JP2010182867A - 位置決め装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
剛性を高めつつ高精度な制御が可能な位置決め装置を提供する。
【解決手段】
本発明の位置決め装置は、所定の自由度で物体を位置決めする位置決め装置であって、前記物体を駆動し、前記自由度よりも多い複数の駆動手段と、前記物体の目標位置を表す座標系を、前記自由度に対応する座標系から前記複数の駆動手段に対応する座標系へ変換する変換手段と、前記物体が前記目標位置に近づくように、前記複数の駆動手段を制御する制御手段とを有し、前記変換手段は、前記物体の形状の計測結果を利用して、前記複数の駆動手段の間の相対位置関係を保持するように変換する。
【選択図】図２

Description

本発明は位置決め装置に係り、特に、露光装置における光学素子の位置決め制御を行う位置決め装置に関する。

従来から、複数のアクチュエータを用いて物体の位置決め制御を行う位置決め装置として、物体の駆動自由度と同じ数のアクチュエータを備えた位置決め装置がある。しかしながら、このような位置決め装置では、物体を駆動するための駆動力が足りない場合、又は、アクチュエータの予圧力が足りない場合がある。このため、物体の駆動自由度よりも多いアクチュエータを備えた位置決め装置が提案されている。

特許文献１には、６本のアクチュエータを備えた６自由度のパラレルメカニズムが開示されている。同文献には、これらのアクチュエータに予圧をかけるため、余剰なアクチュエータを用いることが記載されている。

特許第２９９６１２１号

しかしながら、上述のように余剰なアクチュエータを用いると、位置決め対象となる物体に過剰な力が加わることがある。物体に過剰な力が加わると、この力によって物体が変形してしまうという問題があった。

本発明は、剛性を高めつつ高精度な制御が可能な位置決め装置を提供する。

本発明の一側面としての位置決め装置は、所定の自由度で物体を位置決めする位置決め装置であって、前記物体を駆動し、前記自由度よりも多い複数の駆動手段と、予め計測された前記物体の形状の計測結果を用いて、前記物体の目標位置から前記複数の駆動手段の目標位置を算出する算出手段と、前記複数の駆動手段の前記目標位置に近づくように該複数の駆動手段を制御する制御手段とを有する。

本発明の他の側面としての露光装置は、前記位置決め装置を有する。

本発明の他の側面としてのデバイス製造方法は前記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。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、剛性を高めつつ高精度な制御が可能な位置決め装置を提供することができる。

本実施例における露光装置の概略構成図である。 実施例１における調整機構（位置決め装置）の構成図である。 実施例２における調整機構（位置決め装置）の構成図である。 実施例３における微動ステージ（位置決め装置）の構成図である。 本実施例の位置決め装置における制御ブロック図である。 本実施例における座標変換の模式図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本実施例における露光装置について説明する。図１は、本実施例における露光装置の概略構成図である。

本実施例の露光装置２００は、露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、レチクル５（原版）に形成された回路パターンをウエハ８（基板）に露光する投影露光装置である。本実施例の露光装置は、ＥＵＶ光を用いた露光装置であるが、ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ２など他の光源を用いた露光装置でもよい。

また、本実施例の露光装置２００は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適であるステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナ」とも呼ばれる。）である。「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、レチクルに対してウエハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウエハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウエハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。ただし、本実施例は、ステップ・アンド・リピート方式などの他の方式の露光装置にも適用可能である。「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ショットの一括露光ごとにウエハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。

上述のとおり、本実施例の位置決め装置は、いずれの種類の露光装置にも適用可能である。

図１に示されるように、露光装置２００は、照明装置（不図示）、レチクル５を載置する不図示のレチクルステージ、及び、ウエハ８を載置するウエハステージ９を有する。また露光装置２００は、レチクル５の像（パターン）をウエハ８上に形成する投影光学系１、アライメント検出機構（不図示）、及び、フォーカス位置検出機構（不図示）を有する。

ＥＵＶ光は大気に対する透過率が低い。このため、露光装置２００の内部において、少なくともＥＵＶ光が通る光路中（即ち、光学系全体）は、真空雰囲気となっている。

レチクル５は反射型であり、レチクル５の上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成されている。レチクル５は、静電チャック等を用いてレチクルステージに支持され固定されている。このため、レチクル５は、レチクルステージと一体的に駆動される。レチクル５から発せられた回折光は、投影光学系１内の複数の光学素子１０３で反射され、ウエハ８の上に投影される。レチクル５とウエハ８とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置２００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル５とウエハ８とを同期走査することによりレチクル５のパターンをウエハ８上に縮小投影する。

投影光学系１は、反射ミラー（多層膜ミラー）からなる光学素子１０３を複数備える。投影光学系１は、複数の反射ミラーを用いて、レチクル５面上のパターンを像面であるウエハ８上に縮小投影する。複数の反射ミラーの枚数は、４枚から８枚程度である。図１に示されるように、本実施例の露光装置２００は、６枚の反射ミラーを有する。４枚から８枚程度の少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いる。そして、レチクル５とウエハ８とを同時に走査し、ウエハ８上の広い面積に対してレチクル５面上のパターンを転写する。反射ミラーの枚数は、４枚、６枚、８枚等の偶数枚であることが好ましい。また、投影光学系１の開口数（ＮＡ）は、０．２から０．３程度である。

露光装置２００において、鏡筒定盤２とベースフレーム３とは除振機構１１を介して締結されている。露光装置２００は、除振機構１１を備えるため、設置床の振動が投影光学系１さらにはその内部の各ミラーに伝達するのを抑制することができる。

図１において、１２０は光学素子の位置を調整する調整機構（位置決め装置）である。調整機構１２０は、光学素子１０３、支持枠１０４、保持機構１０６、及び、駆動手段１１５を備えて構成される。調整機構１２０の詳細については後述する。

１０は、調整機構１２０の制御（光学素子１０３の位置決め制御）を行う制御手段である。具体的には、制御手段１０は、露光収差やアライメント情報から得られる倍率誤差などの誤差量を最小化するように演算する。そして、この演算結果と予め記憶されたプログラムに基づいて光学素子１０３の位置決め制御を行う。このような制御により、投影光学系１の光学性能を最適化することができる。光学素子１０３の位置決め制御の詳細については、後述する。

また、露光装置２００のウエハステージ９として、後述の微動ステージ（位置決め装置）を適用することもできる。

次に、本発明の実施例１における位置決め装置について説明する。図２は、本実施例における位置決め装置（調整機構）の構成図である。

本実施例の調整機構１２０は、所定の自由度で物体を位置決めする位置決め装置である。調整機構１２０は、ベースプレート１０５に対して弾性ヒンジ１０７を介して１軸方向に変位可能な６個の駆動手段１１５（アクチュエータ）を有する。駆動手段１１５は、物体（光学素子１０３、支持枠１０４）を駆動するように構成されている。調整機構１２０は、駆動手段１１５と弾性ヒンジ１０７とを介して、ベースプレート１０５と支持枠１０４との間を接続している。ベースプレート１０５は、例えば露光装置２００の投影光学系１に接続される。

駆動手段１１５としては、ピエゾ素子（ピエゾアクチュエータ）やシリンダなどの直動可能な駆動手段が用いられる。図２に示される調整機構１２０の構成は、パラレルメカニズムの一般的な構成例である。調整機構１２０は、６個の駆動手段１１５を所望の位置に変位させることにより、直交３軸及びその軸周りの回転３軸の計６軸に対して、独立して変位可能に構成されている。このように、光学素子１０３（支持枠１０４）は、６個の駆動手段１１５により６軸に駆動可能となる。すなわち、調整機構１２０の自由度は６である。

支持枠１０４には、保持機構１０６を介して、光学素子１０３が搭載されている。保持機構１０６は、一例として、弾性ヒンジ１０７と同様の方式を用いている。ただし、保持機構１０６の方式はこれに限定されるものではなく、キネマティックマウントを利用するものなど他の方式を用いてもよい（不図示）。保持機構１０６は、調整機構１２０を駆動した際の支持枠１０４の微小変形が光学素子１０３に伝わることによる光学性能への影響を低減する。また、保持機構１０６は、光学素子１０３の取り付け再現性を高精度に行うことを可能とする。調整機構１２０は、位置を計測するセンサ１０２及び駆動手段１１５を用いることにより、光学素子１０３を駆動して微調整を行うように構成されている。

調整機構１２０は、６つの駆動手段１１５とは別に、３つの余剰駆動手段１１６（駆動手段）を有する。本実施例において、余剰駆動手段１１６は駆動手段１１５と同様の構成を備えるが、互いに異なる構成としてもよい。調整機構１２０の自由度は６である。このため、６個の駆動手段１１５を任意に動作させることにより、直交３軸及びその軸周りの回転３軸の計６軸の動作が可能である。

しかしながら、駆動対象となる支持枠１０４（光学素子１０３）において、駆動手段１１５が接続されていない部分の剛性が弱くなる。このような剛性の弱い部分があると、その部分が調整機構１２０の固有弾性モードの腹となり、調整機構１２０の固有振動数が低下する。固有振動数の低下を回避するため、一般的には、固有弾性モードの腹となる部分（駆動手段１１５の接続されていない剛性の弱い部分）に対してバネが設けられている。しかしこの場合、バネの剛性が駆動対象である支持枠１０４の動きを妨げ、支持枠１０４を変形させるおそれがある。

そこで、本実施例では、支持枠１０４を駆動する際に過剰な力が加えられないように、支持枠１０４における駆動手段１１５が接続されていない部分に、余剰駆動手段１１６を設けている。余剰駆動手段１１６は、支持枠１０４の動きに追従可能に構成されている。このように、駆動手段１１５（第１駆動手段）及び余剰駆動手段１１６（第２駆動手段）は、物体（光学素子１０３、支持枠１０４）を駆動するように構成されている。

本実施例では、３つの余剰駆動手段１１６が設けられているが、これに限定されるものではない。調整機構１２０は、自由度よりも多い数の駆動手段（駆動手段１１５、余剰駆動手段１１６）を有すればよい。このため、本実施例では、少なくとも１つの余剰駆動手段が設けられていればよい。

本実施例の調整機構１２０は、位置を計測する６つのセンサ１０２（検出手段）が設けられている。６つのセンサ１０２のうちの３つは、それぞれ、２つの駆動手段１１５（支持枠１０４側の駆動手段１１５の端部）の実位置を検出する。他の３つのセンサ１０２は、余剰駆動手段１１６（支持枠１０４側の余剰駆動手段１１６の端部）の実位置を検出する。このように、それぞれのセンサ１０２は、駆動手段１１５又は余剰駆動手段１１６における支持枠１０４との接続点の位置情報（実位置）を計測する。

制御手段１０は、センサ１０２からの位置情報（複数の駆動手段の実位置）に基づいて、複数の駆動手段の実位置が目標位置に近づくように複数の駆動手段（駆動手段１１５、余剰駆動手段１１６）を制御する。

次に、本実施例の位置決め装置（調整機構）による制御について説明する。図５は、本実施例の位置決め装置における制御ブロック図である。

目標位置生成手段１３１は、上位制御装置からの指令に基づいて、駆動対象である物体（光学素子など）の目標位置を生成する。物体の目標位置は、その自由度に対応する座標系により、目標位置（Ｒｘ、Ｒｙ、Ｒｚ、Ｒθｘ、Ｒθｙ、Ｒθｚ）と表される。また、目標位置生成手段１３１は座標変換手段１３２（算出手段）を備える。座標変換手段１３２は、物体の目標位置から複数の駆動手段（駆動手段１１５、余剰駆動手段１１６）の目標位置を算出する。すなわち座標変換手段１３２は、物体の目標位置を表す座標系（自由度に対応する座標系）から複数の駆動手段の目標位置を表す座標系へ変換する。

図５に示されるように、駆動手段の目標位置は、変換後の座標系を用いて、６つの駆動手段１１５（第１駆動手段）の目標位置Ｒ１〜Ｒ６と３つの余剰駆動手段１１６（第２駆動手段）の目標位置Ｒ７〜Ｒ９でそれぞれ表される。すなわち、複数の駆動手段は、自由度と同数の複数の駆動手段１１５と、駆動手段１１５とは異なる位置に設けられた余剰駆動手段１１６とを有する。座標変換手段１３２は、制御対象１３４（物体）の目標位置から複数の駆動手段１１５の目標位置を算出し、複数の駆動手段１１５の目標位置により定まる平面上に余剰駆動手段１１６の目標位置を設定する。

このように、座標変換手段１３２は、複数の駆動手段（駆動手段１１５、余剰駆動手段１１６）の間の相対位置関係を保持するように座標変換する。すなわち、目標位置Ｒ１〜Ｒ９の全てが同一平面上に位置するように変換される。

本実施例では、制御対象１３４（物体）の実際の形状が予めセンサ（不図示）を用いて計測される。座標変換手段１３２は、予め計測された制御対象１３４（物体）の形状の計測結果を利用して座標変換を行う。それぞれの物体には加工誤差が含まれるため、予め計測された物体形状を座標変換の際に反映させることにより、物体の位置決め制御の精度を高めることができる。

制御器１３３は、座標変換された目標位置Ｒ１〜Ｒ９に基づいて、制御対象１３４（物体又は駆動手段）が目標位置Ｒ１〜Ｒ９に近づくように、駆動手段１１５及び余剰駆動手段１１６を制御する。具体的には、制御対象１３４の実位置（駆動手段の実位置）をセンサ（センサ１０２）で検出する。そして、これらのセンサで計測された実位置Ｐ１〜Ｐ９を制御器１３３へフィードバックする。制御器１３３は、目標位置Ｒ１〜Ｒ９と実位置Ｐ１〜Ｐ９とをそれぞれ比較して、この差が小さくなるように、複数の駆動手段を制御する。

なお、座標変換手段１３２を含む目標位置生成手段１３１及び制御器１３３は、例えば露光装置２００の制御手段１０に含まれる。

次に、本実施例における座標変換について説明する。図６は、本実施例における座標変換の模式図であり、相対位置関係を崩さないための座標変換方法について示している。

駆動対象の運動中心Ｏの６軸移動指令値Ｑ＝｛ｘ，ｙ，ｚ，θｘ，θｙ，θｚ｝^Ｔとする。このとき、制御点を物体座標で表したＳ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）^Ｔ、…Ｓｎ（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）^Ｔへの位置指令値Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）^Ｔ、…Ｐｎ（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）^Ｔは、以下のマトリクス計算で求められる。

以上のように、相対位置が崩れないよう制御点への位置指令値を求め、複数の駆動手段（駆動手段１１５、余剰駆動手段１１６）を制御することにより、駆動対象である物体（支持枠１０４）の変形を抑制し、正確な位置決め制御が可能となる。

次に、本発明の実施例２における位置決め装置について説明する。図３は、本実施例における位置決め装置（調整機構）の構成図である。

本実施例の調整機構１２０ａは、光学素子１０３の位置を計測するセンサ１０２ａを備えている点で、実施例１の調整機構１２０とは異なる。調整機構１２０ａは、センサ１０２ａにより検出された位置情報に基づいて、駆動手段１１５及び余剰駆動手段１１６に対し、それぞれの支持枠１０４との接続点の相対位置関係が崩れないように位置決め制御を行う。このため、駆動対象である支持枠１０４の変形を抑制しながら正確な位置決め制御が可能となる。複数の駆動手段（駆動手段１１５、余剰駆動手段１１６）の接続点の相対位置関係を一定に保持するため、センサ１０２ａは、各駆動手段の接続点又はその近傍点を検出することが望ましい。

次に、本発明の実施例３における位置決め装置について説明する。図４は、本実施例における位置決め装置（微動ステージ）の構成図である。図４（ａ）は微動ステージの斜視図を示し、図４（ｂ）は微動ステージの平面図を示している。

本実施例の微動ステージは、リニアモータ１０８（リニアモータ可動子１０８ａ、リニアモータ固定子１０８ｂ）を用いた微動ステージ１１０である。微動ステージ１１０は、ステージ天板１１１の天板面に水平な方向に駆動可能な複数のリニアモータ１０８（本実施例では４つのリニアモータ）を備える。ステージ天板１１１（物体）は、複数のリニアモータ１０８の駆動により、その天板面に平行な面内（図中のＸＹ平面内）の並進２自由度及び回転１自由度の計３自由度に移動可能に構成されている。

本実施例の微動ステージ１１０には、３自由度の駆動を可能にする３つのリニアモータ１０８に加えて、駆動力の不足を補うため、さらにもう１つのリニアモータ１０８が設けられている。また本実施例では、駆動する際にステージ天板１１１に過剰な力が加えられないようにするため、ステージ天板１１１の動作に追従可能なリニアモータ１０８を駆動自由度数以上に余剰に備えている。図４に示される微動ステージ１１０には、余剰なリニアモータ１０８は一つのみ設けられているが、駆動自由度数以上の数であれば、二つ以上の余剰なリニアモータを設けてもよい。

微動ステージ１１０は、リニアモータ可動子１０８ａの位置（ステージ天板１１１との接続点の位置情報）を計測するためのセンサ１０２ｂを備えている。センサ１０２ｂの位置情報に基づいて、複数のリニアモータ１０８（駆動手段）に対して、それぞれのステージ天板１１１との接続点の相対位置関係を保持するように位置決め制御が行われる。複数のリニアモータ１０８の間の相対位置関係を保持するように位置決め制御を行うことにより、駆動対象であるステージ天板１１１の変形を抑制し、正確な位置決め制御が可能となる。

デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述の露光装置２００を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

なお、上記各実施例では、位置決め装置を、露光装置の光学素子調整機構に適用した例、及び、リニアモータを用いた微動ステージに適用した例をそれぞれ示したが、本発明の位置決め装置はこれらに限定されるものではない。

以上のとおり、上記各実施例によれば、駆動手段を駆動自由度数以上の数だけ備え、これら複数の駆動手段の間の相対位置関係を保持するように位置決め制御が行われる。このため、駆動対象となる物体の変形を抑制して正確な位置決めが可能となる。したがって、上記各実施例によれば、剛性を高めつつ高精度な制御が可能な位置決め装置を提供することができる。また、本実施例によれば、高精度な露光装置及びデバイス製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

１：投影光学系
５：レチクル
８：ウエハ
９：ウエハステージ
１０：制御手段
１０２：センサ
１０３：光学素子
１０４：支持枠
１０８：リニアモータ
１１０：微動ステージ
１１１：ステージ天板
１１５：駆動手段
１１６：余剰駆動手段
１２０、１２０ａ：調整機構
２００：露光装置

Claims (6)

1. 所定の自由度で物体を位置決めする位置決め装置であって、
   前記物体を駆動し、前記自由度よりも多い複数の駆動手段と、
   予め計測された前記物体の形状の計測結果を用いて、前記物体の目標位置から前記複数の駆動手段の目標位置を算出する算出手段と、
   前記複数の駆動手段の前記目標位置に近づくように該複数の駆動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする位置決め装置。
2. 前記複数の駆動手段は、前記自由度と同数の複数の第１駆動手段と、該第１駆動手段とは異なる位置に設けられた第２駆動手段とを有し、
   前記算出手段は、前記物体の目標位置から前記複数の第１駆動手段の目標位置を算出し、該複数の第１駆動手段の目標位置により定まる平面上に前記第２駆動手段の目標位置を設定することを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
3. 前記複数の駆動手段の実位置を検出する検出手段をさらに有し、
   前記制御手段は、前記複数の駆動手段の前記目標位置と前記実位置との差が小さくなるように、前記複数の駆動手段を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の位置決め装置。
4. 前記複数の駆動手段は、ピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の位置決め装置。
5. 原版のパターンを基板に露光する露光装置であって、
   請求項１乃至４のいずれか一に記載の位置決め装置を有することを特徴とする露光装置。
6. 請求項５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。