JP2011086892A - 位置制御装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】走査露光装置における原板ステージと基板ステージ間の同期位置制御において、フィードバックループ間における応答特性の対称性を高める。
【解決手段】第１ステージおよび第２ステージを同期させて制御する位置制御装置は、前記第１ステージの位置を制御する第１フィードバックループと、前記第２ステージの位置を制御する第２フィードバックループと、前記第１ステージと前記第２ステージとの同期誤差を前記第１フィードバックループおよび前記第２フィードバックループの双方にフィードバックする同期誤差フィードバック部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置制御装置、露光装置およびデバイス製造方法に関する。

露光装置は、原版（レチクル）のパターンを投影光学系によって基板に投影することによって該基板（例えば、ウエハ、ガラスプレート）を露光する。基板には、感光材（フォトレジスト）が塗布されていて、この露光によって感光材に原版のパターンが潜像パターンとして転写される。潜像パターンは、現像工程を経て物理的なパターン（レジストパターン）になる。基板への原版のパターンの転写においては、原版と基板との位置合わせが重要である。原版は、原版チャックを有する原版ステージによって支持され、基板は、基板チャックを有する基板ステージによって支持される。原版ステージおよび基板ステージは、それぞれ不図示の駆動機構（例えば、リニアモータ）によって駆動される。原版および基板の双方を移動させながら、ショット領域よりも小さい領域に制限された光で基板を露光する露光装置は、走査露光装置（或いは、スキャナ）と呼ばれている。走査露光装置においては、原版と基板を目標同期誤差内で同期させて走査することが求められる。

特許文献１には、ウエハステージとレチクルステージの同期位置制御系などに適用が可能な同期位置制御装置が開示されている。特許文献１には、第２の位置制御手段の追従位置と、第１の位置制御手段の位置に係数Ｋを乗じて得られる位置との差分を同期誤差として求め、該同期誤差を同期補正手段を通して第２の位置制御手段に位置指令値として送る構成が開示されている。

特許３７５５８６２号公報（図４、００３１）

特許文献１に記載された上記の構成によれば、制御対象に侵入した外乱が同期誤差に及ぼす影響を弱めることができる。このような制御は、マスタスレイブ型の同期制御と呼ばれている。ところが、マスタスレイブ型の同期制御では、軸間における応答特性の対称性が崩れる。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、フィードバックループ間における応答特性の対称性を高めることを目的とする。

本発明の１つの側面は、第１ステージおよび第２ステージを同期させて制御する位置制御装置に係り、前記位置制御装置は、前記第１ステージの位置を制御する第１フィードバックループと、前記第２ステージの位置を制御する第２フィードバックループと、前記第１ステージと前記第２ステージとの同期誤差を前記第１フィードバックループおよび前記第２フィードバックループの双方にフィードバックする同期誤差フィードバック部とを備える。

本発明は、例えば、フィードバックループ間における応答特性の対称性を高めることができる。

第１実施形態の位置制御装置の構成を示す図である。 第２実施形態の位置制御装置の構成を示す図である。 第１露光制御例を示す図である。 第２露光制御例を示す図である。 露光装置の構成例を示す図である。 比較例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。本発明の位置制御装置は、２つの制御対象を含む種々の位置制御装置に適用可能であるが、以下では、本発明の位置制御装置を露光装置に適用した例を説明する。

図５を参照しながら本発明を適用可能な露光装置の構成を説明する。図５に示す露光装置ＥＸは、走査露光装置として構成されている。露光装置は、照明系５７によって原版（レチクル）を照明し該原版のパターンを投影光学系５１によって基板（例えば、ウエハ、ガラスプレート）に投影することによって該基板を露光する。投影光学系５１は、原版のパターンをＫ分の１に縮小して基板に投影するように構成されている。原版は、それを保持する原版チャックを有する原版ステージ５５によって支持される。原版ステージ５５の位置は、投影光学系５１を支持するメインフレーム５０に搭載されたレーザ干渉計５２によって計測される。原版ステージ５５は、レーザ干渉計５２による計測結果に基づいて、不図示の原版ステージ駆動機構（例えば、リニアモータを含む）によって駆動されて位置決めされる。基板は、それを保持する基板チャックを有する基板ステージ５６によって支持される。基板ステージ５６の位置は、メインフレーム５０に搭載れたレーザ干渉計５３によって計測される。基板ステージ５６は、レーザ干渉計５３による計測結果に基づいて、不図示の基板ステージ駆動機構（例えば、リニアモータを含む）によって駆動されて位置決めされる。ここで、原版ステージ５５は、基板ステージ５６のＫ倍の速度で、基板ステージ５６と同期して駆動される（Ｋは、基板ステージ５６の速度に対する原版ステージ５５の速度の比である）。なお、Ｋ＝１である場合には、乗算器１５は不要である。このような同期制御における誤差は、原版のパターンと基板に既に形成されているパターンとの重ね合わせ誤差を生じさせる原因となるので、極力小さくされることが求められている。

［第１実施形態］
図１を参照しながら本発明の第１実施形態の位置制御装置１００を説明する。位置制御装置１００は、例えば、図５に例示されるような露光装置ＥＸの原版ステージ５５および基板ステージ５６を同期制御する装置として構成されうる。以下では、位置制御装置１００が露光装置ＥＸの原版ステージ５５および基板ステージ５６を同期制御する装置として構成された例を説明する。

第１制御対象８ａは、原版ステージ（第１ステージ）５５およびそれを駆動する原版ステージ駆動機構（第１ステージ駆動機構）ならびにレーザ干渉計（第１計測器）５２を含み、第１伝達特性（伝達関数）Ｐ_１を有する。第２制御対象８ｂは、基板テージ（第２ステージ）５６およびそれを駆動する基板ステージ駆動機構（第２ステージ駆動機構）ならびにレーザ干渉計（第２計測器）５３を含み、第２伝達特性（伝達関数）Ｐ_２を有する。位置制御装置１００のうち、第１制御対象８ａおよび第２制御対象８ｂを除く部分は、制御部ＣＮＴと呼ばれうる。位置制御装置１００は、第１フィードバックループおよび第２フィードバックループを有する。第１フィードバックループは、偏差演算器２２、第１補償器５ａ、第１演算器２３および第１制御対象８ａを含むフィードバックループである。第２フィードバックループは、偏差演算器２５、第２補償器５ｂ、第２演算器２６および第２制御対象８ｂを含むフィードバックループである。

目標位置生成器１は、基板ステージ５６の目標位置（第２目標位置）ｒを生成する。乗算器３は、基板ステージ５６の目標位置ｒに係数Ｋを乗じることによって原版ステージ５５の目標位置（第１目標位置）２１を生成する。基板ステージ５６の目標位置ｒに係数Ｋを乗じることによって原版ステージ５５の目標位置２１を生成する理由は、原版ステージ５５は、基板ステージ５６のＫ倍の速度で移動する必要があるからである。偏差演算器２２は、原版ステージ５５の目標位置２１から第１制御対象８ａの一部を構成するレーザ干渉計５２によって計測された原版ステージ５５の位置９ａを減じることによって原版ステージ５５の制御偏差４ａを生成する。第１補償器５ａは、制御偏差４ａに第１伝達特性（伝達関数）Ｃ_１を乗じることによって第１指令値６ａを生成する。ここで、第１伝達特性Ｃ_１は、例えば、比例要素（Ｐ）、積分要素（Ｉ）および微分要素（Ｄ）の少なくとも１つを含みうる。第１演算器２３は、第１指令値６ａに第１補正値２４を加算することによって、補正された指令値（以下、第１補正指令値）７ａを生成する。第１制御対象８ａの一部を構成する原版ステージ駆動機構は、第１補正指令値７ａに従って第１制御対象８ａの他の一部を構成する原版ステージ５５を駆動する。

偏差演算器２５は、基板ステージ５６の目標位置２から第２制御対象８ｂの一部を構成するレーザ干渉計５３によって計測された基板ステージ５６の位置９ｂを減じることによって基板ステージ５６の制御偏差４ｂを生成する。第２補償器５ｂは、制御偏差４ｂに第２伝達特性（伝達関数）Ｃ_２を乗じることによって第２指令値６ｂを生成する。ここで、第２伝達特性Ｃ_２は、例えば、比例要素（Ｐ）、積分要素（Ｉ）および微分要素（Ｄ）の少なくとも１つを含みうる。第１補償器５ａの第１伝達特性Ｃ_１および第２補償器５ｂの第２伝達特性Ｃ_２は、Ｃ_１Ｐ_１＝Ｃ_２Ｐ_２が満たされるように決定されることが好ましい。第２演算器２６は、第２指令値６ｂから第２補正値１４を減じることによって、補正された指令値（以下、第２補正指令値）７ｂを生成する。第２制御対象８ｂの一部を構成する基板ステージ駆動機構は、第２補正指令値７ｂに従って第２制御対象８ｂの他の一部を構成する基板ステージ５６を駆動する。

乗算器１７は、第１制御対象８ａの一部を構成するレーザ干渉計５２によって計測された原版ステージ５５の位置９ａを１／Ｋ倍する。演算器２７は、その１／Ｋ倍された位置９ａから第２制御対象８ｂの一部を構成するレーザ干渉計５３によって計測された基板ステージ５６の位置９ｂを減じることによって同期誤差１２を生成する。

演算器１０ａは、制御偏差４ａを１／Ｋ倍して、基板ステージ５６側に換算された制御偏差１１ａを生成する。演算器２８は、制御偏差１１ａから制御偏差４ｂを減じることによって同期誤差１２’を生成する。演算器１３は、同期誤差１２’に所定のフィードバック伝達特性Ｂを乗じることによって補正値１４を生成する。ここで、同期誤差１２’は、演算器２７によって生成される同期誤差１２と等価であるので、演算器１３は、同期誤差１２に代えて同期誤差１２’を用いてもよい。乗算器１５は、補正値１４をＫ倍することによって第１補正値２４を生成する。フィードバック伝達特性Ｂは、例えば、比例要素（Ｐ）、積分要素（Ｉ）および微分要素（Ｄ）の少なくとも１つを含みうる。演算器１０ａ、演算器２８、演算器１３、乗算器１５、第１演算器２３、第２演算器２６は、同期誤差１２’（１２）を第１フィードバックループおよび第２フィードバックループの双方にフィードバックする同期誤差フィードバック部ＦＢを構成する。

この実施形態では、同期誤差１２’（または１２）が第１フィードバックループおよび第２フィードバックループの双方にフィードバックされる。これにより、２つのフィードバックループ間における応答特性の対称性を高めることができる。ここで、第１制御対象８ａの目標位置２１は、第２制御対象８ｂの目標位置ｒのＫ倍であるので、第１制御対象８ａに対する同期誤差１２’（または１２）のフィードバック量は、第２制御対象８ｂに対するフィードバック量のＫ倍である。更に、補償器５ａの伝達特性Ｃ_１および補償器５ｂの伝達特性Ｃ_２をＣ_１Ｐ_１＝Ｃ_２Ｐ_２が満たされるように決定することが好ましい。これは、原版ステージ５５の目標位置に対する原版ステージ５５の応答特性と、基板ステージ５６の目標位置に対する基板ステージ５６の応答特性とを等しくすることを意味し、これによって、第１および第２フィードバックループの対称性がより高まる。

［第２実施形態］
図２を参照しながら本発明の第２実施形態の位置制御装置１１０を説明する。第２実施形態は、第１実施形態の改良例を提供する。なお、第２実施形態において、第１実施形態の位置制御装置１００における構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号が付されている。第２実施形態は、原版ステージ５５を含む第１制御対象８ａの伝達特性Ｐ_１および基板ステージ５６を含む第２制御対象８ｂの伝達特性Ｐ_２が複雑で、前述の伝達特性Ｃ_１Ｐ_１、Ｃ_２Ｐ_２を十分に等しくすることができない場合に適している。位置制御装置１１０のうち、第１制御対象８ａおよび第２制御対象８ｂを除く部分は、制御部ＣＮＴと呼ばれうる。

乗算器３と偏差演算器２２との間、および、目標位置生成器１と偏差演算器２５との間には、それぞれ、伝達特性（伝達関数）Ｍを有する第１規範モデル１８ａ、第２規範モデル１８ｂが配置されている。よって、偏差演算器２２には、目標位置２１（Ｋｒ）に伝達特性Ｍを乗じて得られた第１規範目標位置が提供される。また、偏差演算器２５には、目標位置ｒに伝達特性Ｍを乗じて得られた第２規範目標位置が提供される。

目標位置２１（Ｋｒ）は、伝達特性ＭＰ_１ ^−１を有する第１特性同化器１９ａにも供給される。第１特性同化器１９ａは、目標位置２１にＭＰ_１ ^−１を乗じて第３補正値２０ａを生成する。第１演算器２３’は、第１指令値６ａに第１補正値２４および第３補正値２０ａを加算することによって、補正された指令値（以下、第１補正指令値）７ａを生成する。目標位置ｒは、伝達特性ＭＰ_２ ^−１を有する第２特性同化器１９ｂにも供給される。第２特性同化器１９ｂは、目標位置２１にＭＰ_２ ^−１を乗じて第４補正値２０ｂを生成する。第２演算器２６’は、第２指令値６ｂからに第２補正値１４を減じると共に第４補正値２０ｂを加算することによって、補正された指令値（以下、第２補正指令値）７ａを生成する。第２特性同化器１９ａおよび１９ｂを設けることによって、第１、第２補償器５ａ、５ｂの伝達特性Ｃ_１、Ｃ_２に関係なく，第１フィードバックループの伝達特性と第２フィードバックループの伝達特性とを近づけることができる。

［第１露光制御例］
図６を参照しながら第１又は第２実施形態の位置制御装置が適用された露光装置ＥＸにおける第１露光制御例を説明する。図６において、加速度１０１ｂ、速度１０２ｂ、位置１０３ｂは、それぞれ基板ステージ５６の加速度、速度、位置を示している。１０４ｂは、原版ステージ５５と基板ステージ５６との同期誤差１２（１２’）を示している。

第１露光制御例では、制御部ＣＮＴは、原版ステージ５５および基板ステージ５６の速度が一定になると同時に基板のショット領域の露光が開始されるように露光動作を制御する。これによって、各ショット領域の露光のために要する時間を短くするとともに原版ステージ５５および基板ステージ５６のストローク（移動距離）を短くすることができる。走査露光装置では、原版ステージ５５と基板ステージ５６との同期誤差が小さいことと、単位面積あたりに基板に照射される光のエネルギー量が一定であることが求められるため。したがって、露光量と走査速度を一定にした状態で走査露光が行われる。図６に示される例では、基板ステージ５６の速度が一定になった時刻１１２において同期誤差は十分に小さいので、制御部ＣＮＴは、時刻１１２から露光が開始されるように露光動作を制御する。図３において、露光範囲１０５は、走査方向におけるショット領域の長さであり、露光範囲１０５だけ基板ステージ５６が移動する時刻１１５まで基板が露光される。時刻１１２と時刻１１５との時間間隔である露光時間１０７ｂは、露光範囲１０５を基板ステージ５６の走査速度で除した値である。走査露光が終了すると、制御部ＣＮＴは、その直後に原版ステージ５５および基板ステージ５６を停止させる。

図６には、原版ステージ５５および基板ステージ５６の速度が一定になってから同期誤差が許容範囲に収まるまでに要する整定時間１０８が経過した後に走査露光を開始する例が比較例として示されている。図６において、加速度１０１ａ、速度１０２ａ、位置１０３ａは、それぞれ基板ステージの加速度、速度、位置を示している。１０４ａは、原版ステージと基板ステージとの同期誤差）を示している。第１露光制御例において１つのショット領域を露光するために必要な基板ステージのストローク１０６ｂは、図６に示す比較例におけるストローク１０６ａよりも整定時間１０８に相当する距離だけ長くなっている。

［第２露光制御例］
図７を参照しながら第１又は第２実施形態の位置制御装置が適用された露光装置ＥＸにおける第１露光制御例を説明する。図７において、加速度１０１ｃ、速度１０２ｃ、位置１０３ｃは、それぞれ基板ステージ５６の加速度、速度、位置を示している。１０４ｃは、原版ステージ５５と基板ステージ５６との同期誤差１２（１２’）を示している。

第２露光制御例では、制御部ＣＮＴは、原版ステージ５５および基板ステージ５６の速度が一定になる前、例えば、加速度の減少が開始する時刻において基板のショット領域の露光が開始されるように露光動作を制御する。これによって、各ショット領域の露光のために要する時間を短くするとともに原版ステージ５５および基板ステージ５６のストローク（移動距離）を短くすることができる。

第２露光制御例では、露光時間１０７ｃにおける原版ステージ５５および基板ステージ５６の速度が一定ではない。そこで、単位面積あたりに基板に照射される光のエネルギーを一定にするために、制御部ＣＮＴは、単位時間あたりに基板に照射される光のエネルギーが基板ステージ５６の速度に比例するように照明系５７の光源を制御する。

図６に示す例において、原版ステージ５５および基板ステージ５６が正の加速度で加速している時刻１１１においても同期誤差１２が十分に小さいので、制御部ＣＮＴは、時刻１１１から露光が開始されるように露光動作を制御する。そして、制御部ＣＮＴは、露光範囲１０５だけ基板ステージ５６が移動する時刻１１４まで基板が露光されるように露光動作を制御する。第２露光制御例における露光時間１０７ｃは、第１露光制御例における露光時間１０７ｂより長くなるが、走査露光を終了する時刻は早くなる。よって、第２露光制御例において１つのショット領域を露光するために必要な基板ステージのストローク１０６ｃは、第１露光制御例におけるストローク１０６ｂよりも短くなる。

［デバイス製造方法］
本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイス等のデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の露光装置を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含みうる。

Claims (8)

1. 第１ステージおよび第２ステージを同期させて制御する位置制御装置であって、
   前記第１ステージの位置を制御する第１フィードバックループと、
   前記第２ステージの位置を制御する第２フィードバックループと、
   前記第１ステージと前記第２ステージとの同期誤差に所定の伝達特性を乗じて得られる補正値を前記第１フィードバックループおよび前記第２フィードバックループにフィードバックする同期誤差フィードバック部と、
   を備えることを特徴とする位置制御装置。
2. 前記第１フィードバックループに与えられる前記第１ステージの目標位置に対する前記第１ステージの応答特性と、前記第２フィードバックループに与えられる前記第２ステージの目標位置に対する前記第２ステージの応答特性とが等しいことを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。
3. 前記第１フィードバックループは、
   前記第１ステージの制御偏差に第１伝達特性を乗じることによって第１指令値を生成する第１補償器と、
   前記第１指令値を前記第１ステージと前記第２ステージとの同期誤差に前記伝達特性および係数を乗じて得られる第１補正値によって補正することによって第１補正指令値を生成する第１演算器とを含み、
   前記第２フィードバックループは、
   前記第２ステージの制御偏差に第２伝達特性を乗じることによって第２指令値を生成する第２補償器と、
   前記第２指令値を前記第１ステージと前記第２ステージとの同期誤差に前記伝達特性を乗じて得られる第２補正値によって補正することによって第２補正指令値を生成する第２演算器とを含み、
   前記第１ステージは前記第１補正指令値に従って駆動され、前記第２ステージは前記第２補正指令値に従って駆動され、
   前記係数は、前記第２ステージの速度に対する前記第１ステージの速度の比である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置制御装置。
4. 前記第１ステージと、前記第１ステージを駆動する第１ステージ駆動機構と、前記第１ステージの位置を計測する第１計測器とを含む第１制御対象の伝達特性をＰ_１、前記第１補償器の伝達特性をＣ_１とし、
   前記第２ステージと、前記第２ステージを駆動する第２ステージ駆動機構と、前記第２ステージの位置を計測する第２計測器とを含む第２制御対象の伝達特性をＰ_２、前記第２補償器の伝達特性をＣ_２としたときに、
   Ｃ_１Ｐ_１＝Ｃ_２Ｐ_２
   を満たすことを特徴とする請求項３に記載の位置制御装置。
5. 第２目標位置を生成する目標位置生成器と、
   前記第２目標位置に前記係数を乗じて第１目標位置を生成する乗算器と、
   前記第１目標位置に伝達特性Ｍを乗じることによって、前記第１フィードバックループに与えるべき前記第１ステージの目標位置として第１規範目標位置を生成する第１規範モデルと、
   前記第２目標位置に伝達特性Ｍを乗じることによって、前記第２フィードバックループに与えるべき前記ステージの目標位置として第２規範目標位置を生成する第２規範モデルと、
   前記第１目標位置にＭＰ_１ ^−１を乗じることによって第３補正値を生成する第１特性同化器と、
   前記第２目標位置にＭＰ_２ ^−１を乗じることによって第４補正値を生成する第２特性同化器とを更に備え、
   前記第１演算器は、前記第１指令値を前記第１補正値のほか前記第３補正値によって補正することによって前記第１補正指令値を生成し、
   前記第２演算器は、前記第２指令値を前記第２補正値のほか前記第４補正値によって補正することによって前記第２補正指令値を生成する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の位置制御装置。
6. 第１ステージによって支持された原版のパターンを投影光学系によって第２ステージによって支持された基板に投影して該基板を露光する露光装置であって、
   前記第１ステージおよび前記第２ステージを制御するように構成された請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置制御装置を備えることを特徴とする露光装置。
7. 前記第１ステージおよび前記第２ステージが正の加速度で加速している間に基板の露光が開始され、かつ、単位時間あたりに基板に照射される光のエネルギーが前記第２ステージの速度に比例するように、基板を照明する照明系を制御する制御部を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. デバイスを製造するデバイス製造方法であって、
   請求項６又は７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   該露光された基板を現像する工程と、
   含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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