JP6851224B2 - ステージ装置、リソグラフィ装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステージ装置、リソグラフィ装置及び物品の製造方法に関する。

露光装置やインプリント装置などのリソグラフィ装置の設置作業、メンテナンス及び各種調整作業において、装置内部に作業者が立ち入る場合、ステージをサーボ制御した状態で作業を行うと、ステージが意図せず駆動してしまう可能性がある。従って、作業者が安全に作業を行うためには、ステージのサーボ制御を停止する必要がある。そこで、ステージのサーボ制御の停止に関する技術が従来から提案されている（特許文献１及び２参照）。

特開２０１５−８２５５９号公報 特許第５６９０６８６号公報

しかしながら、従来技術では、ステージのサーボ制御を停止すると、サーボ制御を停止したときのステージの位置からステージがずれてしまう、即ち、ステージの位置ずれが発生してしまう。このようなステージの位置ずれが発生すると、メンテナンス及び各種調整作業の後で装置の立ち上げに多くの時間を費やしてしまうことになる。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、ステージの位置ずれを低減するのに有利なステージ装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのステージ装置は、ガイド面に対して非接触状態でステージを移動させるステージ装置であって、前記ステージから前記ガイド面に向けて圧縮気体を噴射して前記ステージと前記ガイド面との間にクリアランスを形成するエアベアリングと、前記エアベアリングを制御する第１制御部と、前記ステージの位置を計測する計測部と、前記計測部によって計測された前記ステージの位置に基づいて、前記ステージが目標位置に近づくように前記ステージを制御する第２制御部と、を有し、前記第２制御部は、前記ステージを制御するための、前記計測部によって計測された前記ステージの位置と前記目標位置との位置偏差を示す偏差情報を生成する生成部を含み、前記ガイド面に対して前記ステージをロックする際に、前記第２制御部が前記生成部による前記偏差情報の生成を停止させてから、前記第１制御部が前記エアベアリングによる前記圧縮気体の噴射を停止させることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、ステージの位置ずれを低減するのに有利なステージ装置を提供することができる。

本発明の一側面としてのステージ装置の構成を示す概略図である。 図１に示すステージ装置のシステム構成を示すブロック図である。 可動ステージのロック解除状態及びロック状態を模式的に示す図である。 図１に示すステージ装置の側面図である。 可動ステージをロックする手順を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態に関するステージ制御系の構成を示すブロック図である。 第２実施形態に関するステージ制御系の構成を示すブロック図である。 第３実施形態に関するステージ制御系の構成を示すブロック図である。 露光装置の構成を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、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。

図１は、本発明の一側面としてのステージ装置１０１の構成を示す概略図である。ステージ装置１０１は、ガイド面に対して非接触状態で可動ステージ１０２を移動させる。ステージ装置１０１において移動可能な可動ステージ１０２は、除振台１の上に固定されたＺ方向及びＸ方向の移動を拘束するＹガイド２と、Ｙスライダ４の下面に設けられたエアベアリングとによって、Ｙ方向のみに移動可能に構成されている。可動ステージ１０２は、除振台１に固定されたリニアモータ固定子６とＹスライダ４に連結されたリニアモータ可動子５とを有するリニアモータによって推力を得て直線運動を行う。

可動ステージ１０２は、エアベアリングが可動ステージ１０２（Ｙスライダ４）からガイド面、即ち、Ｙガイド２に向けて圧縮気体を噴射（供給）してＹスライダ４とＹガイド２との間に所定のクリアランスを形成することで移動することが可能となる。また、エアベアリングからの圧縮気体の噴射を停止することによって、Ｙスライダ４とＹガイド２との間のクリアランスがなくなり、Ｙスライダ４とＹガイド２との間の制動力が大きくなることで、Ｙガイド２に対して可動ステージ１０２をロックすることができる。なお、圧縮気体は、例えば、圧縮空気を含む。

可動ステージ１０２には、除振台１、及び、給電やセンサ信号の通信に使用する電気ケーブルやエアベアリングへの圧縮気体を供給する配管、リニアモータ可動子５の冷却用オイルを通すための配管などがムービングケーブル３によって接続されている。

計測部８は、可動ステージ１０２の位置を計測する。計測部８は、例えば、レーザ干渉計を含み、ステージ７の側面に設けられたミラーにレーザ光を照射し、ミラーで反射されたレーザ光を用いて可動ステージ１０２の基準位置からの変位を求め、かかる変位から可動ステージ１０２の位置を得る。

図２は、ステージ装置１０１のシステム構成を示すブロック図である。ステージ装置１０１は、可動ステージ１０２と、可動ステージ１０２の位置を計測する計測部８と、ステージ制御部（第２制御部）４００及びベアリング制御部（第１制御部）５００とを含む主制御部１０とを有する。ステージ制御部４００は、計測部８によって計測された可動ステージ１０２の位置に基づいて、可動ステージ１０２が目標位置に近づくように可動ステージ１０２を制御する。ステージ制御部４００は、計測部８によって計測された可動ステージ１０２の位置と目標位置との位置偏差がゼロに近づくように制御することで、可動ステージ１０２の位置決めを行う。可動ステージ１０２は、ステージ制御部４００から出力される制御信号に応じて、ドライバアンプ１１を介してリニアモータ可動子５に電流が供給されることで推力を得ることができる。ベアリング制御部５００は、エアベアリング（による圧縮気体の噴射）を制御する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、Ｙガイド２に対する可動ステージ１０２のロック解除状態及びロック状態を模式的に示す図である。可動ステージ１０２のＹスライダ４の下面には、上述したように、エアベアリング９が設けられている。エアベアリング９は、ベアリング制御部５００に制御され、Ｙガイド２に向けて圧縮気体を噴射することで、図３（ａ）に示すように、Ｙスライダ４とＹガイド２との間、詳細には、エアベアリング９とＹガイド２との間に所定のクリアランス２０１を形成する。図３（ａ）は、Ｙガイド２に対して可動ステージ１０２がロック（固定）されていないロック解除状態を示している。また、ベアリング制御部５００によって、エアベアリング９からの圧縮気体の噴射が停止されると、図３（ｂ）に示すように、エアベアリング９とＹガイド２との間にクリアランス２０１がなくなる。図３（ｂ）は、Ｙガイド２に対して可動ステージ１０２がロックされたロック状態を示している。

一般的に、ステージ装置１０１の設置作業、メンテナンス及び各種調整作業においては、安全性の観点から、可動ステージ１０２などの駆動部をサーボ制御した状態で作業者が装置内部に立ち入ることが禁止されている。従って、装置内部での作業においては、可動ステージ１０２などの駆動部のサーボ制御を停止する必要があり、更には、可動ステージ１０２などの駆動部が動かないように完全にロックするとよい。

図４は、ステージ装置１０１の設置作業やメンテナンス作業において可動ステージ１０２をロックする手順を説明するための図であって、ステージ装置１０１の側面図である。従来、可動ステージ１０２をロックする手順としては、まず、主制御部１０によって、リニアモータ可動子５のサーボ制御を行っているステージ制御部４００の機能を停止する（ステージ制御部４００によるサーボ制御を停止する）。次に、ベアリング制御部５００によって、可動ステージ１０２のＹスライダ４の下面に設けられたエアベアリング９からの圧縮気体の噴射を停止する。例えば、可動ステージ１０２をサーボ制御した状態で可動ステージ１０２をロックすると、可動ステージ１０２が自由に移動することができない。これにより、ステージ制御部４００において、位置偏差に基づく可動ステージ１０２の制御出力が増加し続けてしまうため、始めにサーボ制御を停止する必要がある。

一方、可動ステージ１０２をロックする前に、リニアモータ可動子５のサーボ制御を停止すると、ムービングケーブル３の外乱などによって、可動ステージ１０２が僅かながら移動し、サーボ制御を停止したときの位置からずれてしまう。このような状態において、エアベアリング９からの圧縮気体の噴射を停止すると、ステージ制御部４００によって位置決めされた位置とは異なる位置で可動ステージ１０２をロックしてしまう。従って、可動ステージ１０２の位置依存度の高いメンテナンス作業（例えば、センサの位置調整など）において、可動ステージ１０２のサーボ制御を停止するたびに位置ずれ２０２が発生する。このため、装置の再立ち上げ、再計測、調整の作業を繰り返し行う必要があり、メンテナンス作業に多くの時間が費やされてしまう。

図５は、本実施形態におけるステージ装置１０１の設置作業やメンテナンス作業において可動ステージ１０２をロックする手順を説明するためのフローチャートである。ここで、ステージ制御部４００は、可動ステージ１０２を制御（サーボ制御）するモードとして、可動ステージ１０２の位置を制御する位置制御モード（第１制御モード）と、可動ステージ１０２の速度を制御する速度制御モード（第２制御モード）とを含む。なお、位置制御とは、制御対象物を所定位置に位置させる制御であって、速度制御とは、制御対象物の速度を所定位置でゼロにする制御である。そして、ステージ制御部４００は、可動ステージ１０２を移動させる間は（即ち、可動ステージ１０２のロック解除状態では）可動ステージ１０２を位置制御モードで制御するものとする。

Ｓ３０１では、主制御部１０の制御下において、リニアモータ可動子５のサーボ制御を行っているステージ制御部４００の制御モードを、位置制御モードから速度制御モードに切り替える。Ｓ３０２では、リニアモータ可動子５を速度制御モードで制御している状態において、ベアリング制御部５００によって、エアベアリング９による圧縮気体の噴射を停止して、Ｙガイド２に対して可動ステージ１０２をロックする。Ｓ３０３では、Ｙガイド２に対して可動ステージ１０２をロックしている状態において、ステージ制御部４００によるリニアモータ可動子５のサーボ制御（速度制御モードでの制御）を停止する。これにより、可動ステージ１０２のロック解除状態とロック状態との間の位置差である位置ずれ２０２を発生させずに、可動ステージ１０２をロック状態にすることができる。

＜第１実施形態＞
図６は、第１実施形態に関するステージ制御系（ステージ制御部４００）の構成を示すブロック図である。第１実施形態では、速度指令生成部４０１で生成された速度指令と、計測部８によって計測された位置に基づいて速度を算出する微分器４０５から出力された速度情報との差分が小さくなるように制御する速度制御器４０４を、その制御ループ内部に含む。また、第１実施形態では、位置指令生成部４０２で生成された位置指令と、計測部８によって計測された位置との差分が小さくなるように制御する位置制御器４０３を含む。位置制御器４０３は、例えば、ＰＩＤ制御器を含む。通常の装置稼働時は、速度制御フィードバックループをカスケード接続した位置制御フィードバックループによって、可動ステージ１０２の位置決め制御を行う。第１実施形態では、スイッチ４１０によって位置制御フィードバックループを切断し、速度制御フィードバックループのみで可動ステージ１０２を制御することが可能である。速度制御フィードバックループに切り替えると、可動ステージ１０２が目標位置に対して僅かにずれたとしても、そのずれを戻すようなサーボ制御が働くことがない。従って、可動ステージ１０２をサーボ制御している状態において、可動ステージ１０２をロックすることが可能となり、位置ずれ２０２の発生を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、サーボ制御を位置制御から速度制御に切り替えることで、サーボ制御している状態で可動ステージ１０２をロックしている。但し、サーボ制御は位置制御のまま、位置制御器４０３を構成するＰＩＤ制御器の積分器の機能を停止することでも同様の効果を得ることができる。

図７は、第２実施形態に関するステージ制御系（ステージ制御部４００）の構成を示すブロック図である。位置制御器４０３は、可動ステージ１０２の現在位置（計測部８によって計測された位置）と目標位置との位置偏差に比例したステージ操作を行う比例器４０３１を含む。また、位置制御器４０３は、可動ステージ１０２の現在位置と目標位置との位置偏差が発生した場合に、かかる位置偏差がなくなるまでステージ操作を行う積分器４０３２を含む。積分器４０３２は、可動ステージ１０２の現在位置（計測部８によって計測された位置）と目標位置との位置偏差を示す偏差情報を生成する。更に、位置制御器４０３は、外乱などによって可動ステージ１０２の位置が変化した場合に、その変化の度合いに応じて、位置偏差の少ないうちに大きなステージ操作を行う微分器４０３３を含む。スイッチ４０３４は、積分器４０３２の機能（偏差情報の生成）を停止することが可能である。スイッチ４０３４により積分器４０３２の機能を停止すると、目標位置との残留偏差を累積しなくなる。そのため、可動ステージ１０２をサーボ制御している状態で可動ステージ１０２をロックした場合に、可動ステージ１０２が目標位置に対して僅かにずれたとしても、そのずれを戻すようなサーボ制御が働くことがない。従って、可動ステージ１０２をロックしてから、サーボ制御を停止させることが可能となり、位置ずれ２０２の発生を抑制することができる。

＜第３実施形態＞
第１実施形態では、速度制御フィードバックを内部に含む位置制御フィードバックループにおいて、スイッチ４１０によって、速度制御フィードバックに切り替えている。第３実施形態では、位置制御フィードバックと速度フィードバックとが完全に独立している場合について説明する。

図８は、第３実施形態に関するステージ制御系（ステージ制御部４００）の構成を示すブロック図である。スイッチ４１１は、位置制御フィードバックループと速度制御フィードバックループとを切り替えることが可能である。通常の装置稼働時は、位置制御フィードバックループによって、可動ステージ１０２の位置決め制御を行う。スイッチ４１１によって、速度制御フィードバックループに切り替えると、可動ステージ１０２が目標位置に対して僅かにずれたとしても、そのずれを戻すようなサーボ制御が働くことがない。従って、可動ステージ１０２をロックしてから、サーボ制御を停止させることが可能となり、位置ずれ２０２の発生を抑制することができる。

以下、図９を参照して、上述したステージ装置１０１を適用した露光装置ＥＸについて説明する。図９は、露光装置ＥＸの構成を示す概略図である。露光装置ＥＸは、基板Ｓを露光するリソグラフィ装置である。露光装置ＥＸは、照明光学系ＩＬと、投影光学系ＰＯと、マスクＭを保持して移動するマスクステージＭＳと、基板Ｓを保持して移動する基板ステージとして機能するステージ装置１０１とを有する。また、露光装置ＥＸは、ＣＰＵやメモリなどを含み、露光装置ＥＸの全体を制御する制御部ＣＮを有する。なお、制御部ＣＮには、ステージ装置１０１の主制御部１０（ステージ制御部４００及びベアリング制御部５００）の機能を含ませてもよい。

光源（不図示）からの光は、照明光学系ＩＬに含まれるスリット（不図示）を介して、例えば、Ｙ軸方向に長い円弧状の照明領域をマスク上に形成する。マスクＭ及び基板Ｓのそれぞれは、マスクステージＭＳ及びステージ装置１０１に保持され、投影光学系ＰＯを介して、光学的にほぼ共役な位置（投影光学系ＰＯの物体面及び像面の位置）に配置されている。投影光学系ＰＯは、所定の投影倍率（例えば、１／２倍）を有し、マスクＭに形成されたパターンを基板Ｓに投影する。そして、マスクステージＭＳ及びステージ装置１０１を、投影光学系ＰＯの物体面と平行な方向（例えば、図７のＸ軸方向）に、投影光学系ＰＯの投影倍率に応じた速度比で走査する。これにより、マスクＭに形成されたパターンを基板Ｓに転写することができる。

露光装置ＥＸでは、露光装置ＥＸやステージ装置１０１の設置作業、メンテナンス及び各種調整作業において、可動ステージ１０２をロックする際に、可動ステージ１０２の位置ずれ２０２の発生を抑制することができる。従って、露光装置ＥＸでは、設置作業、メンテナンス及び各種調整作業に要する時間を短縮することが可能であり、生産性を向上させることができる。

本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、デバイス（半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など）などの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、露光装置ＥＸを用いて、感光剤が塗布された基板を露光する（パターンを基板に形成する）工程と、露光された基板を現像する（基板を処理する）工程を含む。また、かかる製造方法は、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、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、可動ステージを制御するモードとして、位置制御モードを例に説明したが、かかる位置制御モードをトルク制御モードや加速度制御モードに置換することも可能である。また、本発明は、リソグラフィ装置を露光装置に限定するものではなく、インプリント装置や描画装置などのリソグラフィ装置にも適用することができる。ここで、インプリント装置は、基板上に供給されたインプリント材とモールドとを接触させ、インプリント材に硬化用のエネルギーを与えることにより、モールドのパターンが転写された硬化物のパターンを形成する。また、描画装置は、描画装置は、荷電粒子線（電子線）で基板に描画を行うことにより基板上にパターン（潜像パターン）を形成する。上述した物品の製造方法は、これらのリソグラフィ装置を用いて行ってもよい。

１０１：ステージ装置 １０２：可動ステージ ８：計測部 ９：エアベアリング １０：主制御部 ４００：ステージ制御部 ５００：ベアリング制御部

Claims (9)

1. ガイド面に対して非接触状態でステージを移動させるステージ装置であって、
   前記ステージから前記ガイド面に向けて圧縮気体を噴射して前記ステージと前記ガイド面との間にクリアランスを形成するエアベアリングと、
   前記エアベアリングを制御する第１制御部と、
   前記ステージの位置を計測する計測部と、
   前記計測部によって計測された前記ステージの位置に基づいて、前記ステージが目標位置に近づくように前記ステージを制御する第２制御部と、を有し、
   前記第２制御部は、前記ステージを制御するための、前記計測部によって計測された前記ステージの位置と前記目標位置との位置偏差を示す偏差情報を生成する生成部を含み、
   前記ガイド面に対して前記ステージをロックする際に、前記第２制御部が前記生成部による前記偏差情報の生成を停止させてから、前記第１制御部が前記エアベアリングによる前記圧縮気体の噴射を停止させることを特徴とするステージ装置。
2. 前記第２制御部は、ＰＩＤ制御器を含み、
   前記生成部は、前記ＰＩＤ制御器の積分器を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
3. ガイド面に対して非接触状態でステージを移動させるステージ装置であって、
   前記ステージから前記ガイド面に向けて圧縮気体を噴射して前記ステージと前記ガイド面との間にクリアランスを形成するエアベアリングと、
   前記エアベアリングを制御する第１制御部と、
   前記ステージの位置を計測する計測部と、
   前記計測部によって計測された前記ステージの位置に基づいて、前記ステージが目標位置に近づくように前記ステージを制御する第２制御部と、を有し、
   前記第２制御部は、前記ステージを制御するモードとして、前記ステージの位置を制御する第１制御モードと、前記ステージの速度を制御する第２制御モードとを含み、
   前記第２制御部は、前記ステージを移動させる間は前記ステージを前記第１制御モードで制御し、
   前記ガイド面に対して前記ステージをロックする際に、前記第２制御部が前記ステージを制御するモードを前記第１制御モードから前記第２制御モードに切り替えてから、前記第１制御部が前記エアベアリングによる前記圧縮気体の噴射を停止させることを特徴とするステージ装置。
4. 前記第２制御部は、前記第１制御モードと前記第２制御モードとを切り替えるスイッチを含むことを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
5. 前記第２制御部は、前記第１制御モードにおいて、前記ステージの速度も制御することを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
6. 前記第１制御部が前記エアベアリングによる前記圧縮気体の噴射を停止させた後に、前記第２制御部は、前記ステージの制御を停止することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のステージ装置。
7. パターンを基板に形成するリソグラフィ装置であって、
   前記基板を保持する請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のステージ装置を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
8. 投影光学系を有し、前記投影光学系を介して前記基板を露光して前記パターンを前記基板に形成することを特徴とする請求項７に記載のリソグラフィ装置。
9. 請求項７又は８に記載のリソグラフィ装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
   前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、
   を有することを特徴とする物品の製造方法。

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