JP2005147281A - 除振装置、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加速度センサのオフセットが変動しても、可動体を含む系に対し支障なく除振を行うことができる除振技術を提供すること。
【解決手段】可動体を支持する支持部材（定盤１）と、前記支持部材の加速度を検出するための加速度センサ４と、前記支持部材を駆動する駆動手段（アクチュエータ７）と、前記加速度センサの出力と該出力を補正するためのオフセットとに基づき前記駆動手段に対する駆動信号を生成する制御手段（振動制御器５）と、前記可動体が駆動されていない状態で、前記加速度センサの出力に基づいて、前記オフセットを更新するか否かの判定を行う判定手段（ＣＰＵ９）とから除振装置を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光装置等に用いられる除振技術に関する。

一般に、半導体露光装置では、除振装置上にＸＹステージが搭載されている。この除振装置としては、空気ばね、コイルばね、防振ゴム等の振動吸収手段により振動を減衰させるものや、ボイスコイルモータ等のアクチュエータを駆動して能動的に除振する方式のものがある。近年では、回路パターンの微細化により、ＸＹステージの位置決め性能を低下させないために能動的な除振方式が主流となっている。能動的な除振方式を備えた除振装置においては、振動を検出するためのセンサとして加速度センサが用いられる。

ところが、加速度センサの中には除振装置の組立後あるいは工場への設置後もしばらくの間はオフセット電圧が経時変化するものがある。オフセット電圧があるとアクチュエータに余計な入力が印加されるうえに、オフセット電圧が大きくなって加速度値がＡ／Ｄ変換器の再現可能レンジを越えてしまうおそれもある。このため、従来は出荷前に再度オフセットを取り直す等の調整を行うようにしている。また、加速度信号の時系列信号の平均値を求め、最新の加速度信号と前記平均値の差分を算出することによってＤＣ成分を除去するようにしたり（たとえば特許文献１参照）、空圧式アクチュエータを駆動する低周波駆動信号が所定値以上となったか否かを検出することによって加速度センサの故障等の検知を行うようにしたりしている（たとえば特許文献２参照）。
特開平６−１３７３７１号公報 特開平１０−２８１２１５号公報

しかしながら、上述のように出荷前に再度オフセットを取り直す等の調整を行うようにしても、設置後にオフセット電圧の変動がある場合には対応することができない。また、上述の、加速度信号の時系列信号の平均値を求めてオフセットを除去する方法を、半導体露光装置において可動ステージを支持する定盤に適用することは、定盤の加速度がステージ駆動力の反力により種々のパターンで生じ得ることから、容易ではない。また、上述の、低周波駆動信号が所定値以上となったか否かを検出することによって加速度センサの故障等の検知を行なう方法は、電磁式アクチュエータと空圧式アクチュエータの２つのアクチュエータを有する装置に適したものである。

本発明の目的は、上述従来技術の問題点に鑑み、加速度センサのオフセットが変動しても、可動体を含む系に対し支障なく除振を行うことができる除振技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の除振装置は、可動体を支持する支持部材と、支持部材の加速度を検出するための加速度センサと、支持部材を駆動する駆動手段と、加速度センサの出力と該出力を補正するためのオフセットとに基づき駆動手段に対する駆動信号を生成する制御手段とを備えた除振装置であって、可動体が駆動されていない状態で、加速度センサの出力に基づいて、オフセットを更新するか否かの判定を行う判定手段を具備することを特徴とする。

この構成において、可動体の移動により支持部材の振動が生じるが、この振動は、加速度センサの出力とオフセットに基づき制御手段が駆動手段を駆動することにより能動的に抑制される。しかし、オフセットが経時変化する場合、次第に、適切な振動制御を行うことができなくなるおそれがある。これに対し、本発明によれば、可動体が駆動されていない状態で、加速度センサの出力に基づいて、オフセットを更新するか否かの判定を行う判定手段を具備しているため、適切なオフセット値を維持することが可能となる。したがって、加速度センサのオフセットが変動しても、可動体を含む系に対し支障なく除振を行うことができる。

ここで、判定手段としては、たとえば、加速度センサの出力をオフセットで補正した後のデータに基づいて判定を行うものや、加速度センサの出力とオフセットとに基づいて判定を行うものが該当する。

除振装置はさらに、判定手段の肯定的な判定に応じて、加速度センサの出力に基づきオフセットの更新を行う更新手段を有してもよい。

また、判定手段は、更新手段により更新されたオフセットに関する確認判定として、再度オフセットを更新するか否かの判定を行うようにしてもよい。この場合、確認判定を所定回数行っても判定手段により否定的な判定が得られない場合に、異常の報知を行う報知手段を設けるようにしてもよい。

本発明の露光装置は、本発明の除振装置を具備することを特徴とする。この場合、除振装置の支持部材が支持する可動体としては、たとえば、原版ステージ及び基板ステージの少なくとも一方が該当する。本発明のデバイス製造方法は、本発明の露光装置を用いて基板にパターンを露光する露光工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、加速度センサのオフセットが変動しても、可動体を含む系に対し支障なく除振を行うことができる除振技術を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る除振装置の構成を示す。同図において、１は半導体露光装置において被露光基板を位置決めするためのＸＹステージが搭載される定盤、２は定盤１の位置を計測する位置センサ、３は位置センサ２の計測結果に基づいて駆動信号を生成する位置制御器、４は定盤１の加速度を計測する加速度センサ、５は加速度センサ４の出力からそのオフセット値を減算して得られる加速度値に基づき駆動信号を生成する振動制御器、６は位置制御器３および振動制御器５の出力を加算し、駆動指令値として出力する加算器、７は加算器６からの駆動指令値に基づいて定盤１を駆動するエアアクチュエータである。

位置制御器３は位置センサ２による定盤１の位置計測結果に基づき、定盤１が目標位置に追従するのに必要な位置駆動指令値を計算し、エアアクチュエータ７に対する駆動信号として出力するものである。一般的に位置制御器３としてはＰＩコントローラが使用されることが多い。振動制御器５は加速度センサ４による定盤１の加速度の計測結果からオフセット値を減算して得られる加速度値に基づき、定盤１が振動しないような振動駆動指令値を計算し、エアアクチュエータ７に対する駆動信号として出力するものである。エアアクチュエータ７は積分特性を有するため、一般的に振動制御器５としては比例ゲインを付与するものが使用されることが多い。位置制御器３と振動制御器５における駆動指令値の計算は、例えば、次に述べる図２のＣＰＵ９により所定のソフトウェアに従って行われる。

図２は加速度センサ４のオフセット電圧を相殺するオフセット調整手段の構成を示す。同図において、９はＣＰＵ、１０はＣＰＵ９の出力をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換器、１１は加速度センサ４の出力からＤ／Ａ変換器１０の出力を減算して出力する加算器、１２は加算器１１の出力をディジタル値に変換してＣＰＵ９に付与するＡ／Ｄ変換器、１３はＣＰＵ９がアクセス可能なメモリ、１４はメモリ１３内部に設けられたオフセットテーブルである。

オフセットテーブル１４には、加速度センサ４の取付け誤差等に起因するオフセットを相殺するためのオフセットの設定値が格納される。ＣＰＵ９はオフセットテーブル１４からオフセットの設定値を読み出し、Ｄ／Ａ変換器１０を経てオフセット電圧を出力する。加算器１１は、このオフセット電圧と、加速度センサ４からの加速度計測値との差を出力する。この出力は加速度値として、Ａ／Ｄ変換器１２を経てＣＰＵ９に入力される。

この回路によって、取付け誤差等に起因するとともに、経時変化し得る加速度センサ４のオフセットを、オフセットテーブル１４のオフセット設定値によって相殺することができる。オフセットの設定値は、その初期値をゼロまたは適当な所定の値に設定しておき、加速度センサ４の計測値について所定期間における平均値を計算することによって求めることができる。

図３（ａ）は加速度センサ４のオフセットが適正に相殺されている状態で定盤１を浮上させたときの加速度値の波形を例示する。ところが、加速度センサ４の中には除振装置の組立後あるいは工場への設置後もしばらくの間はオフセット電圧が経時変化するものがある。例えば、オフセット電圧が大きくなって加速度値が図３（ｂ）のようにＡ／Ｄ変換器１２の再現可能レンジ（−ｔｈｍ〜ｔｈｍ）を越えると、正確な加速度値を得ることができない。

図４はこの問題を解決するためのオフセット更新処理を示す。このオフセット更新処理は定盤１の浮上時に振動制御器５またはＣＰＵ９よって行われる。処理を開始すると、まずステップ４１において、定盤１の浮上中に加算器１１が出力する加速度信号の波形を観測し、加速度値が再現可能レンジの上限値ｔｈｍまたは下限値−ｔｈｍと等しい時間が、予め定めた時間より長いか否かを判定する。予め定めた時間より長くないと判定した場合は、オフセットの相殺が正常になされているので、オフセット更新処理を終了する。予め定めた時間より長いと判定した場合は、オフセットの相殺が正常になされておらず、加速度値が異常であるため、ステップ４２において定盤１を着座させてから、ステップ４３において、予め定めた期間における加速度値の平均値を計算する。

次に、ステップ４４において、計算した平均値に基づき、新たなオフセット設定値をオフセットテーブル１４に格納する。そして、ステップ４５において、再び定盤１の浮上を開始し、ステップ４１に戻る。以上の処理を、加速度値の異常がなくなるまで繰り返す。ただし、この繰り返しの回数が所定回数に達した場合は、ハードウェアの異常が発生した旨の表示をオペレータに対して行い、オフセット更新処理を中止するようにしてもよい。

図５は本発明の他の実施形態に係る除振装置の構成を示す。図１のものと同一の要素には同一の符号を付してある。同図において、８は定盤１を駆動する電磁アクチュエータである。加速度センサ４のオフセット電圧は、図２のオフセット調整手段により相殺されるようになっている。本実施形態では、定盤１の振動を電磁アクチュエータ８により抑制するようにしている。すなわち、定盤１の加速度は加速度センサ４によって計測され、振動制御器５に入力される。振動制御器５は定盤１が振動しないような振動駆動指令値を計算し、その振動駆動指令値を電磁アクチュエータ８に付与する。

この場合、定盤１の制御特性にダンピングを与えるため、一般に振動制御器５としては積分器もしくは擬似積分器が使用されることが多い。位置制御器３と振動制御器５における駆動指令値の計算は、例えば、図２のＣＰＵ９により所定のソフトウェアに従って行われる。

図６は本実施形態において定盤１の浮上開始前に毎回行うオフセット更新処理を示すフローチャートである。このオフセット更新処理は振動制御器５またはＣＰＵ９によって行われる。処理を開始すると、まずステップ６１において現在の加速度センサ４の出力値を計測する。次にステップ６２において、計測した出力値をオフセットテーブル１４のオフセット設定値と比較し、両者の差が予め定めた許容範囲内か否かを判定する。許容範囲内であると判定した場合にはステップ６４へ進み、定盤１の浮上を開始して、オフセット更新処理を終了する。許容範囲内でないと判定した場合にはステップ６５へ進み、予め定めた期間における加速度値の平均値を計算する。

次に、ステップ６６において、計算した平均値に基づき、新たなオフセット設定値をオフセットテーブル１４に格納し、ステップ６１に戻る。以上の処理を、加速度値が許容範囲内に入るまで繰り返す。ただし、この繰返し回数が所定回数に達した場合、ハードウェアに異常が発生した旨の表示をオペレータに対して行い、オフセット更新処理を中止するようにしてもよい。

本実施形態において、オフセット更新処理は定盤１の浮上開始前に行うようにしているが、この代わりに、先の実施形態のように、定盤１が定常位置に浮上しており、かつ定盤１によって支持されているステージが静止している（駆動されていない）状態で行うようにしてもよい。

なお、本発明は上述実施形態に限定されることなく、適宜変形して実施することができる。たとえば、オフセット更新処理を行うか否かの判定基準は、上述したものには限定されず、加速度センサ４の出力値及びオフセット設定値のうちの少なくとも前者に基づくものであればよい。また、オフセットの計測・更新処理を、定盤の着座中に行うようにしたが、定盤の浮上中に行うようにすることもできる。上述においては、定盤を駆動するアクチュエータの数を明示していないが、この数は１以上であればよい。一般に、アクチュエータは定盤の支持脚に取り付けられるが、鉛直方向の支持脚が３本ある場合には、定盤の位置制御系としては、Ｚ軸（鉛直方向駆動軸）並進制御系、Ｘ軸回りの回転制御系、およびＹ軸回りの回転制御系の、３軸の制御系が構成される。振動制御系についても同様である。

また、定盤を支持する支持脚として、鉛直方向のものだけでなく、水平方向に定盤を駆動する支持脚を取り付けるようにしてもよい。例えば、水平方向に空気バネを設けることにより、水平方向の定盤の揺れを抑えることができる。あるいは、水平方向に定盤を駆動する電磁アクチュエータを取り付けるようにしてもよい。

また、ステージが１つだけではなく複数個定盤上にある場合、あるいは定盤上のステージの動作方向と逆方向に駆動してステージの駆動反力を相殺する手段（カウンタマスともいう）が定盤上に設けられている場合にも本発明は有効である。

図７は、上述した除振装置が適用される定盤を含むデバイス製造用の露光装置を示す。
この露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用され、原版であるレチクルＲを介して基板としての半導体ウエハＷ上に光源１６１からの露光エネルギーとしての露光光（この用語は、可視光、紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、電子線、荷電粒子線等の総称である）を投影系としての投影レンズ（この用語は、屈折レンズ、反射レンズ、反射屈折レンズシステム、荷電粒子レンズ等の総称である）１６２を介して照射することによって、基板上に所望のパターンを形成している。

この露光装置は、定盤１５１上にガイド１５２とリニアモータ固定子１２１を固設している。前述と同様に、リニアモータ固定子１２１は多相電磁コイルを、リニアモータ可動子１１１は永久磁石群を有している。リニアモータ可動子１１１を可動部１５３として、ステージである可動ガイド1５４に接続し、リニアモータＭ１の駆動によって可動ガイド１５４を紙面法線方向に移動させる。可動部１５３は、定盤１５１の上面を基準に静圧軸受１５５で、ガイド１５２の側面を基準に静圧軸受１５６で支持される。

可動ガイド１５４を跨ぐようにして配置したステージである移動ステージ１５７は静圧軸受１５８によって支持されている。この移動ステージ１５７は、上記と同様のリニアモータＭ２によって駆動され、可動ガイド１５４を基準に移動ステージ１５７が紙面左右方向に移動する。移動ステージ１５７の動きは、移動ステージ１５７に固設したミラー１５９および干渉計１６０を用いて計測する。

移動ステージ１５７に搭載したチャック上に基板であるウエハＷを保持し、光源１６１、投影光学系１６２によって、原版であるレチクルＲのパターンをウエハＷ上の各領域にステップアンドリピートもしくはステップアンドスキャンで縮小転写する。

なお、本発明のリニアモータは、マスクを使用せずに半導体ウエハ上に回路パターンを直接描画してレジストを露光するタイプの露光装置にも、同様に適用できる。

次に、こ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８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、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用し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５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）等の組み立て工程を含む。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。

上記ステップ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明の一実施形態に係る除振装置の構成を示すブロック図である。 図１の装置におけるオフセット調整手段を示すブロック図である。 定盤の浮上開始時における加速度値の波形を示す図である。 図１の装置におけるオフセット値の更新処理を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る除振装置の構成を示すブロック図である。 図５の装置におけるオフセット値の更新処理を示すフローチャートである。 露光装置の一例を示す図である。 デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。

符号の説明

１：定盤、２：位置センサ、３：位置制御器、４：加速度センサ、５：振動制御器、６：加算器、７：エアアクチュエータ、８：電磁アクチュエータ、９：ＣＰＵ、１０：Ｄ／Ａ変換器、１１：加算器、１２：Ａ／Ｄ変換器、１３：メモリ、１４：オフセットテーブル。

Claims (9)

1. 可動体を支持する支持部材と、前記支持部材の加速度を検出するための加速度センサと、前記支持部材を駆動する駆動手段と、前記加速度センサの出力と該出力を補正するためのオフセットとに基づき前記駆動手段に対する駆動信号を生成する制御手段とを備えた除振装置であって、前記可動体が駆動されていない状態で、前記加速度センサの出力に基づいて、前記オフセットを更新するか否かの判定を行う判定手段を具備することを特徴とする除振装置。
2. 前記判定手段は、前記加速度センサの出力を前記オフセットで補正した後のデータに基づいて、前記判定を行うことを特徴とする請求項１記載の除振装置。
3. 前記判定手段は、前記加速度センサの出力と前記オフセットとに基づいて、前記判定を行うことを特徴とする請求項１記載の除振装置。
4. 前記判定手段の肯定的な判定に応じて、前記加速度センサの出力に基づき前記オフセットの更新を行う更新手段を具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の除振装置。
5. 前記判定手段は、前記更新手段により更新されたオフセットに関する確認判定として、再度前記判定を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の除振装置。
6. 前記確認判定を所定回数行っても前記判定手段により否定的な判定が得られない場合に、異常の報知を行う報知手段を具備することを特徴とする請求項５に記載の除振装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の除振装置を具備することを特徴とする露光装置。
8. 前記可動体は原版ステージ及び基板ステージの少なくとも一方であることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 請求項８または９に記載の露光装置を用いて基板にパターンを露光する露光工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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