JP2006093262A - 露光装置におけるミラー位置測定装置、露光装置におけるミラー位置制御装置、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ミラーの絶対的な位置を測定することを可能にする、露光装置におけるミラー位置測定装置を提供する。
【解決手段】 ３つの支持台（６ａ、６ｂの２つのみを図示）のそれぞれに、加速度センサ（１４ａ、１４ｂの２つのみを図示）が設けられている。これらの加速度センサは、３次元方向の加速度を検出することができる。これらの加速度センサの出力を２回積分することにより、ミラー７の３次元方向位置を３カ所で測定することが可能となる。積分された信号は、もとの信号に微小な誤差がある場合でも時間と共に累積されて大きな誤差となるので、所定のタイミングで、出力を、位置測定装置８の信号に合わせてやる。この際、位置測定装置８ａ。８ｂ、８ｃ等の取り付け位置と加速度センサ１４ａ、１４ｂの取り付け位置が異なることに伴う幾何学的な位置補正を考慮することは言うまでもない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＥＵＶ光（本明細書及び特許請求の範囲では、波長が１５０ｎｍ以下の光又は軟Ｘ線を言う）を使用した露光装置（ＥＵＶ露光装置）等、ミラーを使用した露光装置に使用されるミラー、特に露光装置の投影光学系に使用されるミラーの位置を測定する装置、制御する装置、及びこれらを有する露光装置に関するものである。

近年、半導体集積回路の微細化に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、従来の紫外線に代えてこれより短い波長（１１〜１４ｎｍ）のＥＵＶを使用した投影リソグラフィ技術が開発されている（例えば、D.Tichenor, et al, SPIE 2437 (1995) 292参照）。この技術は、最近ではＥＵＶ（Extreme UltraViolet）リソグラフィと呼ばれており、従来の波長１９０ｎｍ程度の光線を用いた光リソグラフィでは実現不可能な、７０ｎｍ以下の解像力を得られる技術として期待されている。

極短紫外線の波長領域での物質の複素屈折率ｎは、ｎ＝１−δ−ｉｋ（ｉは複素記号）で表わされる。この屈折率の虚部ｋは極短紫外線の吸収を表す。δ、ｋは１に比べて非常に小さいため、この領域での屈折率は１に非常に近い。したがって従来のレンズのような透過屈折型の光学素子を使用できず、反射を利用した光学系が使用される。

このような、ＥＵＶを使用した露光装置の投影光学系の概要を図５に示す。ＥＵＶ光源源２１から放出されたＥＵＶ光は、放物面鏡等の集光素子２２で集光され、フライアイミラー等の照度均一化素子２３で照度の均一な２次光源とされた後、ミラー２４を介してレチクル２５を照射する。そして、レチクル２５の表面で反射され、その後、投影光学系のミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６で順に反射されて、レチクル２５の表面に形成されたパターンの像を、ウエハ２６上に塗布されたレジスト２７上に形成する。

このようなミラーの内、特に投影光学系に設けられたミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６は、その位置が変動すると結像特性に影響を及ぼす。よって、その位置（相対位置関係を）をサブｎｍのオーダで制御する必要がある。

このようなミラー位置の測定装置と制御装置として、従来考えられていた装置の概要を図３に示す。

鏡筒１には、リング状の基盤２が、１２０°間隔で配置された３つの支持部３（１つのみを図示）により３点支持されている。そして、基盤にはパラレルリンク機構を構成する６つのミラー駆動部（４ａ、４ｂ、４ｃの３つのみを図示）の一端が、４ｂと４ｃのように２つずつ、１２０°間隔で取り付けられ、６つのミラー駆動部の他端には、ミラー支持基板５が支持されている。各々のミラー駆動部はピエゾ素子を有し、ピエゾ素子に印加される電圧に応じてその長さが伸縮する。そして、ミラー支持基板５の上に、３つの支持台（６ａ、６ｂの２つのみを図示）によって、ミラー７が支持されている。なお、ミラー７は図面の上側が反射面となるが、基盤２はリング状になっているので中央部は空洞であり、ミラー７と機械的に干渉したり、ミラー７に入反射する光を遮ったりすることはない。

６つのミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等を伸縮させることにより、ミラー７の位置を６次元的に制御可能である。これらの制御方式については、例えば、日本機械学会第７６期全国大会論文集（Ｖ）、No.98-3に、「多自由度複ループ機構の誤差解析」（非特許文献１）として、開示されている。

ミラー７の位置を測定するものとして、３つのｚ（光軸）方向位置測定装置（８ａ、８ｂの２つのみを図示）が１２０°間隔で設けられると共に、光軸に直角な方向の位置を測定する３つの位置測定装置（８ｃの１つのみを図示）が設けられている。これら、位置測定装置としては、静電容量タイプのものが使用されている。

このような装置におけるミラー位置制御のブロック図を図４に示す。ミラー位置制御装置１１には、ミラー位置の指令が与えられる。ミラー位置制御装置１１は、この指令と、前述の位置測定装置８ａ、８ｂ、８ｃ等（図ではまとめて符号８で示している）からの出力とを比較し、その偏差に応じた出力を、ミラー駆動部制御装置１２に出力する。この出力は、６つのミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等の伸縮量の目標値となる
ミラー駆動部制御装置１２は、位置測定装置８の出力から、６つのミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等の伸縮量の実際値を計算し、計算された伸縮量が与えられた目標値に一致するように、ミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等中のピエゾ素子１３（ＰＺＴ）に印加する電圧を操作する。このようにして、６つのミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等の伸縮量が目標値に制御されると、ミラー７の６次元的な位置が決定される。ミラー７の位置は位置測定装置８によって計測され、前述のように、ミラー位置制御装置１１にフィードバックされる。

図４においては簡単に図示しているが、この制御系は、検出値が複数あり、かつ操作量が複数あると共に、非線形要素を有する制御系であるため、実際には現代制御理論を応用した軸間非干渉制御が行われており、かつ、初期キャリブレーションや線形化誤差の線形化のためには、以下に示す非特許文献１、２に記載されるような技術が使用されているが、これらは、説明の便宜上説明を簡略化したり省略したりしている。従って、詳細については以下の文献を参照すべきである。

日本機械学会第７６期全国大会論文集（Ｖ）、No.98-3、「多自由度複ループ機構の誤差解析」 "Nanometre-cutting machine using a Stewart-platform parallel mechanism", Measurement Science and Technology, 15, (2004)1-8, Institute of Physics Publishing.

このように従来考えられていたミラー位置の測定及び制御は、鏡筒の所定部分を基準とした相対的な位置の測定と制御である。しかし、露光特性上問題となるのは、投影光学系中に設けられたミラー同士の相対位置関係である。従って、もし、鏡筒が変形したり、部分的に異なった振動を発生したりする場合には、鏡筒を基準としたミラー位置の測定、制御を行っても、投影光学系中に設けられたミラー同士の相対位置関係の測定、制御を精度良く行うことができないという問題点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、鏡筒の変形や変動に作用されることなく、ミラーの絶対的な位置を測定、制御することを可能にする、露光装置におけるミラー位置測定装置、露光装置におけるミラー位置制御装置、及びこれらを有する露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を達成するための第１の手段は、露光装置におけるミラー位置測定装置であって、位置の基準となる物体とミラーとの相対位置を測定する第１の位置測定手段と、前記ミラー自体に取り付けられた加速度センサと、前記加速度センサの信号を２回積分することにより前記ミラーの位置を測定する第２の位置測定手段と、前記第１の位置測定手段によって測定された相対位置情報と、前記第２の位置測定手段によって測定されたミラー位置情報に基づいて、前記ミラーの校正された位置情報を出力する校正機構と、を有することを特徴とする位置測定装置（請求項１）である。

本手段においては、ミラー自体に取り付けられた加速度センサの信号を２回積分することによりミラー位置を測定するようにしているので、ミラーの位置変動の絶対量を、鏡筒の変形や振動の影響を受けることなく測定することが可能となる。しかしながら、積分を使用して位置の計算を行う場合には、加速度センサに微小な誤差があった場合でも、それが長時間に亘って積分されることにより大きな誤差を発生する可能性がある。

よって、例えば一定時間ごとに、あるいは露光の開始ごと、又は、各ミラーの相対関係が正しいと考えられるタイミングで校正してやることにより、誤差の累積を防止することができる。

なお、加速度センサがミラー自体に取り付けられているとは、ミラーと一体となっている部材であって、ミラーとの相対位置関係の変化が無視できるような部材に取り付けられている場合をも含むものである。

前記課題を解決するための第２の手段は、第１の手段であって、前記校正機構は、前記第２の位置測定手段の出力を、前記第１の位置測定手段の出力で校正し、校正された前記第２の位置測定手段の出力を、前記ミラーの位置として出力することを特徴とするミラー位置測定装置（請求項２）である。

前記課題を解決するための第３の手段は、露光装置におけるミラー位置制御装置であって、位置の基準となる物体に対して前記ミラーを駆動することにより、前記位置の基準となる物体と前記ミラーの相対位置を調整するミラー位置調整機構と、前記第１又は第２の手段であるミラー位置測定装置とを有し、与えられた前記ミラーの基準位置と前記ミラー位置測定装置の出力の偏差に応じて、前記ミラー位置調整機構を駆動し、前記ミラーの位置を、前記基準位置に一致するように制御する制御回路を有することを特徴とする露光装置におけるミラー位置制御装置（請求項３）である。

本手段における操作手段は、従来のミラー位置制御装置と異なることはないが、制御に使用するミラーの位置の実際値を示す信号として、前記第１又は第２の手段で測定された測定値を使用している。よって、鏡筒が変形したり、部分的に異なった振動を発生したような場合でも、これらの影響を受けず、ミラー間の相対位置を一定に保つような制御が可能である。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれか一つを有することを特徴とする露光装置（請求項４）である。

本手段においては、鏡筒が変形したり、部分的に異なった振動を発生したような場合でも、これらの影響を受けず、ミラー間の相対位置を測定したり、一定に保つような制御が可能であるので、正確な露光転写が可能である。

本発明によれば、鏡筒の変形や変動に作用されることなく、ミラーの絶対的な位置を測定、制御することを可能にする、露光装置におけるミラー位置測定装置、露光装置におけるミラー位置制御装置、及びこれらを有する露光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。本発明の実施の形態の装置の内、大部分は従来のものと同じであるので、背景技術の欄で述べた図中に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付している。

図１は、本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置におけるミラーの位置測定装置と、制御装置の概要を示す図である。

鏡筒１には、リング状の基盤２が、１２０°間隔で配置された３つの支持部３（１つのみを図示）により３点支持されている。そして、基盤にはパラレルリンク機構を構成する６つのミラー駆動部（４ａ、４ｂ、４ｃのみを図示）の一端が、２つずつ、１２０°間隔で取り付けられ、６つのミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等の他端には、ミラー支持基板５が支持されている。各々のミラー駆動部はピエゾ素子を有し、ピエゾ素子に印加された電圧に応じてその長さが伸縮する。そして、ミラー支持基板５の上に、３つの支持台（６ａ、６ｂの２つのみを図示）によって、ミラー７が支持されている。なお、基盤２はリング状になっているので中央部は空洞であり、ミラー７と機械的に干渉したり、ミラー７に入反射する光を遮ったりすることはない。

６つのミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等を伸縮させることにより、ミラー７の位置を６次元的に制御可能である。ミラー７の位置を測定するものとして、３つのｚ（光軸）方向位置測定装置（８ａ、８ｂの２つのみを図示）が１２０°間隔で設けられると共に、光軸に直角な方向の位置を測定する３つの位置測定装置（８ｃの１つのみを図示）が設けられている。これら、位置測定装置としては、静電容量タイプのものが使用されている。

本実施の形態においては、これらの他に、３つの支持台（６ａ、６ｂの２つのみを図示）のそれぞれに、加速度センサ（１４ａ、１４ｂの２つのみを図示）が設けられている。これらの加速度センサは、３次元方向の加速度を検出することができるもので、例えば、
Crossbow Technology社製ＣＸＬ１０ＨＦ３（商品名）を使用すると高分解能で精度の良い加速度測定を行うことができる。

このような装置におけるミラー位置制御のブロック図を図２に示す。加速度センサ（図２ではまとめて符号１４で示す）の出力を２回積分することにより、ミラー７の３次元方向位置を３カ所で測定することが可能となる。なお、３次元加速度センサを用いる場合、ミラー７の少なくとも２カ所に設置することにより、６個の測定値が得られるので、ミラー７の６軸（空間での３次元方向と、当該３次元の各軸周りの回転角）の位置を測定することができる。

ミラー位置制御装置１１には、ミラー位置の指令が与えられる。一方、前述の加速度センサ１４からの出力は、２回積分装置１５に入力され、２回積分されて位置信号となる。

また、位置測定装置８の信号も、２回積分装置１５に入力されて、この積分信号をキャリブレーションするのに用いられる。積分された信号は、もとの信号に微小な誤差がある場合でも時間と共に累積されて大きな誤差となるので、所定のタイミングで、２回積分装置１５の出力を、位置測定装置８の信号に合わせてやる。この際、位置測定装置８の取り付け位置と加速度センサ１４の取り付け位置が異なることに伴う幾何学的な位置補正を考慮することは言うまでもない。

キャリブレーションのタイミングとしては、例えばウエハの交換ごとに行うようにすれば、１枚のウエハの露光中に、ミラーの相対位置関係を一定に保つことができる。実際にキャリブレーションをいつ行うかは、他にもレチクルの交換時やステージのステップ移動時等種々のタイミングが考えられるが、装置の使用条件に合わせて適当に定めることができる。

このようにして、キャリブレーションされた、加速度センサ１４の信号に基づくミラー位置信号は、ミラー位置制御装置１１に入力される。ミラー位置制御装置１１は、ミラー位置の指令値と絶対値とを比較し、その偏差に応じた出力を、ミラー駆動部制御装置１２に出力する。この出力は、６つのミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等の伸縮量の目標値となる
ミラー駆動部制御装置１２は、位置測定装置８の出力から、６つのミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等の伸縮量の実際値を計算し、計算された伸縮量が与えられた目標値に一致するように、ミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等中のピエゾ素子１３（ＰＺＴ）に印加する電圧を操作する。このようにして、ミラー駆動部４ａ、４ｂ、４ｃ等の伸縮量が目標値に制御されると、ミラー７の位置が決定される。ミラー７の位置は加速度センサ１４と２回積分装置１５によって計測され、前述のように、ミラー位置制御装置１１にフィードバックされる。

図２においては簡単に図示しているが、この制御系は、検出値が複数あり、かつ操作量が複数あると共に、非線形要素を有する制御系であるため、実際には現代制御理論を応用した軸間非干渉制御が行われており、かつ、初期キャリブレーションや線形化誤差の線形化のためには、例えば、前述の非特許文献に記載されるような技術が使用可能だが、これらは、説明の便宜上説明を簡略化したり省略したりしている。これらについては他にも公知の技術を本発明に採用することが可能である。

図４と図２を比較すると分かるように、本実施の形態においては、実際値として制御に用いられているのは、キャリブレーションを除いては、鏡筒の位置と関係のない、加速度センサから得られた信号を処理した絶対空間を基準とした位置である。よって、鏡筒が変形したり、鏡筒の各部分における振動状況が異なったりした場合でも、各ミラーの相対位置関係を所望の値に保つことができる。

なお、以上の説明ではミラーをパラレルリンク機構を構成するミラー駆動部４ａ−４ｃ等で支持して６自由度で移動可能にした。しかしながら、支持機構、駆動機構、ミラーの移動自由度数はこれに限らず、装置仕様に応じて適切なものを選択することが可能である。

なお、以上の説明はＥＵＶ露光装置を例として行ったが、ミラーを使用する他の方式の露光装置にも、本発明が適用できることは言うまでもない。

本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置におけるミラーの位置測定装置と、制御装置の概要を示す図である。 本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置におけるミラーの位置制御系のブロック図である。 従来のＥＵＶ露光装置におけるミラーの位置測定装置と、制御装置の概要を示す図である。 従来のＥＵＶ露光装置におけるミラーの位置制御系のブロック図である。 ＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。

符号の説明

１…鏡筒、２…基盤、３…支持部、４ａ，４ｂ，４ｃ…ミラー駆動部、５…ミラー支持基板、６ａ，６ｂ…支持台、７…ミラー、８，８ａ、８ｂ，８ｃ…位置測定装置、１１…ミラー位置制御装置、１２…ミラー駆動部制御装置、１３…ピエゾ素子、１４…加速度センサ、１５…２回積分装置

Claims (4)

1. 露光装置におけるミラー位置測定装置であって、位置の基準となる物体とミラーとの相対位置を測定する第１の位置測定手段と、前記ミラー自体に取り付けられた加速度センサと、前記加速度センサの信号を２回積分することにより前記ミラーの位置を測定する第２の位置測定手段と、前記第１の位置測定手段によって測定された相対位置情報と、前記第２の位置測定手段によって測定されたミラー位置情報に基づいて、前記ミラーの校正された位置情報を出力する校正機構と、を有することを特徴とする位置測定装置。
2. 前記校正機構は、前記第２の位置測定手段の出力を、前記第１の位置測定手段の出力で校正し、校正された前記第２の位置測定手段の出力を、前記ミラーの位置として出力することを特徴とする請求項１に記載のミラー位置測定装置。
3. 露光装置におけるミラー位置制御装置であって、位置の基準となる物体に対して前記ミラーを駆動することにより、前記位置の基準となる物体と前記ミラーの相対位置を調整するミラー位置調整機構と、請求項１又は請求項２に記載のミラー位置測定装置とを有し、与えられた前記ミラーの基準位置と前記ミラー位置測定装置の出力の偏差に応じて、前記ミラー位置調整機構を駆動し、前記ミラーの位置を、前記基準位置に一致するように制御する制御回路を有することを特徴とする露光装置におけるミラー位置制御装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載のミラー位置測定装置、又は請求項３に記載のミラー位置制御装置を有することを特徴とする露光装置。
   

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