(57)【要約】【課題】状態量を安定化させるために要する時間を抑制できる制御系の設計方法を提供する。【解決手段】制御対象の状態量をフィードフォワード制御する第１制御器を含む制御系の設計方法は、状態量に関する制御対象の伝達関数を導出することと、制御対象及び第１制御器を含む全系の目標応答波形を設定することと、制御対象の伝達関数の次数と同じ回数だけ微分した前記目標応答波形の微分波形を導出することと、微分波形を用いて、目標応答波形が得られるように、第１制御器による制御対象に対する入力波形を求めることと、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の状態量をフィードフォワード制御する第１制御器を含む制御系の設計方法であって、
前記状態量に関する前記制御対象の伝達関数を導出することと、
前記制御対象及び前記第１制御器を含む全系の目標応答波形を設定することと、
前記制御対象の伝達関数の次数と同じ回数だけ微分した前記目標応答波形の微分波形を導出することと、
前記微分波形を用いて、前記目標応答波形が得られるように、前記第１制御器による前記制御対象に対する入力波形を求めることと、を含む制御系の設計方法。
【請求項２】
前記微分波形に関する伝達関数を所定のゲイン係数を用いて表すことを含み、
前記制御対象の伝達関数の逆関数の分子の係数を前記ゲイン係数に代入する請求項１記載の制御系の設計方法。
【請求項３】
前記状態量に関する前記制御対象の出力に基づいて前記入力波形をフィードバック制御する第２制御器を設計することを含む請求項１又は２記載の制御系の設計方法。
【請求項４】
前記状態量は、温度、湿度、及び圧力の少なくとも一つを含む請求項１〜３のいずれか一項記載の制御系の設計方法。
【請求項５】
制御対象の状態量を制御する制御方法であって、
請求項１〜４のいずれか一項の設計方法を用いて制御系を設計することと、
前記設計された制御系を用いて制御対象を制御することと、を含む制御方法。
【請求項６】
露光光で基板を露光する露光装置の制御方法であって、
前記露光装置は、状態量が変化する部位を含み、
前記部位の状態量を請求項５の制御方法を用いて制御する制御方法。
【請求項７】
前記露光光の光路に配置される光学素子の温度を制御する請求項６記載の制御方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載の制御方法で制御される露光装置を用いて基板を露光することと、
露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項９】
制御対象の状態量を制御する制御装置であって、
請求項１〜４のいずれか一項の設計方法を用いて設計された制御系を含む制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御系の設計方法、制御方法、デバイス製造方法、及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置は、パターンが形成されたマスクを露光光で照明し、そのマスクからの露光光で感光性の基板を露光する。露光装置は、例えば特許文献１に開示されているように、チャンバ装置と呼ばれる環境制御系によって、露光光が通過する空間の環境を制御して、露光を実行する。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／００５８４２６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、チャンバ装置内の温度、あるいは露光光の光路に配置される光学素子の温度等の状態量を安定化させるために要する時間が長くなると、露光装置の稼動率が低下する可能性がある。その結果、デバイスの生産性が低下する。
【０００４】
本発明の態様は、状態量を安定化させるために要する時間を抑制できる制御系の設計方法、制御方法、及び制御装置を提供することを目的とする。また本発明の態様は、生産性の低下を抑制できるデバイス製造方法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】
【０００５】
本発明の第１の態様に従えば、制御対象の状態量をフィードフォワード制御する第１制御器を含む制御系の設計方法であって、状態量に関する制御対象の伝達関数を導出することと、制御対象及び第１制御器を含む全系の目標応答波形を設定することと、制御対象の伝達関数の次数と同じ回数だけ微分した前記目標応答波形の微分波形を導出することと、微分波形を用いて、目標応答波形が得られるように、第１制御器による制御対象に対する入力波形を求めることと、を含む制御系の設計方法が提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様に従えば、制御対象の状態量を制御する制御方法であって、第１の態様の設計方法を用いて制御系を設計することと、設計された制御系を用いて制御対象を制御することと、を含む制御方法が提供される。
【０００７】
本発明の第３の態様に従えば、第２の態様の制御方法で制御される露光装置を用いて基板を露光することと、露光された基板を現像することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の第４の態様に従えば、制御対象の状態量を制御する制御装置であって、第１の態様の設計方法を用いて設計された制御系を含む制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、状態量を安定化させるために要する時間を抑制できる。また本発明によれば、デバイスの生産性の低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。図１は、本実施形態に係る露光装置ＥＸの一例を示す概略構成図である。
【００１１】
図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを保持して移動可能なマスクステージ１と、基板Ｐを保持して移動可能な基板ステージ２と、マスクステージ１に保持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、少なくとも投影光学系ＰＬが配置される内部空間３を形成するチャンバ装置４とを備えている。チャンバ装置４は、内部空間３の環境（温度、湿度、及びクリーン度を含む）を調整可能な空調ユニット４Ｕを備えている。
【００１２】
照明系ＩＬは、所定の照明領域を均一な照度分布の露光光ＥＬで照明する。照明系ＩＬは、照明領域に配置されたマスクＭの少なくとも一部を均一な照度分布の露光光ＥＬで照明する。照明系ＩＬから射出される露光光ＥＬとして、例えば水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、及びＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）等が用いられる。本実施形態においては、露光光ＥＬとして、紫外光（真空紫外光）であるＡｒＦエキシマレーザ光を用いる。
【００１３】
マスクステージ１は、マスクＭを保持した状態で、ベース部材５のガイド面５Ｇ上を移動可能である。マスクステージ１は、例えばリニアモータ等を含む駆動システムの作動により、Ｘ軸、Ｙ軸、及びθＺ方向の３つの方向に移動可能である。
【００１４】
投影光学系ＰＬは、所定の投影領域に露光光ＥＬを照射する。投影光学系ＰＬは、投影領域に配置された基板Ｐの少なくとも一部に、マスクＭのパターンの像を所定の投影倍率で投影する。本実施形態の投影光学系ＰＬは、その投影倍率が例えば１／４、１／５、又は１／８等の縮小系である。なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。本実施形態においては、投影光学系ＰＬの光軸はＺ軸と平行である。また、投影光学系ＰＬは、反射光学素子を含まない屈折系、屈折光学素子を含まない反射系、反射光学素子と屈折光学素子とを含む反射屈折系のいずれであってもよい。また、投影光学系ＰＬは、倒立像と正立像とのいずれを形成してもよい。
【００１５】
投影光学系ＰＬは、複数の光学素子を有し、それら光学素子は、鏡筒ＰＫに保持されている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは、鏡筒ＰＫに保持されている光学素子の温度を調整可能な制御系５を備えている。制御系５は、鏡筒ＰＫ内に温度調整されたガス（例えば窒素ガス）を供給する供給系と、鏡筒ＰＫ内のガスを回収する回収系とを含み、光学素子の温度調整を実行可能である。
【００１６】
基板ステージ２は、基板Ｐを保持した状態で、ベース部材６のガイド面６Ｇ上を移動可能である。本実施形態においては、基板ステージ２は、例えばリニアモータ等を含む駆動システムの作動により、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ、及びθＺ方向の６つの方向に移動可能である。
【００１７】
本実施形態において、マスクステージ１及び基板ステージ２の位置情報は、レーザ干渉計を含む干渉計システム（不図示）によって計測される。露光光ＥＬで基板Ｐを露光するとき、あるいは所定の計測処理を実行するとき、干渉計システムの計測結果に基づいて、マスクステージ１（マスクＭ）及び基板ステージ２（基板Ｐ）の位置制御が実行される。
【００１８】
次に、本実施形態に係る制御系５の設計方法について説明する。以下の説明においては、露光光ＥＬの光路に配置される投影光学系ＰＬの光学素子の温度をフィードフォワード制御するための第１制御器を含む制御系５の設計方法を例にして説明する。本実施形態においては、光学素子を目標温度（２３℃）に調整するための制御系５を設計する場合について説明する。
【００１９】
図２は、本実施形態に係る制御系５の設計方法の一例を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態においては、温度に関する光学素子の伝達関数を導出するステップＳ１と、光学素子及び第１制御器を含む全系の目標応答波形を設定するステップＳ２と、光学素子の伝達関数の次数と同じ回数だけ微分した目標応答波形の微分波形を導出するステップＳ３と、微分波形を用いて、目標応答波形が得られるように、第１制御器による光学素子に対する入力波形を求めるステップＳ４とを含む。
【００２０】
例えば露光装置ＥＸのメンテナンス等、なんらかの理由で光学素子の温度制御が停止された後、温度制御を再開してから光学素子が目標温度（２３℃）に安定化するまでの時間は、可能な限り短いほうが望ましい。例えば２２．２１６℃の光学素子をただ単に２３℃の空間に配置した場合、図３のラインＬ１で示すように、光学素子が目標温度（２３℃）に安定化するまでの時間（安定化時間）は、１０数時間もかかる可能性がある。図３は、温度制御を開始してからの時間と光学素子の温度との関係を示す図であって、横軸は時間、縦軸は温度である。ここで、ラインＬ１は、光学素子の温度の実測データである。本実施形態においては、光学素子が目標温度（２３℃）に安定化するまでの安定化時間を短縮することができる制御系５を設計する。
【００２１】
制御系５を設計するに当たり、光学素子の数値モデル（解析モデル）が必要である。そのため、まず、光学素子のモデリングを行う。本実施形態においては、数値モデルの伝達関数として、以下の（１）式に示すような、３次の伝達関数を用いる。
【００２２】
【数１】
2009302377.tif 000003
【００２３】
一例として、本実施形態においては、（１）式の伝達関数と図３のラインＬ１で示す実測データとに基づいて同定を行った結果、(１)式の各パラメータは、
Ｋ＝０．９９４２９，
Ｔｐ１＝２５５１．２，
Ｔｐ２＝３０４．１８，
Ｔｐ３＝０．００１，
Ｔｚ＝１２５２．８、
となった。
【００２４】
ここで、Ｔｐ３の数値は、小さいので、無視することにする。また、上記の各パラメータの小数点以下の数値をまるめる。結局、光学素子の伝達関数（数値モデル）として、以下の（２）式で示すような、２次の伝達関数を用いる（ステップＳ１）。
【００２５】
【数２】
2009302377.tif 000004
【００２６】
ここで、例えば２２．２１６℃の光学素子を２３℃の空間に配置する場合、すなわち、２２．２１６℃の光学素子の温度より０．７８４℃だけ高い温度の空間に光学素子を配置する場合のように、光学素子にステップ的に熱量を入力した場合、その入力熱量Ｕ（ｓ）と、光学素子の出力温度Ｙ（ｓ）と、光学素子の伝達関数Ｇｐ（ｓ）との関係は、以下の（３）式のようになる。
【００２７】
【数３】
2009302377.tif 000005
【００２８】
安定化時間を短縮するためのフィードフォワード制御を実行する第１制御器を含む制御系５を設計する場合、第１制御器の伝達関数をＦＦ（ｓ）とすると、以下の（４）式の関係が成り立つ。
【００２９】
【数４】
2009302377.tif 000006
【００３０】
本実施形態では、光学素子Ｇｐ（ｓ）及び第１制御器ＦＦ（ｓ）を含む全系の応答波形の目標値（目標応答波形）を設定する（ステップＳ２）。
【００３１】
図４は、目標応答波形の一例を示す図であり、横軸は時間、縦軸は温度である。本実施形態においては、２２．２１６℃の光学素子の温度を、約３０分で２３℃に調整できるように、第１制御器ＦＦ（ｓ）を設計する場合について説明する。
【００３２】
本実施形態においては、第１制御器ＦＦ（ｓ）を設計するに際し、光学素子の伝達関数Ｇｐ（ｓ）の次数と同じ回数だけ微分した目標応答波形の微分波形を導出する（ステップＳ３）。本実施形態においては、（２）式で示したように、伝達関数Ｇｐ（ｓ）は２次なので、２回微分した微分波形を導出する。図５は、目標応答波形を１回微分した波形、図６は、目標応答波形を２回微分した波形を示す。
【００３３】
図５の１回微分波形をＸ、図６の２回微分波形をＹとした場合、ＸからＹまでの伝達関数を、所定のゲイン係数Ｔ１，Ｔ２を用いて表すと、以下の（５）式のようになる。
【００３４】
【数５】
2009302377.tif 000007
【００３５】
光学素子の伝達関数Ｇｐ（ｓ）の逆関数の分子を展開すると、（６）式のようになる。
【００３６】
【数６】
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【００３７】
（６）式で示される分子の係数を、（５）式のゲイン係数Ｔ１，Ｔ２に代入する。上述のように、（５）式は、ＸからＹまでの伝達関数であり、伝達関数Ｇｐ（ｓ）で表される光学素子の出力温度Ｙ（ｓ）を短時間で安定させるための第１制御器ＦＦ（ｓ）は、以下の（７）式のようになる。
【００３８】
【数７】
2009302377.tif 000009
【００３９】
図７は、第１制御器による光学素子に対する入力波形の一例を示す図である。図７に示すように、光学素子を目標温度（２３℃）に安定化するまでの安定化時間を短くするために、第１制御器は、一旦、操作量（入力熱量）を高める。これにより、図４に示したような目標応答波形を得ることができる。
【００４０】
以上説明したように、制御対象及び第１制御器を含む全系の目標応答波形を設定し、その目標応答波形の微分波形を導出することにより、その微分波形を用いて、所望の出力温度（応答波形）が得られるような第１制御器を構築することができる。
【００４１】
また、図８に示すように、光学素子の出力温度に基づいて、光学素子に対する入力波形をフィードバック制御する第２制御器を設計し、第１制御器と第２制御器とを併用して、光学素子の温度制御を実行することができる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、光学素子の温度を制御する制御系を設計する場合を例にして説明したが、例えば内部空間３の温度を制御する制御系を設計する場合に適用することが可能である。また、例えば内部空間３の湿度、圧力など、温度以外の状態量を制御する制御系を設計する場合にも適用可能である。
【００４３】
なお、上述の各実施形態の基板Ｐとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスク又はレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。
【００４４】
露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターン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（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。
【００４５】
さらに、ステップ・アンド・リピート方式の露光において、第１パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で、投影光学系を用いて第１パターンの縮小像を基板Ｐ上に転写した後、第２パターンと基板Ｐとをほぼ静止した状態で、投影光学系を用いて第２パターンの縮小像を第１パターンと部分的に重ねて基板Ｐ上に一括露光してもよい（スティッチ方式の一括露光装置）。また、スティッチ方式の露光装置としては、基板Ｐ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写し、基板Ｐを順次移動させるステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。
【００４６】
また、例えば米国特許第６６１１３１６号明細書に開示されているように、２つのマスクのパターンを、投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置などにも本発明を適用することができる。
【００４７】
また、本発明は、米国特許第６３４１００７号明細書、米国特許第６４００４４１号明細書、米国特許第６５４９２６９号明細書、米国特許第６５９０６３４号明細書、米国特許第６２０８４０７号明細書、米国特許第６２６２７９６号明細書等に開示されているような、複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。
【００４８】
更に、例えば米国特許第６８９７９６３号明細書、欧州特許出願公開第１７１３１１３号明細書等に開示されているように、基板を保持する基板ステージと、基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。また、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置を採用することができる。
【００４９】
露光装置ＥＸの種類としては、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
【００５０】
以上のように、本願実施形態の露光装置ＥＸは、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００５１】
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図９に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板を製造するステップ２０３、前述した実施形態に従って、マスクを介した露光光で基板を露光すること、及び露光した基板を現像することを含む基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００５２】
なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した露光装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施形態に係る露光装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る制御系の設計方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図３】制御対象の特性を説明するための模式図である。
【図４】本実施形態に係る制御系の設計方法の一例を説明するための図である。
【図５】本実施形態に係る制御系の設計方法の一例を説明するための図である。
【図６】本実施形態に係る制御系の設計方法の一例を説明するための図である。
【図７】本実施形態に係る制御系の設計方法の一例を説明するための図である。
【図８】本実施形態に係る制御系の設計方法の一例を説明するための図である。
【図９】マイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…マスクステージ、２…基板ステージ、５…制御系、ＰＬ…投影光学系、ＥＬ…露光光、ＥＸ…露光装置、Ｐ…基板
【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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【図９】
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