JP2004228428A - Stage controller, exposure device, and manufacturing method of device - Google Patents

Stage controller, exposure device, and manufacturing method of device Download PDF

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Shigeru Futami
茂 二見
Susumu Makinouchi
進 牧野内
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Nikon Corp
Futami Shigeru
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Nikon Corp
Futami Shigeru
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stage controller which controls to move a stage at high speed with high precision by suppressing the vibration of the stage and shortening the setting time and executing compensation for the external disturbance force perfectly. <P>SOLUTION: A first control system 13 generates a first control signal S1 for controlling the position of a stage by a proportional differential control (PD control) based on an error signal DS which is difference between a position instruction signal CS outputted from a position command generator 11, and a stage position signal PS indicating the actual position of the stage. A second control system 15 generates a second control signal S2 for controlling an acceleration of the stage by a proportional integral (PI control) based on the difference between the first control signal S1 and an acceleration signal AS indicating the acceleration of the stage. A stage controller 1 gives a driving signal DS amplifying the second control signal S2 by an amplifier 16 to the stage, and controls the stage. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステージ制御装置、露光装置、及びデバイス製造方法に係り、特に特にマスク（レチクル）、ウェハ等の移動対象物を載置した状態で移動可能に構成されたステージの動作を制御するステージ制御装置、当該装置を備える露光装置、並びに当該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ、半導体デバイス、撮像装置（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造工程におけるフォトリソグラフィ工程では、投影光学系を介して、マスク又はレチクルに形成された回路パターンを、表面にフォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等の基板に投影する露光装置が用いられている。この露光装置の一つとしてとして、レチクルに形成されたパターンをウェハ上の各ショット領域に一括して縮小投影するようにしたステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパー）が知られている。ステッパーでは１つのショット領域に対して一括露光を行い、露光が終了するとウェハをステップ移動して次のショット領域に対する一括露光を行う動作が繰り返し行われる。
【０００３】
また、レチクルに形成されたパターンの露光範囲を拡大するために、照明光学系からの露光光をスリット状に制限し、このスリット光を用いてレチクルに形成されたパターンの一部をウェハ上に縮小投影した状態で、レチクルとウェハとを投影光学系に対して同期走査してパターンをウェハ上に逐次転写するようにしたステップ・アンド・スキャン方式の走査型の露光装置も用いられている。
【０００４】
一般的に露光装置においては、レチクル及びウェハを高精度に位置決めし、あるいは、レチクル及び／又はウェハを一定速度で高精度に走査するために、ステージ装置が用いられる。この種のステージ装置においては、ステージを高速且つ非接触で駆動するための駆動機構として例えばリニアモータが用いられる。リニアモータは固定子及び移動子を備えており、固定子及び移動子の一方がコイルを含むときは、他方は磁石等の発磁体を含む構成とされる。
【０００５】
走査型露光装置の一形態として、ウェハを保持するウェハステージと、レチクルを保持するレチクルステージとを備えたものがある。また、同期精度を高めるために、レチクルステージは、レチクル微動ステージとレチクル粗動ステージとから構成される。各ステージにおいては、例えばＰＩＤ（比例積分微分）タイプのステージ制御装置により露光のための位置決めとスキャン動作とが行われる。特に、レチクル粗動ステージは高速移動するので、大きな推力を得るためのリニアモータ及び駆動アンプが必要とされる。
【０００６】
図１１は、上述した露光装置に設けられる従来のステージ制御装置の構成例を示す制御ブロック図である。図１１に示す従来のステージ制御装置５００は、位置指令発生器５０１、減算器５０２、比例制御器５０３、積分制御器５０４、微分制御器５０５、加算器５０６、及び制御対象のステージの質量を補償するための増幅器５０７を含んで構成される。
【０００７】
ステージ制御装置５００から出力される駆動信号はリニアモータに供給され、発生する推力により制御対象のステージが駆動される。図１１中において符号５０８を付したブロックはパワーアンプ及びモータの特性を表しており、符号５０９を付したブロックはステージに加わる力を位置に変換する伝達関数を表している。尚、ステージの位置はレーザ干渉計により計測されるため、ブロック５０９はステージとレーザ干渉計とを含んだものと考えることができる。また、符号５１０を付したブロックはステージに加わる外乱力の発生源を表しており、符号５１１を付したブロックはモータで発せられる外力とステージに加わる外乱力とを合成する加算器を示している。
【０００８】
ブロック５０９から出力されるステージの位置を示すステージ位置信号は、ステージ制御装置５００内の減算器５０２に入力され、位置指令発生器５０１から出力されるステージの目標位置を示す位置指令信号との差である誤差信号が算出される。この誤差信号は比例制御器５０３、積分制御器５０４、及び微分制御器５０５の各々に入力される。比例制御器５０３、積分制御器５０４、及び微分制御器５０５は誤差信号に応じた比例制御信号、積分制御信号、及び微分制御信号をそれぞれ算出して出力する。出力された比例制御信号、積分制御信号、及び微分制御信号は加算器５０６で加算され、増幅器５０７で所定の増幅率で増幅された後、駆動信号としてパワーアンプを介してモータに供給される。このように、図１１に示す制御系においては、ステージ位置信号を帰還信号としてステージをＰＩＤ制御する制御回路が構成されている。従来のステージ制御装置の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−３６２０４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１１に示した従来のステージ制御装置は主に以下の２つの問題点を有していた。
（１）指令した位置にステージを移動させるときにステージに振動が生じ、整定時間が長くなる。
（２）ステージに加わる外乱力の補償が不完全である。
【００１１】
図１２は、図１１に示した従来のステージ制御装置によりステージをステップ移動させたシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーションでは、外乱力を零に設定するとともに、位置指令信号として１［ｍ］のステップ幅でステージを移動させるステップ状の位置指令信号を時刻が０［ｓ］のときに位置指令発生器５０１から発生させている。
【００１２】
図１２を参照すると、ステージは位置指令信号で指定した距離以上の距離を移動して約３５％のオーバーシュートを生じ、その挙動は減衰係数が０．３という振動的なものとなった。また、整定時間は約０．０２［ｓ］である。このように、図１１に示す従来のステージ制御装置は、上記の（１）ステージを指令した位置に移動させるときにステージに振動が生じ、整定時間が長くなるという問題があった。
【００１３】
また、図１３は、図１１に示した従来のステージ制御装置により制御されるステージに対して外乱力を加えたときのシミュレーション結果を示す図である。尚、このシミュレーションにおいても、位置指令信号として１［ｍ］のステップ幅でステージを移動させるステップ状の位置指令信号を時刻が０［ｓ］のときに位置指令発生器５０１から発生させている。また、外乱力は位置指令発生器５０１から位置指令信号を発生させた０．０２［ｓ］後に、モータの１００％負荷となるものをステージに加えている。
【００１４】
図１３を参照すると、外乱力を加えるまでの０〜０．０２［ｓ］においては、ステージは図１２の場合と同様の応答を示しているが、時刻０．０２［ｓ］において外乱力がステージに加わると一定勾配で偏差が生じ、指令した位置にステージを移動させることができない。このように、図１１に示す従来のステージ制御装置は、上記の（２）ステージに加わる外乱力の補償が不完全であるという問題があった。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ステージの振動を抑制するとともに整定時間を短縮し、且つ外乱力に対する補償を完全に行うことでステージを高速且つ高精度に移動制御することができるステージ制御装置、当該装置を備える露光装置、並びに当該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によるステージ制御装置は、移動可能に構成されたステージ（２）を制御するステージ制御装置（１）において、前記ステージの加速度を示す加速度信号（ＡＳ）をフィードバックし、前記ステージの加速度を少なくとも積分制御する第１フィードバック制御系と、前記ステージの実際の位置を示す位置信号（ＰＳ）をフィードバックし、前記ステージの位置を少なくとも比例制御する第２フィードバック制御系とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、フィードバックされたステージの加速度を示す加速度信号に基づいてステージの加速度が少なくとも積分制御され、フィードバックされたステージの位置を示す位置信号に基づいてステージの位置が少なくとも比例制御されるため、ステージの振動が抑制されるとともに整定時間が短縮され、しかもステージに加わる外乱力に対する補償を完全に行うことができる。これにより、ステージを高速且つ高精度に移動制御することができる。
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の観点によるステージ制御装置は、移動可能に構成されたステージ（２）を制御するステージ制御装置（１）において、前記ステージの目標位置を示す目標位置信号（ＣＳ）を出力する目標位置信号出力部（１１）と、前記目標位置信号と前記ステージの実際の位置を示す位置信号（ＰＳ）との差である誤差信号（ＤＳ）に基づいて、前記ステージの位置を少なくとも比例制御するための第１制御信号（Ｓ１）を生成する第１制御系（１３）と、前記第１制御信号と前記ステージの加速度を示す加速度信号（ＡＳ）とに基づいて、前記ステージの加速度を少なくとも積分制御するための第２制御信号（Ｓ２）を生成する第２制御系（１５）とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、ステージの目標位置を示す目標位置信号とステージの実際の位置を示す位置信号とに基づいてステージの位置を少なくとも比例制御する第１制御信号が生成され、第１制御信号とステージの加速度を示す加速度信号とに基づいてステージの加速度を少なくとも積分制御する第２制御信号が生成されてステージが制御されるため、ステージの振動が抑制されるとともに整定時間が短縮され、しかもステージに加わる外乱力に対する補償を完全に行うことができる。これにより、ステージを高速且つ高精度に移動制御することができる。
ここで、本発明の第２の観点によるステージ制御装置は、前記第２制御系が、前記ステージの加速度を積分制御する積分制御信号（Ｓ２２）を生成する積分制御部（１５ｂ）と、前記積分制御部に対して並列に設けられ、前記ステージの加速度を比例制御する第１比例制御信号（Ｓ２１）を生成する第１比例制御部（１５ａ）と、前記積分制御信号と前記第１比例制御信号とを加算して前記第２制御信号とする第１加算部（１５ｃ）とを備えることが好ましい。
また、本発明の第２の観点によるステージ制御装置は、前記第１制御系が、前記ステージの位置を比例制御する第２比例制御信号（Ｓ１１）を生成する第２比例制御部（１３ａ）と、前記第２比例制御部に対して並列に設けられ、前記ステージの位置を微分制御する微分制御信号（Ｓ１２）を生成する微分制御部（１３ｂ）と、前記第２比例制御信号と前記微分制御信号とを加算して前記第１制御信号とする第２加算部（１３ｃ）とを備えることが好ましい。
また、本発明の第２の観点によるステージ制御装置は、前記ステージの位置を計測して前記位置信号を出力するレーザ干渉計（８）を備えることを特徴としている。
更に、本発明の第２の観点によるステージ制御装置は、前記位置信号に対して演算を施し、前記加速度信号を出力する演算部を備え、又は、前記ステージの加速度を計測して前記加速度信号を出力する加速度計（７）を備えることを特徴としている。
本発明の露光装置は、光学系（ＰＬ）を介してマスク（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）上に露光する露光手段（ＩＵ、ＰＬ）と、前記マスクを移動させるマスクステージ（３５）と、前記基板を移動させる基板ステージ（３７）とを備える露光装置（３１）であって、前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方は、上記のステージ制御装置（１、１１１）を用いて制御されることを特徴としている。
この発明によれば、ステージを高速且つ高精度に移動制御することができるステージ制御を用いてマスクステージと基板ステージとの少なくとも一方を制御しているため、微細なパターンを基板上に高い重ね合わせ精度をもって転写することができるとともに、ステージの移動に要する時間が短縮されるためスループット（単位時間内に露光処理することができる基板の枚数）の向上を図ることができる。
本発明のデバイス製造方法は、リソグラフィ工程（Ｓ３３）を含むデバイスの製造方法であって、前記リソグラフィ工程において上記の露光装置を用いて露光を行う露光工程（Ｓ４６）を含むことを特徴としている。
この発明によれば、リソグラフィー工程において上記の露光装置を用いて露光を行う露光工程を含んでいるため、高い歩留まりで多数のデバイスを効率よく製造することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるステージ制御装置、露光装置、及びデバイス製造方法について詳細に説明する。
【００１８】
〔ステージ制御装置〕
図１は、本発明の一実施形態によるステージ制御装置を含む制御系の全体構成を概略的に示すブロック図である。図１において、１は本発明の一実施形態によるステージ制御装置であり、２は制御対象のステージ装置である。ステージ装置２は、ベース３、リニアモータ４、テーブル部５、移動鏡６、及び加速度センサ７を含んで構成される。
【００１９】
ベース３は空間的に固定されており、テーブル部５は載置物ＯＢを固定載置した状態で移動可能に構成されている。リニアモータ４はベース３に固定された固定子とテーブル部５に固定された可動子とを有し、ステージ制御装置１から出力される推力指令信号ＤＳに応じた推力を発生する。この推力は固定子及び可動子に伝達され、これによりステージ部５はベース３に対して相対移動する。
【００２０】
移動鏡６はテーブル部５の一端に取り付けられており、テーブル部５の位置を計測するために用いられる。移動鏡６の鏡面に対面する位置にはレーザ干渉計８が配置されており、レーザ干渉計８から移動鏡６へレーザ光を照射して反射されたレーザ光を検出することで、テーブル部５の位置が計測される。計測されたテーブル部５の位置を示す位置信号としてのステージ位置信号ＰＳはステージ制御装置１へ出力される。また、加速度センサ７はテーブル部５の一端に取り付けられており、テーブル部５の加速度を検出する。検出された加速度を示す加速度信号ＡＳはステージ制御装置１へ出力される。
【００２１】
図２は、本発明の一実施形態によるステージ制御装置１の構成例を示す制御ブロック図である。図２に示すステージ制御装置１は、位置指令発生器１１、減算器１２、第１制御系１３、減算器１４、第２制御系１５、及び増幅器１６を含んで構成される。位置指令発生器１１は、ステージ装置２（テーブル部５）の目標位置を示す目標位置信号としての位置指令信号ＣＳを発生する。減算器１２は位置指令発生器１１から出力される位置指令信号ＣＳと図１に示したレーザ干渉計８から出力されるステージ位置信号ＰＳとの差を求め、この差を誤差信号（推力指令信号）ＤＳとして出力する。
【００２２】
第１制御系１３は、第２比例制御部としての比例制御器１３ａ、微分制御部としての微分制御器１３ｂ、及び第２加算部としての加算器１３ｃを含んで構成され、誤差信号ＤＳに基づいてステージ装置２の位置を比例微分制御（ＰＤ制御）するための第１制御信号Ｓ１を生成する。比例制御器１３ａと微分制御器１３ｂとは並列に設けられており、誤差信号ＤＳがそれぞれに入力される。比例制御器１３ａは入力される誤差信号ＤＳに応じてステージ装置２の位置を比例制御する比例制御信号Ｓ１１（第２比例制御信号）を生成する。
【００２３】
また、微分制御器１３ｂは、入力される誤差信号ＤＳに応じてステージ装置２の位置を微分制御する微分制御信号Ｓ１２を生成する。加算器１３ｃは比例制御信号Ｓ１１と微分制御信号Ｓ１２とを加算して第１制御信号Ｓ１を生成する。減算器１４は第１制御系１３から出力される第１制御信号Ｓ１と図１に示した加速度センサ７から出力される加速度信号ＡＳとの差を求めて出力する。
【００２４】
第２制御系１５は、第１比例制御部としての比例制御器１５ａ、積分制御部としての積分制御器１５ｂ、及び第１加算部としての加算器１５ｃを含んで構成され、減算器１４から出力される第１制御信号Ｓ１と加速度信号ＡＳとの差を示す信号に基づいてステージ装置２の加速度を比例積分制御（ＰＩ制御）するための第２制御信号Ｓ２を生成する。
【００２５】
比例制御器１５ａと積分制御器１５ｂとは並列に設けられており、減算器１４からの信号がそれぞれに入力される。比例制御器１５ａは入力される信号に応じてステージ装置２の加速度を比例制御する比例制御信号Ｓ２１（第１比例制御信号）を生成する。また、積分制御器１５ｂは、入力される信号に応じてステージ装置２の加速度を積分制御する積分制御信号Ｓ２２を生成する。加算器１５ｃは比例制御信号Ｓ２１と積分制御信号Ｓ２２とを加算して第２制御信号Ｓ２を生成する。
【００２６】
増幅器１６は制御対象のステージ装置２の質量を補償するために、第１制御系１５から出力される第２制御信号をステージ装置２の質量（図１のリニアモータ４の可動子、テーブル部５、移動鏡６、及び加速度センサ７等を含めた質量）に応じた増幅率で第２制御信号Ｓ２を増幅して駆動信号ＤＳとして出力する。
【００２７】
図２中において、符号１７を付したブロックはパワーアンプ及びリニアモータ４の特性（動特性）を表しており、符号１８を付したブロックはステージ装置２の質量を表しており、符号１９を付したブロックはステージ装置２の加速度を位置に変換する伝達関数を表している。尚、ステージの位置はレーザ干渉計８により計測されるため、ブロック１８，１９を合わせたものがステージ装置２とレーザ干渉計８とを含んだものと考えることができる。
【００２８】
また、図２中の符号２０を付したブロックは図１中の加速度センサ７を表している。図２中においてはゲインが「１」となるよう正規化してる。更に、符号２１を付したブロックはステージに加わる外乱力の発生源を表しており、符号２２を付したブロックはリニアモータ４で発せられる外力とステージ装置２に加わる外乱力とを合成する加算器を示している。尚、図２、図１１中の各ブロック中に示した各制御パラメータは、例えばジグラー・ニコルス法により設定され、制御系は全体が最適となるように設計されている。
【００２９】
上記構成において、ステージ装置２が原点位置（ステージ位置信号ＰＳが「０」となる位置）に配置されているときに位置指令発生器１１から位置指令信号ＣＳが発せられたとすると、第１制御系１３には位置指令信号ＣＳと等しい値の誤差信号ＤＳが入力される。第１制御系１３に入力された誤差信号ＤＳは比例制御器１３ａ及び微分制御器１３ｂに入力され、比例制御器１３ａにおいて誤差信号ＤＳに応じた比例制御信号Ｓ１１が生成されるとともに、微分制御器１３ｂにおいて誤差信号ＤＳに応じた微分制御信号Ｓ１２が生成される。
【００３０】
比例制御信号Ｓ１１と微分制御信号Ｓ１２は加算器１３ｃで加算されて第１制御信号Ｓ１として出力される。ステージ装置２が静止しているときには加速度信号ＡＳは「０」であるため、第１制御信号Ｓ１と等しい値の信号が減算器１４を介して第２制御系１５に入力される。第２制御系１５に入力された信号は比例制御器１５ａ及び積分制御器１５ｂに入力され、比例制御器１３ａにおいて入力された信号に応じた比例制御信号Ｓ２１が生成されるとともに、積分制御器１５ｂにおいて入力された信号に応じた積分制御信号Ｓ２２が生成される。比例制御信号Ｓ２１と積分制御信号Ｓ２２は加算器１５ｃで加算されて第２制御信号Ｓ２として出力される。
【００３１】
第２制御信号Ｓ２は増幅器１６において所定の増幅率で増幅されて駆動信号ＤＳとして図１中のリニアモータ４に供給され、リニアモータ４は供給された駆動信号ＤＳに応じた推力を発生する。これにより、ステージ装置２は加速を開始する。ステージ装置２が加速を開始すると、その加速度が加速度センサ７（ブロック２０）によって検出されるとともに、ステージ装置２の位置がレーザ干渉計８によって検出される。
【００３２】
検出された加速信号ＡＳ及びステージ位置信号ＰＤはステージ制御装置１に入力される。ステージ装置２が移動を開始するとステージ位置信号ＰＳが変化するため、減算器１２から出力される誤差信号ＤＳの値も変化し、これにより第１制御系１３からは先に出力した値とは異なる値の第１制御信号Ｓ１が出力される。同様に、ステージ装置２が加速を開始すると、加速度信号ＡＳが「０」ではなくなるため、減算器１４から出力される信号の値も変化し、これにより第２制御系１５からは異なった値の第２制御信号Ｓ２が出力される。以下同様の動作を、誤差信号ＤＳが「０」になるまで、つまりステージ装置２が目標位置に移動するまで行われる。
【００３３】
このように、本実施形態のステージ性御装置には、ステージ装置２の加速度を示す加速度信号ＡＳをフィードバックして、ステージ装置２の加速度を第２制御系１５で比例積分制御（ＰＩ制御）する第１フィードバック制御系と、ステージ装置２の実際の位置を示す位置信号ＰＳをフィードバックして、ステージ装置２の位置を第１制御系１３で比例微分制御（ＰＤ制御）する第２フィードバック制御系とが構成されている。
【００３４】
次に、本発明の一実施形態によるステージ制御装置の応答特性について説明する。図３は、本発明の一実施形態によるステージ制御装置１でステージ装置２をステップ移動させたシミュレーション結果を示す図である。このシミュレーションでは、図１２の結果が得られたシミュレーションと同様に、ステージ装置２に加わる外乱力を零に設定する（図２中のブロック２１からの出力を「０」に設定する）とともに、位置指令信号として１［ｍ］のステップ幅でステージ装置２を移動させるステップ状の位置指令信号ＣＳを時刻が０［ｓ］のときに位置指令発生器１１から発生させている。
【００３５】
図３を参照すると、ステージ装置２はステップ状の位置指令信号ＣＳを発生させたにも拘わらず振動的な挙動とならず、しかも整定時間が０．００５［ｓ］以下であり、図１１に示すＰＩＤ制御を行う従来のステージ制御装置で制御した場合の整定時間０．０２［ｓ］と比べて極めて短時間で整定していることが分かる。
【００３６】
また、図４は、本発明の一実施形態によるステージ制御装置１により制御されるステージ装置２に対して外乱力を加えたときのシミュレーション結果を示す図である。尚、このシミュレーションにおいても、図２の結果が得られたシミュレーションと同様に、位置指令信号ＣＳとして１［ｍ］のステップ幅でステージ装置２を移動させるステップ状の位置指令信号を時刻が０［ｓ］のときに位置指令発生器１１から発生させている。また、外乱力は位置指令発生器１１から位置指令信号ＣＳを発生させた０．０２［ｓ］後に、モータの１００％負荷となるものをステージ装置２に加えている。
【００３７】
図４を参照すると、時刻０．０２［ｓ］において外乱力を加えているにも拘わらず。ステージ装置２に対して外乱力を加えないときに得られた図３に示すシミュレーション結果と同様の結果が得られている。これは、ステージ装置２に加わる外乱力が完全に補償された結果である。このように、本実施形態のステージ制御装置１でステージ装置２の移動を制御すると、ステージ装置２の振動を抑制することができるとともに整定時間を短縮することができ、しかも外乱力を完全に補償することができる。これにより、ステージ装置２を高速且つ高精度に移動制御することができる
【００３８】
以上、本発明の一実施形態によるステージ制御装置について説明したが、本発明のステージ制御装置は上記実施形態に制限されることなく本発明の範囲内で自由に変更することが可能である。例えば、上記実施形態においては、第１制御系１３がステージ装置２の位置を比例微分制御（ＰＤ制御）し、第２制御系１５がステージ装置２の加速度を比例積分制御（ＰＩ制御）する構成について説明した。しかしながら、第１制御系１３における微分制御及び第２制御系１５における比例制御は必ずしも必須であるという訳ではなく、必要に応じて省略することができる。つまり、第１制御系１３は少なくとも比例制御（Ｐ制御）を行うものであり、第２制御系１５は少なくとも積分制御（Ｉ制御）を行うものであればよい。
【００３９】
また、上記実施形態においては、ステージ装置２が備えるテーブル部５の一端に加速度センサ７を取り付けて、ステージ装置２の加速度を実測して加速度信号ＡＳを得るようにした構成について説明した。しかしながら、加速度センサ７は必ずしも必須の構成ではなく省略した構成であっても良い。かかる構成の場合は、レーザ干渉計８で検出されたステージ位置信号ＰＳに対して微分演算を施して加速度信号を出力する演算部をステージ制御装置１内に設け、この演算部から出力される加速度信号を減算器１４に出力するように構成する。
【００４０】
〔露光装置〕
次に、本発明の露光装置について詳細に説明する。図５は、本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。本実施形態においては、図５中の投影光学系ＰＬに対してマスクとしてのレチクルＲと基板としてのウェハＷとを相対的に移動させつつ、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷに転写して半導体素子を製造するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００４１】
尚、以下の説明においては、図５中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウェハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った方向）に設定されている。図５中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施形態では露光中（パターン転写中）にレチクルＲ及びウェハＷを移動させる方向（走査方向）をＹ方向に設定している。尚、それぞれの軸周りの回転方向をθＺ、θＹ、θＸとする。
【００４２】
図５に示す露光装置３１は、照明光学系ＩＵ、ステージ装置３２、投影光学系ＰＬ、ステージ装置３３、及びメインフレーム３４から概略構成されている。照明光学系ＩＵは、光源（不図示）からの露光用照明光によりマスクとしてのレチクルＲ上の矩形状（又は円弧状）の照明領域を均一な照度で照明する。ステージ装置３２は、レチクルＲを保持して移動するマスクステージとしてのレチクルステージ３５とレチクルステージ３５を支持するレチクル定盤３６とを含んで構成される。投影光学系ＰＬは、レチクルＲに形成されたパターンを縮小倍率１／α（αは、例えば５又は４）で基板としてのウェハＷ上に投影する。ステージ装置３３は、ウェハＷを保持して移動する基板ステージとしてのウェハステージ３７とウェハステージ３７を保持するウェハ定盤３８とを含んで構成される。メインフレーム３４は、上記ステージ装置３２及び投影光学系ＰＬを支持する。
【００４３】
照明光学系ＩＵは、メインフレーム３４の上面に固定された支持コラム３９によって支持される。尚、露光用照明光としては、例えば超高圧水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）、又はＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）若しくはＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ）等が用いられる。メインフレーム３４は、床面に水平に載置されたベースプレート４０上に設置されており、その上部側及び下部側には、内側に向けて突出する段部３４ａ，３４ｂがそれぞれ形成されている。
【００４４】
ステージ装置３２の一部をなすレチクル定盤３６は、各コーナーにおいてメインフレーム３４の段部３４ａに防振ユニット４１を介してほぼ水平に支持されており、その中央部にはレチクルＲに形成されたパターン像が通過する開口４２ａが形成されている。尚、図５においては、Ｘ方向に配置された防振ユニット４１のみを図示しており、Ｙ方向に配置された防振ユニットは図示を省略している。
【００４５】
尚、レチクル定盤３６の材料として金属やセラミックスを用いることができる。防振ユニット４１は、内圧が調整可能なエアマウント４３とボイスコイルモータ４４とが段部３４ａ上に直列に配置された構成になっている。これら防振ユニット４１によって、ベースプレート４０及びメインフレーム３４を介してレチクル定盤３６に伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるようになっている（Ｇは重力加速度）。
【００４６】
レチクル定盤３６上には、レチクルステージ３５がレチクル定盤３６に沿って２次元的に移動可能に支持されている。レチクルステージ３５の底面には、複数のエアベアリング（エアパッド）４５が固定されており、これらのエアベアリング４５によってレチクルステージ３５がレチクル定盤３６上に数ミクロン程度のクリアランスを介して浮上支持されている。また、レチクルステージ３５の中央部には、レチクル定盤３６の開口４２ａと連通し、レチクルＲのパターン像が通過する開口４６ａが形成されている。更にレチクルステージ３５の一端には、レチクルステージ３５の加速度を検出するための加速度センサ４７が設けられている。この加速度センサ４７の検出結果は後述するステージ制御装置１１１（図８参照）に出力される。
【００４７】
ここで、レチクルステージ３５を含めたステージ装置３２について詳述する。図６は、本発明の一実施形態による露光装置に設けられるレチクルステージ３５を含めたステージ装置３２の外観斜視図である。尚、図６に示したステージ装置３２は図１に示した制御対象としてのステージ装置２に相当するものである。図６に示すように、レチクルステージ３５は、Ｌ字型に成型されたセラミック製の粗動ステージ部７０と矩形フレーム状に成型されたセラミック製の微動ステージ部７１を含んで構成され、これらがレチクル定盤３６上に並置されている。粗動ステージ部７０と微動ステージ部７１との間には、３個の微動用のリニアモータ７２〜７４が設けられる。これらの内、２個のリニアモータ７２，７３は、ステップ＆スキャン露光時の走査方向（Ｙ方向）の微動とθ方向の微動のために推力を発生させ、１個のリニアモータ７４は非走査方向（Ｘ方向）の微動のために推力を発生させるためのものである。
【００４８】
粗動ステージ部７０と微動ステージ部７１とから構成されるレチクルステージ３５においては、微動用のリニアモータ（アクチュエータ）は非走査方向に比べて走査方向について極めて大きな推力（トルク）を発生するものが必要とされる。このため、本実施形態では走査方向に推力を発生する２個のリニアモータ７２，７３を非走査方向に適当に離間して設けることで、粗動ステージ部７０が加減速している間であっても、その加速度に抗して十分な応答速度で微動ステージ部７１をＹ方向とθ方向とに微動できるようにした。
【００４９】
尚、３個の微動用リニアモータ７２〜７４は、何れも永久磁石ユニットが微動ステージ部７１側に固定され、コイルユニットが粗動ステージ部７０側に固定されるＭＭ型（ムービングマグネット型）で構成されるが、これは必ずしも必須の構成ではなく、場合によっては３個の全て又は一部について磁石ユニットとコイルユニットの配置を逆にしたＭＣ（ムービングコイル）型にしてもよい。
【００５０】
また、粗動ステージ部７０を大きく移動させるリニアモータとして、円筒状のケース内に円板状又はドーナツ状の強力な永久磁石の多数個をＹ方向に積層した円柱型の固定子７５ｂ，７６ｂと、その固定子の周りを環状に包むようなコイル巻き線を収納した可動子７５ａ，７６ａとを組み合わせたシャフト型リニアモータ７５，７６を用いている。
【００５１】
シャフト型リニアモータは可動子７５ａ，７６ａに収納されるコイル巻き線の構造が簡単であるとともに、固定子７５ｂ，７６ｂ内の磁石列の組み立ても容易であるため、コストが低く且つ投入エネルギー（電力）に対する出力エネルギー（推力トルク）の変換効率が高いという利点がある。更に、コイル巻き線の構造が単純なので、冷却用クーラントを可動子７５ａ，７６ａ内に供給する際の内部循環路の構造を単純にでき、冷却効率を高められるという利点もある。
【００５２】
そして本実施例では、シャフト型リニアモータ７５，７６の固定子７５ｂ，７６ｂの各々を、リニアスライダー方式のエアベアリング部材７７ａ，７７ｂ及びエアベアリング部材７８ａ，７８ｂにそれぞれ固定し、レチクル定盤３６の両側に形成されたガイド面３６ａ，３６ｂに沿ってＹ方向に直線移動可能に構成している。つまり、エアベアリング部材７７ａ，７７ｂは固定子７５ｂの長手方向の両端に固定され、エアベアリング部材７８ａ，７８ｂは固定子７６ｂの長手方向の両端に固定される。これにより、固定子７５ｂとエアベアリング部材７７ａ，７７ｂは第１のカウンタマス７９ａとしてレチクル定盤３６上を一体にＹ方向に移動可能に構成され、固定子７６ｂとエアベアリング部材７８ａ，７８ｂは第２のカウンタマス７９ｂとしてレチクル定盤３６上を一体にＹ方向に移動可能に構成される。
【００５３】
シャフト型リニアモータ７５，７６の可動子７５ａ，７６ａの各々は、その内周壁が対応する固定子７５ｂ，７６ｂの外周壁と１〜４ｍｍ程度のギャップを保って位置するように、適当な結合部材を介して粗動ステージ部７０に取り付けられている。粗動ステージ部７０の下面には、レチクル定盤３６の上表面との間にはエアベアリングを形成するための４つのパッド８０（図６においては１つのみを図示）が設けられている。
【００５４】
また、粗動ステージ部７０のＹ方向に伸びた端部側（シャフト型リニアモータ７６側）には、レチクル定盤３６の側面ガイド面３６ｂとの間にＹ方向のエアベアリングを形成するためのパッド８１が設けられ、このパッド８１は真空与圧型又は磁力与圧型のコンビネーションパッドで構成される。更に、微動ステージ部７１の下面には、レチクル定盤３６の上表面との間にエアベアリングを形成するための４つのパッド８２（図６においては２つのみを図示）が設けられており、微動ステージ部７１の上面部には、位置計測部の一部をなすレーザ干渉計による測長のために、直線状の移動鏡１０４（図８参照）の載置部８３と２つのコーナーミラー１０５，１０６（図８参照）の載置部８４，８５とが形成されている。
【００５５】
また、ステージ装置３２には、カウンタマス７９ａのＹ方向の移動位置を計測するために、カウンタマス７９ａの一部をなすエアベアリング部材７７ａにリニアエンコーダセット８８ａ（図示省略）が取り付けられるとともに、カウンタマス７９ｂの一部をなすエアベアリング部材７８ａにリニアエンコーダセット８８ｂが取り付けられている。リニアエンコーダセット８８ｂは読み取りヘッド部８６ｂ及びスケール部８７ｂを含んで構成され、読み取りヘッド部８６ｂがエアベアリング部材７８ａに固定され、スケール部８７ｂがレチクル定盤３６に固定されている。尚、図６においては、リニアエンコーダセット８８ａを構成する読み取りヘッド部８６ａ及びスケール部８７ａの図示を省略している。
【００５６】
更に、カウンタマス７９ａ，７９ｂを単独でＹ方向に移動させるリニアモータとして、リニアモータセット９１ａ，９１ｂ（図６においては、リニアモータセット９１ａの図示は省略している）がエアベアリング部材７７ｂ，７８ｂにそれぞれ取り付けられている。リニアモータセット９１ｂは、固定子８９ｂと可動子９０ｂとを含んで構成され、可動子９０ｂがエアベアリング部材７８ｂに固定され、固定子４９ｂがレチクル定盤３６の側部に固定されている。尚、図６においては、リニアモータセット９１ａを構成する固定子８９ａ及び可動子９０ａの図示を省略している。
【００５７】
これらのリニアモータセット９１ａ，９１ｂは、ローレンツ力を推力とするＶＣＭ（ボイスコイルモータ）型、リアクタンス力を推力（駆動力）とする電磁石型（ソーヤモータ等）の何れであってもよく、固定子８９ａと可動子９０ａとをどちらに取り付けるか及び固定子４９ｂと可動子９０ｂとををどちらに取り付けるかも任意である。しかしながら、固定子８９ａ，８９ｂと可動子９０ａ，９０ｂとのうち、重量の大きい方をカウンタマス７９ａ，７９ｂの質量の一部とすべくエアベアリング部材７８ａ，７８ｂ側に設けるのがよい。
【００５８】
図５に戻り、投影光学系ＰＬは、複数の屈折光学素子（レンズ素子）を含んで構成され、物体面（レチクルＲ）側と像面（ウェハＷ）側の両方がテレセントリックで円形の投影視野を有する。尚、投影光学系ＰＬが備える複数のレンズ素子の硝材は、露光用照明光の波長に応じて、例えば石英又は蛍石が選択される。照明光学系ＩＵから射出される照明光がレチクルＲを照明すると、レチクルＲを透過した照明光が投影光学系ＰＬに入射し、レチクルに形成されたパターンの部分倒立像が投影光学系ＰＬの像面側の円形視野の中央にスリット状に制限されて結像される。これにより、投影されたパターンの部分倒立像は、投影光学系ＰＬの結像面に配置されたウェハＷ上の複数のショット領域のうち、１つのショット領域表面のレジスト層に縮小転写される。
【００５９】
投影光学系ＰＬに設けられる（投影光学系ＰＬを構成する）レンズ素子の一部（例えば、５つのレンズ素子）は圧電素子を用いたアクチュエータ、磁歪アクチュエータ、流体圧アクチュエータ等の駆動源によって、光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に移動可能且つＸ方向又はＹ方向を軸として傾斜（チルト）可能に構成されている。これらの移行可能及び傾斜可能に構成されたレンズ素子の１つの姿勢を調整することにより、又は、複数のレンズ素子の姿勢を互いに関連付けて調整することにより、例えば投影光学系ＰＬで生ずる５つの回転対称収差及び５つの偏心収差を個別に補正することができる。ここでいう５つの回転対称収差とは、倍率、ディストーション（歪曲収差）、コマ収差、像面湾曲収差、及び球面収差をいう。また、５つの偏心収差とは、偏心ディストーション（歪曲収差）、偏心コマ収差、偏心アス収差、及び偏心球面収差をいう。
【００６０】
投影光学系ＰＬは、メインフレーム３４の段部３４ｂに防振ユニット４８を介してほぼ水平に支持された鋳物等で構成された鏡筒定盤４９に、光軸ＡＸ方向をＺ方向として上方から挿入されるとともに、フランジ５０が係合している。ここで、防振ユニット４８は、鏡筒定盤４９の各コーナーに配置され、内圧が調整可能なエアマウント５１とボイスコイルモータ５２とが段部３４ｂ上に直列に配置された構成になっている。尚、図５においては、Ｘ方向に配置された防振ユニット４８のみを図示しており、Ｙ方向に配置された防振ユニットは図示を省略している。これらの防振ユニット４８によって、ベースプレート４０及びメインフレーム３４を介して鏡筒定盤４９（ひいては投影光学系ＰＬ）に伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるようになっている。
【００６１】
ステージ装置３３は、ウェハステージ３７、このウェハステージ３７をＸＹ平面に沿った２次元方向に移動可能に支持するウェハ定盤３８、ウェハステージ３７と一体的に設けられウェハＷを吸着保持する試料台ＳＴ、これらウェハステージ３７及び試料台ＳＴを相対移動自在に支持するＸガイドバーＸＧを主体に構成されている。ウェハステージ３７の底面には、非接触ベアリングである複数のエアベアリング（エアパッド）５３が固定されており、これらのエアベアリング５３によってウェハステージ３７がウェハ定盤３８上に、例えば数ミクロン程度のクリアランスを介して浮上支持されている。
【００６２】
ウェハ定盤３８は、ベースプレート４０の上方に、防振ユニット５４を介してほぼ水平に支持されている。防振ユニット５４は、ウェハ定盤３８の各コーナーに配置され、内圧が調整可能なエアマウント５５とボイスコイルモータ５６とがベースプレート４０上に並列に配置された構成になっている。尚、図５においては、Ｘ方向に配置された防振ユニット５４のみを図示しており、Ｙ方向に配置された防振ユニットは図示を省略している。これらの防振ユニット５４によって、ベースプレート４０を介してウェハ定盤３８に伝わる微振動がマイクロＧレベルで絶縁されるようになっている。また、ウェハステージ３７上の一端にはウェハステージ３７の加速度を検出する加速度センサ５７が取り付けられている。
【００６３】
ここで、ステージ装置３３について詳細に説明する。図７は、本発明の一実施形態による露光装置に設けられるステージ装置３３の外観斜視図である。図７に示すように、ＸガイドバーＸＧは、Ｘ方向に沿った長尺形状を呈しており、その長さ方向両端には電機子ユニットからなる可動子５８，５８がそれぞれ設けられている。これらの可動子５８，５８に対応する磁石ユニットを有する固定子５９，５９は、ベースプレート４０に突設された支持部６０，６０に設けられている（尚、図１においては可動子５８及び固定子５９を簡略して図示している）。
【００６４】
これらの可動子５８及び固定子５９によってリニアモータ６１，６１が構成されており、可動子５８が固定子５９との間の電磁気的相互作用により駆動されることでＸガイドバーＸＧがＹ方向に移動し、リニアモータ６１，６１の駆動を調整することでθＺ方向に回転移動する。即ち、このリニアモータ６１によってＸガイドバーＸＧとほぼ一体的にウェハステージ３７（及び試料台ＳＴ、以下単に試料台ＳＴという）がＹ方向及びθＺ方向に駆動されるようになっている。
【００６５】
また、ＸガイドバーＸＧの−Ｘ方向側には、Ｘトリムモータ９２の可動子が取り付けられている。Ｘトリムモータ９２は、Ｘ方向に推力を発生することでＸガイドバーＸＧのＸ方向の位置を調整するものであって、その固定子（不図示）はメインフレーム３４に設けられている。このため、ウェハステージ３７をＸ方向に駆動する際の反力は、メインフレーム３４を介してベースプレート４０に伝達される。
【００６６】
試料台ＳＴは、ＸガイドバーＸＧとの間にＺ方向に所定量のギャップを維持する磁石及びアクチュエータからなる磁気ガイドを介して、ＸガイドバーＸＧにＸ方向に相対移動自在に非接触で支持・保持されている。また、ウェハステージ３７は、ＸガイドバーＸＧに埋設された固定子を有するＸリニアモータ９３による電磁気的相互作用によりＸ方向に駆動される。Ｘリニアモータ９３の可動子は図示していないが、ウェハステージ３７に取り付けられている。試料台ＳＴの上面には、ウェハホルダ６２を介してウェハＷが真空吸着等によって固定される（図１参照）。
【００６７】
尚、上記リニアモータ６１よりもＸリニアモータ９３の方がウェハステージ３７上に載置されるウェハＷに近い位置に配置されている上、リニアモータの可動子が試料台ＳＴに固定されている。このため、Ｘリニアモータ９３は発熱源であるコイルが固定子となりウェハＷから遠ざかり直接試料台ＳＴに固定されないムービングマグネット型のリニアモータを用いることが望ましい。また、リニアモータ６１は、Ｘリニアモータ９３、ＸガイドバーＸＧ、及び試料台ＳＴを一体とし駆動するため、Ｘリニアモータ９３より遙かに大きい推力を必要とする。そのため、多くの電力を必要とし発熱量もＸリニアモータ９３より大きくなる。従って、リニアモータ６１は、ムービングコイル型のリニアモータを用いることが望ましい。しかしながら、ムービングコイル型のリニアモータは可動子５８に冷却液を循環させる必要があるため、装置構成上の不具合がある場合には、可動子５８側にマグネットを設けるムービングマグネット型のリニアモータを用いても良い。
【００６８】
ウェハステージ３７のＸ方向の位置は、投影光学系ＰＬの鏡筒下端に固定された参照鏡６３（図１参照）を基準として、ウェハステージ３７の一部に固定された移動鏡６４の位置変化を計測する図１に示したレーザ干渉計６５によって所定の分解能、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能でリアルタイムに計測される。尚、上記参照鏡６３、移動鏡６４、レーザ干渉計６５とほぼ直交するように配置された不図示の参照鏡、レーザ干渉計及び移動鏡によってウェハステージ３７のＹ方向の位置が計測される。尚、これらレーザ干渉計の中、少なくとも一方は、測長軸を２軸以上有する多軸干渉計であり、これらレーザ干渉計の計測値に基づいてウェハステージ３７（ひいてはウェハＷ）のＸ方向の位置及びＹ方向の位置のみならず、θ回転量及びレベリング量をも求めることができるようになっている。
【００６９】
また、図５に示すように、投影光学系ＰＬのフランジ５０には、異なる３カ所に３つのレーザ干渉計６６が固定されている（ただし、図５においてはこれらのレーザ干渉計のうち１つを代表して図示している）。各レーザ干渉計６６に対向する鏡筒定盤４９の部分には、開口６７ａがそれぞれ形成されており、これらの開口６７ａを介して各レーザ干渉計６６からＺ方向のレーザビーム（測長ビーム）がウェハ定盤３８に向けて照射される。ウェハ定盤３８の上面の各測長ビームの対向位置には、反射面がそれぞれ形成されている。このため、上記３つのレーザ干渉計６６によってウェハ定盤３８の異なる３点のＺ位置がフランジ５０を基準としてそれぞれ計測される。
【００７０】
次に、ステージ装置３２の制御システムの概略的な構成について説明する。図８は、ステージ装置３２の制御システムの概略構成を示すブロック図である。尚、図５及び図６に示した部材に相当するものには同一の符号を付してある。また、図８においては、図６において図示を省略した部材、即ち微動ステージ部７１のＸＹ面内における位置及び回転量を計測するためのレーザ干渉計１０１〜１０３、微動ステージ部７１に固定された移動鏡１０４及びコーナーミラー１０５，１０６、並びに粗動ステージ部７０に固定されたコーナーミラー１０７及びレーザ干渉計１０８についても図示している。尚、レーザ干渉計１０１〜１０３及びレーザ干渉計１０８は、図１に示したレーザ干渉計８に相当するものである。
【００７１】
各レーザ干渉計１０１〜１０３，１０８の計測結果は位置情報算出部１０９に出力されている。位置情報算出部１０９はレーザ干渉計１０１の計測結果から微動ステージ部７１のＸ方向の位置情報を算出し、レーザ干渉計１０２，１０３，１０８の何れか一方の計測結果から微動ステージ部７１のＹ方向の位置情報を算出し、２つのレーザ干渉計１０２，１０３の計測結果の差分から微動ステージ部７１のＸＹ面内における回転量を示す情報を算出する。また、位置情報算出部１０９にはリニアエンコーダセット８８ａ，８８ｂの検出結果が入力されており、位置情報算出部１０９はこれらの検出結果に基づいてカウンタマス７９ａ，７９ｂのＹ方向の位置情報を算出する。
【００７２】
位置情報算出部１０９で算出された位置情報は主制御系１１０及びステージ制御装置１１１へ出力される。また、レチクルステージ３５上に設けられている加速度センサ４７及びウェハステージ３７上に設けられている加速度センサ５７の検出結果はステージ制御装置１１１へ出力される。主制御系１１０は位置情報算出部１０９からの位置情報を参照しつつ、予め設定されたレシピ（露光装置の動作を規定する制御命令群）に基づいて目標情報（位置指令信号ＣＳに相当）をステージ制御装置１１１へ出力する。
【００７３】
ステージ制御装置１１１は、図１に示したステージ制御装置１に相当するものであり、主制御系１１０からの目標情報に応じた駆動信号をシャフト型リニアモータ７５，７６に与えてレチクルステージ３５をＹ方向へ移動させる。このとき、ステージ制御装置１１１は加速度センサ４７から出力される検出信号を加速度信号ＡＳとしてフィードバックし、レチクルステージ３５の加速度を比例積分制御するとともに、位置情報算出部１０９で算出された位置情報をステージ位置信号ＰＳとしてフィードバックし、レチクルステージ３５の位置を比例微分制御する。更に、ステージ制御装置１１１は、レチクルステージ３５の加速・減速に伴って生ずる反力を吸収するためにリニアモータセット９１ａ，９１ｂに駆動電流を与えてカウンタマス７９ａ，７９ｂ（図８においては図示省略）をレチクルステージ３５の移動方向とは逆方向に移動させる。
【００７４】
以上の制御を行うことで、レチクルステージ３５を高速且つ高精度に移動制御することができる。尚、図８においては、ステージ装置３２の制御システムを例に挙げて説明したが、ステージ装置３３についても同様の制御システムを設けて制御することにより、ウェハステージ３７も高速且つ高精度に移動制御することができる。ステージ装置３３については、加速度信号ＡＳとしてウェハステージ３７上に取り付けられた加速度センサ５７の検出結果を用い、ステージ位置信号ＰＳとしてレーザ干渉計６５の計測結果から算出された位置情報を用いる。
【００７５】
〔デバイス製造方法〕
次に、本発明の一実施形態による露光装置をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法について簡単に説明する。図９は、マイクロデバイス（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）の製造工程の一例を示すフローチャートである。図９に示すように、まず、ステップＳ３０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ３１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ３２（ウェハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
【００７６】
次に、ステップＳ３３（ウェハ処理ステップ）において、ステップＳ３０〜ステップＳ３２で用意したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ３４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ３３で処理されたウェハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ３４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ３５（検査ステップ）において、ステップＳ３４で作製されたマイクロ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。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。
【００７７】
図１０は、半導体デバイスの場合における、図９のステップＳ３３の詳細なフローの一例を示す図である。図１０において、ステップＳ４１（酸化ステップ）においてはウェハの表面を酸化させる。ステップＳ４２（ＣＶＤステップ）においてはウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ４３（電極形成ステップ）においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ４４（イオン打込みステップ）においてはウェハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ４１〜ステップＳ４４のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
【００７８】
ウェハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ４５（レジスト形成ステップ）において、ウェハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ４６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。次に、ステップＳ４７（現像ステップ）においては露光されたウェハを現像し、ステップＳ４８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ４９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程と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が形成される。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フィードバックされたステージの加速度を示す加速度信号に基づいてステージの加速度が少なくとも積分制御され、フィードバックされたステージの位置を示す位置信号に基づいてステージの位置が少なくとも比例制御されるため、ステージの振動が抑制されるとともに整定時間が短縮され、しかもステージに加わる外乱力に対する補償を完全に行うことができるという効果がある。これにより、ステージを高速且つ高精度に移動制御することができるという効果がある。
また、本発明によれば、ステージの目標位置を示す目標位置信号とステージの実際の位置を示す位置信号とに基づいてステージの位置を少なくとも比例制御する第１制御信号が生成され、第１制御信号とステージの加速度を示す加速度信号とに基づいてステージの加速度を少なくとも積分制御する第２制御信号が生成されてステージが制御されるため、ステージの振動が抑制されるとともに整定時間が短縮され、しかもステージに加わる外乱力に対する補償を完全に行うことができるという効果がある。これにより、ステージを高速且つ高精度に移動制御することができるという効果がある。
また、本発明によれば、ステージを高速且つ高精度に移動制御することができるステージ制御を用いてマスクステージと基板ステージとの少なくとも一方を制御しているため、微細なパターンを基板上に高い重ね合わせ精度をもって転写することができるとともに、ステージの移動に要する時間が短縮されるためスループットの向上を図ることができるという効果がある。
更に、本発明によれば、リソグラフィー工程において上記の露光装置を用いて露光を行う露光工程を含んでいるため、高い歩留まりで多数のデバイスを効率よく製造することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるステージ制御装置を含む制御系の全体構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるステージ制御装置１の構成例を示す制御ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態によるステージ制御装置１でステージ装置２をステップ移動させたシミュレーション結果を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるステージ制御装置１により制御されるステージ装置２に対して外乱力を加えたときのシミュレーション結果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による露光装置に設けられるレチクルステージ３５を含めたステージ装置３２の外観斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態による露光装置に設けられるステージ装置３３の外観斜視図である。
【図８】ステージ装置３２の制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【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である。
【図１０】半導体デバイスの場合における、図９のステップＳ３３の詳細なフローの一例を示す図である。
【図１１】従来のステージ制御装置の構成例を示す制御ブロック図である。
【図１２】図１１に示した従来のステージ制御装置によりステージをステップ移動させたシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】図１１に示した従来のステージ制御装置により制御されるステージに対して外乱力を加えたときのシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ ステージ制御装置
２ ステージ装置（ステージ）
７ 加速度センサ（加速度計）
８ レーザ干渉計
１１ 位置指令発生器（目標位置信号出力部）
１３ 第１制御系
１５ 第２制御系
１３ａ 比例制御器（第２比例制御部）
１３ｂ 微分制御器（微分制御部）
１３ｃ 加算器（第２加算部）
１５ａ 比例制御器（第１比例制御部）
１５ｂ 積分制御器（積分制御部）
１５ｃ 加算器（第１加算部）
３１ 露光装置
３５ レチクルステージ（マスクステージ）
３７ ウェハステージ（基板ステージ）
１１１ ステージ制御装置
ＡＳ 加速度信号
ＣＳ 位置指令信号（目標位置信号）
ＤＳ 誤差信号（推力指令信号）
ＩＵ 照明光学系（露光手段）
ＰＬ 投影光学系（光学系、露光手段）
ＰＳ ステージ位置信号（位置信号）
Ｒ レチクル（マスク）
Ｓ１ 第１制御信号
Ｓ２ 第２制御信号
Ｓ１１ 比例制御信号（第２比例制御信号）
Ｓ１２ 微分制御信号
Ｓ２１ 比例制御信号（第１比例制御信号）
Ｓ２２ 積分制御信号
Ｓ３３ ウェハ処理ステップ（リソグラフィ工程）
Ｓ４６ 露光ステップ（露光工程）
Ｗ ウェハ（基板）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stage control apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method, and in particular, to a stage that controls the operation of a stage that is configured to be movable with a moving object such as a mask (reticle) and a wafer mounted thereon. The present invention relates to a control apparatus, an exposure apparatus including the apparatus, and a device manufacturing method for manufacturing a device using the exposure apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a photolithography process in a manufacturing process of a micro device such as a liquid crystal display, a semiconductor device, an imaging device (such as a CCD), and a thin film magnetic head, a circuit pattern formed on a mask or a reticle is printed on a surface through a projection optical system. An exposure apparatus that projects onto a substrate such as a wafer or a glass plate coated with a resist is used. As one of such exposure apparatuses, there is known an exposure apparatus (stepper) of a step-and-repeat type in which a pattern formed on a reticle is collectively reduced and projected onto each shot area on a wafer. In the stepper, collective exposure is performed on one shot area, and when the exposure is completed, the operation of stepwise moving the wafer and performing collective exposure on the next shot area is repeatedly performed.
[0003]
Also, in order to enlarge the exposure range of the pattern formed on the reticle, the exposure light from the illumination optical system is limited to a slit shape, and a part of the pattern formed on the reticle is placed on the wafer using the slit light. A scanning exposure apparatus of a step-and-scan method in which a reticle and a wafer are synchronously scanned with respect to a projection optical system and a pattern is sequentially transferred onto a wafer in a reduced projection state is also used.
[0004]
Generally, in an exposure apparatus, a stage device is used for positioning a reticle and a wafer with high accuracy, or scanning a reticle and / or a wafer with high accuracy at a constant speed. In this type of stage device, for example, a linear motor is used as a driving mechanism for driving the stage at high speed and in a non-contact manner. The linear motor includes a stator and a movable element. When one of the stator and the movable element includes a coil, the other includes a magnetic body such as a magnet.
[0005]
One form of a scanning exposure apparatus includes a wafer stage for holding a wafer and a reticle stage for holding a reticle. The reticle stage includes a reticle fine movement stage and a reticle coarse movement stage in order to improve synchronization accuracy. In each stage, for example, positioning for exposure and scanning operation are performed by a PID (proportional-integral-derivative) type stage controller. In particular, since the reticle coarse movement stage moves at high speed, a linear motor and a drive amplifier for obtaining a large thrust are required.
[0006]
FIG. 11 is a control block diagram showing a configuration example of a conventional stage control device provided in the above-described exposure apparatus. The conventional stage control device 500 shown in FIG. 11 compensates for the position command generator 501, the subtractor 502, the proportional controller 503, the integration controller 504, the differentiation controller 505, the adder 506, and the mass of the stage to be controlled. And an amplifier 507 for performing the operation.
[0007]
The drive signal output from the stage control device 500 is supplied to the linear motor, and the stage to be controlled is driven by the generated thrust. In FIG. 11, the block denoted by reference numeral 508 represents the characteristics of the power amplifier and the motor, and the block denoted by reference numeral 509 represents a transfer function for converting the force applied to the stage into a position. Since the position of the stage is measured by the laser interferometer, the block 509 can be considered to include the stage and the laser interferometer. A block denoted by reference numeral 510 indicates a source of disturbance force applied to the stage, and a block denoted by reference numeral 511 indicates an adder that combines the external force generated by the motor and the disturbance force applied to the stage. .
[0008]
A stage position signal indicating the position of the stage output from the block 509 is input to a subtractor 502 in the stage control device 500, and the difference from the position command signal indicating the target position of the stage output from the position command generator 501 is obtained. Is calculated. This error signal is input to each of the proportional controller 503, the integral controller 504, and the derivative controller 505. The proportional controller 503, the integral controller 504, and the derivative controller 505 respectively calculate and output a proportional control signal, an integral control signal, and a derivative control signal corresponding to the error signal. The output proportional control signal, integral control signal, and differential control signal are added by an adder 506, amplified at a predetermined amplification factor by an amplifier 507, and then supplied as a drive signal to a motor via a power amplifier. Thus, in the control system shown in FIG. 11, a control circuit that performs PID control of the stage using the stage position signal as a feedback signal is configured. For details of the conventional stage control device, for example, refer to Patent Document 1 below.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-9-36204
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Meanwhile, the conventional stage control device shown in FIG. 11 mainly has the following two problems.
(1) When the stage is moved to the commanded position, vibration occurs in the stage, and the settling time becomes longer.
(2) Compensation for disturbance force applied to the stage is incomplete.
[0011]
FIG. 12 is a diagram illustrating a simulation result obtained by stepwise moving the stage by the conventional stage control device illustrated in FIG. 11. In this simulation, the disturbance force is set to zero, and the position command generator 501 generates a step-like position command signal for moving the stage with a step width of 1 [m] as the position command signal when the time is 0 [s]. Is raised from.
[0012]
Referring to FIG. 12, the stage moved over a distance specified by the position command signal and caused an overshoot of about 35%, and the behavior was oscillating with a damping coefficient of 0.3. The settling time is about 0.02 [s]. As described above, the conventional stage control device shown in FIG. 11 has a problem that the stage (1) vibrates when moving the stage to the commanded position, and the settling time becomes long.
[0013]
FIG. 13 is a diagram showing a simulation result when a disturbance force is applied to the stage controlled by the conventional stage control device shown in FIG. Also in this simulation, the position command generator 501 generates a step-like position command signal for moving the stage with a step width of 1 [m] as the position command signal when the time is 0 [s]. As for the disturbance force, a motor that becomes a 100% load on the motor is applied to the stage 0.02 [s] after the position command signal is generated from the position command generator 501.
[0014]
Referring to FIG. 13, at 0 to 0.02 [s] until the disturbance force is applied, the stage shows the same response as in FIG. 12, but at time 0.02 [s], the disturbance force is reduced. When applied to the stage, a deviation occurs at a constant gradient, and the stage cannot be moved to the commanded position. As described above, the conventional stage control device shown in FIG. 11 has a problem in that the compensation of the disturbance force applied to the stage (2) is incomplete.
[0015]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to control the movement of a stage at high speed and with high accuracy by suppressing vibration of the stage, shortening the settling time, and completely compensating for disturbance force. An object of the present invention is to provide a stage control device capable of performing the above, an exposure apparatus including the apparatus, and a device manufacturing method for manufacturing a device using the exposure apparatus.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a stage control device according to a first aspect of the present invention is a stage control device (1) for controlling a movable stage (2), the acceleration signal indicating the acceleration of the stage. (AS), a first feedback control system that performs at least integral control on the acceleration of the stage, and a position signal (PS) that indicates the actual position of the stage as feedback to control at least proportionally the position of the stage. And two feedback control systems.
According to the present invention, the stage acceleration is at least integratedly controlled based on the fed back acceleration signal indicating the stage acceleration, and the stage position is at least proportionally controlled based on the fed back position signal indicating the stage position. Therefore, the vibration of the stage is suppressed, the settling time is shortened, and the compensation for the disturbance force applied to the stage can be completely performed. Thereby, the movement of the stage can be controlled at high speed and with high accuracy.
In order to solve the above-mentioned problem, a stage control device according to a second aspect of the present invention includes a stage control device (1) that controls a movable stage (2). A target position signal output unit (11) for outputting a target position signal (CS) indicating the position of the stage, and an error signal (DS) that is a difference between the target position signal and a position signal (PS) indicating the actual position of the stage. A first control system (13) for generating a first control signal (S1) for at least proportionally controlling the position of the stage; an acceleration signal (AS) indicating the acceleration of the stage and the first control signal; And a second control system (15) for generating a second control signal (S2) for performing at least integral control of the acceleration of the stage based on the control signal.
According to the present invention, the first control signal for at least proportionally controlling the position of the stage is generated based on the target position signal indicating the target position of the stage and the position signal indicating the actual position of the stage. A second control signal for at least integrating control of the stage acceleration is generated based on the acceleration signal indicating the stage acceleration and the stage is controlled, so that the vibration of the stage is suppressed and the settling time is shortened. Can be completely compensated for the disturbance force applied to. Thereby, the movement of the stage can be controlled at high speed and with high accuracy.
Here, in the stage control device according to a second aspect of the present invention, the second control system includes an integration control unit (15b) that generates an integration control signal (S22) for performing integral control of the acceleration of the stage; A first proportional control section (15a) that is provided in parallel with the control section and generates a first proportional control signal (S21) that proportionally controls the acceleration of the stage; the integral control signal and the first proportional control signal; And a first adder (15c) for adding the second control signal to the second control signal.
Further, in the stage control device according to a second aspect of the present invention, the first control system includes a second proportional control unit (13a) that generates a second proportional control signal (S11) for proportionally controlling the position of the stage. A differential control unit (13b) provided in parallel with the second proportional control unit to generate a differential control signal (S12) for differentially controlling the position of the stage; the second proportional control signal and the differential control Preferably, a second adder (13c) for adding the signal to the first control signal is provided.
Further, a stage control device according to a second aspect of the present invention includes a laser interferometer (8) that measures a position of the stage and outputs the position signal.
Furthermore, a stage control device according to a second aspect of the present invention includes an operation unit that performs an operation on the position signal and outputs the acceleration signal, or measures the acceleration of the stage and outputs the acceleration signal. It is characterized by having an accelerometer (7) for outputting.
An exposure apparatus according to the present invention includes: an exposure unit (IU, PL) for exposing a pattern of a mask (R) onto a substrate (W) via an optical system (PL); and a mask stage (35) for moving the mask. An exposure apparatus (31) including a substrate stage (37) for moving the substrate, wherein at least one of the mask stage and the substrate stage is controlled using the stage control device (1, 111). It is characterized by being done.
According to the present invention, since at least one of the mask stage and the substrate stage is controlled using the stage control capable of controlling the movement of the stage with high speed and high precision, a fine pattern is superimposed on the substrate with high accuracy. The transfer can be performed with high accuracy, and the time required for moving the stage can be shortened, so that the throughput (the number of substrates that can be exposed in a unit time) can be improved.
The device manufacturing method of the present invention is a device manufacturing method including a lithography step (S33), characterized in that the lithography step includes an exposure step (S46) of performing exposure using the above-described exposure apparatus.
According to the present invention, since the lithography step includes an exposure step of performing exposure using the above-described exposure apparatus, a large number of devices can be efficiently manufactured with a high yield.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a stage control apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
[Stage control device]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a control system including a stage control device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a stage control device according to an embodiment of the present invention, and 2 denotes a stage device to be controlled. The stage device 2 includes a base 3, a linear motor 4, a table unit 5, a moving mirror 6, and an acceleration sensor 7.
[0019]
The base 3 is spatially fixed, and the table section 5 is configured to be movable in a state where the object OB is fixedly mounted. The linear motor 4 has a stator fixed to the base 3 and a mover fixed to the table 5, and generates a thrust according to a thrust command signal DS output from the stage control device 1. This thrust is transmitted to the stator and the mover, whereby the stage 5 moves relative to the base 3.
[0020]
The movable mirror 6 is attached to one end of the table unit 5 and is used for measuring the position of the table unit 5. A laser interferometer 8 is disposed at a position facing the mirror surface of the movable mirror 6, and irradiates the laser beam from the laser interferometer 8 to the movable mirror 6 to detect the reflected laser light, so that the table section 5 is reflected. Is measured. A stage position signal PS as a position signal indicating the measured position of the table unit 5 is output to the stage control device 1. The acceleration sensor 7 is attached to one end of the table unit 5 and detects the acceleration of the table unit 5. An acceleration signal AS indicating the detected acceleration is output to the stage control device 1.
[0021]
FIG. 2 is a control block diagram showing a configuration example of the stage control device 1 according to one embodiment of the present invention. The stage control device 1 shown in FIG. 2 includes a position command generator 11, a subtractor 12, a first control system 13, a subtractor 14, a second control system 15, and an amplifier 16. The position command generator 11 generates a position command signal CS as a target position signal indicating a target position of the stage device 2 (table section 5). The subtractor 12 obtains a difference between the position command signal CS output from the position command generator 11 and the stage position signal PS output from the laser interferometer 8 shown in FIG. 1, and calculates the difference as an error signal (thrust command signal). ) Output as DS.
[0022]
The first control system 13 includes a proportional controller 13a as a second proportional control unit, a differential controller 13b as a differential control unit, and an adder 13c as a second addition unit, and is based on the error signal DS. To generate a first control signal S1 for performing proportional differential control (PD control) on the position of the stage device 2. The proportional controller 13a and the differential controller 13b are provided in parallel, and each receives an error signal DS. The proportional controller 13a generates a proportional control signal S11 (second proportional control signal) for proportionally controlling the position of the stage device 2 according to the input error signal DS.
[0023]
Further, the differential controller 13b generates a differential control signal S12 for differentially controlling the position of the stage device 2 according to the input error signal DS. The adder 13c adds the proportional control signal S11 and the differential control signal S12 to generate a first control signal S1. The subtracter 14 calculates and outputs a difference between the first control signal S1 output from the first control system 13 and the acceleration signal AS output from the acceleration sensor 7 shown in FIG.
[0024]
The second control system 15 includes a proportional controller 15a as a first proportional controller, an integral controller 15b as an integral controller, and an adder 15c as a first adder. A second control signal S2 for performing proportional-integral control (PI control) of the acceleration of the stage device 2 based on a signal indicating a difference between the first control signal S1 and the acceleration signal AS is generated.
[0025]
The proportional controller 15a and the integral controller 15b are provided in parallel, and a signal from the subtractor 14 is input to each. The proportional controller 15a generates a proportional control signal S21 (first proportional control signal) for proportionally controlling the acceleration of the stage device 2 according to the input signal. Further, the integration controller 15b generates an integration control signal S22 for performing integral control of the acceleration of the stage device 2 according to the input signal. The adder 15c adds the proportional control signal S21 and the integral control signal S22 to generate a second control signal S2.
[0026]
The amplifier 16 converts the second control signal output from the first control system 15 to the mass of the stage device 2 (the movable element of the linear motor 4 and the table 5 in FIG. 1) in order to compensate for the mass of the stage device 2 to be controlled. , The second control signal S2 is amplified with an amplification factor according to the mass including the movable mirror 6, the acceleration sensor 7, and the like, and output as a drive signal DS.
[0027]
In FIG. 2, a block denoted by reference numeral 17 represents a characteristic (dynamic characteristic) of the power amplifier and the linear motor 4, a block denoted by reference numeral 18 represents a mass of the stage device 2, and denoted by reference numeral 19. The indicated block represents a transfer function for converting the acceleration of the stage device 2 into a position. Since the position of the stage is measured by the laser interferometer 8, it can be considered that the combination of the blocks 18 and 19 includes the stage device 2 and the laser interferometer 8.
[0028]
The block denoted by reference numeral 20 in FIG. 2 represents the acceleration sensor 7 in FIG. In FIG. 2, the gain is normalized so as to be “1”. Further, a block denoted by reference numeral 21 represents a source of disturbance force applied to the stage, and a block denoted by reference numeral 22 is an adder that combines the external force generated by the linear motor 4 and the disturbance force applied to the stage device 2. Is shown. Each control parameter shown in each block in FIGS. 2 and 11 is set by, for example, the Ziggler-Nichols method, and the control system is designed so as to be optimized as a whole.
[0029]
In the above configuration, if the position command signal CS is issued from the position command generator 11 when the stage device 2 is located at the origin position (the position where the stage position signal PS is “0”), the first control system An error signal DS having a value equal to the position command signal CS is input to 13. The error signal DS input to the first control system 13 is input to a proportional controller 13a and a differential controller 13b. The proportional controller 13a generates a proportional control signal S11 corresponding to the error signal DS, At 13b, a differential control signal S12 corresponding to the error signal DS is generated.
[0030]
The proportional control signal S11 and the differential control signal S12 are added by the adder 13c and output as a first control signal S1. Since the acceleration signal AS is “0” when the stage device 2 is stationary, a signal having a value equal to the first control signal S1 is input to the second control system 15 via the subtractor 14. The signal input to the second control system 15 is input to the proportional controller 15a and the integral controller 15b, and the proportional controller 13a generates a proportional control signal S21 corresponding to the input signal, and the integral controller 15b Generates an integration control signal S22 corresponding to the input signal. The proportional control signal S21 and the integral control signal S22 are added by the adder 15c and output as a second control signal S2.
[0031]
The second control signal S2 is amplified at a predetermined amplification rate in the amplifier 16 and supplied to the linear motor 4 in FIG. 1 as a drive signal DS, and the linear motor 4 generates a thrust according to the supplied drive signal DS. Thereby, the stage device 2 starts accelerating. When the stage device 2 starts accelerating, the acceleration is detected by the acceleration sensor 7 (block 20), and the position of the stage device 2 is detected by the laser interferometer 8.
[0032]
The detected acceleration signal AS and stage position signal PD are input to the stage control device 1. When the stage device 2 starts moving, the stage position signal PS changes, so that the value of the error signal DS output from the subtractor 12 also changes, which differs from the value previously output from the first control system 13. A first control signal S1 having a value is output. Similarly, when the stage device 2 starts accelerating, the value of the signal output from the subtractor 14 also changes because the acceleration signal AS is no longer “0”, so that the second control system 15 has a different value. The second control signal S2 is output. Hereinafter, the same operation is performed until the error signal DS becomes “0”, that is, until the stage device 2 moves to the target position.
[0033]
As described above, in the stage control device of the present embodiment, the acceleration signal AS indicating the acceleration of the stage device 2 is fed back, and the acceleration of the stage device 2 is proportionally integrated controlled (PI controlled) by the second control system 15. A first feedback control system, and a second feedback control system in which a position signal PS indicating an actual position of the stage device 2 is fed back and the position of the stage device 2 is proportionally differentiated (PD controlled) by a first control system 13. Is configured.
[0034]
Next, the response characteristics of the stage control device according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing a simulation result of the stage control device 1 according to the embodiment of the present invention in which the stage device 2 is step-moved. In this simulation, the disturbance force applied to the stage device 2 is set to zero (the output from the block 21 in FIG. 2 is set to “0”) and the position is set, similarly to the simulation in which the result of FIG. 12 is obtained. When the time is 0 [s], the position command generator 11 generates a step-like position command signal CS for moving the stage device 2 with a step width of 1 [m] as a command signal.
[0035]
Referring to FIG. 3, the stage device 2 does not behave in an oscillating manner despite the generation of the step-like position command signal CS, and the settling time is 0.005 [s] or less. It can be seen that the settling time is extremely short as compared with the settling time of 0.02 [s] when controlled by the conventional stage control device that performs the PID control shown.
[0036]
FIG. 4 is a diagram showing a simulation result when a disturbance force is applied to the stage device 2 controlled by the stage control device 1 according to one embodiment of the present invention. In this simulation, as in the simulation in which the result of FIG. 2 was obtained, a step-like position command signal for moving the stage device 2 with a step width of 1 [m] as the position command signal CS is set to 0 [ s], the position command generator 11 generates the signal. The disturbance force is applied to the stage device 2 0.02 [s] after the position command signal CS is generated from the position command generator 11 and becomes a 100% load on the motor.
[0037]
Referring to FIG. 4, although a disturbance force is applied at time 0.02 [s]. A result similar to the simulation result shown in FIG. 3 obtained when no disturbance force is applied to the stage device 2 is obtained. This is a result of the disturbance force applied to the stage device 2 being completely compensated. As described above, when the movement of the stage device 2 is controlled by the stage control device 1 of the present embodiment, the vibration of the stage device 2 can be suppressed, the settling time can be shortened, and the disturbance force is completely compensated. can do. Thereby, the movement of the stage device 2 can be controlled at high speed and with high accuracy.
[0038]
As described above, the stage control device according to one embodiment of the present invention has been described. However, the stage control device of the present invention can be freely changed within the scope of the present invention without being limited to the above embodiment. For example, in the embodiment described above, the first control system 13 performs proportional differential control (PD control) of the position of the stage device 2, and the second control system 15 performs proportional integral control (PI control) of the acceleration of the stage device 2. Was explained. However, the differential control in the first control system 13 and the proportional control in the second control system 15 are not always essential, and can be omitted as necessary. That is, the first control system 13 may perform at least proportional control (P control), and the second control system 15 may perform at least integral control (I control).
[0039]
Further, in the above-described embodiment, the configuration has been described in which the acceleration sensor 7 is attached to one end of the table unit 5 provided in the stage device 2 and the acceleration signal AS is obtained by actually measuring the acceleration of the stage device 2. However, the acceleration sensor 7 is not necessarily required, and may be omitted. In the case of such a configuration, an operation unit that performs a differential operation on the stage position signal PS detected by the laser interferometer 8 and outputs an acceleration signal is provided in the stage control device 1, and the acceleration output from the operation unit is provided. The signal is output to the subtractor 14.
[0040]
(Exposure equipment)
Next, the exposure apparatus of the present invention will be described in detail. FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the pattern formed on the reticle R is transferred onto the wafer W while the reticle R as a mask and the wafer W as a substrate are relatively moved with respect to the projection optical system PL in FIG. An example in which the present invention is applied to a step-and-scan type exposure apparatus that manufactures a semiconductor element by using the method will be described.
[0041]
In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 5 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the XYZ rectangular coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set so that the X axis and the Y axis are parallel to the wafer W, and the Z axis is in a direction orthogonal to the wafer W (a direction along the optical axis AX of the projection optical system PL). Is set. In the XYZ coordinate system in FIG. 5, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set vertically upward. In the present embodiment, the direction (scanning direction) for moving the reticle R and the wafer W during exposure (during pattern transfer) is set to the Y direction. The rotation directions around the respective axes are denoted by θZ, θY, and θX.
[0042]
The exposure apparatus 31 shown in FIG. 5 is schematically composed of an illumination optical system IU, a stage device 32, a projection optical system PL, a stage device 33, and a main frame. The illumination optical system IU illuminates a rectangular (or arc-shaped) illumination area on the reticle R as a mask with uniform illumination by exposure illumination light from a light source (not shown). The stage device 32 includes a reticle stage 35 as a mask stage that holds and moves the reticle R, and a reticle surface plate 36 that supports the reticle stage 35. The projection optical system PL projects the pattern formed on the reticle R onto a wafer W as a substrate at a reduction ratio of 1 / α (α is, for example, 5 or 4). The stage device 33 includes a wafer stage 37 as a substrate stage that holds and moves the wafer W, and a wafer surface plate 38 that holds the wafer stage 37. The main frame 34 supports the stage device 32 and the projection optical system PL.
[0043]
The illumination optical system IU is supported by a support column 39 fixed to the upper surface of the main frame 34. The illumination light for exposure may be, for example, an ultraviolet bright line (g-line, i-line) emitted from an extra-high pressure mercury lamp, far ultraviolet light (DUV light) such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), or ArF. Excimer laser light (wavelength 193 nm) or F 2 Vacuum ultraviolet light (VUV) such as laser light (wavelength 157 nm) is used. The main frame 34 is installed on a base plate 40 mounted horizontally on the floor surface, and has upper and lower sides formed with step portions 34a and 34b protruding inward.
[0044]
A reticle surface plate 36, which is a part of the stage device 32, is supported substantially horizontally on a step 34a of the main frame 34 at each corner via an anti-vibration unit 41, and is formed on the reticle R at the center thereof. An opening 42a through which the patterned image passes is formed. In FIG. 5, only the vibration isolating unit 41 arranged in the X direction is shown, and the vibration isolating unit arranged in the Y direction is not shown.
[0045]
Note that metal or ceramics can be used as the material of the reticle surface plate 36. The anti-vibration unit 41 has a configuration in which an air mount 43 capable of adjusting the internal pressure and a voice coil motor 44 are arranged in series on the step 34a. By these vibration isolating units 41, micro vibration transmitted to the reticle surface plate 36 via the base plate 40 and the main frame 34 is insulated at a micro G level (G is a gravitational acceleration).
[0046]
A reticle stage 35 is supported on the reticle surface plate 36 so as to be two-dimensionally movable along the reticle surface plate 36. A plurality of air bearings (air pads) 45 are fixed to the bottom surface of the reticle stage 35, and the reticle stage 35 is levitated and supported on the reticle surface plate 36 by a clearance of about several microns by these air bearings 45. I have. At the center of the reticle stage 35, there is formed an opening 46a which communicates with the opening 42a of the reticle surface plate 36 and through which the pattern image of the reticle R passes. Further, at one end of the reticle stage 35, an acceleration sensor 47 for detecting the acceleration of the reticle stage 35 is provided. The detection result of the acceleration sensor 47 is output to a stage control device 111 (see FIG. 8) described later.
[0047]
Here, the stage device 32 including the reticle stage 35 will be described in detail. FIG. 6 is an external perspective view of the stage device 32 including the reticle stage 35 provided in the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention. The stage device 32 shown in FIG. 6 corresponds to the stage device 2 as a control target shown in FIG. As shown in FIG. 6, the reticle stage 35 is configured to include an L-shaped ceramic coarse movement stage 70 and a ceramic fine movement stage 71 molded in a rectangular frame shape. It is juxtaposed on the reticle surface plate 36. Between the coarse movement stage 70 and the fine movement stage 71, three linear motors 72 to 74 for fine movement are provided. Of these, two linear motors 72 and 73 generate thrust for fine movement in the scanning direction (Y direction) and fine movement in the θ direction at the time of step & scan exposure, and one linear motor 74 performs non-scanning. This is for generating thrust for fine movement in the direction (X direction).
[0048]
In the reticle stage 35 including the coarse moving stage 70 and the fine moving stage 71, a linear motor (actuator) for fine moving generates an extremely large thrust (torque) in the scanning direction as compared with the non-scanning direction. Needed. For this reason, in the present embodiment, by providing the two linear motors 72 and 73 that generate thrust in the scanning direction at appropriate intervals in the non-scanning direction, the linear motion stage unit 70 is accelerated or decelerated. However, the fine movement stage 71 can be finely moved in the Y direction and the θ direction at a sufficient response speed against the acceleration.
[0049]
Each of the three fine-movement linear motors 72 to 74 is an MM type (moving magnet type) in which a permanent magnet unit is fixed to the fine movement stage 71 and a coil unit is fixed to the coarse movement stage 70. Although the configuration is not essential, the configuration may be an MC (moving coil) type in which the arrangement of the magnet unit and the coil unit is reversed for all or some of them in some cases.
[0050]
Further, as linear motors for largely moving the coarse movement stage 70, columnar stators 75b and 76b in which a large number of disk-shaped or donut-shaped strong permanent magnets are stacked in the Y direction in a cylindrical case are provided. And shaft type linear motors 75 and 76 in combination with movers 75a and 76a containing coil windings that wrap around the stator in an annular shape.
[0051]
The shaft type linear motor has a simple structure of the coil winding housed in the movers 75a and 76a, and is easy to assemble the magnet arrays in the stators 75b and 76b. ) Has the advantage of high conversion efficiency of output energy (thrust torque). Furthermore, since the structure of the coil winding is simple, there is an advantage that the structure of the internal circulation path when the cooling coolant is supplied into the movers 75a and 76a can be simplified, and the cooling efficiency can be increased.
[0052]
In this embodiment, each of the stators 75b and 76b of the shaft type linear motors 75 and 76 is fixed to the linear slider type air bearing members 77a and 77b and the air bearing members 78a and 78b, respectively. It is configured to be linearly movable in the Y direction along guide surfaces 36a and 36b formed on both sides. That is, the air bearing members 77a and 77b are fixed to both ends in the longitudinal direction of the stator 75b, and the air bearing members 78a and 78b are fixed to both ends in the longitudinal direction of the stator 76b. As a result, the stator 75b and the air bearing members 77a, 77b are configured to be integrally movable on the reticle surface plate 36 in the Y direction as a first counter mass 79a, and the stator 76b and the air bearing members 78a, 78b The second counter mass 79b is configured to be integrally movable on the reticle surface plate 36 in the Y direction.
[0053]
Each of the movers 75a, 76a of the shaft type linear motors 75, 76 has an appropriate coupling member such that its inner peripheral wall is positioned with a gap of about 1 to 4 mm from the outer peripheral wall of the corresponding stator 75b, 76b. Is attached to the coarse movement stage section 70 via the. Four pads 80 (only one is shown in FIG. 6) for forming an air bearing are provided between the upper surface of the reticle surface plate 36 and the lower surface of the coarse movement stage unit 70.
[0054]
The Y-direction air bearing is formed between the coarse movement stage 70 and the side guide surface 36b of the reticle surface plate 36 at the end (the shaft type linear motor 76 side) extending in the Y direction. A pad 81 is provided, and the pad 81 is formed of a vacuum pressurized type or a magnetic pressurized type combination pad. Further, four pads 82 (only two are shown in FIG. 6) for forming an air bearing between the fine movement stage portion 71 and the upper surface of the reticle surface plate 36 are provided on the lower surface of the fine movement stage portion 71. On the upper surface of the fine movement stage section 71, a mounting section 83 of a linear movable mirror 104 (see FIG. 8) and two corner mirrors 105 are provided for length measurement by a laser interferometer forming a part of a position measurement section. , 106 (see FIG. 8) are formed.
[0055]
In order to measure the movement position of the counter mass 79a in the Y direction, a linear encoder set 88a (not shown) is attached to the air bearing member 77a forming a part of the counter mass 79a. A linear encoder set 88b is attached to an air bearing member 78a forming a part of the mass 79b. The linear encoder set 88b includes a read head 86b and a scale 87b. The read head 86b is fixed to the air bearing member 78a, and the scale 87b is fixed to the reticle surface plate 36. In FIG. 6, the illustration of the read head unit 86a and the scale unit 87a constituting the linear encoder set 88a is omitted.
[0056]
Further, as linear motors for individually moving the counter masses 79a, 79b in the Y direction, linear motor sets 91a, 91b (the linear motor set 91a is not shown in FIG. 6) are air bearing members 77b, 78b. Is attached to each. The linear motor set 91b includes a stator 89b and a mover 90b. The mover 90b is fixed to an air bearing member 78b, and the stator 49b is fixed to a side of the reticle surface plate 36. In FIG. 6, the illustration of the stator 89a and the movable element 90a constituting the linear motor set 91a is omitted.
[0057]
These linear motor sets 91a and 91b may be any of a VCM (voice coil motor) type using Lorentz force as a thrust and an electromagnet type (sawer motor or the like) using a reactance force as a thrust (driving force). It is optional whether to mount 89a and mover 90a and to mount stator 49b and mover 90b. However, the larger one of the stators 89a, 89b and the movers 90a, 90b is preferably provided on the air bearing members 78a, 78b so as to be a part of the mass of the counter masses 79a, 79b.
[0058]
Referring back to FIG. 5, the projection optical system PL includes a plurality of refractive optical elements (lens elements), and both the object plane (reticle R) side and the image plane (wafer W) side are telecentric and have a circular projection field of view. Having. In addition, as the glass material of the plurality of lens elements included in the projection optical system PL, for example, quartz or fluorite is selected according to the wavelength of the illumination light for exposure. When the illumination light emitted from the illumination optical system IU illuminates the reticle R, the illumination light transmitted through the reticle R enters the projection optical system PL, and a partial inverted image of the pattern formed on the reticle becomes an image of the projection optical system PL. At the center of the circular field on the surface side, an image is formed while being limited to a slit shape. As a result, the projected partial inverted image of the pattern is reduced and transferred to the resist layer on the surface of one of the plurality of shot areas on the wafer W arranged on the imaging plane of the projection optical system PL.
[0059]
Some of the lens elements (for example, five lens elements) provided in the projection optical system PL (constituting the projection optical system PL) are driven by a drive source such as an actuator using a piezoelectric element, a magnetostrictive actuator, or a fluid pressure actuator. It is configured to be movable in the axis AX direction (Z direction) and to be tiltable about the X direction or Y direction. By adjusting the attitude of one of the lens elements configured to be movable and tiltable, or by adjusting the attitude of a plurality of lens elements in association with each other, for example, five rotations generated in the projection optical system PL The symmetric aberration and the five eccentric aberrations can be individually corrected. The five rotationally symmetric aberrations referred to here include magnification, distortion (distortion), coma, field curvature, and spherical aberration. The five eccentric aberrations include eccentric distortion, eccentric coma, eccentric astigmatism, and eccentric spherical aberration.
[0060]
The projection optical system PL is mounted on a lens barrel base 49 made of a casting or the like substantially horizontally supported on a step portion 34b of the main frame 34 via a vibration isolating unit 48 from above with the optical axis AX direction as the Z direction. While being inserted, the flange 50 is engaged. Here, the anti-vibration unit 48 is arranged at each corner of the lens barrel base 49, and has a configuration in which an air mount 51 and a voice coil motor 52 capable of adjusting the internal pressure are arranged in series on the step 34b. I have. In FIG. 5, only the vibration isolating unit 48 arranged in the X direction is shown, and the vibration isolating unit arranged in the Y direction is not shown. By these vibration isolating units 48, minute vibrations transmitted to the lens barrel base 49 (and the projection optical system PL) via the base plate 40 and the main frame 34 are insulated at the micro G level.
[0061]
The stage device 33 includes a wafer stage 37, a wafer surface plate 38 that supports the wafer stage 37 movably in a two-dimensional direction along the XY plane, and a sample table that is provided integrally with the wafer stage 37 and holds the wafer W by suction. ST, an X guide bar XG that supports the wafer stage 37 and the sample stage ST so as to be relatively movable. A plurality of air bearings (air pads) 53, which are non-contact bearings, are fixed to the bottom surface of the wafer stage 37, and the wafer stage 37 is placed on the wafer base 38 by the air bearings 53, for example, with a clearance of about several microns. Floating supported via.
[0062]
The wafer surface plate 38 is supported substantially horizontally above the base plate 40 via an anti-vibration unit 54. The anti-vibration unit 54 is arranged at each corner of the wafer surface plate 38, and has a configuration in which an air mount 55 and a voice coil motor 56 whose internal pressure is adjustable are arranged in parallel on the base plate 40. In FIG. 5, only the vibration isolating unit 54 arranged in the X direction is shown, and the vibration isolating unit arranged in the Y direction is not shown. By these vibration isolating units 54, micro vibration transmitted to the wafer surface plate 38 via the base plate 40 is insulated at a micro G level. An acceleration sensor 57 for detecting the acceleration of the wafer stage 37 is attached to one end of the wafer stage 37.
[0063]
Here, the stage device 33 will be described in detail. FIG. 7 is an external perspective view of the stage device 33 provided in the exposure apparatus according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the X guide bar XG has a long shape along the X direction, and movers 58, 58 each composed of an armature unit are provided at both ends in the length direction. The stators 59, 59 having magnet units corresponding to the movers 58, 58 are provided on support portions 60, 60 projecting from the base plate 40 (in FIG. 1, the mover 58 and the fixed member are fixed). The child 59 is shown simply.)
[0064]
The linear motors 61 and 61 are configured by the mover 58 and the stator 59, and the X guide bar XG moves in the Y direction by driving the mover 58 by electromagnetic interaction with the stator 59. It moves and rotates in the θZ direction by adjusting the drive of the linear motors 61 and 61. That is, the wafer stage 37 (and the sample stage ST, hereinafter simply referred to as the sample stage ST) is driven in the Y direction and the θZ direction almost integrally with the X guide bar XG by the linear motor 61.
[0065]
A mover of the X trim motor 92 is mounted on the −X direction side of the X guide bar XG. The X trim motor 92 adjusts the position of the X guide bar XG in the X direction by generating a thrust in the X direction. A stator (not shown) is provided on the main frame 34. Therefore, a reaction force when driving the wafer stage 37 in the X direction is transmitted to the base plate 40 via the main frame 34.
[0066]
The sample stage ST is supported by the X guide bar XG in a non-contact manner so as to be relatively movable in the X direction via a magnetic guide including a magnet and an actuator that maintains a predetermined gap in the Z direction between the sample stage ST and the X guide bar XG.・ Holded. Further, the wafer stage 37 is driven in the X direction by electromagnetic interaction by an X linear motor 93 having a stator embedded in the X guide bar XG. Although not shown, the mover of the X linear motor 93 is attached to the wafer stage 37. A wafer W is fixed to the upper surface of the sample stage ST via a wafer holder 62 by vacuum suction or the like (see FIG. 1).
[0067]
Note that the X linear motor 93 is arranged closer to the wafer W mounted on the wafer stage 37 than the linear motor 61, and the mover of the linear motor is fixed to the sample stage ST. . For this reason, it is desirable to use a moving magnet type linear motor for the X linear motor 93 in which the coil serving as a heat source becomes a stator and moves away from the wafer W and is not directly fixed to the sample stage ST. Further, the linear motor 61 needs a much larger thrust than the X linear motor 93 because the X linear motor 93, the X guide bar XG, and the sample stage ST are integrally driven. Therefore, a large amount of power is required, and the amount of heat generated is larger than that of the X linear motor 93. Therefore, it is desirable to use a moving coil type linear motor as the linear motor 61. However, since the moving coil type linear motor needs to circulate the coolant through the mover 58, if there is a problem in the device configuration, a moving magnet type linear motor having a magnet on the mover 58 side is used. May be.
[0068]
The position of the wafer stage 37 in the X direction changes with respect to a reference mirror 63 (see FIG. 1) fixed to the lower end of the lens barrel of the projection optical system PL. 1 is measured in real time at a predetermined resolution, for example, a resolution of about 0.5 to 1 nm by the laser interferometer 65 shown in FIG. The position of the wafer stage 37 in the Y direction is measured by a reference mirror, a laser interferometer, and a movable mirror (not shown) which are arranged substantially orthogonal to the reference mirror 63, the movable mirror 64, and the laser interferometer 65. At least one of these laser interferometers is a multi-axis interferometer having two or more measurement axes. Based on the measurement values of these laser interferometers, the wafer stage 37 (and thus the wafer W) in the X direction is measured. In addition to the position and the position in the Y direction, the θ rotation amount and the leveling amount can be obtained.
[0069]
As shown in FIG. 5, three laser interferometers 66 are fixed to three different places on the flange 50 of the projection optical system PL (however, in FIG. 5, one of these laser interferometers is fixed). Is shown as a representative). Openings 67a are respectively formed in portions of the lens barrel base 49 facing each of the laser interferometers 66, and laser beams (measuring beams) in the Z direction from each of the laser interferometers 66 through these openings 67a. Is irradiated toward the wafer surface plate 38. A reflection surface is formed on the upper surface of the wafer surface plate 38 at a position facing each measurement beam. Therefore, the three laser interferometers 66 measure three different Z positions of the wafer surface plate 38 with the flange 50 as a reference.
[0070]
Next, a schematic configuration of a control system of the stage device 32 will be described. FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system of the stage device 32. Note that components corresponding to those shown in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 8, members not shown in FIG. 6, that is, laser interferometers 101 to 103 for measuring the position and rotation amount of the fine movement stage 71 in the XY plane, and fixed to the fine movement stage 71. The movable mirror 104 and the corner mirrors 105 and 106, and the corner mirror 107 and the laser interferometer 108 fixed to the coarse movement stage 70 are also illustrated. The laser interferometers 101 to 103 and the laser interferometer 108 correspond to the laser interferometer 8 shown in FIG.
[0071]
The measurement results of the laser interferometers 101 to 103 and 108 are output to the position information calculation unit 109. The position information calculation unit 109 calculates the position information in the X direction of the fine movement stage unit 71 from the measurement result of the laser interferometer 101, and calculates the Y information of the fine movement stage unit 71 from one of the measurement results of the laser interferometers 102, 103, and 108. The position information in the direction is calculated, and information indicating the amount of rotation of the fine movement stage section 71 in the XY plane is calculated from the difference between the measurement results of the two laser interferometers 102 and 103. Further, the detection results of the linear encoder sets 88a and 88b are input to the position information calculation unit 109, and the position information calculation unit 109 calculates the position information of the counter masses 79a and 79b in the Y direction based on these detection results. I do.
[0072]
The position information calculated by the position information calculation unit 109 is output to the main control system 110 and the stage control device 111. The detection results of the acceleration sensor 47 provided on the reticle stage 35 and the acceleration sensor 57 provided on the wafer stage 37 are output to the stage control device 111. The main control system 110 refers to the position information from the position information calculation unit 109 and, based on a preset recipe (a control command group that defines the operation of the exposure apparatus), outputs target information (corresponding to the position command signal CS). Output to the stage control device 111.
[0073]
The stage control device 111 corresponds to the stage control device 1 shown in FIG. 1, and supplies a drive signal according to target information from the main control system 110 to the shaft type linear motors 75 and 76 to control the reticle stage 35. Move in the Y direction. At this time, the stage control device 111 feeds back a detection signal output from the acceleration sensor 47 as an acceleration signal AS, performs proportional-plus-integral control of the acceleration of the reticle stage 35, and outputs the position information calculated by the position information calculation unit 109 to the stage. The position signal PS is fed back as the position signal PS, and the position of the reticle stage 35 is proportionally and differentially controlled. Further, the stage control device 111 applies a drive current to the linear motor sets 91a and 91b to absorb a reaction force generated due to acceleration / deceleration of the reticle stage 35, and supplies counter currents 79a and 79b (not shown in FIG. 8). ) Is moved in the direction opposite to the direction in which the reticle stage 35 moves.
[0074]
By performing the above control, the movement of the reticle stage 35 can be controlled at high speed and with high accuracy. In FIG. 8, the control system of the stage device 32 has been described as an example. However, the same control system is also provided for the stage device 33 to control the movement of the wafer stage 37 at high speed and high accuracy. can do. For the stage device 33, the detection result of the acceleration sensor 57 mounted on the wafer stage 37 is used as the acceleration signal AS, and the position information calculated from the measurement result of the laser interferometer 65 is used as the stage position signal PS.
[0075]
[Device manufacturing method]
Next, a method for manufacturing a device using the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention in a lithography process will be briefly described. FIG. 9 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of a micro device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, a liquid crystal panel, a CCD, a thin-film magnetic head, a micromachine, etc.). As shown in FIG. 9, first, in step S30 (design step), a function / performance design of a micro device (for example, a circuit design of a semiconductor device or the like) is performed, and a pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step S31 (mask manufacturing step), a mask (reticle) on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step S32 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.
[0076]
Next, in step S33 (wafer processing step), using the mask and the wafer prepared in steps S30 to S32, an actual circuit or the like is formed on the wafer by a lithography technique or the like, as described later. Next, in step S34 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step S33. Step S34 includes processes such as a dicing process, a bonding process, and a packaging process (chip encapsulation) as necessary. Finally, in step S35 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the microdevice manufactured in step S34 are performed. After these steps, the microdevice is completed and shipped.
[0077]
FIG. 10 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S33 in FIG. 9 in the case of a semiconductor device. In FIG. 10, in step S41 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. In step S42 (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. In step S43 (electrode formation step), electrodes are formed on the wafer by vapor deposition. In step S44 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above steps S41 to S44 constitutes a preprocessing step in each stage of the wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process in each stage.
[0078]
In each stage of the wafer process, when the above-mentioned pre-processing step is completed, the post-processing step is executed as follows. In this post-processing step, first, in step S45 (resist forming step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step S46 (exposure step), the circuit pattern of the mask is transferred onto the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Next, in step S47 (development step), the exposed wafer is developed, and in step S48 (etching step), the exposed members other than the portion where the resist remains are removed by etching. Then, in step S49 (resist removing step), unnecessary resist after etching is removed. By repeatedly performing these pre-processing steps and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0079]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the acceleration of the stage is at least integratedly controlled based on the acceleration signal indicating the fed back acceleration of the stage, and the position of the stage is determined based on the position signal indicating the fed back position of the stage. Is at least proportionally controlled, so that the vibration of the stage is suppressed and the settling time is shortened, and further, there is an effect that the compensation for the disturbance force applied to the stage can be completely performed. Thereby, there is an effect that the movement of the stage can be controlled at high speed and with high accuracy.
Further, according to the present invention, the first control signal for at least proportionally controlling the position of the stage based on the target position signal indicating the target position of the stage and the position signal indicating the actual position of the stage is generated, and the first control signal is generated. A second control signal for at least integrating control of the acceleration of the stage is generated based on the signal and the acceleration signal indicating the acceleration of the stage, and the stage is controlled, so that the vibration of the stage is suppressed and the settling time is reduced, In addition, there is an effect that compensation for disturbance force applied to the stage can be completely performed. Thereby, there is an effect that the movement of the stage can be controlled at high speed and with high accuracy.
Further, according to the present invention, since at least one of the mask stage and the substrate stage is controlled using the stage control capable of controlling the movement of the stage with high speed and high accuracy, a fine pattern is formed on the substrate at a high level. The transfer can be performed with the overlay accuracy, and the time required for moving the stage can be shortened, so that the throughput can be improved.
Further, according to the present invention, since the lithography step includes an exposure step of performing exposure using the above-described exposure apparatus, there is an effect that a large number of devices can be efficiently manufactured with a high yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing an overall configuration of a control system including a stage control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a control block diagram illustrating a configuration example of a stage control device 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a simulation result obtained by moving the stage device 2 stepwise by the stage control device 1 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a simulation result when a disturbance force is applied to the stage device 2 controlled by the stage control device 1 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an external perspective view of a stage device 32 including a reticle stage 35 provided in the exposure apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an external perspective view of a stage device 33 provided in the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system of the stage device 32.
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a manufacturing process of a micro device.
FIG. 10 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S33 in FIG. 9 in the case of a semiconductor device.
FIG. 11 is a control block diagram illustrating a configuration example of a conventional stage control device.
FIG. 12 is a diagram showing a simulation result obtained by stepwise moving the stage by the conventional stage control device shown in FIG. 11;
13 is a diagram showing a simulation result when a disturbance force is applied to a stage controlled by the conventional stage control device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Stage control device
2 Stage equipment (stage)
7 acceleration sensor (accelerometer)
8 Laser interferometer
11 Position command generator (target position signal output unit)
13 First control system
15 Second control system
13a Proportional controller (second proportional controller)
13b Differential controller (differential controller)
13c adder (second adder)
15a Proportional controller (first proportional controller)
15b integral controller (integral controller)
15c adder (first adder)
31 Exposure equipment
35 Reticle stage (mask stage)
37 Wafer Stage (Substrate Stage)
111 Stage control device
AS acceleration signal
CS position command signal (target position signal)
DS error signal (thrust command signal)
IU illumination optical system (exposure means)
PL projection optical system (optical system, exposure means)
PS stage position signal (position signal)
R reticle (mask)
S1 First control signal
S2 Second control signal
S11 Proportional control signal (second proportional control signal)
S12 Differential control signal
S21 Proportional control signal (first proportional control signal)
S22 Integration control signal
S33 Wafer processing step (lithography process)
S46 Exposure step (exposure step)
W wafer (substrate)

Claims (9)

移動可能に構成されたステージを制御するステージ制御装置において、
前記ステージの加速度を示す加速度信号をフィードバックし、前記ステージの加速度を少なくとも積分制御する第１フィードバック制御系と、
前記ステージの実際の位置を示す位置信号をフィードバックし、前記ステージの位置を少なくとも比例制御する第２フィードバック制御系と
を備えることを特徴とするステージ制御装置。In a stage control device that controls a stage configured to be movable,
A first feedback control system that feeds back an acceleration signal indicating the acceleration of the stage and performs at least integral control of the acceleration of the stage;
A second feedback control system that feeds back a position signal indicating an actual position of the stage and performs at least proportional control of the position of the stage. 移動可能に構成されたステージを制御するステージ制御装置において、
前記ステージの目標位置を示す目標位置信号を出力する目標位置信号出力部と、
前記目標位置信号と前記ステージの実際の位置を示す位置信号との差である誤差信号に基づいて、前記ステージの位置を少なくとも比例制御するための第１制御信号を生成する第１制御系と、
前記第１制御信号と前記ステージの加速度を示す加速度信号とに基づいて、前記ステージの加速度を少なくとも積分制御するための第２制御信号を生成する第２制御系と
を備えることを特徴とするステージ制御装置。In a stage control device that controls a stage configured to be movable,
A target position signal output unit that outputs a target position signal indicating a target position of the stage,
A first control system that generates a first control signal for at least proportionally controlling the position of the stage based on an error signal that is a difference between the target position signal and a position signal indicating an actual position of the stage;
A stage that includes a second control system that generates a second control signal for at least integratingly controlling the acceleration of the stage based on the first control signal and an acceleration signal indicating the acceleration of the stage. Control device. 前記第２制御系は、前記ステージの加速度を積分制御する積分制御信号を生成する積分制御部と、
前記積分制御部に対して並列に設けられ、前記ステージの加速度を比例制御する第１比例制御信号を生成する第１比例制御部と、
前記積分制御信号と前記第１比例制御信号とを加算して前記第２制御信号とする第１加算部と
を備えることを特徴とする請求項２記載のステージ制御装置。An integration control unit that generates an integration control signal that integrates and controls the acceleration of the stage;
A first proportional control unit that is provided in parallel with the integral control unit and generates a first proportional control signal that proportionally controls the acceleration of the stage;
3. The stage control device according to claim 2, further comprising: a first adder that adds the integration control signal and the first proportional control signal to generate the second control signal. 前記第１制御系は、前記ステージの位置を比例制御する第２比例制御信号を生成する第２比例制御部と、
前記第２比例制御部に対して並列に設けられ、前記ステージの位置を微分制御する微分制御信号を生成する微分制御部と、
前記第２比例制御信号と前記微分制御信号とを加算して前記第１制御信号とする第２加算部と
を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のステージ制御装置。A second proportional control unit that generates a second proportional control signal that proportionally controls a position of the stage;
A differential control unit that is provided in parallel with the second proportional control unit and generates a differential control signal that differentially controls the position of the stage;
4. The stage control device according to claim 2, further comprising a second adding unit that adds the second proportional control signal and the differential control signal to generate the first control signal. 前記ステージの位置を計測して前記位置信号を出力するレーザ干渉計を備えることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載のステージ制御装置。The stage control device according to any one of claims 2 to 4, further comprising a laser interferometer that measures a position of the stage and outputs the position signal. 前記位置信号に対して演算を施し、前記加速度信号を出力する演算部を備えることを特徴とする請求項５記載のステージ制御装置。The stage control device according to claim 5, further comprising a calculation unit that performs a calculation on the position signal and outputs the acceleration signal. 前記ステージの加速度を計測して前記加速度信号を出力する加速度計を備えることを特徴とする請求項５記載のステージ制御装置。The stage control device according to claim 5, further comprising an accelerometer that measures the acceleration of the stage and outputs the acceleration signal. 光学系を介してマスクのパターンを基板上に露光する露光手段と、前記マスクを移動させるマスクステージと、前記基板を移動させる基板ステージとを備える露光装置であって、
前記マスクステージと前記基板ステージとの少なくとも一方は、請求項１から請求項７の何れか一項に記載のステージ制御装置を用いて制御されることを特徴とする露光装置。Exposure means for exposing a pattern of a mask onto a substrate via an optical system, a mask stage for moving the mask, and a substrate stage for moving the substrate, comprising:
An exposure apparatus wherein at least one of the mask stage and the substrate stage is controlled using the stage control device according to any one of claims 1 to 7. リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法であって、
前記リソグラフィ工程において請求項８記載の露光装置を用いて露光を行う露光工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。A method for manufacturing a device including a lithography step,
A device manufacturing method, comprising an exposure step of performing exposure using the exposure apparatus according to claim 8 in the lithography step.
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