまり、追加の測長センサを用いる限り、結局は計測誤差を完全には補正できないため、追加の測長センサを用いることなく位置制御対象点と位置計測点の距離変動を正確に補正する必要があった。
【０００６】
このうち温度変化による計測誤差については、低熱膨張材料の使用や温度調節装置などによって防止できるが、移動時間の短縮化を目的としたステージの高速化は弾性変形による計測誤差を増大させるため、特にステージの弾性変形による当該距離の変動を補正する必要性が高まってきた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明のステージ装置は、物体を搭載して移動させるステージと、
前記ステージの位置を計測する第１位置計測手段と、
前記第１位置計測手段とは別に設けられた第２位置計測手段と、
前記ステージの駆動力またはこれに比例する物理量を計測するセンサと、
前記第２位置計測手段によって得られた位置計測値に基づいた列ベクトルと前記センサの計測値に基づいた列ベクトルと前記第１位置計測手段によって得られた位置計測値と指令値との差に基づいた列ベクトルとから算出された係数行列を取得し、前記列ベクトルにされたセンサの計測値に前記係数行列を乗じることで算出された補正ベクトルを取得し、前記補正ベクトルによって前記ステージの駆動に起因した前記第１位置計測手段の計測誤差を補正する手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、センサによってステージに作用する主たる力またはこれに比例した物理量、例えばステージを駆動するモータの電流値のモニタ値や、モータの駆動反力を受ける部分に設置されたロードセルや歪ゲージなどの計測値などのいずれかを計測し、このセンサの計測値に適切なる係数行列を乗じて得たベクトルによって位置制御対象点と位置計測対象点との距離変動を予測し、これを補正することを特徴とする。
このとき、適切なる係数行列を正確に推定する方法が重要であるため、この係数行列を推定する方法について詳細に述べる。
【００１１】
本発明では、ステージ駆動力が白色ノイズや正弦波掃引の波形になるように指令信号を与え、ステージ駆動力変動またはこれに比例した物理量とステージ位置計測計、さらに別の評価用位置計測計で同時に位置も計測する。
【００１２】
半導体露光装置の場合、露光光軸を基準としてウエハの位置を計測するアライメント計測装置を有しているので、評価用位置計測計にアライメント計測装置を用いると都合がよい。
【００１３】
こうすると、評価用位置計測計の計測値ベクトルは（１）式で表わされる。
Ｄｘ＋ｄｘ＝Ｄｘ0 ＋ｄｘ0 ＋Ａ（Ｆe ＋ｆe ）＋ｄｘe     （１）
ここで、
Ｄｘ：評価用位置計測計の値の平均を示す列ベクトル
ｄｘ：評価用位置計測計の値の変動を示す列ベクトル
Ｄｘ0 ：ステージ位置計測計の値と指令値の差、つまり位置偏差の平均値を示す列べクトル
ｄｘ0 ：位置偏差の変動分を示す列ベクトル
Ａ：係数行列
Ｆe ：ステージ駆動力またはこれに比例した物理量を示す列べクトルの平均値
ｆe ：ステージ駆動力またはこれに比例した物理量を示す列べクトルの変動分
ｄｘe ：その他の誤差
【００１４】
次に、（１）式の両辺から定数項を除去すると（２）式となる。
ｄｘ＝ｄｘ0 ＋Ａｆe ＋ｄｘe     （２）
このとき、係数行列の推定値Ａは補正残差ｄｘe の自乗和が最小になるように求める。
【００１５】
具体的には、疑似逆行列を用いた次式（３）などで求めることができる。
Ａ＝（ｄｘ−ｄｘ0 ）* ｐｉｎｖ（ｆe ）    （３）
ここで、
ｐｉｎｖ（* ）：疑似逆行列を示す
【００１６】
こうして求めた係数行列Ａと、センサによって常に計測しているステージ駆動力またはこれに比例した物理量を示す列ベクトルの積によって求められる補正ベクトルによって、ステージの弾性変形を原因とするステージ位置計測値の誤差を取り除くことができる。
【００１７】
なお、センサによるステージ駆動力またはこれに比例した物理量の計測と、ステージ位置計測のタイミングに時間差があると補正は不正確になるので、両者の計測は同時に行うことが好ましい。
【００１８】
以上のように、本来計測すべき位置計測目標点と実際に計測している位置計測対象点の間に距離があり、ステージ駆動力による弾性変形によってこの距離が変化してしまう位置決めステージにおいて、少なくともステージ駆動力による計測誤差を補正する。
【００１９】
この場合、ステージの固有振動を励起する高周波領域では補正できない場合があるが、ステージ可動体の固有振動数が十分に高い場合、また、ステージ可動体の固有振動数が低い場合でもステージ駆動力が作用しない状態に移行し高周波の振動が減衰した状態、つまり、ステージが静止したり一定速度で移動している状態では、ステージ変形による計測誤差の高周波成分は小さくなるので、実用上は大きな問題にはならない。
【００２０】
本実施の形態では誤差成分を予測できるため、重ね合わせ精度を維持したままスループットの向上を図ることもできる。さらに、本手段を用いることにより、構造体に要求される性能が、高剛性という観点よりも、再現性が良いという観点に重点が置かれることになり、ステージ構造体における必要以上の重量アップを防ぐことが出来るようになる。
【００２１】
本発明の実施に当たっては、ステージ駆動力またはそれに比例する物理量を計測するセンサの取り付けと計測制御ソフトの改良だけで対応できるため、大幅な設計変更は不要であり、実施は簡単である。
【００２２】
【実施例】
以下により具体的な実施例を説明する。
【００２３】
図１と図２、図３に示す第１の実施例は、投影露光装置のウエハステージに適用し、評価用位置計測計にアライメント用ＴＴＬ−オフアクシススコープを用いて補正係数を推定した例である。
【００２４】
図１において、１は投影レンズ、２は本体構造体、３はウエハステージ用レーザ干渉計、４はＴＴＬ−オフアクシススコープ、５はウエハステージ、６はＴＴＬ−オフアクシススコープ用マークである。また上述したような、ステージに作用する力またはこれに比例した物理量を計測する不図示のセンサが設けられている。同図のウエハステージ５を詳細に示したものが、図２と図３である。
【００２５】
図２において、７はウエハ、８はＸ軸用レーザ干渉計ミラー、９はＹ軸用レーザ干渉計ミラー、１０はウエハステージ天板、１８はＸ軸スライダ、１９はＹ軸スライダ、２０はＹ軸駆動リニアモータ可動子、２１はＹ軸駆動リニアモータ固定子、２２はウエハステージ定盤である。
【００２６】
図３において、１１はＺチルトアクチュエータ、１２はθｚステージ、１３は板バネガイド、１４はθｚアクチュエータ、１５はＸＹステージ、１６はＸ軸駆動リニアモータ可動子、１７はＸ軸駆動リニアモータ固定子である。
【００２７】
このような形態において、まず係数行列Ａの推定について説明する。
まず、ウエハ７上に書き込まれたマーク６が、ＴＴＬ−オフアクシススコープで計測できる位置まで移動させる。この状態から各軸のアクチュエータ、つまりＸ軸リニアモータ、Ｙ軸リニアモータ、θｚ軸アクチュエータ、Ζチルト軸を１軸づつ振動させ、各軸の駆動電流値とＴＴＬ−オフアクシススコープのＸ軸とＹ軸の計測値、Ｘ軸レーザ干渉計３の偏差、不図示のＹ軸レーザ干渉計偏差、および不図示のθｚ軸レーザ干渉計偏差を計測する。
【００２８】
これらの値を（３）式に適用すれば比例定数行列Ａが求められ、これにセンサの計測値を乗じた補正ベクトルを用いればステージ駆動力による弾性変形を原因とするウエハステージ各軸レーザ干渉計の計測誤差を補正できる。
なお、係数行列は、ウエハショット位置によって変化するので、代表的なショット位置で求めた係数行列をショット位置に応じて補間近似して用いる。
【００２９】
図４に示す第２の実施例は、第１の実施例におけるＴＴＬ−オフアクシススコープに代わって、投影レンズを介さない２３のオフアクシススコープを用いた場合である。
この場合、レーザ干渉計の補正は、２４のオフアクシススコープ用マークを用いてグローバルアライメントを計測する際に使用される。
【００３０】
図５に示す第３の実施例は、走査型投影露光装置のレチクルステージに適用した例である。
図５において、２５はレチクルステージ用レーザ干渉計、２６はレーザ干渉計ミラー、２７はレチクルアライメントスコープ用マーク、２８はレチクルアライメントスコープ、２９はレチクル、３０はリニアモータ固定子、３１はリニアモータ可動子、３２はレチクルステージ、３３は照明系である。
また上述したような、ステージに作用する力またはこれに比例した物理量を計測する不図示のセンサが設けられている。
【００３１】
このような形態において、まず係数行列Ａの推定について説明する。
まず、レチクル２９上に書き込まれたレチクルアライメントスコープ用マーク２７が、レチクルアライメントスコープ２８で計測できる位置まで移動させる。この状態から各軸のアクチュエータ、つまりＹ軸リニアモータを振動させ、その駆動電流値とレチクルアライメントスコープのＹ軸レーザ干渉計偏差を計測する。
【００３２】
これらの値を（３）式に適用すれば、比例定数行列Ａが求められ、これにセンサの計測値を乗じた補正ベクトルを用いれば、ステージ駆動力による弾性変形を原因とするレチクルステージＹ軸レーザ干渉計の計測誤差を補正できる。
【００３３】
（デバイス生産方法の実施例）
次に上記説明した露光装置を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
図６は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス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、上記用意した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、これが出荷（ステップ７）される。
【００３４】
図７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形成する。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）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。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が形成される。
本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のように距離センサを追加しなくても、ステージ駆動力による弾性変形を原因とするステージ位置計測誤差を正確に除くことができるため、容易にステージの高精度化が図れる。
【００３６】
また、ステージの高速化によってステージ駆動力が増大しても、ステージ構造体を高剛性化する必要がないので、ステージの高精度化と高速化を高いレベルで両立することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施例である半導体露光装置の図である。
【図２】  第１の実施例である半導体露光装置のステージ正面図である。
【図３】  第１の実施例である半導体露光装置のステージ断面図である。
【図４】  第２の実施例である半導体露光装置の図である。
【図５】  第３の実施例である半導体露光装置の図である。
【図６】  微小デバイスの製造のフロー図である。
【図７】  ウエハプロセスの詳細なフロー図である。
【図８】  従来技術の例である。
【符号の説明】
１：投影レンズ、２：本体構造体、３：ウエハステージ用レーザ干渉計、４：ＴＴＬ−オフアクシススコープ、５：ウエハステージ、６：ＴＴＬ−オフアクシススコープ用マーク、７：ウエハ、８：Ｘ軸用レーザ干渉計ミラー、９：Ｙ軸用レーザ干渉計ミラー、１０：ウエハステージ天板、１１：Ζチルトアクチュエータ、１２：θｚステージ、１３：板バネガイド、１４：θｚアクチュエータ、１５：ＸＹステージ、１６：Ｘ軸駆動リニアモータ可動子、１７：Ｘ軸駆動リニアモータ固定子、１８：Ｘ軸スライダ、１９：Ｙ軸スライダ、２０：Ｙ軸駆動リニアモータ可動子、２１：Ｙ軸駆動リニアモータ固定子、２２：ウエハステージ定盤、２３：オフアクシススコープ、２４：オフアクシススコープ用マーク、２５：レチクルステージ用レーザ干渉計、２６：レーザ干渉計ミラー、２７：レチクルアライメントスコープ用マーク、２８：レチクルアライメントスコープ、２９：レチクル、３０：Ｙ軸リニアモータ固定子、３１：Ｙ軸リニアモータ可動子、３２：レチクルステージ、３３：照明系、１０１：レーザ干渉計ミラー、１０２：ウエハ、１０３：ウエハ保持回転機構、１０４：トップテーブル、１０５：固定治具、１０６：電気マイクロメータ。
【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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