JP4289713B2 - ステージ装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リソグラフィに用いる投影露光装置、各種精密加工機あるいは各種精密測定器等で用いられ、高速高精度な位置決め性能を必要とされるステージ装置に関する。また、このようなステージ装置を用いた露光装置およびデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来のステージ装置の平面図であり、図８は図７のＡＡ線断面図である。
【０００３】
図７および図８において、１７は定盤１６上の水平面内において並進移動するＸＹステージである。１８はＸＹステージ１７上にθ軸駆動用リニアモータ１９θを介して搭載された回転ステージである。１９ｘおよび１９ｙは、ＸＹステージ７を水平面内で並進移動させるための駆動手段として、直交するように配置されたリニアモータである。１９ｙ１はリニアモータ１９ｙの固定子であり、定盤１６上に固定されている。また、１９ｘ２はリニアモータ１９ｘの可動子であり、ＸＹステージに固定されている。Ｘ軸およびＹ軸の移動距離が長い場合には、リニアモータ１９ｘおよび１９ｙのコイルを複数個並べ、それらを順次切り替えながら（相切替え）移動を行なう。
【０００４】
ＸＹステージ上にはθ軸駆動用のリニアモータ１９θを介して回転ステージ１８が搭載されている。回転ステージ１８上には、Ｘ軸用およびＹ軸用のミラー２０ｘ１および２０ｙ１が設置されており、定盤１６上に固定されたレーザ干渉計２０ｘ２および２０ｙ２からのレーザ光を反射してＸＹステージ１７の現在位置を検出する。ミラー２０ｘ１または２０ｙ１にはレーザ光を２本当てており、この干渉計からの計測値の差から、回転ステージ１８の回転量を検出する。
【０００５】
この種のステージ装置には、上記Ｘ，Ｙおよびθ軸に加えて上下方向の移動軸（Ｚ軸）、および直交する２つの方向の傾き（Ｔｉｌｔ軸）を持つものもある。
【０００６】
図９は、このようなステージ装置を駆動する従来の駆動装置のブロック線図である。同図において、レーザ干渉計によって検出された可動ステージ１１のＸ軸、Ｙ軸およびθ軸の変位はそれぞれ対応する目標値との差が取られ、各補償器１２Ｘ，１２Ｙおよび１２θに入力される。各補償器１２Ｘ，１２Ｙおよび１２θでは、ＰＩＤ制御等により各リニアモータへの指令値が決定される。
【０００７】
通常、１つのリニアモータ１９ｘ，１９ｙまたは１９θを駆動する場合は、ステージ１１の重心位置とリニアモータ１９ｘ，１９ｙまたは１９θの作用点の位置関係から、他の駆動軸に対して変位を引き起こす力、すなわち干渉力が発生する。この干渉力により、駆動する必要のない駆動軸に対して変位が発生し、位置決め時間が長くかかってしまうとともに、所定の姿勢が保たれないという問題が生じる。このため、各駆動軸の補償器１２Ｘ，１２Ｙまたは１２θによって決定された指令値から、他の駆動軸に対する影響を打ち消す指令値を非干渉化手段１３によって出力し、これを他の駆動軸の補償器１２Ｘ，１２Ｙまたは１２θが出力した指令値に加算することにより、他の駆動軸の変位発生を防ぎ位置決め時間を短縮している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ステージ１１の特性は、ステージ１１の位置や姿勢により変化することがある。このため、各駆動軸の補償器１２Ｘ，１２Ｙおよび１２θにより決定された同一の指令値により各駆動手段を駆動する場合においても、他の駆動軸に発生する干渉量が可動ステージ１１の位置や姿勢により変化することがある。したがって、指令値に基づいて非干渉化指令を出力しても、駆動力が異なり十分に変位発生を除去できないことがある。
【０００９】
例えば、リニアモータ１９ｘ，１９ｙまたは１９θは、コイルと磁石との相対位置により推力定数が変化するため、同一の指令値に対しても発生する駆動力が異なる。これにより、他の駆動軸への影響も駆動力により変化するため、指令値に基づいて非干渉化指令を出力させても、駆動力が異なり十分に変位発生を除去できないことがある。
【００１０】
さらに、今後主流になると考えられる走査型露光装置においては、ステージが等速移動しているときに露光を行うため、停止時のみならず移動中においてもステージの姿勢を高精度に保つ必要性がある。
【００１１】
本発明の第１の目的は、ステージの位置、姿勢によらず、適切な非干渉化指令を発生させ、ある駆動軸を駆動した際に他の軸に発生する変位を充分に除去し、位置決め時間の短縮、姿勢変動の低減を図るものである。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は、干渉計からのレーザ光のミラーに当たる位置によらず、適切な非干渉化指令を発生させ、ステージが等速で移動しているときでも偏差を生じないようにするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明のステージ装置は、複数の駆動軸に沿って移動可能なステージと、該ステージを各駆動軸に沿って駆動する駆動機構と、該可動ステージの各駆動軸についての位置または速度を検出する検出器と、各駆動軸について該検出器により検出された位置または速度を所定の目標値に一致させるべく該駆動機構に指令を与える補償器と、ある駆動軸について該ステージを駆動した際に他の駆動軸について発生する該ステージの変位を打消す指令を、該ある駆動軸の該補償器が発生した指令に基づいて発生させる非干渉化手段と、該他の駆動軸についての補償器が発生した指令値と該非干渉化手段が発生した指令値を加算し、該駆動機構に出力する加算手段とを有し、該非干渉化手段が該ステージの変位を打消す指令に対して作用させるハイパスフィルタを有することを特徴とする。
【００１４】
また、前記非干渉化手段の非干渉化係数を前記ステージの位置または姿勢の少なくとも一方に基づいて補正する非干渉化係数補正手段を有することが望ましい。
【００１５】
また、前記ステージの位置検出手段として干渉計が用いられていることが望ましく、前記非干渉化係数補正手段は、計測光がミラーに当たる位置に応じて非干渉化手段の非干渉化係数を補正することが良い。
【００１６】
また、本発明のステージ装置は、平面内の並進の駆動軸に沿って並進可能および該平面内で回転の駆動軸回りに回転可能なステージと、該ステージを並進の駆動軸に沿っておよび回転の駆動軸回りに駆動する駆動機構と、該ステージの各駆動軸についての位置を検出する検出器と、各駆動軸について該検出器により検出された位置を所定の目標値に一致させるべく該駆動機構に指令を与える補償器と、回転の駆動軸について該ステージが回転した際に前記並進の駆動軸について発生する該ステージの変位を打消す指令を、該回転の駆動軸の該補償器が発生した指令に基づいて発生させる非干渉化手段と、該並進の駆動軸についての補償器が発生した指令値と該非干渉化手段が発生した指令値とを加算し、該駆動機構に出力する加算手段とを有し、該非干渉化手段が、該ステージの変位を打消す指令に対して作用させるハイパスフィルタを有することを特徴とする。
【００１７】
また、前記ステージは、等速走行制御されることが望ましい。
【００１８】
上記のステージ装置を備えた露光装置や、これを用いたデバイス製造方法も本発明の範疇に入る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞
図１に本発明の第１実施形態に係る駆動装置のブロック図を示す。
【００２０】
各補償器２に、ステージ１の制御量（位置、速度または加速度）と、レーザ干渉計によって検出された計測値との差分が入力される。各軸（Ｘ、Ｙ、θ）の補償器２は、ＰＩＤ制御などの制御手段により指令値が決定される。指令値は、各軸間の非干渉化手段３に入力される。非干渉化手段は、ある軸がその指令値で駆動された場合に、他の軸に発生する変位を打消す非干渉化指令を発生する。補償器２が決定した指令値と、非干渉化手段３が発生した非干渉化指令は、加算手段５によって加算され、各軸の駆動手段に入力される。各軸の駆動手段は、入力された指令値に基づき、推力を発生させてステージを駆動する。非干渉化係数補正手段４では、レーザ干渉計によって検出されたステージの位置、姿勢に基づき、非干渉化手段の係数を補正する。
【００２１】
図２に、θ軸回転時にＸ軸、Ｙ軸に発生する変位を示す。
【００２２】
前述のステージ装置と同様に、回転ステージ上には、Ｘ軸用、Ｙ軸用のミラー１０が設置されており、定盤６上に固定されたレーザ干渉計からのレーザ光を反射してステージの現在位置を検出する。また、Ｘ軸またはＹ軸（図中ではＹ軸）にはレーザ光を２本当てており、この２つの干渉計からの計測値の差から、回転ステージ８の回転量を検出する。
【００２３】
レーザ光がミラーに当たる位置は、ＸＹステージの位置によって異なる。また、θ軸の回転によって回転ステージ上に設置されたミラーが回転したときも、レーザ光がミラーに当たる位置は異なる。このため、レーザ光がθ軸の回転中心から離れた位置に当たっている場合には、ＸＹステージがＸ軸、Ｙ軸方向に移動しなくても、回転ステージが回転するだけでレーザ光がミラーに当たる位置が変化するため、Ｘ軸、Ｙ軸方向のレーザ干渉計の計測値が変化する。
【００２４】
このようなレーザ干渉計の計測値の変化は、Ｘ軸、Ｙ軸方向の位置誤差となり、位置決め時間の延長、姿勢制度の悪化を招くおそれがある。そこで、非干渉化手段３によって、回転ステージのθ軸回転時に発生するレーザ光がミラーに当たる位置のＸＹ軸方向の変化を打ち消す指令を発生させる必要がある。
【００２５】
回転ステージのθ軸回転時に発生するレーザ光がミラーに当たる位置のＸＹ軸方向の変化は、レーザ光とθ軸回転中心との位置関係により異なる。例えば、レーザ光がミラーに当たる位置の変位量は、回転中心からの距離に比例して大きくなる。
【００２６】
そこで、レーザ光がミラーのどの位置に当たっているかを計測し、それに応じて非干渉化係数を補正する必要がある。例えば、レーザ光がＸ軸方向計測用ミラーに当たっている位置は、ステージのＹ軸方向の位置に基づいて非干渉化係数を補正すればよい。
【００２７】
非干渉化係数補正手段では、ステージの位置・姿勢と、係数値間の関係式を保持しておく。この関係式に基づいて、レーザ干渉計によって検出されたステージの位置・姿勢から係数値を演算して求める。例えば、ステージのＹ軸方向の位置計測結果から、レーザ光がＸ軸方向計測用ミラーに当たる位置とθ軸回転中心との距離を求め、これに適切な係数をかけてθ軸からＸ軸への非干渉化係数を求める。同様に、ステージのＸ軸方向の位置計測結果から、レーザ光がＹ軸方向計測用ミラーに当たる位置とθ軸回転中心との距離を求め、これに適切な係数をかけてθ軸からＹ軸への非干渉化係数を求める。
【００２８】
しかし、スキャン露光時などのようにステージがＸ方向またはＹ方向に等速度で移動する場合には、θ軸からＹ軸への非干渉化係数またはθ軸からＸ軸への非干渉化係数は、移動に伴って位置に比例してランプ状に変化する。このため、θ軸の補償器からの出力が変化しなくても、θ軸からＹ軸またはＸ軸への非干渉項がランプ状に変化する。このような変化による指令は、θ軸が駆動したために生じる指令ではないため、Ｙ軸およびＸ軸に本来の干渉を抑える非干渉化指令としてではなく、外乱として作用する。通常、補償器には、積分器が含まれるため、一定値外乱に対しては定常偏差を消すことができるが、ランプ状の外乱に対しては定常偏差を生じてしまう。
【００２９】
このような定常偏差を避けるため、本発明のステージ装置は、非干渉化手段３θｘ、３θｙにハイパスフィルタを用いる。ハイパスフィルタは、次式に示すように微分＋１次遅れにより表される。
【００３０】
ｙ＝｛ｋ・ｓ／（ｓ＋ω）｝×ｕ
ここで、ｙは出力、ｕは入力、ωはハイパスフィルタの折点周波数、ｋはゲインであり非干渉化係数補正手段により決定される。
【００３１】
ｋは、前述のように位置に対して比例関係にあるが、スキャン露光時のようにステージが等速移動するときは時間に対して比例関係を持ち、
ｋ＝ｋ’／ｓ
のように表される。よって、全体としては、
ｙ＝｛ｋ’／（ｓ＋ω）｝×ｕ
となり、積分特性は打消される。
【００３２】
このように、ランプ状外乱は周波数領域では積分特性を持ち、そのために定常偏差を生じてしまうが、ハイパスフィルタを通すことにより、ハイパスフィルタの微分特性がランプ状外乱の積分特性を打消すため、定常偏差を生じなくすることができる。
【００３３】
図３は、本実施形態のステージ装置の周波数特性の概略を示す図である。
【００３４】
各軸の入出力特性に対し、干渉特性はピークの周波数がほぼ一致する山形となる。そのため、低周波数領域では、ほとんど干渉は発生しない。一方、ハイパスフィルタは、低域遮断特性をを持つが、その折点周波数を干渉が著しい帯域より低く設定しておくことにより、干渉が発生する周波数帯域での非干渉化指令はハイパスフィルタを通過するため、非干渉化性能には影響を与えない。
【００３５】
本実施形態のステージ装置によれば、ステージの位置・姿勢によらず、適切な非干渉化指令を発生させ、ある駆動軸を駆動した際に他の軸に発生する変位を十分に除去することができ、位置決め時間の短縮、姿勢変動の低減が可能となる。また、ステージが定速移動中においても、偏差を生じることがない。
【００３６】
なお本発明のステージ装置は、ＸＹθ軸のみに移動するステージ装置に限られるものではなく、複数の駆動軸を有するステージ装置であれば同様に適用できる。例えばＺ方向やＴｉｌｔ方向にも移動可能なステージであっても良い。
【００３７】
また、本発明のステージ装置は、非干渉化手段３θｘ、３θｙにハイパスフィルタを設けていたが、これに限るものではなく、他の非干渉化手段にもハイパスフィルタを設けても良い。
【００３８】
＜実施形態２＞
次に前述した実施形態のステージ装置をウエハステージとして搭載した走査型露光装置の実施形態を、図４を用いて説明する。
【００３９】
鏡筒定盤９６は床または基盤９１からダンパ９８を介して支持されている。また鏡筒定盤９６は、レチクル定盤９４を支持すると共に、レチクルステージ９５とウエハステージ９３の間に位置する投影光学系９７を支持している。
【００４０】
ウエハステージは、床または基盤から支持されたステージ定盤上に支持され、ウエハを載置して位置決めを行う。また、レチクルステージは、鏡筒定盤に支持されたレチクルステージ定盤上に支持され、回路パターンが形成されたレチクルを搭載して移動可能である。レチクルステージ９５上に搭載されたレチクルをウエハステージ９３上のウエハに露光する露光光は、照明光学系９９から発生される。
【００４１】
なお、ウエハステージ９３は、レチクルステージ９５と同期して走査される。レチクルステージ９５とウエハステージ９３の走査中、両者の位置はそれぞれ干渉計によって継続的に検出され、レチクルステージ９５とウエハステージ９３の駆動部にそれぞれフィードバックされる。これによって、両者の走査開始位置を正確に同期させるとともに、定速走査領域の走査速度を高精度で制御することができる。投影光学系に対して両者が走査している間に、ウエハ上にはレチクルパターンが露光され、回路パターンが転写される。
【００４２】
本実施形態では、前述の実施形態のステージ装置をウエハステージとして用いているため、ステージの位置・姿勢によらず適切な非干渉化指令を発生させ、ある駆動軸を駆動した際に他の軸に発生する変位を十分に除去することができ、位置決め時間の短縮、姿勢変動の低減が可能となる。また、スキャン露光時のようにステージが定速移動中においても、偏差を生じることがない。
【００４３】
＜実施形態３＞
次に上記説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図５は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造フローを示す。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なう。ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１４によって作製されたウエ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なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップＳ７）される。
【００４４】
図６は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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なうことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法を用いれば、従来は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載のステージ装置によれば、ハイパスフィルタを用いることにより、ステージの位置、姿勢によらず、適切な非干渉化指令を発生させ、ある駆動軸を駆動した際に他の軸に発生する変位を充分に除去し、位置決め時間の短縮、姿勢変動の低減を図ることができる。
【００４６】
また、請求項７記載のステージ装置によれば、ステージが等速走行しているときでも、適切な非干渉化指令を発生させ、偏差を生じないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のステージ装置の駆動装置のブロック図
【図２】第１実施形態のステージ装置の駆動装置のθ軸回転時に生じるＸＹ軸方向に発生する変位を表す図
【図３】第１実施形態のステージ装置の周波数特性を表す図
【図４】第２実施形態の露光装置の正面図
【図５】半導体デバイス製造フロー図
【図６】ウエハプロセスフロー図
【図７】従来のステージ装置の平面図
【図８】図７のＡＡ線断面図
【図９】従来のステージ装置の駆動装置のブロック図
【符号の説明】
１ ステージ
２ 補償器
３ 非干渉化手段
４ 非干渉化係数補正手段
５ 加算器
１０ ミラー
９１ 床・基盤
９２ ステージ定盤
９３ ウエハステージ
９４ レチクル定盤
９５ レチクルステージ
９６ 鏡筒定盤
９７ 投影光学系
９８ ダンパ
９９ 照明光学系

Claims (12)

1. 複数の駆動軸に沿って移動可能なステージと、
   該ステージを各駆動軸に沿って駆動する駆動機構と、
   該ステージの各駆動軸についての位置または速度を検出する検出器と、
   各駆動軸について該検出器により検出された位置または速度を所定の目標値に一致させるべく該駆動機構に指令を与える補償器と、
   ある駆動軸について該ステージを駆動した際に他の駆動軸について発生する該ステージの変位を打消す指令を、該ある駆動軸の該補償器が発生した指令に基づいて発生させる非干渉化手段と、
   該他の駆動軸についての補償器が発生した指令値と該非干渉化手段が発生した指令値を加算し、該駆動機構に出力する加算手段とを有し、
   該非干渉化手段が該ステージの変位を打消す指令に対して作用させるハイパスフィルタを有することを特徴とするステージ装置。
2. 前記ステージは、平面内の２次元並進方向および該平面内の回転方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. 平面内の並進の駆動軸に沿って並進可能および該平面内で回転の駆動軸回りに回転可能なステージと、
   該ステージを並進の駆動軸に沿っておよび回転の駆動軸回りに駆動する駆動機構と、
   該ステージの各駆動軸についての位置を検出する検出器と、
   各駆動軸について該検出器により検出された位置を所定の目標値に一致させるべく該駆動機構に指令を与える補償器と、
   回転の駆動軸について該ステージが回転した際に前記並進の駆動軸について発生する該ステージの変位を打消す指令を、該回転の駆動軸の該補償器が発生した指令に基づいて発生させる非干渉化手段と、
   該並進の駆動軸についての補償器が発生した指令値と該非干渉化手段が発生した指令値とを加算し、該駆動機構に出力する加算手段とを有し、
   該非干渉化手段が、該ステージの変位を打消す指令に対して作用させるハイパスフィルタを有することを特徴とするステージ装置。
4. 前記非干渉化手段の非干渉化係数を前記ステージの位置または姿勢の少なくとも一方に基づいて補正する非干渉化係数補正手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のステージ装置。
5. 前記ステージの位置検出手段として干渉計が用いられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のステージ装置。
6. 前記非干渉化係数補正手段は、計測光がミラーに当たる位置に応じて非干渉化手段の非干渉化係数を補正することを特徴とする請求項５に記載のステージ装置。
7. 前記ステージは、等速走行制御されることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載のステージ装置。
8. 請求項１〜７いずれか１項に記載のステージ装置を有することを特徴とする露光装置。
9. 前記ステージ装置をウエハステージとして備えていることを特徴とする請求項８記載の露光装置。
10. 投影光学系に対してウエハとレチクルを走査駆動させ、該ウエハ上に該レチクルパターンを露光することを特徴とする請求項８または９記載の露光装置。
11. 請求項８〜１０いずれか１項に記載の露光装置を用意する工程と、前記ステージにウエハを保持させる工程と、ウエハ上にレチクルパターンを露光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。
12. ウエハにレジストを塗布する工程と、露光されたウエハを現像する工程とを有することを特徴とする請求項１１記載のデバイス製造方法。

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