JP2005101105A - 位置決め装置、露光装置、デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被位置制御対象物の位置決め精度を向上することができる位置決め補償器及び、その位置決め補償器を有する露光装置、デバイス製造方法を提供する。
【解決手段】 位置計測部３で被位置制御対象物の位置を計測する。マイクロプロセッサ３０は、計測された位置信号に基づいて、複数種類の演算処理を行い、その演算結果を前記被位置制御対象物の位置制御に係る制御信号として出力する。ここで、マイクロプロセッサ３０は、位置信号の差分信号を演算する差分演算処理を第１サンプリング周波数で実行し、差分演算処理以外の演算処理を第１サンプリング周波数より低い第２サンプリング周波数で実行する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、被位置制御対象物の位置を計測する計測器と、前記計測器で計測された位置信号に基づいて、複数種類の演算処理を行い、その演算結果を前記被位置制御対象物の位置制御に係る制御信号として出力するプロセッサとを備える位置決め装置、その位置決め装置を有する露光装置、その露光装置を用いて半導体デバイスを製造するデバイス製造方法に関するものである。

ここでは、従来技術として、半導体露光装置（以下、露光装置と略称する）において、例えば、ウエハやレチクルを移動するステージのステージ制御を例に説明を行う。

半導体露光装置のステージに要求される性能は、
１ 応答が速いこと（速応性）
２ 安定であること（安定性）
３ 制御精度がよいこと（定常偏差）
である。

そのため、ステージ制御は、これらの性能を改善するために、位相遅れ進み補償が利用されている。そして、近年の露光線幅の微細化に伴い、例えば、露光装置のステージに求められる位置制御精度は、数ｎｍのオーダーに達している。また、生産性の向上の観点からステージの移動加速度および速度は年々増大の傾向にある。

このような高速・高精度の位置制御を実現するためには、ウエハステージ位置制御系のサーボ帯域が高いことが必要である。そこで、従来は、オペアンプなどのアナログ素子を用いたアナログ制御も、ＤＳＰに代表される、高速ディジタル信号処理を行うマイクロプロセッサを用いたディジタル制御に置き換えられつつあり、露光装置においてもこの方式が用いられることが多い。

ここで、マイクロプロセッサを用いた従来のディジタル制御による露光装置の制御系の一例について、図１１を用いて説明する。

図１１は従来の露光装置の制御系を説明するための図である。

尚、ここでは、説明を簡単にするため、単一のステージの制御装置に対して説明するが、露光装置内で構成される各種ステージ（例えば、ウエハステージやレチクルステージ等）の制御系の基本的な構成は本例と何ら変わりはない。

１１は露光装置内の位置制御対象のステージであり、位置計測部１３によってステージ１１の位置信号ｙ（ｔ）を計測する。次に、位置信号ｙ（ｔ）はＡ／Ｄ変換部１９において、ディジタル信号ｙ（ｎ）に変換される。

ここで、ｔは時刻であり、ｎはサンプリング番号である。つまり、位置信号ｙ（ｔ）は、時刻ｔにおける位置信号であり、ディジタル信号ｙ（ｎ）は、サンプリング番号ｎにおけるディジタル信号である。

そして、マイクロプロセッサ１８内部において、制御指令値（制御信号）ｕ（ｎ）を算出する。制御信号ｕ（ｎ）は、Ｄ／Ａ変換部１５で連続時間信号ｕ（ｔ）に変換され、電流増幅部１２で、ｉ（ｔ）に増幅され、リニアモータ１１ａによって、ステージ１１を駆動する。

このようにして、制御されたステージ１１の位置は、再び、位置計測部１３によって計測され、以下、同様な制御動作が繰り返し行われ、ステージ１１は位置目標値に達するようになる。

マイクロプロセッサ１８内部では、以下のような計算処理を実行する。

１．加算器９０３による、ディジタル信号ｙ（ｎ）と位置目標値生成部１７ａが生成する位置目標値ｒ_p（ｎ）との差分である偏差信号ｅ_p（ｎ）の計算
２．差分演算部１６ｂによる、偏差信号ｅ_p（ｎ）の偏差差分信号ｅ_d（ｎ）の計算
３．和分演算部１６ａによる、偏差信号ｅ_p（ｎ）の偏差和分信号ｅ_i（ｎ）の計算
４．偏差信号ｅ_p（ｎ）と比例ゲイン１４ａの積、偏差和分信号ｅ_i（ｎ）と積分ゲイン１４ｂの積、偏差差分信号ｅ_d（ｎ）と微分ゲイン１４Ｃの積を計算して、それらの和を制御信号ｕ（ｎ）として加算器９０２で計算する。そして、この計算処理は、所定のサンプリング周期毎に行われる。
尚、差分演算処理で算出する偏差差分信号ｅ_d（ｎ）とは、具体的には、直前のサンプリングでの偏差信号の差、つまり、ｅ_d（ｎ）＝ｅ_p（ｎ）−ｅ_p（ｎ−１）である。

このように、従来は、制御信号ｕ（ｎ）を計算するマイクロプロセッサ１８は、単一のサンプリング周波数で動作していた。

ディジタル位置決め補償器を有する位置決め装置において、制御帯域を低くする原因の１つとして、偏差信号の差分演算処理により偏差差分信号に発生する遅延時間がある。そのため、発生する遅延時間が多ければ多いほど、制御帯域が低くなり位置決め精度が劣化する。

ここで、差分演算により発生する遅延時間は差分演算が実行されるサンプリング周波数に依存しており、サンプリング周波数が低ければ低いほど大きくなる。

そこで、この差分演算の周波数特性について、図１２を用いて説明する。

図１２はサンプリング周波数１０ｋＨｚと４０ＭＨｚの時の差分演算の周波数特性を示す図である。

ここで、図１２の上段がサンプリング周波数とその周波数レベルの関係を示すレベル図、下段がサンプリング周波数と位相の関係を示す位相線図である。

特に、下段の位相線図では、実線がサンプリング周波数１０ｋＨｚの場合、点線がサンプリング周波数４０ＭＨｚの場合を示している。

サンプリング周波数無限大の理想的な差分演算では、位相は周波数無限大まで９０度を維持するが、位相線図からわかるように、サンプリング周波数が低くなるほど遅延が生じ、サンプリング周波数４０ＭＨｚよりも１０ｋＨｚの方が遅延が大きく、位相がより遅延することがわかる。

位相遅れ進み補償器は、偏差信号と偏差和分信号と偏差差分信号の和を制御信号として出力する構成であるから、偏差差分信号に遅延が生じると、結果として位相遅れ進み補償器から出力される制御信号に遅延が生じることとなる。

次に、位相遅れ進み補償器の周波数特性について、図１３を用いて説明する。

図１３はサンプリング周波数１０ｋＨｚと４０ＭＨｚの時の位相遅れ進み補償器の周波数特性を示す図である。

ここで、図１３の上段がサンプリング周波数とその周波数レベルの関係を示すレベル図、下段がサンプリング周波数と位相の関係を示す位相線図である。

特に、下段の位相線図では、実線がサンプリング周波数１０ｋＨｚの場合、点線がサンプリング周波数４０ＭＨｚの場合を示している。この位相線図によれば、サンプリング周波数１０ｋＨｚで処理した方が位相遅れ進み補償器から出力される信号が遅延していることがわかる。この遅延により、位相余有（余裕）が減少する。

次に、露光装置のステージのような、ＸＹ方向の２次元系（あるいはＸＹＺの３次元系）の制御対象に対して、サンプリング周波数が１０ｋＨｚ、４０ＭＨｚのディジタル位置決め補償器で制御をしたときの開ループ伝達特性について、図１４を用いて説明する。

図１４はサンプリング周波数１０ｋＨｚと４０ＭＨｚの時の位置決め補償器における開ループ伝達関数の周波数特性を示す図である。

ここで、図１４の上段がサンプリング周波数とその周波数レベルの関係を示すレベル図、下段がサンプリング周波数と位相の関係を示す位相線図である。

特に、下段の位相線図では、実線がサンプリング周波数１０ｋＨｚの場合、点線がサンプリング周波数４０ＭＨｚの場合を示している。

ゲインが０[ｄＢ]を下回る周波数（ゼロクロス周波数）での各サンプリング周波数の位置決め補償器の位相をみると、サンプリング周波数１０ｋＨｚでは位相余有がほとんどないのに比べ、サンプリング周波数４０ＭＨｚでは位相余有が十分にあることがわかる。この位相余有が少なくなると、制御系が不安定となるため、位置決め精度が劣化する。よって制御性能を上げるためには、サンプリング周波数をできるだけあげる必要がある。

このような状況において、例えば、特許文献１で開示されるサーボ回路の位相補償装置では、差分演算のみをアナログ回路で微分回路として構成することによって、遅延時間の発生を抑えている。この構成の進み補償は、位置偏差信号の微分値ではなく位置信号の微分値をフィードバックしているため、位置信号の偏差に対する位相遅れ進みを補償するものではない。また、この構成では、アナログ回路を用いて微分演算を行っているが、このようにして得られた微分信号にはノイズ成分が含まれることがあり、このノイズ成分によって位置決め精度が劣化するという問題点がある。
特開平０６−１６５５５２号公報

上述したように、従来技術では、制御信号を計算するマイクロプロセッサは、単一のサンプリング周波数で動作していたため、サンプリング周波数をあげるためには、より処理能力の高いマイクロプロセッサを用いる必要があった。

しかしながら、処理能力の高いマイクロプロセッサは高価であり、製品コストが高くなるという課題があった。

一方で、高サンプリング周波数で行う必要がある処理は、差分演算処理のみであり、その他の処理のサンプリング周波数を高くする必要はなかった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、被位置制御対象物の位置決め精度を向上することができる位置決め装置及び、その位置決め装置を有する露光装置、デバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明による位置決め装置は以下の構成を備える。即ち、
被位置制御対象物の位置を計測する計測器と、前記計測器で計測された位置信号に基づいて、複数種類の演算処理を行い、その演算結果を前記被位置制御対象物の位置制御に係る制御信号として出力するプロセッサとを備える位置決め装置であって、
当該位置決め装置は、前記位置信号の差分信号を演算する差分演算処理を第１サンプリング周波数で実行し、前記差分演算処理以外の前記演算処理を前記第１サンプリング周波数より低い第２サンプリング周波数で実行する。

また、好ましくは、前記第１サンプリング周波数は、前記第２サンプリング周波数の整数倍であり、かつ双方のサンプリング周期は同期している。

また、好ましくは、前記プロセッサは、
前記差分演算処理を前記第１サンプリング周波数で実行する差分演算部を有する第１処理領域と、
前記差分演算処理以外の演算処理を前記第２サンプリング周波数で実行する第２処理領域とを備える。

また、好ましくは、前記第１処理領域と前記計測器間に接続され、前記位置信号を前記第１サンプリング周波数でＡ／Ｄ変換する第１Ａ／Ｄ変換手段と、
前記第２処理領域と前記計測器間に接続され、前記位置信号を前記第２サンプリング周波数でＡ／Ｄ変換する第２Ａ／Ｄ変換手段と
を更に備える。

また、好ましくは、前記第１処理領域と前記計測器間に接続され、前記位置信号を前記第１サンプリング周波数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段とを更に備え、
前記第２処理領域は、
前記第１処理領域内の差分演算部で演算された前記位置信号の差分信号を、前記第２サンプリング周波数でＤ／Ｄ変換する第１Ｄ／Ｄ変換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段で変換された位置信号を、前記第２サンプリング周波数でＤ／Ｄ変換する第２Ｄ／Ｄ変換手段とを備える。

また、好ましくは、前記プロセッサは、物理的に異なる
前記差分演算処理を前記第１サンプリング周波数で実行する差分演算部を有する第１プロセッサと、
前記差分演算処理以外の演算処理を前記第２サンプリング周波数で実行する第２プロセッサとを備える。

また、好ましくは、前記計測器は、計測した前記被位置制御対象物の位置信号の差分信号を算出する算出手段を備える。

また、好ましくは、上記の位置決め装置を用いて、ステージの位置を制御する露光装置。

また、好ましくは、上記の露光装置を用いて、半導体デバイスを製造するデバイス製造方法。

本発明によれば、被位置制御対象物の位置決め精度を向上することができる位置決め装置及び、その位置決め装置を有する露光装置、デバイス製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

本発明は、特に、露光装置のステージの位置決め制御に係る位置決め装置において、遅延時間が発生する位置の偏差信号の差分演算を、それ以外の制御演算よりも高サンプリング周波数で行うことにより、位置決め補償器（位相遅れ進み補償器）を有する位置決め装置における位相余有を大きくし、位置決め性能を向上することを実現する。

図１は本発明の露光装置の位置決め装置の構成を示す図である。

尚、図１において、１〜３、１ａ、４ａ〜４ｃ、５、６ａ、６ｂ、７ａは、図１１の１１〜１３、１１ａ、１４ａ〜１４ｃ、１５、１６ａ、１６ｂ、１７ａに対応する。また、図１の２００〜２０２は加算器である。

位置計測部３で計測されたステージ１の位置信号ｙ（ｔ）は、第１及び第２Ａ／Ｄ変換部９ａ、９ｂにおいて、サンプリング周波数Ａ［Ｈｚ］、Ｂ［Ｈｚ］でディジタル信号ｙ₁（ｎ）、ｙ₂（ｍ）にそれぞれ変換され、第１及び第２ディジタル信号処理領域８ａ、８ｂに取り込まれる。

ここで、ｔは時刻であり、ｎはサンプリング周波数Ａにおけるサンプリング番号であり、ｍはサンプリング周波数Ｂにおけるサンプリング番号である。つまり、位置信号ｙ（ｔ）は、時刻ｔにおける位置信号であり、ディジタル信号ｙ（ｎ）は、サンプリング番号ｎにおけるディジタル信号であり、ディジタル信号ｙ（ｍ）は、サンプリング番号ｍにおけるディジタル信号である。

第２ディジタル信号処理領域８ｂでは、位置信号ｙ₂（ｍ）の差分演算部６ｂによる差分演算処理がサンプリング周波数Ｂ［Ｈｚ］で行われ、第１ディジタル信号処理領域８ａでは、差分演算処理以外の制御演算処理（例えば、和文演算部６ａによる和分演算処理、ゲイン演算等）がサンプリング周波数Ａ［Ｈｚ］で行われる。差分演算処理をそれ以外の制御演算よりも高サンプリング周波数で行うようにするため、サンプリング周波数Ｂはサンプリング周波数Ａに比べ十分大きくなるようにする。例えば、サンプリング周波数Ａは１０ｋＨｚ、サンプリング周波数Ｂは４０ＭＨｚである。

サンプリング周波数Ｂをサンプリング周波数Ａに比べ十分大きくできない場合には、サンプリング周波数Ｂはサンプリング周波数Ａの整数倍であり、且つ双方のサンプリング周期はずれていない必要がある（つまり、同期している必要がある）。

ここで、サンプリング周波数のサンプリング周期と差分信号の関係について、図２〜図４を用いて説明する。

尚、図２〜図４では、サンプリング周波数Ｂがサンプリング周波数Ａに比べ十分に大きくない場合のサンプリング周期と差分信号の関係を示している。

まず、図２は差分演算のサンプリング周波数Ｂが差分演算以外の制御演算のサンプリング周波数Ａの整数倍でない場合の差分信号を示す図である。

また、図３は差分演算のサンプリング周波数Ｂが差分演算以外の制御演算のサンプリング周波数Ａの整数倍であり、且つ双方のサンプリング周期がずれている場合の差分信号を示を示す図である。

更に、図４は差分演算のサンプリング周波数Ｂが差分演算以外の制御演算のサンプリング周波数の整数倍であり、且つ双方のサンプリング周期がずれていない場合の差分信号を示す図である。

図２〜４の各図において、横軸は時刻ｔi（i=1,2,...,N）、縦軸は信号の大きさを示し、実線は差分信号、点線は差分演算以外の制御演算のサンプリング周期、●は差分演算以外の制御演算を行う際に取り込む差分信号の値を表している。

図２では、差分演算のサンプリング周波数Ｂは、差分演算以外の制御演算のサンプリング周波数Ａの整数倍となっていない。従って、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４で差分信号がホールドされ、また時刻ｔ１、ｔ３’で差分信号が取り込まれるというような可能性がある。このような場合、時刻ｔ３’で取り込まれた信号はｔ３からホールドされている値であるから、取り込まれる差分信号には遅れが生じることになり、望ましくない。

図３では、差分信号のサンプリング周波数Ｂは、差分演算以外の制御演算のサンプリング周波数Ａの整数倍となっているが、双方のサンプリング周期がずれている。従って、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４で差分信号がホールドされ、また時刻ｔ１’、ｔ３’で差分信号が取り込まれるというような可能性がある。このような場合、時刻ｔ１’、ｔ３’で取り込まれた信号は、それぞれｔ１、ｔ３からホールドされている値であるから取り込まれる差分信号には遅れが生じることになり、望ましくない。

図４では、差分信号のサンプリング周波数Ｂは、差分演算以外の制御演算のサンプリング周波数Ａの整数倍となっており、且つ双方のサンプリング周期がずれていない。従って、差分信号がホールドされたと同時に、その差分信号が演算対象として取り込まれ、差分信号に遅れが生じない。

よって、サンプリング周波数Ｂがサンプリング周波数Ａに比べ、十分に大きくない場合には、サンプリング周波数Ｂはサンプリング周波数Ａの整数倍であり、且つ双方のサンプリング周期がずれていないことが望ましい。逆に、サンプリング周波数Ｂがサンプリング周波数Ａに比べ十分に大きい場合には、サンプリング周期のずれの影響はほとんど生じなくなる。

このように構成された位相遅れ進み補償器は、差分演算処理のみ高サンプリング周波数で行うため、全ての処理を高サンプリング周波数で行う従来手法に比べ、処理能力の低い安価な回路で高精度な制御信号を出力することができる。つまり、この位相遅れ進み補償器を露光装置のステージの位置決め補償器として利用する場合には、その位置決めを高精度に実現することが可能となる。

以下、図１の位相遅れ進み補償器を、露光装置のステージの位置決め装置として利用した場合の構成について、図５を用いて説明する。

尚、露光装置としては、例えば、Ｆ₂エキシマレーザのような短波長レーザ光を照明光として発生する光源を備え、該光源の照明光（露光光）は適当な照明光学部材を介してレチクル（マスク）を均一に照明する。レチクルを透過した光（露光光）は、投影光学系を構成する種々の光学部材を介してウエハステージ上に載置されたウエハの表面上に到達し、ここにレチクルのパターンを結像する。

ウエハが載置されるウエハステージは、３次元方向（ＸＹＺ方向）に移動可能に構成されている。レチクルのパターンは、ステッピング移動と露光とを繰り返す所謂ステッピングアンドリピート方式で、ウエハ上に逐次投影され転写される。また、本発明をスキャン露光装置に適用した場合においても、ほぼ同じ構成となる。

そして、ウエハやレチクルが載置されるステージの移動制御、位置制御等が、メインコントローラ内のマイクロプロセッサにより、ウエハ交換、アライメント動作、露光動作等の種々の動作とともに統括的に制御される。

＜実施形態１＞
図５は本発明の実施形態１の露光装置の位置決め装置の構成を示す図である。

位置計測部２３で計測されたステージ位置信号ｙ（ｔ）は、第１及び第２Ａ／Ｄ変換部２９ａ、２９ｂにおいて、サンプリング周波数Ａ［Ｈｚ］、Ｂ［Ｈｚ］でディジタル信号ｙ₁（ｎ）、ｙ₂（ｍ）にそれぞれ変換され、マイクロプロセッサ３０内部に取り込まれる。

マイクロプロセッサ３０内部は、サンプリング周波数Ａ［Ｈｚ］とＢ［Ｈｚ］で動作している２つの処理がおこなわれている。差分演算部２６ｂによる差分演算処理を、それ以外の制御演算処理（例えば、和分演算部２６ａによる和分演算処理等）よりも高サンプリング周波数で行うため、（差分演算処理のサンプリング周波数Ｂ）＞（それ以外の制御演算処理のサンプリング周波数Ａ）、となるようにする。

また、サンプリング周波数Ｂがサンプリング周波数Ａに比べ十分大きくない場合には、サンプリング周波数Ｂはサンプリング周波数Ａの整数倍であり、かつ双方のサンプリング周期がずれていないことが望ましい。

サンプリング周波数Ｂ［Ｈｚ］の処理領域２８では、ｙ₂（ｍ）を差分演算部２６ｂを用いて差分信号ｙ_d（ｍ）に変換し、サンプリング周波数Ａ［Ｈｚ］の処理領域に引き渡す。

サンプリング周波数Ａ［Ｈｚ］の処理領域では、以下の処理が行われる。

１．加算器１０２による、ｙ₁（ｎ）と位置目標値生成部２７ａが生成する位置目標値との差分である偏差信号ｅ_p（ｎ）の計算
２．和分演算部２６ａによる、偏差信号ｅ_p（ｎ）の偏差和分信号ｅ_i（ｎ）の計算
３．Ｄ／Ｄ変換部２９ｃによる、サンプリング周波数Ｂ［Ｈｚ］の処理領域２８で計算された差分信号ｙ_d（ｍ）をサンプリング周波数Ａ［Ｈｚ］の差分信号ｙ_d（ｎ）への変換
４．加算器１００による、ｙ_d（ｎ）と速度目標値生成部２７ｂが生成する速度目標値ｒ_d（ｎ）との差分である偏差差分信号ｅ_d（ｎ）の計算
５．偏差信号ｅ_p（ｎ）と比例ゲイン２４ａ（Ｐ）の積、和分信号ｅ_i（ｎ）と積分ゲイン２４ｂ（Ｉ）の積、差分信号ｅ_d（ｎ）と微分ゲイン２４Ｃ（Ｄ）の積を計算して、それらの和を制御信号ｕ（ｎ）として加算器１０１で計算
つまり、制御信号ｕ（ｎ）＝Ｐｅ_p（ｎ）＋Ｉｅ_i（ｎ）＋Ｄｅ_d（ｎ）を計算する。

このようにして計算された制御信号ｕ（ｎ）は、Ｄ／Ａ変換部２５でｕ（ｔ）に変換され、電流増幅部２２で増幅され、リニアモータ２１ａによって、ステージ２１を駆動（位置決め）する。

ここで、速度目標値生成部２７ｂについて説明する。

本発明では、位置信号のディジタル変換と差分演算をより高いサンプリング周波数Ｂで行うため、従来のように位置偏差信号に対して差分演算することはできない。従って、位置目標値生成部２７ａで生成した位置目標値ｒ_p（ｎ）を速度目標値生成部２７ｂで微分した速度目標値ｒ_d（ｎ）を導入し、これを、位置差分信号ｙ_d（ｎ）から引くことにより、位置偏差差分信号ｅ_d（ｎ）を計算している。

また、図５の構成の変形例である図６の構成でも、図５の構成と同様の効果が得ることができる。

図６は本発明の実施形態１の露光装置の位置決め装置の構成の変形例を示す図である。

図５の構成との相違点は、Ａ／Ｄ変換部とＤ／Ｄ変換部である。

つまり、図６の構成では、Ａ／Ｄ変換部５９ｂを１つだけ構成するとともに、一方で、第１及び第２Ｄ／Ｄ変換部５９ａ、５９ｃを２つ構成している。

Ａ／Ｄ変換部５９ｂでは、位置信号ｙ（ｔ）をサンプリング周波数Ａ［Ｈｚ］でディジタル信号ｙ₂（ｍ）に変換するとともに、位置信号ｙ（ｔ）をサンプリング周波数Ｂ［Ｈｚ］で差分演算部５６ｂによる差分演算を行い、位置差分信号ｙ_d（ｍ）を計算する。

次に、第１及び第２Ｄ／Ｄ変換部５９ａ、５９ｃを用いて、ディジタル信号ｙ₂（ｍ）、位置差分信号ｙ_d（ｍ）をサンプリング周波数Ａ［Ｈｚ］でそれぞれ変換し、ｙ₂（ｎ）、ｙ_d（ｎ）を得る。その後の制御演算に関しては、図５の構成と同様であるが、図６では、各構成要素の参照番号を図５の参照番号と異ならせて示している。

具体的には、図６において、５４ａ〜５４ｃ、５５、５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂ、５００〜５０２は、図５の２４ａ〜２４ｃ、２５、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ、１００〜１０２に対応する。

更に、図５の構成の更なる変形例である図７の構成でも、図５の構成と同様の効果を得ることができる。

図７は本発明の実施形態１の露光装置の位置決め装置の構成の変形例を示す図である。

図７の構成では、図５のサンプリング周波数Ｂの処理領域と、サンプリング周波数の処理領域それぞれで実行する処理を、それぞれ別のマイクロプロセッサによって実現したものである。つまり、２つのマイクロプロセッサ６８ａ、６８ｂを構成し、図５のサンプリング周波数Ｂの処理領域で行う差分演算処理をマイクロプロセッサ６８ｂで実現し、図５のサンプリング周波数Ａの処理領域で行う処理をマイクロプロセッサ６８ａで実現している。

尚、図７において、６１〜６３、６１ａ、６４ａ〜６４ｃ、６５、６６ａ、６６ｂ、６７ａ、６７ｂ、６９ａ、６９ｂ、６００〜６０２は、図５の２１〜２３、２１ａ、２４ａ〜２４ｃ、２５、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ、２９ａ、２９ｂ、２００〜２０２に対応する。

以上説明したように、実施形態１によれば、高サンプリング周波数が必要な差分演算処理のみ、差分演算処理以外の制御演算処理のサンプリング周波数に比べて高いサンプリング周波数で処理を実行する。これにより、精度向上のために、単に、マイクロプロセッサ内で行う全ての処理を高サンプリング周波数で実行する構成に比べ、マイクロプロセッサの処理負荷を軽減するとともに、差分演算処理によって発生する遅延時間も軽減することができる。これにより、廉価な構成で、高精度の位置決め装置を実現することができる。

＜実施形態２＞
実施形態１では、マイクロプロセッサ内で、位置差分信号及び位置偏差差分信号を計算する構成としているが、位置計測部が、ステージに関する位置差分信号をマイクロプロセッサに入力することができる構成であれば、この位置差分信号を利用して、位置偏差差分信号だけをマイクロプロセッサ内で計算する構成としても良い。

半導体露光装置のステージは、ｎｍオーダの位置決め精度が要求されるため、通常、レーザ干渉計を用いて位置計測を行っている。そして、このレーザ干渉計が出力する位置差分信号を用いて、マイクロプロセッサで位置偏差差分信号を計算する。

例えば、Ｚｙｇｏ社製レーザ干渉計（ＺＭＩ−２００４）のメジャメントボードは、サンプリング周波数４０ＭＨｚで位置信号、位置差分信号をディジタル信号として出力することができる。

以下、実施形態２では、位置計測部として、このレーザ干渉計とメジェメントボードを有する露光装置における、位置決め装置の構成について、図８を用いて説明する。

図８は本発明の実施形態２の露光装置の位置決め装置の構成を示す図である。

尚、図８の７１、７１ａ、７２、７４ａ〜７４ｃ、７５、７６ａ、７７ａ、７７ｂ、７００〜７０２は、図５の２１、２１ａ、２２、２４ａ〜２４ｃ、２５、２６ａ、２７ａ、２７ｂ、２００〜２０２に対応する。

図８では、ステージ７１の位置は、レーザ干渉計７３によって計測される。そして、レーザ干渉計７３のメジャメントボード７３ａからは、サンプリング周波数４０ＭＨｚの位置信号ｙ₁（ｍ）とサンプリング周波数４０ＭＨｚで差分処理された位置差分信号ｙ_d（ｍ）を出力することができる。そして、これらの位置信号ｙ₁（ｍ）と位置差分信号ｙ_d（ｍ）を、マイクロプロセッサ７８ａに入力する。

この位置信号ｙ₁（ｍ）、位置差分信号ｙ_d（ｍ）は、サンプリング周波数４０ＭＨｚで処理された信号あるから、第１及び第２Ｄ／Ｄ変換部７９ａ、７９ｂにおいて、マイクロプロセッサ７８ａのサンプリング周波数Ａ［Ｈｚ］の位置信号ｙ₁（ｎ）、位置差分信号ｙ_d（ｎ）に変換されてマイクロプロセッサ７８ａ内部に取り込まれる。

その後、実施形態１と同様の制御演算処理を行うことで、ステージ７１を高精度に位置決めすることができる。

ここで、マイクロプロセッサ７８ａのサンプリング周波数は数十ｋＨｚであるから、レーザ干渉計７３のメジャメントボード７３ａが出力する位置差分信号ｙ_d（ｍ）は、このマイクロプロセッサ７８ａのサンプリング周波数より十分に高いサンプリング周波数（４０ＭＨｚ）で処理された信号である。

従って、実施形態１のような、マイクロプロセッサ内で差分演算処理を行う構成に比べて、レーザ干渉計７３のメジャメントボード７３ａが出力する位置差分信号を用いたほうが、位置差分信号に含まれる遅れはより少なくなるため、制御系の位相余有がより大きくなり、高価なマイクロプロセッサを用いることなく、位置精度を向上することできる。

以上説明したように、実施形態２によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、より高精度に露光装置のステージの位置決めを行うことができる。

［露光装置の応用例］
次に上記の露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。

図９は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。

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（マスク作製）では、設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。一方、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、上記のマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。

次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組立て工程を含む。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、ステップ７で、これを出荷する。

図１０はウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。

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成膜する。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、上記の露光装置によって回路パターンをウエハに転写する。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を形成する。

尚、上記実施形態の位相遅れ進み補償器は、露光装置のステージ位置決め装置の位置決め補償器として利用する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されず、ステージ等の移動体（被位置制御対象物）の位置制御を行う精密工作機械・精密測定機器等の機器にも利用することが可能である。

以上、実施形態例を詳述したが、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施態様をとることが可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる装置に適用しても良い。

本発明の露光装置の位置決め装置の構成を示す図である。 差分演算のサンプリング周波数Ｂが差分演算以外の制御演算のサンプリング周波数Ａの整数倍でない場合の差分信号を示す図である。 差分演算のサンプリング周波数Ｂが差分演算以外の制御演算のサンプリング周波数Ａの整数倍であり、且つ双方のサンプリング周期がずれている場合の差分信号を示を示す図である。 差分演算のサンプリング周波数Ｂが差分演算以外の制御演算のサンプリング周波数の整数倍であり、且つ双方のサンプリング周期がずれていない場合の差分信号を示す図である。 本発明の実施形態１の露光装置の位置決め装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態１の露光装置の位置決め装置の構成の変形例を示す図である。 本発明の実施形態１の露光装置の位置決め装置の構成の変形例を示す図である。 本発明の実施形態２の露光装置の位置決め補償器の構成を示す図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。 ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。 従来の露光装置の制御系を説明するための図である。 サンプリング周波数１０ｋＨｚと４０ＭＨｚの時の差分演算の周波数特性を示す図である。 サンプリング周波数１０ｋＨｚと４０ＭＨｚの時の位相遅れ進み補償器の周波数特性を示す図である。 サンプリング周波数１０ｋＨｚと４０ＭＨｚの時の位置決め補償器における開ループ伝達関数の周波数特性を示す図である。

符号の説明

１、１１、２１、６１、７１ ステージ
１ａ、１１ａ、２１ａ、６１ａ、７１ａ リニアモータ
２、１２、２２、６２、７２ 電流増幅部
３、１３、２３、６３ 位置計測部
９ａ、９ｂ、２９ａ、２９ｂ、５９ｂ、６９ａ、６９ｂ Ａ／Ｄ変換部
９ｃ、２９ｃ、５９ａ、５９ｃ、６９ｃ、７９ａ、７９ｂ Ｄ／Ｄ変換部
５、２５、５５、６５、７５ Ｄ／Ａ変換部
６ｂ、１６ｂ、２６ｂ、５６ｂ、６６ｂ 差分演算部
６ａ、１６ａ、２６ａ、５６ａ、６６ａ、７６ａ 和分演算部
７ａ、１７ａ、２７ａ、５７ａ、６７ａ、７７ａ 位置目標値
７ｂ、２７ｂ、５７ｂ、６７ｂ、７７ｂ：速度目標値
４ａ、１４ａ、２４ａ、５４ａ、６４ａ、７４ａ 比例ゲイン
４ｂ、１４ｂ、２４ｂ、５４ｂ、６４ｂ、７４ｂ 積分ゲイン
４ｃ、１４ｃ、２４ｃ、５４ｃ、６４ｃ、７４ｃ 微分ゲイン
１８、３０、３１、６８ａ、６８ｂ、７８ａ マイクロプロセッサ
８ａ、８ｂ ディジタル信号処理領域
７３ レーザ干渉計
７３ａ メジャメントボード
１００〜１０２、２００〜２０２、５００〜５０２、６００〜６０２、７００〜７０２ 加算器

Claims (9)

1. 被位置制御対象物の位置を計測する計測器と、前記計測器で計測された位置信号に基づいて、複数種類の演算処理を行い、その演算結果を前記被位置制御対象物の位置制御に係る制御信号として出力するプロセッサとを備える位置決め装置であって、
   当該位置決め装置は、前記位置信号の差分信号を演算する差分演算処理を第１サンプリング周波数で実行し、前記差分演算処理以外の前記演算処理を前記第１サンプリング周波数より低い第２サンプリング周波数で実行する
   ことを特徴とする位置決め装置。
2. 前記第１サンプリング周波数は、前記第２サンプリング周波数の整数倍であり、かつ双方のサンプリング周期は同期している
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記プロセッサは、
   前記差分演算処理を前記第１サンプリング周波数で実行する差分演算部を有する第１処理領域と、
   前記差分演算処理以外の演算処理を前記第２サンプリング周波数で実行する第２処理領域とを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
4. 前記第１処理領域と前記計測器間に接続され、前記位置信号を前記第１サンプリング周波数でＡ／Ｄ変換する第１Ａ／Ｄ変換手段と、
   前記第２処理領域と前記計測器間に接続され、前記位置信号を前記第２サンプリング周波数でＡ／Ｄ変換する第２Ａ／Ｄ変換手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
5. 前記第１処理領域と前記計測器間に接続され、前記位置信号を前記第１サンプリング周波数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段とを更に備え、
   前記第２処理領域は、
   前記第１処理領域内の差分演算部で演算された前記位置信号の差分信号を、前記第２サンプリング周波数でＤ／Ｄ変換する第１Ｄ／Ｄ変換手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換手段で変換された位置信号を、前記第２サンプリング周波数でＤ／Ｄ変換する第２Ｄ／Ｄ変換手段とを備える
   ことを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
6. 前記プロセッサは、物理的に異なる
   前記差分演算処理を前記第１サンプリング周波数で実行する差分演算部を有する第１プロセッサと、
   前記差分演算処理以外の演算処理を前記第２サンプリング周波数で実行する第２プロセッサとを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
7. 前記計測器は、計測した前記被位置制御対象物の位置信号の差分信号を算出する算出手段を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
8. 請求項１乃至７のいずれ１項に記載された位置決め装置を用いて、ステージの位置を制御する露光装置。
9. 請求項８に記載の露光装置を用いて、半導体デバイスを製造するデバイス製造方法。

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