JP2009168122A - 除振装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】除振性能を向上する除振装置およびその除振装置を有する露光装置を提供する。
【解決手段】被除振体１を駆動する駆動手段５と、基準体５と、前記基準体５を支持する支持手段６と、前記被除振体１と前記基準体５の間の相対変位である第１変位を検出する第１検出器７と、前記第１変位に基づいて前記駆動手段５を制御する第１制御器９と、を有する除振装置において、前記駆動手段５を支える基礎３と前記基準体５との間の相対変位である第２変位を検出する第２検出器８と、前記第２変位に基づいて前記駆動手段を制御する第２制御器１０と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半導体素子あるいは液晶表示素子等のデバイスの製造におけるフォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置等に適した、除振装置に関する。

露光装置は、例えば半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程で使用され、レチクル（原版）の回路パターンをシリコンウェハ上に露光・転写するための装置である。
半導体素子の高集積化の要求により、従来のステップ・アンド・リピート方式の露光装置から、現在ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が主流になっている。
これは、スリット状の照明光をレチクル一端から部分的に照射し、レチクルを保持するレチクルステージとウェハを保持するウェハステージを同期駆動させながら、回路パターン全体を投影光学系を介してウェハ（基板）上に露光していく走査式露光装置である。
これら露光装置では、基礎から装置に伝わる振動の絶縁のために、従来から除振装置が採用されている。
特に振動に敏感な投影光学系や各種計測系を搭載した定盤の支持装置として用いられ、微細な回路パターンの高精度な露光に寄与してきた。
除振装置の振動絶縁効果(除振性能と呼ばれる)を向上するには、被除振体の質量と支持手段のバネ定数で決まる固有値を極力小さくすればよいので、支持手段として空気バネが好適に採用される。
従来の除振装置の例を説明する。特許文献１は、被除振体の振動をセンサで検出し、制御弁を介して空気バネ内の空気圧を調整することにより振動制御を行なうもので、支持手段である空気バネをアクチュエータとしても用いた空気圧式のアクティブ除振装置である。
制御系は、被除振体に設置した加速度計や速度計の出力に基づいて、ダンピングと等価な力を発生させるフィードバック制御器を有する。
特許文献２は、基準物体と被除振対象の間の相対変位に基づいて、アクチュエータによりバネと等価な力を発生させるフィードバック制御器を有する。
基準物体は、基礎に対して被除振対象よりも低い固有値で支持されているので、被除振物体を基準物体に位置追従させることで、除振性能の向上を図っている。
特開平１−２１０６３４号公報 特開２００５−２９４７９０号公報

除振性能を向上するには、被除振体の質量と支持手段のバネ定数で決まる固有値を極力小さくすればよいが、空気バネの場合、１〜３Hzが限度なので除振性能の向上には限界があった。
また、被除振対象よりも低い固有値で支持された基準物体に被除振体を位置追従させて除振性能の向上を図る場合でも、位置フィードバック制御器による除振帯域の拡大には限界があり、除振性能は必ずしも十分ではなかった。
そこで、本発明は、除振性能を向上することを例示的目的とする。

上記課題を解決するための本発明の除振装置は、被除振体を駆動する駆動手段と、基準体と、前記基準体を支持する支持手段と、前記被除振体と前記基準体の間の相対変位である第１変位を検出する第１検出器と、前記第１変位に基づいて前記駆動手段を制御する第１制御器と、を有する除振装置において、前記駆動手段を支える基礎と前記基準体との間の相対変位である第２変位を検出する第２検出器と、前記第２変位に基づいて前記駆動手段を制御する第２制御器と、を有することを特徴とする。
さらに、本発明の除振装置は、被除振体を駆動する駆動手段と、基準体と、前記基準体を支持する支持手段と、前記被除振体と前記基準体の間の相対変位である第１変位を検出する第１検出器と、前記第１変位に基づいて前記駆動手段を制御する第１制御器と、を有する除振装置において、前記駆動手段を支える基礎と前記基準体との間の相対変位である第２変位を検出する第２検出器と、前記第１変位と前記第２変位とから前記被除振体と前記駆動手段を支える基礎との間の相対変位である第３変位を算出し、前記第３変位に基づいて前記駆動手段を制御する第２制御器と、有することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、除振性能を向上することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る除振装置の構成を示し、x方向一軸のみを取り出した振動モデルと制御系の構成を示している。
本実施例１においては振動が低減される被除振体１の空間の６自由度の運動方向について同じ制御系で構成されている。
ｘ_１は質量Ｍ_１である被除振体１の絶対変位、ｘ_０は基礎３の絶対変位、ｘ_２は質量Ｍ_２である基準体５の絶対変位を表わす。基準体５は振動による変位の基準となるものである。
図７に示される投影光学系１２１を搭載する鏡筒定盤１３１などの被除振体１は、空気バネなどから成る支持手段２によって基礎３から支持される。
この基礎３は、床１３０あるいは床１３０と振動的に絶縁されてない装置基台１３２を含む。
第１支持手段２の動特性は、ばね定数Ｋ_１のバネと粘性係数Ｃ_１のダンパで表現できる。
よって、被除振体１と第１支持手段２で決まる固有値は、f_１=(１/２/π)・√(K_１/M_１)となる。
アクチュエータ４は被除振体１を駆動する駆動手段であり、空気バネやローレンツアクチュエータ、ボイスコイルモータ、電磁石などの力アクチュエータなどから成る。
アクチュエータ４のＡは動特性を表し、空気バネの場合は積分特性あるいは一次遅れ特性、力アクチュエータの場合は比例ゲイン特性で表現することができる。
なお、支持手段２とアクチュエータ４を同一構成とすることができる。
基準体５は、空気バネあるいは力アクチュエータなどの第２支持手段６によって基礎３から支持される。

第２支持手段６の動特性は、ばね定数Ｋ_２のバネと粘性係数Ｃ_２のダンパで表現できる。
よって、基準体５と第１支持手段２で決まる固有値は、ｆ_２＝（１／２／π）・√(K_２/M_２)となる。
基準体系５の固有値は、被除振体１の系よりも低く設定する必要がある。
すなわちｆ_１＞ｆ_２とする。この場合の理想的な支持として、Ｋ_２＝０とできれば、ｆ_２=０とできる。
このためには基準体５の変位に関わらず、基準体５の重量（M_２×g；ｇは重力加速度）と反対向きに等しい合力を発生させればよい。
この反対向きに等しい合力を発生させる手段として、基準体５を支持する空気バネに一定圧力フィードバックを構成する手段、基準体５を支持するリニアモータなどの力アクチュエータに一定電流フィードバックを構成する手段、永久磁石にて支持する手段がある。
あるいは、それらの組み合わせを選択することができる。
第１検出器７は、被除振体１と基準体５の間の相対変位である第１変位を検出する手段である。
第１制御器９は、第１変位に基づいて、駆動手段であるアクチュエータ４を制御し、
アクチュエータ４によりバネと等価な力を発生させる手段であり、PIDフィードバック制御器が好適に用いられる。
ｒ１は被除振体１の位置目標値（通常ｘ_１＝０としたいのでr_１＝０に設定する）である。
また、第２検出器８は、駆動手段であるアクチュエータ４を支える基礎３と基準体５の間の相対変位である第２変位を検出する手段である。
第２制御器１０は、第２変位に基づいて、駆動手段であるアクチュエータ４を駆動する手段である。
第２制御器１０の動特性はH_２であり、第２変位に基づいて、基礎３の変位が支持手段２を介して伝達して被除振体１に及ぼす図２に示される力外乱２０を打ち消すようにアクチュエータ４を駆動するためのフィードフォワード制御器である。

以下、本発明の実施例による除振性能の向上を伝達関数を用いて説明する。
図２は、図１に示した除振装置の制御系ブロック線図である。Sはラプラス演算子を示す。
先ず、図２を参照して第１変位(ｘ_１−ｘ_２)を算出すると以下になる。

次に、基準体５の変位ｘ_２を算出すると以下になる。

基準体５の第２支持手段６は、一定圧力フィードバックを施した空気バネ、一定電流フィードバックを施したリニアモータなどの力アクチュエータなどによって構成されるため、K_２とC_２は殆どゼロとなる。
即ち、Ｃ_２→０、Ｋ_２→０の極限において、ｘ_２は以下となる。

よって、第１変位(ｘ_１−ｘ_２)は、以下のように実質的にｘ_１になる。

ここで、注目する被除振体１の除振性能の評価指標である振動伝達率(ｘ_１/x_０)に変換すると、以下となる。

上記が広い周波数帯域に亘ってゲインが小さければ、基礎３からの振動伝達が小さく、即ち除振性能が高いことを示す。このために、第２制御器１０のH_２を以下のように設定する。

即ち、第１支持手段２の逆動特性とアクチュエータ４の逆動特性を掛けたものを選ぶ。
この時、第１支持手段２を伝達して被除振体１におよぼす力外乱（Ｃ_１S＋Ｋ_１）ｘ_０ がちょうど相殺されて分子がゼロとなるので、振動伝達率(ｘ_１/x_０)もゼロとすることができる。
しかし、実用上は完全な微分要素を実現できないので、H_２を以下のように時定数Ｔ_２ のローパスフィルタを何段か含む要素とし、Sに関して分母次数≧分子次数とする。

このとき、振動伝達率(ｘ_１/x_０)は以下の式で表される。

上式においてもローパスフィルタの時定数Ｔ_２
を小さくしていけば、第１支持手段２を伝達して被除振体１におよぼす力外乱（Ｃ_１S＋Ｋ_１）ｘ_０
を打ち消せることがわかる。
これにより、振動伝達率(ｘ_１/x_０)のゲインを小さくできるので、除振性能を向上する。
本実施例によれば、基礎３の変位が第１支持手段２を介して被除振体１に及ぼす力外乱を打ち消すようにアクチュエータ４を駆動するための制御系が構成される。
このため、除振性能を向上し、露光性能を向上する。

図３に本発明の実施例による除振性能の向上を示す数値シミュレーション結果である。
縦軸は、振動伝達率(ｘ_１/x_０)で単位は[dB]、横軸は周波数[Hz]である。
図３に示される一点鎖線２１は、第１制御器９と第２制御器１０が共にOFFの時、破線２２は第１制御器９のみONの時、実線２３は更に第２制御器１０がONの時の振動伝達率である。
このように本発明の実施例における第２制御器１０により大幅に除振性能が向上する。

図４を参照して、本発明の実施例２に係る除振装置を説明する。
実施例１と異なり、基準体５は被除振体１の延長部１ａから支持されている。この場合、基準体５の変位ｘ_２を算出すると以下になる。

基準体５の第２支持手段６は、一定圧力フィードバックを施した空気バネ、一定電流フィードバックを施したリニアモータなどの力アクチュエータなどによって構成されるため、K_２とC_２は殆どゼロとなる。
即ち、Ｃ_２→０、Ｋ_２→０の極限において、ｘ_２は以下となる。

x_２が０になるので、振動伝達率(ｘ_１/x_０)は実施例１と同じになる。
そのため、第２制御器１０ｎｏH_２も実施例１と同じ設定を行えば、支持手段２を伝達して被除振体１におよぼす力外乱（Ｃ_１S＋Ｋ_１）ｘ_０ を打ち消すことができる。
これにより、振動伝達率(ｘ_１/x_０)のゲインを小さくできるので、除振性能を向上する。

図５、図６を参照して、本発明の実施例３に係る除振装置を説明する。
図６は本実施例３に係る除振装置の制御系ブロック線図である。
第２制御器１０ａは、第１変位と第２変位とから被除振体１と駆動手段であるアクチュエータ４を支える基礎３との間の相対変位である第３変位を算出し、この第３変位に基づいて駆動手段であるアクチュエータ４を制御する手段である。
第２制御器１０ａのH_２への入力信号は、第１変位と第２変位から算出された第３変位（ｘ_１−ｘ_０）である。
図６を参照して第１変位(ｘ_１−ｘ_２)を算出すると以下になる。

ここで、基準体５の変位ｘ２の第２支持手段６として、一定圧力フィードバックを施した空気バネ、一定電流フィードバックを施したリニアモータなどの力アクチュエータなどによって構成すると、K_２とC_２は殆どゼロとなる。
即ち、Ｃ_２→０、Ｋ_２→０の極限において、ｘ_２→０となる。よって、第１変位(ｘ_１−ｘ_２)は、以下のように実質的にｘ_１になる。

ここで、注目する被除振体１の除振性能の評価指標である振動伝達率(ｘ_１/x_０)に変換すると、以下となる。

上記が広い周波数帯域に亘ってゲインが小さければ、基礎３からの振動伝達が小さく、即ち除振性能が高いことを示す。このために、第２制御器１０ａのH_２を以下のように設定する。

即ち、第１支持手段２の逆動特性とアクチュエータ４の逆動特性を掛けたものを選ぶ。
この時、第１支持手段２を伝達して被除振体１におよぼす力外乱（Ｃ_１S＋Ｋ_１）ｘ_０ がちょうど相殺されて分子がゼロとなるので、振動伝達率(ｘ_１/x_０)もゼロとすることができる。
しかし、実用上は完全な微分要素を実現できないので、H_２を以下のように時定数Ｔ_２ のローパスフィルタを何段か含む要素とし、Sに関して分母次数≧分子次数とする。

このとき、振動伝達率(ｘ_１/x_０)は以下の式で表される。

上式においてもローパスフィルタの時定数Ｔ_２
を小さくしていけば、第１支持手段２を伝達して被除振体１におよぼす力外乱（Ｃ_１ｓ＋Ｋ_１）ｘ_０ を打ち消す。これにより、振動伝達率(ｘ_１/x_０)のゲインを小さくできるので、除振性能を向上する。

図７は本発明の実施例に係る除振装置１３３が搭載されたステップ・アンド・スキャン露光装置の一実施例である。
レチクル１０１は６自由度の運動方向(X、Y、Zおよびθx、θy、θz方向)について駆動可能なレチクルステージ１０２に保持され、ウェハ１１１も６自由度の運動方向について駆動可能なウェハステージ１１２に保持されている。
ステージ位置を６自由度の運動方向に計測するレーザ干渉計１０３、１１３、ウェハ像面計測のためのフォーカスセンサ１０７が鏡筒定盤１３１に設置され、投影光学系１２１に対して両ステージは各々６自由度の運動方向について位置合わせが行われる。
投影光学系１２１を支持する鏡筒定盤１３１は、被除振体１に相当し、基準体５は基礎３と振動的に絶縁されてない装置基台部１３２から支持されている。
露光装置の動作中にレチクルステージ１０２とウェハステージ１１２を所定の位置、速度にて駆動するため、レーザ干渉計１０３、１１３での計測情報に基づいてリニアモータ１０４、１１４を駆動する制御器１０５、１１５を有する。
さらに、ウェハステージ１１２をマスタ、レチクルステージ１０２をスレーブとする、いわゆるマスタスレーブ方式の同期制御にて両ステージの相対位置ずれを低減する。
さらに、この時、上述の実施例１、２、３の除振装置を制御することによって、除振性能を向上し、微細なパターンの高精度な露光が達成される。

次に、図８及び図９を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図８は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
露光装置を用いてウェハを露光する工程と、前記ウェハを現像する工程とを備え、具体的には、以下の工程から成る。
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（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ５（組立）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェ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、それが出荷（ステップ７）される。

図９は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。
ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップ１３（電極形成）では、ウェハに電極を形成する。
ステップ１４（イオン打込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。
ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。
ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。
ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。
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うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

本発明の実施例１に係る除振装置の構成図である。 本発明の実施例１に係る除振装置の制御系ブロック線図である。 本発明による除振性能の向上を示す数値シミュレーション結果の説明図である。 本発明の実施例２に係る除振装置の構成図である。 本発明の実施例３に係る除振装置の構成図である。 本発明の実施例３に係る除振装置の制御系ブロック線図である。 本発明の実施例に係る除振装置が搭載された露光装置の構成図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図８に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１：被除振体 ２：第１支持手段 ３：基礎
４：アクチュエータ ５：基準体 ６：第２支持手段
７：第１検出器 ８：第２検出器
９：第１制御器 １０：第２制御器 １０ａ：第２制御器
１０１：レチクル １０２：レチクルステージ １０３：レーザ干渉計
１０４：リニアモータ １１１：ウェハ １１２：ウェハステージ
１１３：レーザ干渉計 １１４：リニアモータ １２１：投影光学系
１２２：照明光学系 １３０：床 １３１：鏡筒定盤
１３２：装置基台 １３３：除振装置

Claims (4)

1. 被除振体を駆動する駆動手段と、
   基準体と、
   前記基準体を支持する支持手段と、
   前記被除振体と前記基準体の間の相対変位である第１変位を検出する第１検出器と、
   前記第１変位に基づいて前記駆動手段を制御する第１制御器と、を有する除振装置において、
   前記駆動手段を支える基礎と前記基準体との間の相対変位である第２変位を検出する第２検出器と、
   前記第２変位に基づいて前記駆動手段を制御する第２制御器と、
   を有することを特徴とする除振装置。
2. 被除振体を駆動する駆動手段と、
   基準体と、
   前記基準体を支持する支持手段と、
   前記被除振体と前記基準体の間の相対変位である第１変位を検出する第１検出器と、
   前記第１変位に基づいて前記駆動手段を制御する第１制御器と、を有する除振装置において、
   前記駆動手段を支える基礎と前記基準体との間の相対変位である第２変位を検出する第２検出器と、
   前記第１変位と前記第２変位とから前記被除振体と前記駆動手段を支える基礎との間の相対変位である第３変位を算出し、前記第３変位に基づいて前記駆動手段を制御する第２制御器と、
   を有することを特徴とする除振装置。
3. 基板を露光してパターンを転写する露光装置であって、
   請求項１または２に記載の除振装置と、
   前記除振装置により振動が低減される被除振体と、
   を有することを特徴とする露光装置。
4. 請求項３に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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