JP2000267732A - ステージ装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 適切な非干渉化指令を発生させ、ある駆動軸
を駆動した際に他の軸に発生する変位を充分に除去し、
位置決め時間の短縮、姿勢変動の低減を図る。 【解決手段】 本発明のステージ装置は、複数の駆動軸
に沿って移動可能なステージと、ステージを各駆動軸に
沿って駆動する駆動機構と、可動ステージの各駆動軸に
ついての位置または速度を検出する検出器と、各駆動軸
について検出器により検出された位置または速度を所定
の目標値に一致させるべく駆動機構に指令を与える補償
器と、ある駆動軸について該ステージを駆動した際に他
の駆動軸について発生する該ステージの変位を打消す指
令を、該ある駆動軸の該補償器が発生した指令に基づい
て発生させる非干渉化手段と、該他の駆動軸についての
補償器が発生した指令値と非干渉化手段が発生した指令
値を加算し、駆動機構に出力する加算手段とを有し、非
干渉化手段がハイパスフィルタを有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体リソグラフ
ィに用いる投影露光装置、各種精密加工機あるいは各種
精密測定器等で用いられ、高速高精度な位置決め性能を
必要とされるステージ装置に関する。また、このような
ステージ装置を用いた露光装置およびデバイス製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来のステージ装置の平面図で
あり、図８は図７のＡＡ線断面図である。

【０００３】図７および図８において、１７は定盤１６
上の水平面内において並進移動するＸＹステージであ
る。１８はＸＹステージ１７上にθ軸駆動用リニアモー
タ１９θを介して搭載された回転ステージである。１９
ｘおよび１９ｙは、ＸＹステージ７を水平面内で並進移
動させるための駆動手段として、直交するように配置さ
れたリニアモータである。１９ｙ１はリニアモータ１９
ｙの固定子であり、定盤１６上に固定されている。ま
た、１９ｘ２はリニアモータ１９ｘの可動子であり、Ｘ
Ｙステージに固定されている。Ｘ軸およびＹ軸の移動距
離が長い場合には、リニアモータ１９ｘおよび１９ｙの
コイルを複数個並べ、それらを順次切り替えながら（相
切替え）移動を行なう。

【０００４】ＸＹステージ上にはθ軸駆動用のリニアモ
ータ１９θを介して回転ステージ１８が搭載されてい
る。回転ステージ１８上には、Ｘ軸用およびＹ軸用のミ
ラー２０ｘ１および２０ｙ１が設置されており、定盤１
６上に固定されたレーザ干渉計２０ｘ２および２０ｙ２
からのレーザ光を反射してＸＹステージ１７の現在位置
を検出する。ミラー２０ｘ１または２０ｙ１にはレーザ
光を２本当てており、この干渉計からの計測値の差か
ら、回転ステージ１８の回転量を検出する。

【０００５】この種のステージ装置には、上記Ｘ，Ｙお
よびθ軸に加えて上下方向の移動軸（Ｚ軸）、および直
交する２つの方向の傾き（Ｔｉｌｔ軸）を持つものもあ
る。

【０００６】図９は、このようなステージ装置を駆動す
る従来の駆動装置のブロック線図である。同図におい
て、レーザ干渉計によって検出された可動ステージ１１
のＸ軸、Ｙ軸およびθ軸の変位はそれぞれ対応する目標
値との差が取られ、各補償器１２Ｘ，１２Ｙおよび１２
θに入力される。各補償器１２Ｘ，１２Ｙおよび１２θ
では、ＰＩＤ制御等により各リニアモータへの指令値が
決定される。

【０００７】通常、１つのリニアモータ１９ｘ，１９ｙ
または１９θを駆動する場合は、ステージ１１の重心位
置とリニアモータ１９ｘ，１９ｙまたは１９θの作用点
の位置関係から、他の駆動軸に対して変位を引き起こす
力、すなわち干渉力が発生する。この干渉力により、駆
動する必要のない駆動軸に対して変位が発生し、位置決
め時間が長くかかってしまうとともに、所定の姿勢が保
たれないという問題が生じる。このため、各駆動軸の補
償器１２Ｘ，１２Ｙまたは１２θによって決定された指
令値から、他の駆動軸に対する影響を打ち消す指令値を
非干渉化手段１３によって出力し、これを他の駆動軸の
補償器１２Ｘ，１２Ｙまたは１２θが出力した指令値に
加算することにより、他の駆動軸の変位発生を防ぎ位置
決め時間を短縮している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ステージ１１
の特性は、ステージ１１の位置や姿勢により変化するこ
とがある。このため、各駆動軸の補償器１２Ｘ，１２Ｙ
および１２θにより決定された同一の指令値により各駆
動手段を駆動する場合においても、他の駆動軸に発生す
る干渉量が可動ステージ１１の位置や姿勢により変化す
ることがある。したがって、指令値に基づいて非干渉化
指令を出力しても、駆動力が異なり十分に変位発生を除
去できないことがある。

【０００９】例えば、リニアモータ１９ｘ，１９ｙまた
は１９θは、コイルと磁石との相対位置により推力定数
が変化するため、同一の指令値に対しても発生する駆動
力が異なる。これにより、他の駆動軸への影響も駆動力
により変化するため、指令値に基づいて非干渉化指令を
出力させても、駆動力が異なり十分に変位発生を除去で
きないことがある。

【００１０】さらに、今後主流になると考えられる走査
型露光装置においては、ステージが等速移動していると
きに露光を行うため、停止時のみならず移動中において
もステージの姿勢を高精度に保つ必要性がある。

【００１１】本発明の第１の目的は、ステージの位置、
姿勢によらず、適切な非干渉化指令を発生させ、ある駆
動軸を駆動した際に他の軸に発生する変位を充分に除去
し、位置決め時間の短縮、姿勢変動の低減を図るもので
ある。

【００１２】また、本発明の第２の目的は、干渉計から
のレーザ光のミラーに当たる位置によらず、適切な非干
渉化指令を発生させ、ステージが等速で移動していると
きでも偏差を生じないようにするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明のステージ装置は、複数の駆動軸に沿って移
動可能なステージと、該ステージを各駆動軸に沿って駆
動する駆動機構と、該可動ステージの各駆動軸について
の位置または速度を検出する検出器と、各駆動軸につい
て該検出器により検出された位置または速度を所定の目
標値に一致させるべく該駆動機構に指令を与える補償器
と、ある駆動軸について該ステージを駆動した際に他の
駆動軸について発生する該ステージの変位を打消す指令
を、該ある駆動軸の該補償器が発生した指令に基づいて
発生させる非干渉化手段と、該他の駆動軸についての補
償器が発生した指令値と該非干渉化手段が発生した指令
値を加算し、該駆動機構に出力する加算手段とを有し、
該非干渉化手段がハイパスフィルタを有することを特徴
とする。

【００１４】また、前記非干渉化手段の非干渉化係数を
前記ステージの位置または姿勢の少なくとも一方に基づ
いて補正する非干渉化係数補正手段を有することが望ま
しい。

【００１５】また、前記ステージの位置検出手段として
干渉計が用いられていることが望ましく、前記非干渉化
係数補正手段は、計測光がミラーに当たる位置に応じて
非干渉化手段の非干渉化係数を補正することが良い。

【００１６】また、前記ステージは、平面内の２次元並
進方向および該平面内の回転方向に移動可能であること
が望ましい。また、前記ハイパスフィルタは、前記ステ
ージを前記回転方向に回転させたときに前記並進方向に
発生する変位を打消すための前記非干渉化手段に含まれ
ることが好ましい。

【００１７】また、前記ステージは、等速走行制御され
ることが望ましい。

【００１８】上記のステージ装置を備えた露光装置や、
これを用いたデバイス製造方法も本発明の範疇に入る。

【００１９】

【発明の実施の形態】＜実施形態１＞図１に本発明の第
１実施形態に係る駆動装置のブロック図を示す。

【００２０】各補償器２に、ステージ１の制御量（位
置、速度または加速度）と、レーザ干渉計によって検出
された計測値との差分が入力される。各軸（Ｘ、Ｙ、
θ）の補償器２は、ＰＩＤ制御などの制御手段により指
令値が決定される。指令値は、各軸間の非干渉化手段３
に入力される。非干渉化手段は、ある軸がその指令値で
駆動された場合に、他の軸に発生する変位を打消す非干
渉化指令を発生する。補償器２が決定した指令値と、非
干渉化手段３が発生した非干渉化指令は、加算手段５に
よって加算され、各軸の駆動手段に入力される。各軸の
駆動手段は、入力された指令値に基づき、推力を発生さ
せてステージを駆動する。非干渉化係数補正手段４で
は、レーザ干渉計によって検出されたステージの位置、
姿勢に基づき、非干渉化手段の係数を補正する。

【００２１】図２に、θ軸回転時にＸ軸、Ｙ軸に発生す
る変位を示す。

【００２２】前述のステージ装置と同様に、回転ステー
ジ上には、Ｘ軸用、Ｙ軸用のミラー１０が設置されてお
り、定盤６上に固定されたレーザ干渉計からのレーザ光
を反射してステージの現在位置を検出する。また、Ｘ軸
またはＹ軸（図中ではＹ軸）にはレーザ光を２本当てて
おり、この２つの干渉計からの計測値の差から、回転ス
テージ８の回転量を検出する。

【００２３】レーザ光がミラーに当たる位置は、ＸＹス
テージの位置によって異なる。また、θ軸の回転によっ
て回転ステージ上に設置されたミラーが回転したとき
も、レーザ光がミラーに当たる位置は異なる。このた
め、レーザ光がθ軸の回転中心から離れた位置に当たっ
ている場合には、ＸＹステージがＸ軸、Ｙ軸方向に移動
しなくても、回転ステージが回転するだけでレーザ光が
ミラーに当たる位置が変化するため、Ｘ軸、Ｙ軸方向の
レーザ干渉計の計測値が変化する。

【００２４】このようなレーザ干渉計の計測値の変化
は、Ｘ軸、Ｙ軸方向の位置誤差となり、位置決め時間の
延長、姿勢制度の悪化を招くおそれがある。そこで、非
干渉化手段３によって、回転ステージのθ軸回転時に発
生するレーザ光がミラーに当たる位置のＸＹ軸方向の変
化を打ち消す指令を発生させる必要がある。

【００２５】回転ステージのθ軸回転時に発生するレー
ザ光がミラーに当たる位置のＸＹ軸方向の変化は、レー
ザ光とθ軸回転中心との位置関係により異なる。例え
ば、レーザ光がミラーに当たる位置の変位量は、回転中
心からの距離に比例して大きくなる。

【００２６】そこで、レーザ光がミラーのどの位置に当
たっているかを計測し、それに応じて非干渉化係数を補
正する必要がある。例えば、レーザ光がＸ軸方向計測用
ミラーに当たっている位置は、ステージのＹ軸方向の位
置に基づいて非干渉化係数を補正すればよい。

【００２７】非干渉化係数補正手段では、ステージの位
置・姿勢と、係数値間の関係式を保持しておく。この関
係式に基づいて、レーザ干渉計によって検出されたステ
ージの位置・姿勢から係数値を演算して求める。例え
ば、ステージのＹ軸方向の位置計測結果から、レーザ光
がＸ軸方向計測用ミラーに当たる位置とθ軸回転中心と
の距離を求め、これに適切な係数をかけてθ軸からＸ軸
への非干渉化係数を求める。同様に、ステージのＸ軸方
向の位置計測結果から、レーザ光がＹ軸方向計測用ミラ
ーに当たる位置とθ軸回転中心との距離を求め、これに
適切な係数をかけてθ軸からＹ軸への非干渉化係数を求
める。

【００２８】しかし、スキャン露光時などのようにステ
ージがＸ方向またはＹ方向に等速度で移動する場合に
は、θ軸からＹ軸への非干渉化係数またはθ軸からＸ軸
への非干渉化係数は、移動に伴って位置に比例してラン
プ状に変化する。このため、θ軸の補償器からの出力が
変化しなくても、θ軸からＹ軸またはＸ軸への非干渉項
がランプ状に変化する。このような変化による指令は、
θ軸が駆動したために生じる指令ではないため、Ｙ軸お
よびＸ軸に本来の干渉を抑える非干渉化指令としてでは
なく、外乱として作用する。通常、補償器には、積分器
が含まれるため、一定値外乱に対しては定常偏差を消す
ことができるが、ランプ状の外乱に対しては定常偏差を
生じてしまう。

【００２９】このような定常偏差を避けるため、本発明
のステージ装置は、非干渉化手段３θｘ、３θｙにハイ
パスフィルタを用いる。ハイパスフィルタは、次式に示
すように微分＋１次遅れにより表される。

【００３０】ｙ＝｛ｋ・ｓ／（ｓ＋ω）｝×ｕ ここで、ｙは出力、ｕは入力、ωはハイパスフィルタの
折点周波数、ｋはゲインであり非干渉化係数補正手段に
より決定される。

【００３１】ｋは、前述のように位置に対して比例関係
にあるが、スキャン露光時のようにステージが等速移動
するときは時間に対して比例関係を持ち、 ｋ＝ｋ’／ｓ のように表される。よって、全体としては、 ｙ＝｛ｋ’／（ｓ＋ω）｝×ｕ となり、積分特性は打消される。

【００３２】このように、ランプ状外乱は周波数領域で
は積分特性を持ち、そのために定常偏差を生じてしまう
が、ハイパスフィルタを通すことにより、ハイパスフィ
ルタの微分特性がランプ状外乱の積分特性を打消すた
め、定常偏差を生じなくすることができる。

【００３３】図３は、本実施形態のステージ装置の周波
数特性の概略を示す図である。

【００３４】各軸の入出力特性に対し、干渉特性はピー
クの周波数がほぼ一致する山形となる。そのため、低周
波数領域では、ほとんど干渉は発生しない。一方、ハイ
パスフィルタは、低域遮断特性をを持つが、その折点周
波数を干渉が著しい帯域より低く設定しておくことによ
り、干渉が発生する周波数帯域での非干渉化指令はハイ
パスフィルタを通過するため、非干渉化性能には影響を
与えない。

【００３５】本実施形態のステージ装置によれば、ステ
ージの位置・姿勢によらず、適切な非干渉化指令を発生
させ、ある駆動軸を駆動した際に他の軸に発生する変位
を十分に除去することができ、位置決め時間の短縮、姿
勢変動の低減が可能となる。また、ステージが定速移動
中においても、偏差を生じることがない。

【００３６】なお本発明のステージ装置は、ＸＹθ軸の
みに移動するステージ装置に限られるものではなく、複
数の駆動軸を有するステージ装置であれば同様に適用で
きる。例えばＺ方向やＴｉｌｔ方向にも移動可能なステ
ージであっても良い。

【００３７】また、本発明のステージ装置は、非干渉化
手段３θｘ、３θｙにハイパスフィルタを設けていた
が、これに限るものではなく、他の非干渉化手段にもハ
イパスフィルタを設けても良い。

【００３８】＜実施形態２＞次に前述した実施形態のス
テージ装置をウエハステージとして搭載した走査型露光
装置の実施形態を、図４を用いて説明する。

【００３９】鏡筒定盤９６は床または基盤９１からダン
パ９８を介して支持されている。また鏡筒定盤９６は、
レチクル定盤９４を支持すると共に、レチクルステージ
９５とウエハステージ９３の間に位置する投影光学系９
７を支持している。

【００４０】ウエハステージは、床または基盤から支持
されたステージ定盤上に支持され、ウエハを載置して位
置決めを行う。また、レチクルステージは、鏡筒定盤に
支持されたレチクルステージ定盤上に支持され、回路パ
ターンが形成されたレチクルを搭載して移動可能であ
る。レチクルステージ９５上に搭載されたレチクルをウ
エハステージ９３上のウエハに露光する露光光は、照明
光学系９９から発生される。

【００４１】なお、ウエハステージ９３は、レチクルス
テージ９５と同期して走査される。レチクルステージ９
５とウエハステージ９３の走査中、両者の位置はそれぞ
れ干渉計によって継続的に検出され、レチクルステージ
９５とウエハステージ９３の駆動部にそれぞれフィード
バックされる。これによって、両者の走査開始位置を正
確に同期させるとともに、定速走査領域の走査速度を高
精度で制御することができる。投影光学系に対して両者
が走査している間に、ウエハ上にはレチクルパターンが
露光され、回路パターンが転写される。

【００４２】本実施形態では、前述の実施形態のステー
ジ装置をウエハステージとして用いているため、ステー
ジの位置・姿勢によらず適切な非干渉化指令を発生さ
せ、ある駆動軸を駆動した際に他の軸に発生する変位を
十分に除去することができ、位置決め時間の短縮、姿勢
変動の低減が可能となる。また、スキャン露光時のよう
にステージが定速移動中においても、偏差を生じること
がない。

【００４３】＜実施形態３＞次に上記説明した露光装置
を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明す
る。図５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チ
ップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを
示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回
路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では設計し
た回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ
３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ
を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と
呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグ
ラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。
ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１
４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化す
る工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンデ
ィング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程
を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製され
た半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の
検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完
成し、これが出荷（ステップＳ７）される。

【００４４】図６は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ
１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ
１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分
を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチ
ングが済んで不要となったレジストを取り除く。これら
のステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に
多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法
を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体
デバイスを製造することができる。

【００４５】

【発明の効果】本発明の請求項１記載のステージ装置に
よれば、ハイパスフィルタを用いることにより、ステー
ジの位置、姿勢によらず、適切な非干渉化指令を発生さ
せ、ある駆動軸を駆動した際に他の軸に発生する変位を
充分に除去し、位置決め時間の短縮、姿勢変動の低減を
図ることができる。

【００４６】また、請求項７記載のステージ装置によれ
ば、ステージが等速走行しているときでも、適切な非干
渉化指令を発生させ、偏差を生じないようにすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のステージ装置の駆動装置のブロ
ック図

【図２】第１実施形態のステージ装置の駆動装置のθ軸
回転時に生じるＸＹ軸方向に発生する変位を表す図

【図３】第１実施形態のステージ装置の周波数特性を表
す図

【図４】第２実施形態の露光装置の正面図

【図５】半導体デバイス製造フロー図

【図６】ウエハプロセスフロー図

【図７】従来のステージ装置の平面図

【図８】図７のＡＡ線断面図

【図９】従来のステージ装置の駆動装置のブロック図

【符号の説明】

１ ステージ ２ 補償器 ３ 非干渉化手段 ４ 非干渉化係数補正手段 ５ 加算器 １０ ミラー ９１ 床・基盤 ９２ ステージ定盤 ９３ ウエハステージ ９４ レチクル定盤 ９５ レチクルステージ ９６ 鏡筒定盤 ９７ 投影光学系 ９８ ダンパ ９９ 照明光学系

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の駆動軸に沿って移動可能なステー
   ジと、 該ステージを各駆動軸に沿って駆動する駆動機構と、 該ステージの各駆動軸についての位置または速度を検出
   する検出器と、 各駆動軸について該検出器により検出された位置または
   速度を所定の目標値に一致させるべく該駆動機構に指令
   を与える補償器と、 ある駆動軸について該ステージを駆動した際に他の駆動
   軸について発生する該ステージの変位を打消す指令を、
   該ある駆動軸の該補償器が発生した指令に基づいて発生
   させる非干渉化手段と、 該他の駆動軸についての補償器が発生した指令値と該非
   干渉化手段が発生した指令値を加算し、該駆動機構に出
   力する加算手段とを有し、 該非干渉化手段がハイパスフィルタを有することを特徴
   とするステージ装置。
2. 【請求項２】 前記非干渉化手段の非干渉化係数を前記
   ステージの位置または姿勢の少なくとも一方に基づいて
   補正する非干渉化係数補正手段を有することを特徴とす
   る請求項１記載のステージ装置。
3. 【請求項３】 前記ステージの位置検出手段として干渉
   計が用いられていることを特徴とする請求項１または２
   記載のステージ装置。
4. 【請求項４】 前記非干渉化係数補正手段は、計測光が
   ミラーに当たる位置に応じて非干渉化手段の非干渉化係
   数を補正することを特徴とする請求項３記載のステージ
   装置。
5. 【請求項５】 前記ステージは、平面内の２次元並進方
   向および該平面内の回転方向に移動可能であることを特
   徴とする請求項１〜４いずれか記載のステージ装置。
6. 【請求項６】 前記ハイパスフィルタは、前記ステージ
   を前記回転方向に回転させたときに前記並進方向に発生
   する変位を打消すための前記非干渉化手段に含まれるこ
   とを特徴とする請求項５記載のステージ装置。
7. 【請求項７】 前記ステージは、等速走行制御されるこ
   とを特徴とする請求項１〜６いずれか記載のステージ装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７いずれか記載のステージ装
   置を有することを特徴とする露光装置。
9. 【請求項９】 前記ステージ装置をウエハステージとし
   て備えていることを特徴とする請求項８記載の露光装
   置。
10. 【請求項１０】 投影光学系に対してウエハとレチクル
    を走査駆動させ、該ウエハ上に該レチクルパターンを露
    光することを特徴とする請求項８または９記載の露光装
    置。
11. 【請求項１１】 請求項８〜１０いずれか記載の露光装
    置を用意する工程と、前記ステージにウエハを保持させ
    る工程と、ウエハ上にレチクルパターンを露光する工程
    とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
12. 【請求項１２】 ウエハにレジストを塗布する工程と、
    露光されたウエハを現像する工程とを有することを特徴
    とする請求項１１記載のデバイス製造方法。