JP2009152604A - 位置決めデバイスのためのコントローラ、位置決めデバイスを制御する方法、位置決めデバイスおよび位置決めデバイスを備えるリソグラフィ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ増幅への感度がより低い可変利得コントローラの提供が望まれている。
【解決手段】位置決めデバイスのためのコントローラは、位置決めデバイスの位置を示す位置信号を受信し、エラー信号を得るために位置信号を位置決めデバイスの所望の位置を示すセットポイント信号と比較し、変更されたエラー信号を得るためにエラー信号の振幅成分および周波数成分に基づいてエラー信号を選択的に変更し、位置決めデバイスを制御するための制御信号を変更されたエラー信号に基づいて生成するように構成される。このコントローラは、リソグラフィ装置の位置決めデバイスの制御に適用されてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、位置決めデバイスのためのコントローラ、位置決めデバイスを制御する方法、位置決めデバイスおよび位置決めデバイスを備えるリソグラフィ装置に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板の目標部分に転写する機械である。リソグラフィ装置は例えば集積回路（ＩＣ）の製造に用いられる。この場合、例えばマスクまたはレチクルと称されるパターニングデバイスが、集積回路の各層に対応した回路パターンを形成するために使用され得る。このパターンが基板（例えばシリコンウエーハ）の（例えばダイの一部、あるいは１つまたは複数のダイからなる）目標部分に転写されることになる。パターンの転写は典型的には、基板に塗布された放射感応性材料（レジスト）層への像形成により行われる。一般に一枚の基板にはネットワーク状に隣接する一群の目標部分が含まれ、これらは連続的にパターン形成される。公知のリソグラフィ装置にはいわゆるステッパとスキャナとがある。ステッパにおいては、目標部分にパターン全体が一度に露光されるようにして各目標部分は照射を受ける。スキャナにおいては、所与の方向（スキャン方向）に放射ビームによりパターンを走査するとともに基板をスキャン方向に平行または逆平行に走査するようにして各目標部分は照射を受ける。また、パターンを基板にインプリントすることにより、パターニングデバイスから基板にパターンを転写することも可能である。

リソグラフィ装置は、直線的なもしくは回転式のモータもしくはアクチュエータのような少なくともひとつの位置決めデバイスを用いて位置決めされる様々な動く部分を含む。リソグラフィ装置における動く部分の例としては、基板（例えば、ウェーハ）ステージ、パターニングデバイス（レチクル）ステージ、搬送器（ロボットアーム）などがある。ウェーハサポートを所望の位置へ所望の速さ、所望の加速度などで複数の自由度をもって移動させるために、基板ステージは異なる複数の位置決めデバイスを含んでもよい。同様に、レチクルサポートを所望の位置へ所望の速さ、加速度などで複数の自由度をもって移動させるために、パターニングデバイスステージは異なる複数の位置決めデバイスを含んでもよい。

基板サポートやパターニングデバイスサポートを位置決めデバイスを使用して位置決めするプロセスは、コントローラによって制御される。そのようなコントローラは、例えば、比例（Ｐ）制御機能、積分（Ｉ）制御機能および微分（Ｄ）制御機能の任意の組み合わせを制御の特性として有してもよい。

位置決めデバイスを制御するためには、コントローラは、位置決めされるべき対象（例えば、ウェーハサポートやレチクルサポート）の位置を検出する位置センサから位置信号を受信する。位置信号は、対象の所望の位置を定義するセットポイント信号と比較される。位置信号とセットポイント信号との差が、ひとつもしくは複数のエラー信号として取得される。そのひとつもしくは複数のエラー信号に基づいて、コントローラは、位置決めデバイスの位置と動作を制御するためのひとつもしくは複数の位置決めデバイス制御信号を、例えば位置エラーを低減しもしくは除去するために生成してもよい。この制御方法はフィードバック制御とも呼ばれる。実際の位置がコントローラの入力へフィードバックされてひとつもしくは複数のエラー信号が生成されるからである。

位置決めデバイス制御信号の生成のプロセスにおいて、コントローラは、そのコントローラに特徴的な制御の特性を示す。制御の特性とは、コントローラが位置エラーの検出に応答していかに動作するかということである。

この制御の特性をモデルし設計する際、擾乱の抑制（線形なフィードバックのもとでは、例えば積分制御機能の利得を増やすことによって改善されうる）とノイズへの感度との間で折り合いをつけることがしばしばあり、また小さな立ち上がり時間と小さな（もしくは許容しうる）オーバーシュートとの間で折り合いをつけて静定時間に影響を与えることがしばしばある。例として、リソグラフィ装置の操作中に直面する特定の速度プロファイル（もしくは軌跡）を挙げる。ウェーハもしくは基板のスキャン露光プロセスを実行するために、それぞれのダイについて以下のサイクルが実行される。第１の手順では、ウェーハ（もしくは基板）を備えた基板テーブルが所定の速度まで加速される。この速度に一旦達した後は、スキャン露光プロセスを実行するためにこの速度は維持される必要がある。スキャン露光が終わると、一般的には減速フェーズに入ることが望まれる。このプロセスがそれぞれのダイについて繰り返され、ウェーハ全体が露光される。

ある期間において時間変動する擾乱を満足に処理するためには、この期間における擾乱スペクトルと関係のある特定の制御の特性を備えたコントローラが望まれる場合が多い。別の期間ではこのスペクトルは変化しうる。したがってそこでは異なる制御の特性が望まれるであろう。

米国特許公開第２００７／０２３６１６３号で開示されているように、経験する擾乱の種類によって利得が可変とされるコントローラを提供することが提案されている。そこで記載されたコントローラでは、大きさが所定の範囲内にあるエラー信号について、そのコントローラ利得を、大きさがその範囲外にあるエラー信号に対する値よりも高い値に選択的に設定することが提案されている。

しかしながら、これではエラー信号に存在しうるノイズを増幅することになるかもしれない。

ノイズ増幅への感度がより低い可変利得コントローラの提供が望まれている。

本発明のある態様によると、位置決めデバイスのためのコントローラが提供される。このコントローラは、位置決めデバイスの位置を示す位置信号を受信し、エラー信号を得るために位置信号を位置決めデバイスの所望の位置を示すセットポイント信号と比較し、変更されたエラー信号を得るためにエラー信号の振幅成分および周波数成分の両方に基づいてエラー信号を選択的に変更し、位置決めデバイスを制御するための制御信号を変更されたエラー信号に基づいて生成する。

本発明の別の態様によると、位置決めデバイスを制御する方法が提供される。この方法は、位置決めデバイスの位置を示す位置信号を受信することと、エラー信号を得るために位置信号を位置決めデバイスの所望の位置を示すセットポイント信号と比較することと、変更されたエラー信号を得るためにエラー信号の振幅成分および周波数成分の両方に基づいてエラー信号を選択的に変更することと、位置決めデバイスを制御するための制御信号を変更されたエラー信号に基づいて生成することと、を含む。

さらに別の態様によると、対象を位置決めするための位置決めデバイスが提供される。この位置決めデバイスは、第１部分および第２部分を含み、第１部分は第２部分に対して移動可能であり、第２部分は対象を受ける。位置決めデバイスはさらに、対象の位置を示す位置信号を生成する位置センサと、対象の位置を示す位置信号を受信し、エラー信号を得るために位置信号を対象の所望の位置を示すセットポイント信号と比較し、変更されたエラー信号を得るためにエラー信号の振幅成分および周波数成分の両方に基づいてエラー信号を選択的に変更し、位置決めデバイスを制御するための制御信号を変更されたエラー信号に基づいて生成するコントローラと、を含む。

本発明の実施の形態に係るリソグラフィ装置を示す図である。 本発明の実施の形態に係るコントローラのある形態を示すブロック図である。 図２のコントローラの一部のある形態を示すブロック図である。 ４次のモデルの特性と共にＺ方向における測定された力学を示すボード線図である。 基板上の５つの異なる場所における等価なスキャンのもとでのＺ方向におけるフィルタされたエラー信号の時系列を示す図である。 基板上の２個所において測定された閉ループかつ非線形にフィルタされたエラー信号の時系列を示す図である。 基板上の２個所において測定されたＭＡおよびＭＳＤフィルタされたエラー信号の時系列を示す図である。 Ｚ方向における測定されたサーボエラーの累積的なパワースペクトル密度の解析を示す図である。

本発明の実施の形態は、例示のみを目的として添付の模式的な図面を参照して説明される。図面では、対応する参照番号は、対応する要素を示す。

図１は、本発明のひとつの実施の形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す。この装置は、放射ビームＢ（例えば、紫外線（ＵＶ）放射や他の適切な放射）を調整する照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するよう構成され、少なくともひとつのステータおよびムーバを含む第１位置決めデバイスＰＭに接続されたパターニングデバイスサポートもしくは支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、を含む。第１位置決めデバイスＰＭは、パターニングデバイスをあるパラメータに従って正確に位置決めする。この装置は、基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するよう構成され、少なくともひとつのステータおよびムーバを含む第２位置決めデバイスＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴもしくは「基板サポート」を含む。第２位置決めデバイスＰＷは、あるパラメータに従って基板を正確に位置決めするよう構成される。この装置はさらに、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを、基板Ｗの目標部分Ｃ（例えばひとつもしくは複数のダイを含む）上に投影する投影システム（たとえば屈折投影レンズシステム）ＰＳを含む。

照明システムは、放射ビームを方向付け、成形し、あるいは制御するために、屈折光学素子、反射光学素子、磁気光学素子、電磁気光学素子、静電光学素子、あるいはこれらの任意の組み合わせなどの様々な種類の光学素子を含んでもよい。

パターニングデバイスサポートもしくは支持構造は、パターニングデバイスの配向、リソグラフィ装置の設計および他の条件、たとえばパターニングデバイスが真空環境中で保持されているか否か等に応じた方法でパターニングデバイスを保持している。パターニングデバイスサポートもしくは支持構造においてはパターニングデバイスを保持するために、機械的固定、真空固定、静電固定、または他の固定用技術が用いられる。パターニングデバイスサポートもしくは支持構造は、例えば必要に応じて固定または移動させることができるフレームまたはテーブルであってもよい。パターニングデバイスサポートもしくは支持構造は、パターニングデバイスを例えば投影システムに対して所望の位置に確実に配置することができる。本明細書における「レチクル」または「マスク」という用語の使用はすべて、より一般的な「パターニングデバイス」という用語の同義語とみなすことができる。

本明細書に使用されている「パターニングデバイス」という用語は、放射ビームの断面にパターンを付与し、それにより基板の目標部分にパターンを生成するべく使用することができる任意のデバイスを意味するものとして広義に解釈されたい。放射ビームに付与されるパターンは、たとえばそのパターンが位相シフトフィーチャまたはいわゆるアシストフィーチャを含んでいる場合、基板の目標部分における所望のパターンに必ずしも厳密に対応している必要はないことに留意されたい。放射ビームに付与されるパターンは、通常、目標部分に生成されるデバイス、たとえば集積回路などのデバイス中の特定の機能層に対応している。

パターニングデバイスは透過型であっても反射型であってもよい。パターニングデバイスの例としては、例えばマスクやプログラマブルミラーアレイ、プログラマブルＬＣＤパネルなどがある。マスクはリソグラフィの分野では周知であり、バイナリマスクやレベンソン型位相シフトマスク、ハーフトーン型位相シフトマスク、更に各種のハイブリッド型マスクが含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例としては、小型のミラーがマトリックス状に配列され、各ミラーが入射してくる放射ビームを異なる方向に反射するように個別に傾斜されるというものがある。これらの傾斜ミラーにより、マトリックス状ミラーで反射された放射ビームにパターンが付与されることになる。

本明細書に使用されている「投影システム」という用語は、たとえば使用する露光放射に適した、もしくは液浸液の使用または真空の使用などの他の要因に適した、屈折光学系、反射光学系、カタディオプトリック光学系、磁気光学系、電磁気光学系、静電光学系、またはそれらの任意の組合せを含む任意の種類の投影システムが包含されているものとして広義に解釈されたい。本明細書における「投影レンズ」という用語の使用はすべて、より一般的な「投影システム」という用語の同義語とみなすことができる。

本明細書に示されるように、本装置は透過型（たとえば透過マスクを用いる）である。あるいはまた、本装置は反射型（たとえば、上述した種類のプログラマブルミラーアレイを用いた、あるいは反射マスクを用いた）であってもよい。

リソグラフィ装置は２つ以上（２つの場合にはデュアルステージと呼ばれる）の基板テーブルもしくは「基板サポート」（および／または２つ以上のマスクテーブルもしくは「マスクサポート」）を備えてもよい。このような多重ステージ型の装置においては追加されたテーブルは並行して使用されるか、あるいは１以上のテーブルで露光が行われている間に他の１以上のテーブルで準備工程を実行するようにしてもよい。

また、リソグラフィ装置は、基板の少なくとも一部が比較的屈折率の大きい液体、たとえば水で覆われ、それにより投影システムと基板の間の空間が充填されるタイプの装置であってもよい。液浸液体はリソグラフィ装置の他の空間、例えばマスクと投影システムとの間に導入されてもよい。液浸技術は、投影システムの開口数を大きくするために使用されうる。本明細書に使用されている「液浸」という用語は、基板などの構造を液体中に浸すべきであることを意味しているのではなく、単に、露光の間、投影システムと基板の間に液体が置かれることを意味しているにすぎない。

図１を参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取っている。例えば放射源がエキシマレーザである場合、放射源およびリソグラフィ装置は、個別の構成要素にすることができる。このような場合、放射ビームは、たとえば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを備えたビーム搬送系ＢＤを使用して放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ受け渡される。それ以外のたとえば放射源が水銀灯などの場合、放射源はリソグラフィ装置に一体に構成されていてもよい。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、またビーム搬送系ＢＤが必要とされる場合にはこれも合わせて、放射システムと称される。

イルミネータＩＬは、放射ビームの角強度分布を調整するためのアジャスタＡＤを備えてもよい。一般には、イルミネータの瞳平面における強度分布の少なくとも半径方向外径および／または内径（通常それぞれ「シグマ−アウタ（σ−ｏｕｔｅｒ）」、「シグマ−インナ（σ−ｉｎｎｅｒ）」と呼ばれる）が調整される。加えて、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなどの種々の他の要素を備えてもよい。イルミネータは、ビーム断面における所望の均一性及び強度分布を得るべく放射ビームを調整するために用いられる。

放射ビームＢは、パターニングデバイスサポートもしくは支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴに保持されたパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡに入射して、当該パターニングデバイスによりパターンを付与される。パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを透過した後、放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過する。投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗの目標部分Ｃに合焦させる。第２位置決めデバイスＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計、リニアエンコーダ、静電容量センサなど）と第１コントローラにより基板テーブルＷＴは正確に移動され、例えば放射ビームＢの経路に異なる複数の目標部分Ｃをそれぞれ位置決めするように移動される。同じように、第１位置決めデバイスＰＭともう１つの位置センサ（図１には明確に示されていない）と第２コントローラを用いて、例えばマスクライブラリから機械的に取り出した後、またはスキャン中に、パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡを放射ビームＢの経路に対して正確に位置決めすることができる。通常、パターニングデバイスサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴの移動は、第１位置決めデバイスＰＭの一部を形成しているロングストロークモジュール（粗い位置決め用）およびショートストロークモジュール（精細な位置決め用）を使用して実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴもしくは「基板サポート」の移動は、第２位置決めデバイスＰＷの一部を形成しているロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使用して実現することができる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、パターニングデバイスサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに接続され、あるいは固定される。パターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して整列させることができる。図では、基板アライメントマークは、には専用の目標部分を占有しているが、基板アライメントマークは、ターゲット部分間のスペースに配置されてもよい（このような基板アライメントマークは、スクライブラインアライメントマークとして知られている）。同様に、複数のダイがパターニングデバイス（例えば、マスク）ＭＡ上に設けられる場合、ダイ間にマスクアライメントマークが配置されてもよい。

図示の装置は、以下に示すモードのうちの少なくとも１つのモードで使用することができる。

ステップモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンの全体が１回の照射で目標部分Ｃに投影される間、パターニングデバイスサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴもしくは「マスクサポート」および基板テーブルＷＴもしくは「基板サポート」は、実質的に静止状態とされる（すなわち１回の静的な露光）。そして基板テーブルＷＴもしくは「基板サポート」がＸ方向及び／またはＹ方向に移動されて、異なる目標部分Ｃが露光される。ステップモードでは露光フィールドの最大サイズによって、１回の静的露光で結像される目標部分Ｃの寸法が制限されることになる。

１．スキャンモードにおいては、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、パターニングデバイスサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴもしくは「マスクサポート」および基板テーブルＷＴもしくは「基板サポート」は、同期して走査される（すなわち１回の動的な露光）。パターニングデバイスサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴもしくは「マスクサポート」に対する基板テーブルＷＴもしくは「基板サポート」の速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）特性及び像反転特性により定められる。スキャンモードでは露光フィールドの最大サイズが１回の動的露光での目標部分Ｃの（非走査方向の）幅を制限し、走査移動距離が目標部分の（走査方向の）長さを決定する。

２．その他のモードにおいては、プログラマブルパターニングデバイスを保持するべくパターニングデバイスサポート（例えば、マスクテーブル）ＭＴもしくは「マスクサポート」は、実質的に静止状態とされ、放射ビームに付与されたパターンが目標部分Ｃに投影される間、基板テーブルＷＴもしくは「基板サポート」が移動またはスキャンされる。このモードでは、通常、パルス放射源が使用され、スキャン中、基板テーブルＷＴもしくは「基板サポート」が移動する毎に、あるいは連続する放射パルス間に、必要に応じてプログラマブルパターニングデバイスが更新される。この動作モードは、上述したタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを利用しているマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。

上述の使用モードの組み合わせかつ／または変形、もしくは全く異なった使用モードが使われてもよい。本発明の実施の形態によると、示されたリソグラフィ装置はさらに、装置の位置決めデバイスのうちの少なくともひとつ、例えばポジショナＰＷもしくはＰＭのうちの少なくともひとつを制御するコントローラＣＵを含む。コントローラＣＵは、位置決めデバイスの位置を示す位置信号を受信し、エラー信号を得るために位置信号を位置決めデバイスの所望の位置を示すセットポイント信号と比較し、変更されたエラー信号を得るためにエラー信号の振幅成分および周波数成分の両方に基づいてエラー信号を選択的に変更し、変更されたエラー信号に基づいて位置決めデバイスを制御するための制御信号を生成する。例としては、コントローラは、エラー信号を、例えばエラー信号の振幅に基づいて選択的に変更する前に、エラー信号を周波数に基づいてフィルタリングしてもよい。そうすることにより、例えばエラー信号の選択的な変更によってもたらされうるノイズ増幅の影響は軽減されうる。ある実施の形態では、コントローラはエラー信号を選択的に変更するための帯域通過フィルタを含む。ある実施の形態では、コントローラはエラー信号を選択的に変更するための非線形のフィルタを含む。本発明の異なる実施の形態とさらなる詳細が以下の図において説明される。

図２は、公称上制御された動作システムを模式的に示す一般的なブロック図である。基準命令ｒからｅ＝ｒ−ｙの関係を用いてサーボエラー信号ｅが構成される。ここでｙは機械もしくはシステムＰの出力を示す。エラー信号ｅは、セットポイントの擾乱ｒと力の擾乱ｆの観点で擾乱を排除することを目的としたフィードバックコントローラＣｆｂへ入力される。加えて、図２は本発明の実施の形態が適用されるスキーム１００を模式的に示す。スキーム１００は、制御ループへ追加の利得を選択的に提供する。トラッキングの正確さを改善するために、フィードフォワードコントローラＣｆｆが加えられてもよい。

本発明の実施の形態では、擾乱排除の改善を目的として、動作システムのためのハイブリッド制御設計が提案されている。これは、図３に示される可変利得制御スキーム１００を適用することによって達成される。このスキーム１００は、制御ループへ選択的に追加の利得を提供する。これは以下の手法により達成される：第１の過程（Ｆ１）では、エラー信号ｅを周波数に基づいてフィルタリングする。次の過程では、フィルタされたエラー信号に非線形な重み付けθ(.)を課す。そうすることによって、フィルタされたエラー信号が十分に大きいかそうでないかに基づいて、追加的なコントローラ利得を入れたり入れなかったりすることができる。

続いて、閉ループの安定性を確保するために、周波数に基づいた第２のフィルタリングが重み付けされたエラー信号に対して行われる。ここで周波数に基づいた第２のフィルタリングは、フィルタリング関数Ｆ１の逆、つまりＦ１^−１に実質的に相当する。そうすることにより、動的なコントローラ利得を導入できる。この動的なコントローラ利得は擾乱の排除と測定ノイズの感度との間で折り合いをつけるように使用されうる。エラー信号ｅがコントローラ帯域を十分下回る周波数での寄与を含む場合、サーボの性能はコントローラ利得が増えることによる恩恵を受けうる。一方で、コントローラ帯域を越えると、利得が増えることによって高周波ノイズが増幅されうる。信号をいつも監視して適切に振る舞うことによって、つまり上述のように動的な（非線形の）コントローラ利得を適用することによって、サーボの性能を著しく向上することができる。米国特許公開第２００７／０２３６１６３号に開示された制御方法と比べると、ここで提案されているコントローラおよび制御方法は、単にエラー信号の大きさ（もしくは振幅）に基づいて利得を調整するというよりむしろ、ある周波数領域もしくは範囲において可変のコントローラ利得を選択的に適用することを可能としており、この点は注意すべきである。改良されたコントローラおよび制御方法によると、高周波ノイズを多く伝送すること無しに、コントローラの低周波擾乱排除特性を向上することができる。つまり、性能を制限する振動が発生した場合、線形のコントローラには追加的なコントローラ利得が与えられる。この振動の発生は偶発的であるので、ノイズの増幅は限定的であり得る。米国特許公開第２００７／０２３６１６３号に開示された方法と比較した場合の本制御方法のさらなる利点は、非線形な重み付け（米国特許公開第２００７／０２３６１６３号で説明されたような）のしきい値のなかに入る振幅を有する低頻度信号をよりよく抑制することができることである。周波数に基づいたそのフィルタリングがなければ、性能の向上につながりうるそのような抑制は起こりえない。本制御方法は、ハイブリッド制御方法とも称されうる。公称上の線形制御設計（つまり、図２に示されるような制御の明細のうちスキーム１００を除いたもの）と、追加的な非線形のコントローラ（つまり図３でさらに説明されるスキーム１００）と、を組み合わせたものであるからである。公称上の設計は、性能および強固な安定性の両方を目指す。ハイブリッド制御は、公称上の制御設計に対応するダイナミクスと追加的な非線形のコントローラによるダイナミクスとの間の（連続的な）切り替えに関する。結果として、本発明によるハイブリッド制御設計のある形態は３つの機能を組み合わせる：その３つの機能とは、取り扱っているエラー信号から一時的に関心のある周波数成分を取り出すことによる監視、取り出されたエラー信号に対する（非線形な）重み付けによる選択、閉ループ安定性の結果を正しく保つためのループ整形である。以下のパラグラフでは、非線形の方策における異なった過程がより詳しく説明される。

第１の過程では、エラー信号ｅに低い頻度で含まれる性能を制限する振動の周波数成分を一時的に取り出すことを目的として、監視関数にフィルタ構造Ｆ１が与えられる。実施の形態では、フィルタ構造Ｆ_１（ｓ）は、
という形の単一ノッチフィルタ型の演算であってもよい。ここでβ_ｚとβ_ｐとは減衰係数を表し、β_ｚ＞β_ｐを満たす。また、ω_ｚはゼロ周波数、ω_ｐは極周波数であり、ω_ｚ＝ω_ｐを満たす。これらの周波数は、性能を制限する振動の周波数成分に合わせて決定できる。そうすることによって、（フィルタされたエラー信号のなかに）この振動を観測したか否かを識別することができる。

第２の過程では、フィルタされたエラー信号に対して振幅に基づく変更が行われる。これは追加的なフィードバックを適用するか否かの（重み付けされた）選択とも見ることができる。そのような選択は例えばデッドゾーン非線形性の形を取りうる。例としては、（フィルタされた）エラー信号は、それに演算θ(.)を課すことによって変更されうる。θ(.)は、
によって与えられる。ここでδはデッドゾーン長さであり、｜ｅ１｜はフィルタされたエラー信号ｅ１の振幅を示す。取り出されたエラー応答のなかに性能を制限する振動が十分に存在する場合、追加的なコントローラ利得が演算θ(.)によって導入される。逆に、ｅ１がそのような振動を含まない場合、追加的な利得は導入されない。これによりフィードバックによるノイズの余分な増幅を避けることができる。

第３の過程では、第１の過程におけるフィルタリング演算が、少なくとも部分的には逆に行われる。これは例えば重み付けされたエラー信号にフィルタリング演算Ｆ１^−１を適用することによって行われる。そうすることによって、閉ループシステムの安定性が維持されうる。

オプションとして、閉ループの安定性を向上するために、ループ整形関数Ｆ２が導入されうる。そのようなループ整形関数Ｆ２は例えば、
の形を取りうる。ここでαは安定性に制限された追加的な利得比であり、ω_ｚはノッチフィルタのゼロブレイクポイント、ω_ｐはノッチフィルタの極ブレイクポイントであり、ω_ｚ＝ω_ｐを満たす。β_ｚとβ_ｐとは対応する減衰係数を表し、β_ｚ＞β_ｐを満たす。また、ω_ｌｐは２次の低域通過フィルタのブレイクポイントであり、β_ｌｐはその減衰係数である。結果として、説明されたコントローラ（もしくは制御方法）は、性能を制限する振動の周波数成分に基づいて、その振動と他のものとを識別することを可能とする。それによって、厳格に性能に基づいたフィルタの動作であって、上述の振動を効果的に処理する動作が可能となる。例としては、ハイブリッド制御方法を用いた結果が、基板スキャナの基板ステージにおいて明らかにされうる。ウェーハスキャナの模式的な図が例えば図１に示される。

図示された装置では、パターニングデバイスおよび基板の両方が２つの別の動作制御サブシステムの一部である。２つの動作制御サブシステムとはパターニングデバイスステージポジショナＰＭおよび基板ステージポジショナＰＷであり、そのそれぞれには一般的には２重ストローク手法が用いられる。ロングストロークは大きな範囲の速い動きに用いられ、ショートストロークは正確であるが小さな範囲のトラッキングに用いられる。ショートストロークステージは、例えば電磁アクチュエータを用いて６自由度で制御された浮遊体として表現されてもよい。ショートストローク基板ステージのＺ方向についての単一入力単一出力線形フィードバック設計は、図２の単純化されたブロック図表示によって表されうる。伝達関数表示では、基板ステージは４次のモデルによって表されもしくは近似されうる。このモデルの正当性は例えば図４に示される。図４は、Ｚ方向における測定された力学（１）を、４次のモデルの特性（２）と共に示すボード線図である。

線形制御設計のもと、コントローラの閉ループ性能が基板上の５つの別個の位置において評価された。５つの位置とは、ウェーハの角にあたる４点(ｘ，ｙ)=(−０．１，０．１)、(０．１，０．１)、(−０．１，−０．１)、(０．１，−０．１)と、ウェーハの中心(ｘ，ｙ)=(０，０)である。それぞれの位置において、同等のスキャンが行われた。図５は、基板上の異なる位置における同等のスキャンのもとでの、Ｚ方向におけるフィルタされたエラー信号を時間の関数として示す。図５の４つのグラフのそれぞれは、角位置のうちのひとつでのエラー信号を、（３）として表示される中心位置でのエラー信号と共に示す。点線（４）は、与えられた加速度セットポイントを時間の関数として模式的に示す。示されるように、基板上の着目されている位置において大きな乖離を観測することができる。特に、ウェーハへの照射が起こる図示された定速度区間においてその乖離を観測できる。この区間がまさに、十分な性能が得られなければならい区間である。制御された基板ステージが位置依存の振る舞いを示すことは明らかである。エラー応答は、周波数、振幅および位相によって異なる。このことが、ハイブリッド制御手法を適用することの主たる動機である。ハイブリッドコントローラが性能の向上を達成しうることが図６に示される。線形の閉ループ条件（図３の追加的な非線形のコントローラ１００はまだ起動されていない）のもと、(ｘ，ｙ)=(０．１，０．１)と（０，０）の２つのスキャン位置を考える。図６の上段は、エラー信号ｅに課されたフィルタ演算Ｆ１の結果を、加速度セットポイントのスケールされた表示（５）と共に示す。ユーザ定義の値であるデッドゾーン長さδ＝４０ｎｍは、点線（６）で示される。(ｘ，ｙ)=(０，０)では、エラー信号は殆ど全て示された区域内に入る。一方(ｘ，ｙ)=(０．１，０．１)では、エラー信号はこの区域を大きく越える。例えば式（２）で示されるような非線形のフィルタ演算θ(.)の結果が図の中段に示される。(ｘ，ｙ)=(０．１，０．１)については、正弦波的な振る舞いの大部分は影響を受けないままになっていることが見て取れる。一方で、(ｘ，ｙ)=(０，０)については、殆ど全ての（無作為的な）振動が取り除かれていることが見て取れる。その結果、全体としての非線形フィルタ演算は、(ｘ，ｙ)=(０，０)では元のエラー信号ｅを大きく減少させる（グラフ（７）対グラフ（８））。一方で(ｘ，ｙ)=(０．１，０．１)では、およそ同じ信号が示される。これにより、(ｘ，ｙ)=(０．１，０．１)では高い利得のフィードバックのもとで擾乱の抑制を向上しうる手段が提供される。一方で同時に、(ｘ，ｙ)=(０，０)におけるノイズの増幅を制限したままとすることができる。

リソグラフィの照明プロセスにおいては、プロセスの性能は一般的にはエラー信号の移動平均フィルタリング（ＭＡ）およびエラー信号に対する移動標準偏差（ＭＳＤ）フィルタ演算によって評価される。ＭＡおよびＭＳＤは、オーバーレイおよびフェージングに関する照明プロセスの正確さを評価するために使用されうる。オーバーレイは位置の正確さを示す尺度となる。したがって、オーバーレイは過去のスキャン位置に新たにスキャンを行うことができる能力を示す尺度となる。サーボ制御測定に関して、オーバーレイは移動平均（ＭＡ）フィルタ動作によって（部分的に）評価される。

フェージングは、画像の質に関する。つまりレンズ（あるいは投影システム）からウェーハまでの経路上で光を合焦する能力に関する。フェージングに関する性能を評価するために移動標準偏差（ＭＳＤ）が用いられうる。前に考慮された基板位置(ｘ，ｙ)=(０．１，０．１)および(ｘ，ｙ)=(０，０)について、（ＭＡおよびＭＳＤ基準を用いて表現された）性能を達成する際の、ハイブリッド制御設計の影響が図７に示される。図７は、２つの位置(ｘ，ｙ)=(０．１，０．１)および(ｘ，ｙ)=(０，０)での、ハイブリッド制御方法を用いた、ＭＡフィルタされたエラー信号およびＭＳＤフィルタされたエラー信号（グラフ（９））の時系列測定を示す。加えて、線形設計の２つの限界、つまりθ(.)＝０の低利得設計（図７では灰色の破線（１０）で示される）および θ(.)＝１の高利得設計（図７では灰色の実線（１１）で示される）、についての結果が示される。図示されたスキャン区間では、(ｘ，ｙ)=(０．１，０．１)の上段左方に見られる通り、非線形設計および高利得線形設計の両方が、移動平均（ＭＡ）フィルタされたエラーのピーク値を小さく保つという点で同等に良い性能を示す。これは、低利得線形設計と比較して、低頻度の擾乱をより排除できていることを示す。一方(ｘ，ｙ)=(０，０)の下段右方に見られる通り、非線形設計および低利得線形設計の両方が同等に良い性能を示す。実際、それらは高利得線形設計よりも良い振る舞いを示す。したがって、高利得線形設計と比較して、高頻度のノイズに対する応答性が向上する。累積的なパワースペクトル密度解析に関して、図８は、ウェーハ上の着目された５つの位置についての結果を示す。線形の低利得（灰色の破線１２）と、線形の高利得（灰色の実線１３）と、非線形利得（黒色の実線１４）と、が区別される。それぞれの着目された位置におけるハイブリッド制御設計が、エラー信号の二乗平均平方根の値の最小値を与える傾向にあることが見て取れる。

総括すると、動作制御システムについて、ハイブリッド制御設計が提案された。これは同等のノイズ応答性を保ちつつ擾乱排除特性を改善することを目的としている。設計の鍵は安定性と性能とを区別することにある。非線形閉ループの安定性はループ整形フィルタの存在により保証される。一方で、安定性を変えない重み付けフィルタへの接続を導入することにより性能が向上する。工業的なウェーハスキャナの基板ステージに対してそのような手法が用いられると、位置依存の振る舞いが存在するなかで性能が改善される。基板上の別個の（そして十分に分散した）位置における測定により、ハイブリッド制御設計は高頻度のノイズを必要以上に伝達すること無しに、低頻度の擾乱の排除を改善することを示した。したがって、高利得線形コントローラに生来的に存在するその種の伝達は制限される。

本明細書ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用を例として説明しているが、リソグラフィ装置は他の用途にも適用することが可能であるものと理解されたい。他の用途としては、集積光学システム、磁区メモリ用ガイダンスおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどがある。当業者であればこれらの他の適用に際して、本明細書における「ウエーハ」あるいは「ダイ」という用語がそれぞれ「基板」あるいは「目標部分」という、より一般的な用語と同義であるとみなされると理解することができるであろう。基板は露光前または露光後においてトラック（典型的にはレジスト層を基板に塗布し、露光後のレジストを現像する装置）、メトロロジツール、及び／またはインスペクションツールにより処理されてもよい。適用可能であれば、本明細書の開示はこれらのまたは他の基板処理装置にも適用され得る。また、基板は例えば多層ＩＣを製造するために複数回処理されてもよく、その場合には本明細書における基板という用語は既に処理されている多数の処理層を含む基板をも意味する。

ここでは特に光リソグラフィを本発明に係る実施の形態に適用したものを例として説明しているが、本発明は例えばインプリントリソグラフィなど文脈が許す限り他にも適用可能であり、光リソグラフィに限られるものではない。インプリントリソグラフィでは、パターニングデバイスのトポグラフィが基板に生成されるパターンを決める。パターニングデバイスのトポグラフィが基板に塗布されているレジスト層に押し付けられ、電磁放射や熱、圧力、あるいはこれらの組み合わせによってレジストが硬化される。レジストが硬化されてから、パターニングデバイスは、パターンが生成されたレジストから外されて外部に移動される。

本明細書において「放射」および「ビーム」という用語は、紫外（ＵＶ）放射（例えば約３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、または１２６ｎｍの波長を有する）および極端紫外（ＥＵＶ）放射（例えば５ｎｍ−２０ｎｍの範囲の波長を有する）を含むあらゆる種類の電磁放射、およびイオンビームや電子ビームなどの粒子線を示す。

「レンズ」という用語は、文脈が許す限り、屈折光学素子、反射光学素子、磁気的光学素子、電磁気的光学素子、静電的光学素子を含む１つまたは各種の光学素子の組み合わせを指し示すものであってもよい。

本発明の具体的な実施の形態が上述のように説明されたが、本発明は上述の形式以外の形式でも実施可能であると理解されたい。

上記では、本発明はリソグラフィ装置の実施の形態を参照して説明された。本発明は対象を位置決めするためのモータデバイスを含む別の種類の装置にも適用可能であることは当業者には明らかである。そのような別の種類の装置の例としては、磁気的もしくは光学的な記憶デバイスや、電子顕微鏡の結像ステージや、レーザカッターの磁気浮揚ステージがある。

上記では、本発明は、本発明に係る位置決めデバイスの機能ブロックを示すブロック図を参照して説明された。これらの機能ブロックのうちのひとつもしくは複数がハードウエアとして実現されてもよいことは理解されるべきである。この場合、そのような機能ブロックの機能は個々のハードウエア部材によって実現される。また、これらの機能ブロックのうちのひとつもしくは複数はソフトウエアとして実現されうる。この場合、そのような機能ブロックの機能は、機械に読み取り可能な命令のひとつもしくは複数のシーケンスによって実現される。この命令は、本発明に係るコントローラの機能を実現するために、コンピュータシステムもしくは、例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラなどのプログラマブルデバイスによって実行されてもよい。データ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気もしくは光学ディスク）はそのようなソフトウエアを記憶保持してもよい。もしくは、そのようなソフトウエアが有線もしくは無線のいずれかによって適切な信号を通じて提供されてもよい。

本明細書で使用される「ａ」もしくは「ａｎ」は、ひとつもしくはそれ以上と定義される。本明細書で使用される複数という用語は、２つまたは２つ以上と定義される。本明細書で使用される別のという用語は、少なくとも第２またはそれ以上と定義される。本明細書で使用される含むおよび／または有するという用語は、含む（つまり開放的言語）と定義される。本明細書で使用される結合されたという用語は、接続されると定義されるが、必ずしも直接的ではなく、必ずしも機械的ではない。ソフトウエア、プログラム、コンピュータプログラムもしくはソフトウエアアプリケーションは、コンピュータシステム上で実行されるように設計された、サブルーチン、関数、手順、オブジェクトの操作、オブジェクトの実行、実行可能なアプリケーション、アプレット、サーブレット、ソースコード、オブジェクトコード、共有ライブラリ／ダイナミックロードライブラリおよび／または他の命令シーケンス、を含んでもよい。

上述の記載は例示を目的としており、それに限定されるものではない。したがって下記の請求項の範囲から逸脱することなく記載された発明に変更を加えることができるということは、関連技術の当業者には明らかなことであろう。

Claims (16)

1. 位置決めデバイスに使用されるためのコントローラであって、
   前記位置決めデバイスの位置を示す位置信号を受信し、エラー信号を得るために前記位置信号を前記位置決めデバイスの所望の位置を示すセットポイント信号と比較し、変更されたエラー信号を得るために前記エラー信号の振幅成分および周波数成分に基づいて前記エラー信号を選択的に変更し、前記位置決めデバイスを制御するための制御信号を前記変更されたエラー信号に基づいて生成するように構成されるコントローラ。
2. 前記エラー信号を選択的に変更するために、
   （ａ）フィルタされたエラー信号を得るために前記エラー信号に対して周波数に基づいた第１のフィルタリングを行い、
   （ｂ）前記フィルタされたエラー信号を振幅に基づいて変更し、
   （ｃ）周波数に基づいた前記第１のフィルタリングの逆に実質的に相当する、周波数に基づいた第２のフィルタリングを行う、
   ように構成される請求項１に記載のコントローラ。
3. 前記エラー信号を選択的に変更するための帯域通過フィルタを備える請求項１に記載のコントローラ。
4. 前記エラー信号を選択的に変更するための非線形のフィルタを備える請求項１に記載のコントローラ。
5. 前記非線形のフィルタは、大きさが所定の範囲内にあるエラー信号に対する利得を、大きさが前記範囲外にあるエラー信号に対する値よりも低いある値に選択的に設定する請求項４に記載のコントローラ。
6. 前記エラー信号を選択的に変更するためのデッドゾーンフィルタを備える請求項１に記載のコントローラ。
7. 対象を位置決めする位置決めデバイスであって、
   第１部分および第２部分を備え、
   前記第１部分は前記第２部分に対して移動可能であり、前記第２部分は前記対象を受け、
   当該位置決めデバイスはさらに、
   前記対象の位置を示す位置信号を生成する位置センサと、
   前記対象の位置を示す位置信号を受信し、エラー信号を得るために前記位置信号を前記対象の所望の位置を示すセットポイント信号と比較し、変更されたエラー信号を得るために前記エラー信号の振幅成分および周波数成分に基づいて前記エラー信号を選択的に変更し、前記位置決めデバイスを制御するための制御信号を前記変更されたエラー信号に基づいて生成するコントローラと、を備える位置決めデバイス。
8. 前記コントローラは、前記エラー信号を選択的に変更するために、
   （ａ）フィルタされたエラー信号を得るために前記エラー信号に対して周波数に基づいた第１のフィルタリングを行い、
   （ｂ）前記フィルタされたエラー信号を振幅に基づいて変更し、
   （ｃ）周波数に基づいた前記第１のフィルタリングの逆に実質的に相当する、周波数に基づいた第２のフィルタリングを行う、
   請求項７に記載の位置決めデバイス。
9. 前記コントローラは前記エラー信号を選択的に変更する帯域通過フィルタを含む請求項７に記載の位置決めデバイス。
10. 前記コントローラは前記エラー信号を選択的に変更するデッドゾーンフィルタを含む請求項７に記載の位置決めデバイス。
11. 前記第１部分はロングストロークアクチュエータであり、前記第２部分はショートストロークアクチュエータである請求項７に記載の位置決めデバイス。
12. 放射ビームを調節する照明システムと、
    パターン形成された放射ビームを形成するために前記放射ビームの断面にパターンを付与することが可能なパターニングデバイスを支持するよう構成されたパターニングサポートと、
    基板を保持するよう構成された基板サポートと、
    前記基板のターゲット部分に前記パターン形成された放射ビームを投影する投影システムと、
    前記サポートのうちの少なくともひとつを位置決めする位置決めデバイスと、を備え、
    前記位置決めデバイスは、
    第１部分および第２部分を含み、
    前記第１部分は前記第２部分に対して移動可能であり、前記第２部分は前記サポートのうちの前記少なくともひとつを受け、
    前記位置決めデバイスはさらに、
    前記サポートのうちの前記少なくともひとつの位置を示す位置信号を生成する位置センサと、
    前記サポートのうちの前記少なくともひとつの位置を示す位置信号を受信し、エラー信号を得るために前記位置信号を前記サポートのうちの前記少なくともひとつの所望の位置を示すセットポイント信号と比較し、変更されたエラー信号を得るために前記エラー信号の振幅成分および周波数成分に基づいて前記エラー信号を選択的に変更し、前記位置決めデバイスを制御するための制御信号を前記変更されたエラー信号に基づいて生成するコントローラと、を含むリソグラフィ装置。
13. 前記第１部分はロングストロークアクチュエータであり、前記第２部分はショートストロークアクチュエータである請求項１２に記載のリソグラフィ装置。
14. 位置決めデバイスを制御する方法であって、
    前記位置決めデバイスの位置を示す位置信号を受信することと、
    エラー信号を得るために前記位置信号を前記位置決めデバイスの所望の位置を示すセットポイント信号と比較することと、
    変更されたエラー信号を得るために前記エラー信号の振幅成分および周波数成分に基づいて前記エラー信号を選択的に変更することと、
    前記位置決めデバイスを制御するための制御信号を前記変更されたエラー信号に基づいて生成することと、を含む方法。
15. 前記エラー信号を選択的に変更することは、
    フィルタされたエラー信号を得るために前記エラー信号に対して周波数に基づいた第１のフィルタリングを行うことと、
    前記フィルタされたエラー信号を振幅に基づいて変更することと、
    周波数に基づいた前記第１のフィルタリングの逆に実質的に相当する、周波数に基づいた第２のフィルタリングを行うことと、を含む請求項１４に記載の方法。
16. 機械で読み取り可能な命令を表すコンピュータコードを収容するデータキャリアであって、前記命令は、コンピュータシステムにロードされると前記コンピュータシステムを、位置決めデバイスを制御する方法を実行するコントローラとして働かせ、
    前記方法は、
    前記位置決めデバイスの位置を示す位置信号を受信することと、
    エラー信号を得るために前記位置信号を前記位置決めデバイスの所望の位置を示すセットポイント信号と比較することと、
    変更されたエラー信号を得るために前記エラー信号の振幅成分および周波数成分の両方に基づいて前記エラー信号を選択的に変更することと、
    前記位置決めデバイスを制御するための制御信号を前記変更されたエラー信号に基づいて生成することと、を含むデータキャリア。