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

位置制御装置、露光装置およびデバイス製造方法 Download PDF

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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および第2補償器5bの第2伝達特性Cは、C=C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および補償器5bの伝達特性CをC=C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が複雑で、前述の伝達特性C、C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 −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 −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、C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、前記第1補償器の伝達特性をC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、前記第2補償器の伝達特性をCとしたときに、
    =C
    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 −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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