JP2005183876A - ステージ装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡単な構成でステージのアクティブ除振を行うことができ、位置決め精度を向上することのできるステージ装置等を提供する。
【解決手段】 ステージ装置１は、Ｘ軸方向（ステップ方向）及びＹ軸方向（スキャン方向）に移動・位置決め可能な２軸ステージである。ステージ装置１の各Ｙスライダ２１、２２の側面、ならびに、ステージ３３の両側面には、制振用アクチュエータ４１が設けられている。各制振用アクチュエータ４１の他端（端部）には、それぞれ制振マス４３が取り付けられている。ステージ装置１は、ステージ制御系（主制御系と制振制御系）が接続されており、このステージ制御系の制御により、ステージの残留振動が抑えられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置等に用いられる精密移動・位置決め用のステージ装置と、そのようなステージ装置を備える露光装置に関する。特には、比較的簡単な構成でステージのアクティブ除振を行うことができ、位置決め精度を向上することのできるステージ装置等に関する。

半導体デバイス等の微細パターンを形成するためのいわゆるリソグラフィー技術においては、一般的には、露光装置の光源の波長によりパターンの線幅が規定される。そのため、さらなるパターンの微細化の要請に対応すべく、使用光源の短波長化が追及されている。あるいは、同一波長の光源でも転写パターンの分解能を上げるよう、偏光低減のための雰囲気管理や位相シフト法等も開発されている。一方、電子線やイオンビーム等を用いる露光方式は、エキシマレーザ波長を遥かに凌ぐ７０ｎｍルールのパターン線幅の実現が可能であることから、次世代露光技術として有望視されている。

このようなパターンの微細化の要請に伴い、パターン原版や感応基板を載置するステージ装置も、一層の位置決め精度の向上が求められている。この種のステージ装置には、ステージ駆動源として、高推力で高分解能位置決め線形制御が可能なリニアモータ等の電磁アクチュエータを採用するものが多い。また、ステージの位置測定に、高分解能のレーザ干渉計を用いるものが多い。さらに、粗動ステージ上にピエゾアクチュエータで駆動される微動テーブルを搭載し、ステージの位置決め誤差を微動テーブルで補正するものもある。これらにより、ステージの数ｎｍオーダの位置決めが可能となりつつある。

ところで、最近、電磁アクチュエータの応答性やレーザ干渉計の分解能を高めたりする手法以外にも、簡単な構成でステージの位置決め精度を向上できる装置が求められている。また、ステージの軽量化・低重心化のためには、できることなら微動テーブルを省略したいとの要請もある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、比較的簡単な構成でステージのアクティブ除振を行うことができ、したがって整定時間を短くして位置決め精度を向上することのできるステージ装置を提供することを目的とする。
さらに、そのようなステージ装置を備える露光装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため、本発明のステージ装置は、ステージを移動・位置決めするステージ装置であって、 前記ステージに一端が接続された制振アクチュエータと、 該アクチュエータの他端に取り付けられた制振マスと、 前記ステージの目標加速度を与える手段と、 前記ステージの現在加速度を検知する手段と、を有し、 前記制振アクチュエータが、前記ステージの目標加速度と現在加速度の差に対応する駆動力を発して前記ステージの振動を低減するアクティブ除振機構を構成することを特徴とする。

本発明によれば、ステージの目標加速度と現在加速度の差に対応する駆動力を、制振アクチュエータとその他端に固定された制振マスにより発生させ、ステージの振動を低減できる。このようなアクティブ除振機構により、比較的簡単な構成でステージの位置決め精度の確保が可能となる。

本発明のステージ装置においては、前記ステージの現在加速度を検知する手段として、該ステージの現在速度及び／又は現在位置を入力とする推定器を有することができる。
この場合、推定器を用いる簡単な構成でステージの現在加速度を求めることができる。なお、ステージの位置偏差の残留偏差の周波数が特定できる場合は、その周波数帯域をパスするローパスフィルタをさらに用いることで、より効果的な制振効果が実現できる。

本発明のステージ装置においては、前記ステージが、ある平面（ＸＹ平面）の２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動・位置決めされる２軸ステージであり、これら両軸に前記アクティブ除振機構が装備されていることができる。
この場合、ステージを２軸ステージとすることで、ステージ装置の汎用性が増す等の利点がある。

本発明の露光装置は、感応基板上にパターンを転写する露光装置であって、 前記請求項１〜３いずれか１項記載のステージ装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、比較的簡単な構成でステージのアクティブ除振を行うことができ、位置決め精度を向上することのできるステージ装置等を提供できる。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照しつつ説明する。
まず、図４を参照しつつ、本発明に係るステージ装置を搭載可能な荷電粒子ビーム（電子線）露光装置の例について説明する。
なお、本発明に係るステージ装置は、電子線露光装置に限らず、他の様々な用途に使用できる。
図４は、本発明の一実施の形態に係る電子線露光装置を模式的に示す図である。
図４の電子線露光装置１００の上部には、照明光学系鏡筒１０１が示されている。この照明光学系鏡筒１０１には真空ポンプ１０２が接続されており、同鏡筒１０１内を真空排気している。照明光学系鏡筒１０１の上部には、電子銃１０３が配置されており、下方に向けて電子線を放射する。電子銃１０３の下方には、コンデンサレンズ１０４ａや電子線偏向器１０４ｂが配置されている。なお、図ではコンデンサレンズ１０４ａは一段であるが、実際の照明光学系には複数段のレンズやビーム成形開口等が設けられている。

照明光学系鏡筒１０１の下部には、定盤１１６上に載置されたレチクルチャンバ１１８が配置されている。このレチクルチャンバ１１８内は、図示せぬ真空ポンプで真空排気されている。レチクルチャンバ１１８内において、定盤１１６上にはレチクルステージ１１１が配置されている。レチクルＲは、このレチクルステージ１１１の上部に設けられたチャック１１０に静電吸着等により固定されている。レチクルステージ１１１には、図の左方に示す駆動装置１１２が接続されている。なお、実際の駆動装置１１２は、レチクルステージ１１１内に組み込まれている。この駆動装置１１２は、ドライバ１１４を介して制御装置１１５の主制御系（図２参照）に接続されている。

レチクルステージ１１１には、図の右方に示すレーザ干渉計１１３が付設されている。このレーザ干渉計１１３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１１３で計測されたレチクルステージ１１１の位置情報が制御装置１１５に入力されると、レチクルステージ１１１の位置を目標位置とすべく、制御装置１１５からドライバ１１４に指令が送出され、駆動装置１１２が駆動される。その結果、レチクルステージ１１１の位置をリアルタイムで正確に制御することができる。

照明光学系鏡筒１０１の電子銃１０３から放射された電子線は、コンデンサレンズ１０４ａによって収束される。続いて、偏向器１０４ｂにより図の横方向に順次走査（スキャン）され、レチクルチャンバ１１８内（光学系の視野内）のレチクルステージ１１１上に吸着されたレチクルＲの各小領域（サブフィールド）の照明が行われる。

定盤１１６の下面側には、投影光学系鏡筒１２１が配置されている。この投影光学系鏡筒１２１には真空ポンプ１２２が接続されており、同鏡筒１２１内を真空排気している。投影光学系鏡筒１２１内には、コンデンサレンズ（投影レンズ）１２４ａや偏向器１２４ｂ等を含む投影光学系１２４、及びウェハＷが配置されている。なお、図ではコンデンサレンズ１２４ａは一段であるが、実際の投影光学系中には複数段のレンズや収差補正用のレンズやコイルが設けられている。

投影光学系鏡筒１２１の下部には、定盤１３６上に載置されたウェハチャンバ１３８が配置されている。このウェハチャンバ１３８内は、図示せぬ真空ポンプで真空排気されている。ウェハチャンバ１３８内において、定盤１３６上にはウェハステージ１３１が配置されている。ウェハＷは、このウェハステージ１３１の上部に設けられたチャック１３０に静電吸着等により固定されている。ウェハステージ１３１には、図の左方に示す駆動装置１３２が接続されている。なお、実際の駆動装置１３２は、ウェハステージ１３１内に組み込まれている。この駆動装置１３２は、ドライバ１３４を介して制御装置１１５の主制御系（図２参照）に接続されている。

ウェハステージ１３１には、図の右方に示すレーザ干渉計１３３が付設されている。このレーザ干渉計１３３は、制御装置１１５に接続されている。レーザ干渉計１３３で計測されたウェハステージ１３１の位置情報が制御装置１１５に入力されると、ウェハステージ１３１の位置を目標位置とすべく、制御装置１１５からドライバ１３４に指令が送出され、駆動装置１３２が駆動される。その結果、ウェハステージ１３１の位置をリアルタイムで正確に制御することができる。

レチクルチャンバ１１８内のレチクルステージ１１１上のレチクルＲを通過した電子線は、投影光学系鏡筒１２１内のコンデンサレンズ１２４ａにより収束される。このコンデンサレンズ１２４ａを通過した電子線は、偏向器１２４ｂにより偏向され、ウェハＷ上の所定の位置にレチクルＲの像が結像される。

次に、本発明に係るステージ装置について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るステージ装置を示す平面図である。
図２は、同ステージ装置の制御系を示すブロック図である。
図１に示すステージ装置１は、図４を用いて前述した電子線露光装置１００のウェハステージ１３１に相当する。

まず、図１を参照して、ステージ装置１の基本構成について説明する。
このステージ装置１は、図１中の矢印Ｘ軸方向（ステップ方向）及びＹ軸方向（スキャン方向）に移動・位置決め可能な２軸ステージである。同ステージ装置１は、Ｙ軸方向に互いに平行に延びる固定ガイド（Ｙガイド）１１、１２を備えている。各Ｙガイド１１、１２には、図示せぬ気体軸受け等を介して、それぞれＹスライダ２１、２２がスライド可能に外嵌している。各Ｙスライダ２１、２２の内部には、図４の駆動装置１３２に相当する駆動用アクチュエータ（リニアモータやエアシリンダ等）２５、２６が内蔵されている。各Ｙスライダ２１、２２は、この駆動用アクチュエータ２５、２６により駆動されて、Ｙガイド１１、１２に沿ってそれぞれスライドする。

両Ｙスライダ２１、２２間には、Ｘ軸方向に延びる移動ガイド（Ｘガイド）３１が掛け渡されている。このＸガイド３１には、図示せぬ気体軸受け等を介して、ステージ（Ｘスライダ）３３がスライド可能に外嵌している。ステージ３３の内部には、図４の駆動装置１３２に相当する駆動用アクチュエータ（リニアモータやエアシリンダ等）３５が内蔵されている。ステージ３３は、この駆動用アクチュエータ３５により駆動されて、Ｘガイド３１に沿ってスライドする。ステージ３３の上面には、四角いテーブル３７が搭載されている。このテーブル３７上には、図示せぬ静電チャック等を介して、ウェハが固定される。

各Ｙスライダ２１、２２の側面、ならびに、ステージ（Ｘスライダ）３３の両側面には、それぞれブラケット２１ａ、２２ａ、３３ａ・３３ｂが形成されている。これら各ブラケット２１ａ、２２ａ、３３ａ・３３ｂには、制振用アクチュエータ４１が取り付けられている。各制振用アクチュエータ４１は、入出力線型自己補正型のピエゾアクチュエータ等からなる。各制振用アクチュエータ４１の他端（端部）には、それぞれ制振マス４３が取り付けられている。

次いで、図２を参照して、前述したステージ装置１の制御系の構成について説明する。
本実施の形態におけるステージ制御系（図４の制御装置１１５）のＣＰＵ５０には、主制御系５１と制振制御系６１が接続されている。主制御系５１は、ステージ装置１の移動・位置決め制御を行う駆動用アクチュエータ（リニアモータ）２５、２６、３５を制御する。一方、制振制御系６１は、ステージ装置１の制振制御を行う制振用アクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）４１の制御を行う。

主制御系５１は、前述の駆動用アクチュエータ２５、２６、３５の駆動電流Ｉを制御する制御信号を出力する。駆動電流Ｉの供給により各駆動用アクチュエータ２５、２６、３５が駆動力Ｆで駆動すると、ステージ装置１のステージ３３が移動する。このステージ３３からは、主制御系５１にステージ現在速度ｖがフィードバックされる。ステージ現在速度ｖに対応する信号は、加え合わせ点ＡＰ１にフィードバックされてＣＰＵ５０から与えられたステージ目標速度ｖ´に対応する信号と加え合わされる。主制御系５１には、加え合わせ点ＡＰ１で加え合わされた信号（ステージ現在速度ｖとステージ目標速度ｖ´との差に対応する信号）が入力される。

制振制御系６１は、前述の制振用アクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）４１の駆動電流ｉを制御する制御信号を出力する。駆動電流ｉの供給により各制振用アクチュエータ４１が駆動力ｆで駆動すると、ステージ装置１のステージ３３に制振力ｆが与えられる。

ステージ３３からは、差分推定部７１にステージ現在速度ｖとステージ位置ｘが入力されるようになっている。この差分推定部７１は、これらステージ現在速度ｖ及びステージ位置ｘに基づきステージ３３の現在加速度αを求める。差分推定部７１で求められたステージ現在加速度αに対応する信号は、加え合わせ点ＡＰ２でＣＰＵ５０から与えられたステージ目標加速度α´に対応する信号と加え合わされる。制振制御系６１には、加え合わせ点ＡＰ２で加え合わされた信号（ステージ現在加速度αとステージ目標加速度α´との差に対応する信号）が入力される。なお、推定器としては、例えばカルマンフィルターが使用される。

この信号に基づき、制振制御系６１は、制振アクチュエータ４１がステージ３３の目標加速度α´と現在加速度αの差に対応する駆動力を発するように駆動電流ｉを制御する。この制振アクチュエータ４１とその他端に取り付けられた制振マス４３により、ステージ３３の振動を低減するアクティブ除振機構が構成される。そして、主制御系５１には、ステージ３３の加速終了後の残留振動を打ち消すように、ＣＰＵ５０からステージ目標加速度α′がフィードフォワードされる。

このようなステージ装置１の制御の作用・効果について、図３を参照しつつ説明する。
図３は、ステージの位置決め残留振動を説明するためのグラフである。
図３において、縦軸はステージ速度を表し、横軸は時間を表す。ステージは、所定の加速度（図３中の山形パルス）が与えられ、過渡状態を経て定常状態に移行した後、定速スキャン露光を行う。

所定の加速度が与えられて移動したステージには、加速終了後の残留振動が生じる。そのため、ステージは、許容偏差ｈを越えて上側にオーバーシュートする（図中Ｓ１参照）。このとき、前述した制振制御系６１（図２参照）が、ステージの目標加速度α´と現在加速度αの偏差に対応する駆動力を発するように制振アクチュエータの駆動電流ｉを制御する。この制振アクチュエータ及び制振マスにより、ステージには制振力が与えられて下側にオーバーシュートする（図中Ｓ２参照）。

このようなステージの上側へのオーバーシュート、下側へのオーバーシュートを繰り返すと（図中Ｓ３、Ｓ４参照）、整定時間ｔの経過した後（過度現象の終了後）に、ステージの現在速度ｖと目標速度ｖ′の偏差が許容偏差ｈ内に収まる（定常状態に移行）。このようにしてステージの残留振動が抑えられた後、定速スキャン露光が開始される。本発明のアクティブ除振機構を有するステージ装置では、オーバーシュートの量や回数が抑制されるので、前述の整定時間ｔが短くなる。

なお、例えば加速度センサーによってステージの振動を計測し、出力信号を周波数アナライザー等によってステージ加速終了後の残留振動の周波数が特定できる場合は、その周波数帯域をパスするローパスフィルタを用いることが好ましい。ローパスフィルタは、図２における制振制御系６１の手前側に組み込むようにする。このようなローパスフィルタをさらに追加することで、より効果的な制振効果が実現できる。

本発明の一実施の形態に係るステージ装置を示す平面図である。 同ステージ装置の制御系を示すブロック図である。 ステージの位置決め残留振動を説明するためのグラフである。 本発明の一実施の形態に係る電子線露光装置を模式的に示す図である。

符号の説明

１ ステージ装置
１１、１２ 固定ガイド（Ｙガイド） ２１、２２ Ｙスライダ
２５、２６、３５ 駆動用アクチュエータ ３１ 移動ガイド（Ｘガイド）
３３ ステージ（Ｘスライダ） ３７ テーブル
４１ 制振用アクチュエータ ４３ 制振マス
５０ ＣＰＵ ５１ 主制御系
６１ 制振制御系 ７１ 差分推定部

Claims (4)

1. ステージを移動・位置決めするステージ装置であって、
   前記ステージに一端が接続された制振アクチュエータと、
   該アクチュエータの他端に取り付けられた制振マスと、
   前記ステージの目標加速度を与える手段と、
   前記ステージの現在加速度を検知する手段と、を有し、
   前記制振アクチュエータが、前記ステージの目標加速度と現在加速度の差に対応する駆動力を発して前記ステージの振動を低減するアクティブ除振機構を構成することを特徴とするステージ装置。
2. 前記ステージの現在加速度を検知する手段として、該ステージの現在速度及び／又は現在位置を入力とする推定器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. 前記ステージが、ある平面（ＸＹ平面）の２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動・位置決めされる２軸ステージであり、これら両軸に前記アクティブ除振機構が装備されていることを特徴とする請求項１又は２記載のステージ装置。
4. 感応基板上にパターンを転写する露光装置であって、
   前記請求項１〜３いずれか１項記載のステージ装置を備えることを特徴とする露光装置。

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