JP7148268B2 - 制御装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 - Google Patents

制御装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、制御装置、リソグラフィ装置、および物品の製造方法に関する。
半導体デバイスなどの製造に用いられるリソグラフィ装置では、原版や基板を保持するステージなどの制御対象を目標位置に移動させたときの制御偏差を迅速に低減することが、スループットの点で有利になりうる。特許文献１には、インパルス信号等の所定の操作量をステージ（制御対象）に与えたときの該ステージの応答を計測し、その計測結果に基づいて、制御偏差を低減するように該ステージに与えるためのフィードフォワード操作量を生成することが提案されている。このように生成されたフィードフォワード操作量をステージに与えて該ステージの位置制御を行うことにより、目標位置に移動させたステージの制御偏差を迅速に低減し、整定時間を短縮させることができる。
特許第５９６８０１７号公報
リソグラフィ装置では、ステージを移動させるべき目標位置が複数あり、複数の目標位置では、所定の操作量をステージに与えたときの該ステージの応答が互いに異なりうる。そのため、１つの位置において所定の操作量を与えたときのステージの応答の計測結果からフィードフォワード操作量を生成する場合、目標位置によっては、該フィードフォワード操作量を用いてステージの制御偏差を迅速に低減させることが困難となりうる。
そこで、本発明は、制御対象の制御偏差を迅速に低減させるために有利な技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての制御装置は、制御対象にフィードフォワード操作量を与えることにより前記制御対象の位置制御を行う制御装置であって、前記制御対象に第１操作量を与えたときの前記制御対象の第１出力応答を、前記制御対象が配置される複数の位置の各々について取得する工程と、前記複数の位置の各々で取得された前記第１出力応答に基づいて、前記制御対象に前記第１操作量を与えたときの前記制御対象の出力応答の基準値である基準出力応答を決定する工程と、複数の時刻の各々で係数を前記第１操作量に乗じて得られる複数の値を結合することによって第２操作量を決定する工程と、前記第２操作量に基づいて、前記フィードフォワード操作量を設定する工程と、を実行し、前記第２操作量を決定する工程において、前記制御装置は、前記第１操作量と前記基準出力応答との関係に基づいて、前記第２操作量を前記制御対象に与えたときの前記制御対象の出力応答として予測される第２出力応答と、前記制御対象に前記フィードフォワード操作量を与えずに前記制御対象の位置制御を行ったときの前記制御対象の制御偏差である目標応答と、の差が許容範囲内になるように前記複数の時刻の各々の前記係数を調整することによって前記第２操作量を決定する、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、制御対象の制御偏差を迅速に低減させるために有利な技術を提供することができる。
露光装置１の構成を示す概略図である。 フィードバック制御のみを行ったときの基板ステージの位置、および位置制御偏差を時系列的に示すグラフである。 基板ステージの位置制御のブロック線図を示す図である。 フィードフォワード操作量の決定方法を示すフローチャートである。 第１操作量および基板ステージの出力応答を示す図である。 第２実施形態に係る露光処理とＦＦ操作量の更新処理とを示すフローチャートである。 基板ステージの制御偏差を示す図である。 第３実施形態に係る露光処理とＦＦ操作量の更新処理とを示すフローチャートである。 第４実施形態に係る露光処理とＦＦ操作量の更新処理とを示すフローチャートである。
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、同一の部材ないし要素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。
以下の実施形態では、マスク（原版）のパターンを基板に転写する露光装置に本発明を適用する例を説明するが、それに限られるものではない。例えば、モールドを用いて基板上にインプリント材のパターンを形成するインプリント装置や、荷電粒子線を基板に照射して当該基板にパターンを形成する描画装置などの他のリソグラフィ装置においても本発明を適用することができる。また、リソグラフィ装置に限らず、制御対象物を位置決めする装置であれば、本発明を適用することができる。さらに、以下の実施形態では、基板を保持して移動可能な基板ステージを制御対象として説明するが、マスク（原版）を保持して移動可能なマスクステージなどを制御対象とした場合であっても本発明を適用することができる。
＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態の露光装置１について説明する。図１は、本実施形態の露光装置１の構成を示す概略図である。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式でマスク（原版）のパターンを基板に転写する走査型露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式を適用することも可能である。
露光装置１は、光源１０２からの光でマスク１０６を照明する照明光学系１０４と、マスク１０６を保持して移動可能なマスクステージ１０８と、マスク１０６のパターンを基板に投影する投影光学系１１０とを有する。また、露光装置１は、基板１１２を保持して移動可能な基板ステージ１１４と、移動ミラー１１６と、レーザ干渉計１１８と、制御装置１２０とを有する。
光源１０２としては、波長が約３６５ｎｍのｉ線光源、波長が約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザなどの光源が用いられうる。但し、光源１０２の種類および個数は限定されず、例えば、波長が約１５７ｎｍのＦ２レーザを光源１０２として使用してもよい。
照明光学系１０４は、光源１０２からの光でマスク１０６を照明する光学系である。照明光学系１０４は、光源１０２からの光の形状を整形するビーム整形光学系や、マスク１０６を均一な照度分布で照明するための多数の２次光源を形成するオプティカルインテグレータなどを含む。
マスク１０６は、基板１１２に転写すべきパターンを有し、マスクステージ１０８に保持および駆動される。マスク１０６（のパターン）で回折された光は、投影光学系１１０を介して、基板１１２に投影される。マスク１０６と基板１１２とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、マスク１０６と基板１１２とを同期走査することによって、マスク１０６のパターンを基板１１２に転写する。
マスクステージ１０８は、マスク１０６を保持（吸着）するためのマスクチャックを含み、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向および各軸の回転方向に移動可能に構成される。ここで、マスク１０６または基板１１２の面内での走査方向をＹ軸、それに垂直な方向をＸ軸、マスク１０６または基板１１２の面に垂直な方向をＺ軸とする。
投影光学系１１０は、マスク１０６のパターンを基板１１２に投影する光学系である。投影光学系１１０は、屈折系、反射屈折系、あるいは、反射系を使用することができる。
基板１１２は、マスク１０６のパターンが投影（転写）される基板である。基板１１２には、レジスト（感光剤）が塗布されている。基板１１２は、ウエハ、ガラスプレート、その他の基板を含む。
基板ステージ１１４は、基板１１２を保持（吸着）するための基板チャックを含み、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向および各軸の回転方向に移動可能に構成される。基板ステージ１１４には、移動ミラー１１６が固定されており、移動ミラー１１６を利用して、レーザ干渉計１１８により基板ステージ１１４の位置および速度が検出される。即ち、レーザ干渉計１１８は、基板ステージ１１４の位置および速度を計測する計測部として機能しうる。計測部は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向および各軸の回転方向における基板ステージ１１４の位置および速度を計測することができるように、複数のレーザ干渉計１１８を含みうる。
制御装置１２０は、例えばＣＰＵやメモリ１２６を含むコンピュータ（情報処理装置）によって構成され、露光装置１の動作（全体）を制御する。例えば、制御装置１２０は、制御対象としての基板ステージ１１４の位置制御を行うとともに、マスクステージ１０８と基板ステージ１１４との同期走査に関連する動作を制御する。また、制御装置１２０のメモリ１２６は、基板ステージ１１４の制御に関連するデータを記憶する記憶部である。本実施形態では、メモリ１２６は、後述するようにフィードフォワード制御器１２４が基板ステージ１１４に与えるフィードフォワード操作量などを記憶する。
露光装置では、一般に、基板ステージ１１４の現在位置と目標位置との偏差を低減するように、基板ステージ１１４のフィードバック制御のみが行われうる。図２（ａ）は、フィードバック制御のみを行ったときの基板ステージ１１４の位置を時系列的に示すグラフであり、図２（ｂ）は、そのときの位置制御偏差（即ち、基板ステージ１１４の現在位置と目標位置との偏差）を時系列的に示すグラフである。図２（ａ）では、縦軸を基板ステージ１１４の位置とし、横軸を時刻としている。また、図２（ｂ）では、縦軸を基板ステージ１１４の位置制御偏差とし、横軸を時刻としている。なお、以下では、基板ステージ１１４の位置制御偏差を、単に「制御偏差」と呼ぶことがある。
図２（ａ）を参照するに、基板ステージ１１４は、時刻０で移動を開始し、時刻３００付近で目標位置に到達していることがわかる。しかしながら、図２（ｂ）に示すように、時刻３００付近では、基板ステージ１１４の制御偏差が大きく残存しており、基板ステージ１１４が目標位置に完全に到達しているとはいえない状態である。半導体デバイスを製造するための露光装置には、基板ステージの位置合わせにナノメートルオーダーの精度が要求される。したがって、この場合、露光処理を開始できる時刻は、基板ステージ１１４の制御偏差が整定される時刻４５０以降となり、スループットの点で不利になりうる。
そこで、本実施形態の制御装置１２０は、基板ステージ１１４のフィードバック制御を行うためのフィードバック制御器１２２に加えて、基板ステージ１１４のフィードフォワード制御を行うためのフィードフォワード制御器１２４を含む。フィードバック制御器１２２は、基板ステージ１１４の現在位置（出力応答）と目標位置（目標値）との偏差を低減するように、基板ステージ１１４をフィードバック制御する。フィードフォワード制御器（ＦＦ制御器）１２４は、制御対象としての基板ステージ１１４にフィードフォワード操作量を与えて基板ステージ１１４の出力応答が目標値（目標データ）となるように、基板ステージ１１４をフィードフォワード制御する。
図３は、本実施形態における基板ステージ１１４の位置制御のブロック線図を示す図である。減算器２０２は、上述したレーザ干渉計１１８を含む計測部２０４で計測された基板ステージ１１４の現在位置と目標位置ｒとの偏差ｅを算出し、該偏差ｅをＦＢ制御器１２２に出力する。ＦＢ制御器１２２は、例えばＰＩＤ補償器を含み、減算器２０２で算出された偏差を低減するように（例えば零になるように）基板ステージ１１４を駆動するためのフィードバック操作量を求め、求めたフィードバック操作量を基板ステージ１１４に与える。一方、ＦＦ制御器１２４は、基板ステージ１１４の制御偏差を低減させるためのフィードフォワード操作量ｉを、加算器２０６でフィードバック操作量に加算して、基板ステージ１１４に与える。
次に、ＦＦ制御器１２４によって基板ステージ１１４に与えられるフィードフォワード操作量の決定方法について、図４を参照しながら説明する。図４は、フィードフォワード操作量の決定方法を示すフローチャートである。図４の各工程は、制御装置１２０によって行われうる。以下では、フィードフォワード操作量を「ＦＦ操作量」、フィードバック操作量を「ＦＢ操作量」と呼ぶことがある。
Ｓ１１では、制御装置１２０は、目標位置に配置された基板ステージ１１４に第１操作量を与え、そのときの基板ステージ１１４の出力応答（位置）を計測部２０４に計測させる。本実施形態では、図５（ａ）に示すようなインパルス信号を第１操作量として用いるが、ステップ信号やランプ信号などの他の信号を第１操作量として用いてもよい。図５（ａ）では、縦軸を操作量（振幅）とし、横軸を時刻としている。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すインパルス信号を第１操作量として基板ステージ１１４に与えたときに計測部２０４で計測された基板ステージ１１４の位置（出力応答）を時系列的に示すグラフである。図５（ｂ）では、縦軸を基板ステージ１１４の位置とし、横軸を時刻としており、図５（ｂ）に示すような基板ステージ１１４の出力応答は「インパルス応答」とも呼ばれる。
Ｓ１２では、制御装置１２０は、複数の目標位置の各々について、基板ステージ１１４の出力応答の計測結果を取得したか否かを判断する。目標位置は、例えば、基板上のショット領域にマスク１０６のパターンを転写するときに配置すべき基板ステージ１１４の位置に設定されうる。この場合、複数の目標位置は、基板上における複数のショット領域の各々にパターン形成を行うときの基板ステージ１１４の全ての位置を含むように設定されてもよい。また、複数の目標位置は、基板上における複数のショット領域のうち、幾つかのショット領域（サンプルショット領域）の各々にパターン形成を行うときの基板ステージ１１４の位置のみを含むように設定されてもよい。Ｓ１２において、複数の目標位置の各々について出力応答の計測結果を取得した場合にはＳ１３に進む。一方、出力応答の計測結果を取得していない目標位置がある場合にはＳ１１に戻り、該目標位置に基板ステージ１１４を配置して出力応答の計測を行う。
Ｓ１３では、制御装置１２０は、複数の目標位置の各々で取得した出力応答の計測結果に基づいて、基板ステージ１１４に第１操作量（例えばインパルス信号）を与えたときの出力応答の基準値（代表値、規定値）を決定する。制御装置１２０は、後述するＳ１４～Ｓ１５の工程において、複数の目標位置で共通に用いるＦＦ操作量を設定する場合と、複数の目標位置の各々についてＦＦ操作量を個別に設定する場合とがある。複数の目標位置で共通に用いるＦＦ操作量を設定する場合には、制御装置１２０は、複数の目標位置の各々で取得した出力応答の計測結果の平均値（時刻ごとの平均値を示すデータ）を基準値として決定しうる。なお、制御装置１２０は、出力応答の計測結果の平均値の代わりに、該計測結果の最大値や最小値、中央値などを基準値として決定してもよい。また、各目標位置についてＦＦ操作量を個別に設定する場合には、制御装置１２０は、複数の目標位置の各々で取得した出力応答の計測結果の平均値などを基準値として決定してもよいが、各目標位置について基準値を個別に決定してもよい。例えば、制御装置１２０は、複数の目標位置の各々で取得した出力応答の計測結果のうち、ＦＦ操作量を決定する対象の目標位置で取得された出力応答の計測結果を基準値として決定（選択）してもよい。
Ｓ１４では、制御装置１２０は、第１操作量（インパルス信号）とＳ１３で決定した出力応答の基準値との関係に基づいて第２操作量を決定する。第２操作量は、複数の時刻の各々で互いに異なりうる係数（ゲイン）を第１操作量に乗じて合成（結合）することによって得られる操作量である。制御装置１２０は、第１操作量と基準値とが線形関係で変化するとの仮定に基づいて、第２操作量を基板ステージ１１４に与えた場合に得られうる該基板ステージ１１４の出力応答を予測する。そして、予測した基板ステージ１１４の出力応答と目標応答との差が許容範囲内に収まるように（好ましくは、当該差が零になるように）、各時刻での係数を調整する近似計算を行うことにより第２操作量を決定する。
目標応答とは、例えば、フィードバック制御のみを行ったときの各時刻に対する基板ステージ１１４の制御偏差（図２（ｂ）に示すようなグラフ）のことである。目標応答は、目標位置への基板ステージ１１４の到達時刻（図２（ｂ）の時刻３００）から、基板ステージ１１４の整定時刻（図２（ｂ）の時刻４５０）までの期間における基板ステージ１１４の出力応答（制御偏差）を含みうる。また、目標応答は、到達時刻から整定時刻までの期間に限られるものではなく、それ以外の期間における基板ステージ１１４の出力応答を含んでもよい。
ここで、第１操作量を与えたときの基板ステージ１１４の出力応答（例えばインパルス応答）に含まれている高周波成分により、第２操作量を決定する際の近似計算において誤差が収束せずに、第２操作量を正常に求めることができない場合がある。この場合には、制御装置１２０は、基板ステージ１１４の出力応答に対し、低域通過フィルタ等のフィルタ処理や、窓関数を適用してもよい。
Ｓ１５では、制御装置１２０は、Ｓ１４で決定した第２操作量に基づいてＦＦ操作量を設定する。例えば、制御装置１２０は、Ｓ１４で決定した第２操作量を低減させるための操作量を、ＦＦ操作量として設定する。具体的には、Ｓ１４で決定した第２操作量における操作方向（即ち、基板ステージ１１４を駆動させるべき方向）を逆転（反転）させることによって得られた操作量を、ＦＦ操作量として設定する。このように設定されたＦＦ操作量をフィードバック操作量とともに基板ステージ１１４に与えることにより、フィードバック制御において残存しうる基板ステージ１１４の制御偏差を低減（相殺）させることができる。つまり、基板ステージ１１４の整定時間を短縮することができる。なお、Ｓ１４における第２操作量の決定、およびＳ１５におけるＦＦ操作量の設定についての具体的な方法は、特許第５９６８０１７号公報に記載されている。
上述したように、本実施形態の制御装置１２０は、目標位置に配置された基板ステージ１１４に第１操作量を与えたときの基板ステージ１１４の出力応答の計測結果を、複数の目標位置の各々について取得する。そして、複数の目標位置の各々について取得した計測結果に基づいて基板ステージ１１４の出力応答の基準値を決定し、決定した基準値に基づいて、基板ステージ１１４の制御偏差を低減させるためのＦＦ操作量を設定する。制御装置１２０は、このように設定されたＦＦ操作量をＦＢ操作量とともに基板ステージ１１４に与えて基板ステージ１１４の位置制御を行うことにより、基板ステージ１１４の整定時間を短縮することができる。
ここで、本実施形態では、フィードバック制御およびフィードフォワード制御の双方を用いて基板ステージ１１４の位置制御を行う例について説明したが、フィードバック制御を用いずに、フィードフォワード制御のみを行ってもよい。例えば、制御装置１２０は、目標位置に基板ステージ１１４を移動させた際の制御偏差に対してフィードバック制御を行わずに、当該制御偏差を低減するように上記の方法を経てＦＦ操作量を設定する。そして、設定されたＦＦ操作量を基板ステージ１１４に与えて（即ち、ＦＢ操作量を与えずに）基板ステージ１１４の位置制御を行いうる。
＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態の露光装置について説明する。本実施形態の露光装置は、第１実施形態の露光装置１と構成が同様であるため、装置構成の説明については省略する。
露光装置（リソグラフィ装置）では、原版や基板を保持するステージなどの制御対象を目標位置に精度よく且つ迅速に移動させることが望まれている。第１実施形態で説明したように設定されたＦＦ操作量を用いて該ステージ（基板ステージ１１４）の位置制御を行うことにより、広帯域にわたって精度よく且つ迅速に基板ステージ１１４の制御偏差を低減させることができる。しかしながら、露光装置１では、装置内の部品（例えば、基板ステージ１１４に実装される電気ケーブルや配管）が経年劣化を起こすと、第１操作量を与えたときの基板ステージ１１４の出力応答（即ち、インパルス応答）が変化することがある。この場合、ＦＦ操作量を更新せずに使用していると、基板ステージ１１４の制御偏差を精度よく且つ迅速に低減することが困難になりうる。そこで、本実施形態の露光装置１は、ＦＦ操作量を与えて基板ステージ１１４の位置制御を行ったときの制御偏差に関する評価値を求め、当該評価値が閾値以上である場合にＦＦ操作量を更新する。
図６は、基板１１２における複数のショット領域の各々にマスク１０６のパターンを転写する処理（露光処理）と、ＦＦ操作量の更新処理とを示すフローチャートである。ここで、本実施形態における複数の目標位置の各々は、第１実施形態と同様に、基板１１２における複数のショット領域の各々にパターン形成を行うときに基板ステージ１１４をそれぞれ配置すべき位置でありうる。また、本実施形態では、ＦＦ操作量を更新するか否かの判定を基板ごとに行う例について説明するが、それに限られず、例えばロットごとに当該判定を行ってもよい。
Ｓ２１～Ｓ２４は、基板１１２の各ショット領域に対して露光処理を行うための工程である。Ｓ２１～Ｓ２４では、制御装置１２０は、予め設定されたＦＦ操作量をＦＢ操作量とともに基板ステージ１１４に与えて基板ステージ１１４の位置制御を行っており、その期間において計測部２０４に計測させた制御偏差をメモリ１２６に記憶させる。
Ｓ２１では、制御装置１２０は、複数のショット領域のうち露光処理を行う対象のショット領域（以下、対象ショット領域）が投影光学系１１０の下方に配置されるように、対象ショット領域についての目標位置に基板ステージ１１４を移動させる。Ｓ２２では、制御装置１２０は、基板ステージ１１４の制御偏差が整定したか否か（即ち、制御偏差が許容範囲内に収まったか否か）を判定する。制御偏差が整定したと判定した場合にはＳ２３に進み、制御偏差が整定していないと判定した場合にはＳ２２を繰り返す。Ｓ２３では、制御装置１２０は、対象ショット領域を露光して、該対象ショット領域にマスク１０６のパターンを転写する（露光処理）。Ｓ２４では、制御装置１２０は、露光処理が未だ行われていないショット領域（未処理ショット領域）が基板１１２上にあるか否かを判定する。未処理ショット領域がある場合にはＳ２１に戻り、未処理ショット領域のうちの１つを対象ショット領域としてＳ２１～Ｓ２４を行う。一方、未処理ショット領域がない場合にはＳ２５に進む。
Ｓ２５～Ｓ３０は、ＦＦ操作量の更新処理を行うための工程である。
Ｓ２５では、制御装置１２０は、Ｓ２１～Ｓ２４において計測部２０４で計測されメモリ１２６に記憶された制御偏差に基づいて、制御偏差に関する評価値を求める。例えば、制御装置１２０は、評価期間における制御偏差の時間平均値および標準偏差を複数のショット領域で平均化して得られた値を、評価値として用いることができる。具体的には、制御装置１２０は、各ショット領域について、評価期間における制御偏差の時間平均値Ｍ（ｉ）および標準偏差Ｓ（ｉ）を、以下の式（１）、式（２）によってそれぞれ求める。式（１）、式（２）において、「ｉ」は、ショット領域の番号を示し、「ｅｒｒ（ｔ）」は、評価期間における制御偏差（時系列データ）を示し、「Ｔ」は、評価期間（時間）を示す。
Figure 0007148268000001
Figure 0007148268000002
そして、制御装置１２０は、式（３）、式（４）により、各ショット領域について求めた時間平均値Ｍ（ｉ）、標準偏差Ｓ（ｉ）を複数のショット領域で平均化し、それにより得られた値Ｍmeanおよび値Ｓmeanを評価値として用いる。式（３）、式（４）において、「Ｎ」は、基板上におけるショット領域の数を示す。なお、時間平均値Ｍ（ｉ）、標準偏差Ｓ（ｉ）をそれぞれ平均化した値Ｍmeanおよび値Ｓmeanに限られず、複数のショット領域での最大値や分散値などの他の統計値を評価値としてもよい。
Figure 0007148268000003
Figure 0007148268000004
ここで、評価期間は、任意に設定可能であるが、例えば、目標位置への基板ステージ１１４の到達時刻から露光処理の終了時刻までの期間（図２の期間Ａ）や、基板ステージ１１４の整定時刻から露光処理の終了時刻までの期間（図２の期間Ｂ）に設定されうる。また、評価期間は、目標位置への基板ステージ１１４の到達時刻から基板ステージ１１４の整定時刻までの期間（図２の期間Ｃ）や、基板ステージ１１４の移動開始時刻から露光処理の終了時刻までの期間（図２の期間Ｄ）などに設定されてもよい。
また、露光装置１が走査型露光装置である場合、制御装置１２０は、マスクステージ１０８と基板ステージ１１４との同期誤差の指標である同期移動平均ＭＡ、同期移動標準偏差ＭＳＤから評価値を求めてもよい。この場合、制御装置１２０は、各ショット領域について、以下の式（５）、式（６）により、同期移動平均ＭＡ、同期移動標準偏差ＭＳＤをそれぞれ求める。そして、複数のショット領域における同期移動平均ＭＡ、同期移動標準偏差ＭＳＤそれぞれの平均値、最大値、または分散値などの統計値を評価値として用いることもできる。式（５）、式（６）において、「ｙ」は、走査方向（Ｙ軸方向）における基板ステージ１１４の位置を示し、「Ｓ」は、露光スリットのサイズを示し、「ｓｙｎｃ（ｙ）」は、基板ステージ１１４の位置ｙにおける同期誤差を示す。また、「Ｎ」は、露光スリット内のサンプル点数を示す。なお、マスクステージ１０８と基板ステージ１１４との同期精度は、基板に既に形成されている下地パターンの凹凸の影響を受けるため、フォーカスセンサで計測された凹凸差が所定値以上である箇所については除外して評価値を求めてもよい。
Figure 0007148268000005
Figure 0007148268000006
図６に戻り、Ｓ２６では、制御装置１２０は、Ｓ２５で求めた評価値が閾値以上（第１閾値以上）か否かを判定する。閾値は、基板上へのパターン転写精度（例えば、基板ステージ１１４の位置決め精度）などに基づいて事前に設定されうる。評価値が閾値以上である場合にはＳ２７に進み、制御装置１２０は、評価値が閾値以上であるとの情報、即ち、ＦＦ操作量を更新するとの情報を出力する（ワーニング出力を行う）。例えば、制御装置１２０は、ＬＣＤディスプレイなどの表示部が露光装置１に設けられている場合には当該表示部に情報を出力してもよいし、オペレータが使用するコンピュータや携帯端末等に当該情報を出力してもよい。一方、評価値が閾値未満である場合にはＳ３０に進む。
Ｓ２８では、制御装置１２０は、Ｓ２５で求めた評価値に応じて、ＦＦ操作量の更新処理において使用すべき第１操作量を決定する
例えば、図７（ａ）に示すように、Ｓ２１～Ｓ２４の工程で取得された基板ステージ１１４の制御偏差に、数十Ｈｚ以下の低周波成分が多く含まれる場合、評価値として式（３）により求めた値Ｍmeanが大きくなり、重ね合わせ精度が低下しうる。この場合、ＦＦ操作量を求める際のサンプリング周期が長くなるように、第１操作量の印加時間（例えば、インパルス信号の時間幅）を長くすることが好ましい。したがって、制御装置１２０は、値Ｍmeanが所定値より大きい場合、更新前のＦＦ操作量を決定した際に使用した第１操作量より印加時間が長くなるように（例えば、値Ｍmeanが大きいほど印加時間が長くなるように）、第１操作量を決定するとよい。
一方、図７（ｂ）に示すように、Ｓ２１～Ｓ２４の工程で取得された基板ステージ１１４の制御偏差に、数十Ｈｚ以上の高周波成分が多く含まれる場合、評価値として式（４）により求めた値Ｓmeanが大きくなり、露光線幅が許容範囲から外れうる。この場合、第１操作量の印加時間（例えば、インパルス信号の時間幅）を短くすることが好ましい。したがって、制御装置１２０は、値Ｓmeanが所定値より大きい場合、更新前のＦＦ操作量を決定した際に使用した第１操作量より印加時間が短くなるように（例えば、値Ｓmeanが大きいほど印加時間が短くなるように）、第１操作量を決定するとよい。
また、第１操作量の振幅（例えば、インパルス信号の振幅）は、フィードフォワード制御を行っている期間において基板ステージ１１４に与えられる操作量の振幅と同等であることが好ましい。本実施形態のフィードフォワード制御は、第１操作量（インパルス信号）を与えたときの基板ステージ１１４の出力応答が、第１操作量の振幅に対して線形関係にあるという前提に基づいたものである。これに対し、基板ステージ１１４を駆動する駆動機構（ドライブ回路）が、高出力時と低出力時とで異なる動特性を有する場合がある。したがって、制御装置１２０は、更新前（前回）のＦＦ操作量を決定した際に使用した第１操作量に対し、Ｓ２１～Ｓ２４の工程で基板ステージ１１４に与えられる操作量の変化に対応する量だけ振幅を増減するように、第１操作量を決定するとよい。
Ｓ２９では、制御装置１２０は、Ｓ２８で決定した第１操作量を用いて、図４に示すフローチャートに従ってＦＦ操作量を新たに決定することにより、ＦＦ操作量を更新する。ここで、基板ステージ１１４の移動開始時刻から露光処理の終了時刻までの全期間についてＦＦ操作量を更新する場合、更新処理に多くの時間を費やしてしまうとともに、取得するデータ数も非常に多くなりうる。そのため、制御装置１２０は、目標位置への基板ステージ１１４の到達時刻から露光処理の終了時刻までの期間（図２の期間Ａ）のみのＦＦ操作量を更新するとよい。また、該到達時刻から基板ステージ１１４の整定時刻までの期間（図２の期間Ｃ）、もしくは、整定時刻から露光処理の終了時刻までの期間（図２の期間Ｂ）のＦＦ操作量を更新してもよい。
Ｓ３０では、制御装置１２０は、露光処理が未だ行われていない基板（未処理基板）があるか否かを判定する。未処理基板がある場合にはＳ２１に戻り、未処理基板がない場合には終了する。
上述したように、本実施形態の制御装置１２０は、ＦＦ操作量を与えて基板ステージ１１４の位置制御を行ったときの制御偏差に関する評価値を求め、当該評価値が閾値以上である場合にＦＦ操作量を更新する。また、ＦＦ操作量を更新する際には、該評価値に応じて新たに設定した第１操作量を用いる。これにより、装置内の部品の経年劣化等に起因して制御偏差が変化した場合においても、基板ステージ１１４を目標位置に精度よく且つ迅速に移動させるように、適切なタイミングでＦＦ操作量を更新することができる。
＜第３実施形態＞
本発明に係る第３実施形態の露光装置について説明する。本実施形態の露光装置は、基本的に第２実施形態の露光装置を引き継ぐものであり、ここでは、第２実施形態と異なる部分について説明する。図８は、本実施形態に係る露光処理とＦＦ操作量の更新処理とを示すフローチャートである。図８に示すフローチャートでは、図６に示すフローチャートに対して、Ｓ３１～Ｓ３２の工程が追加されており、それ以外の工程については第２実施形態で説明したとおりである。
Ｓ３１では、制御装置１２０は、複数の目標位置の各々について、Ｓ２８で決定した第１操作量を与えたときの基板ステージ１１４の出力応答を計測部２０４に新たに計測させる。Ｓ３２では、制御装置１２０は、複数の目標位置の各々について、Ｓ３１で新たに取得した出力応答の計測結果と前回取得した出力応答の計測結果との差分（即ち、出力応答の変動）を求め、求めた差分が閾値以上（第２閾値以上）であるか否かを判定する。当該差分が閾値以上である場合にはＳ２９に進み、当該差分が閾値未満である場合にはＳ３０に進む。
ここで、制御装置１２０は、Ｓ３２において、求めた差分が閾値以上となった目標箇所が所定数ある場合に、ＦＦ操作量の更新を行うと判定してもよい。また、制御装置１２０は、Ｓ２９において、Ｓ３２で求めた差分が閾値以上となった目標位置についてのみ、ＦＦ操作量を求めてもよい。さらに、制御装置１２０は、Ｓ２９において、Ｓ３１で取得した基板ステージ１１４の出力応答の計測結果を用いてもよい。
本実施形態の制御装置１２０は、新たに決定した第１操作量での基板ステージ１１４の出力応答の計測結果と、前回決定した第１操作量での基板ステージ１１４の出力応答の計測結果との差分に基づいて、ＦＦ操作量を更新するか否かを判断する。これにより、基板ステージ１１４を目標位置に精度よく且つ迅速に移動させるように、適切なタイミングでＦＦ操作量を更新することができる。
＜第４実施形態＞
本発明に係る第４実施形態の露光装置について説明する。図９は、本実施形態に係る露光処理とＦＦ操作量の更新処理とを示すフローチャートである。図９に示すフローチャートのＳ２１～２４、Ｓ３０の工程は、図６に示すフローチャートのＳ２１～Ｓ２４、Ｓ３０の工程と同様である。
Ｓ４１では、制御装置１２０は、第１操作量を与えたときの基板ステージ１１４の出力応答の計測結果を前回（最後に）取得したときからの経過時間を求める。ここで、Ｓ４１では、出力応答の計測結果を前回取得したときからの経過時間に代えて、ＦＦ操作量を前回（最後に）設定したときからの経過時間を求めてもよい。Ｓ４２では、制御装置１２０は、Ｓ４１で求めた経過時間が閾値以上（第３閾値以上）であるか否かを判定する。経過時間が閾値以上である場合にはＳ４３に進み、経過時間が閾値未満である場合にはＳ２１に進む。Ｓ４３では、制御装置１２０は、図４に示すフローチャートに従ってＦＦ操作量を新たに決定することにより、ＦＦ操作量を更新する。
上述したように、本実施形態の制御装置１２０は、基板ステージ１１４の出力応答の計測結果を前回取得したときからの経過時間に応じて、ＦＦ操作量の更新を行う。これにより、制御偏差が許容範囲から外れる前に、周期的にＦＦ操作量を更新することができる。ここで、本実施形態のＳ４１～Ｓ４３の工程は、第２実施形態で説明した図６に示すフローチャート、または、第３実施形態で説明した図８に示すフローチャートに追加することができる。
＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、上記のリソグラフィ装置（露光装置）を用いて基板上にパターンを形成する工程と、かかる工程でパターンを形成された基板を加工する工程とを含む。更に、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、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・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および変更が可能である。
１：露光装置、１０６：マスク、１０８：マスクステージ、１１２：基板、１１４：基板ステージ、１１８：レーザ干渉計、１２０：制御装置、１２２：フィードバック制御器、１２４：フィードフォワード制御器、２０４：計測部

Claims (30)

  1. 制御対象にフィードフォワード操作量を与えることにより前記制御対象の位置制御を行う制御装置であって、
    前記制御対象に第１操作量を与えたときの前記制御対象の第１出力応答を、前記制御対象が配置される複数の位置の各々について取得する工程と、
    前記複数の位置の各々で取得された前記第１出力応答に基づいて、前記制御対象に前記第１操作量を与えたときの前記制御対象の出力応答の基準値である基準出力応答を決定する工程と、
    複数の時刻の各々で係数を前記第１操作量に乗じて得られる複数の値を結合することによって第２操作量を決定する工程と、
    前記第２操作量に基づいて、前記フィードフォワード操作量を設定する工程と、
    を実行し、
    前記第２操作量を決定する工程において、前記制御装置は、前記第１操作量と前記基準出力応答との関係に基づいて、前記第２操作量を前記制御対象に与えたときの前記制御対象の出力応答として予測される第２出力応答と、前記制御対象に前記フィードフォワード操作量を与えずに前記制御対象の位置制御を行ったときの前記制御対象の制御偏差である目標応答と、の差が許容範囲内になるように前記複数の時刻の各々の前記係数を調整することによって前記第２操作量を決定する、ことを特徴とする制御装置。
  2. 前記制御装置は、前記複数の位置で共通に用いるための前記フィードフォワード操作量を設定する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記制御装置は、前記複数の位置の各々について前記フィードフォワード操作量を個別に設定する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  4. 前記制御装置は、前記複数の位置の各々で取得された前記第１出力応答のうち、前記フィードフォワード操作量を設定する位置に応じて選択された前記第１出力応答を前記基準値として決定する、ことを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
  5. 前記制御装置は、前記複数の位置の各々で取得された前記第１出力応答の平均値を前記基準値として前記基準出力応答を決定する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置。
  6. 前記制御装置は、前記フィードフォワード操作量を与えて前記制御対象の位置制御を行っているときの制御偏差に基づいて評価値を求め、前記評価値が閾値以上である場合に前記フィードフォワード操作量を更新する、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置。
  7. 前記制御対象は、基板を保持するステージであり、
    前記制御装置は、前記ステージが目標位置に到達した時刻から該目標位置で前記基板へのパターン形成が終了した時刻までの期間における前記制御偏差に基づいて前記評価値を求める、ことを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
  8. 前記制御対象は、基板を保持するステージであり、
    前記制御装置は、前記ステージが目標位置に到達して整定した時刻から該目標位置で前記基板へのパターン形成が終了した時刻までの期間における前記制御偏差に基づいて前記評価値を求める、ことを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
  9. 前記複数の位置は、前記ステージにより保持された基板上の複数の領域の各々にパターン形成を行うために前記ステージが配置される目標位置を含み、
    前記制御装置は、各目標位置に前記ステージを配置したときの前記制御偏差の平均値および標準偏差の少なくとも一方を前記評価値として求める、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の制御装置。
  10. 前記制御装置は、前記評価値に応じて印加時間を変更した前記第１操作量を用いて前記フィードフォワード操作量を更新する、ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の制御装置。
  11. 前記制御装置は、前記制御対象に与えられる操作量の変化に応じて振幅を変更した前記第１操作量を用いて前記フィードフォワード操作量を更新する、ことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の制御装置。
  12. 前記制御装置は、前記評価値が前記閾値以上である場合に、前記フィードフォワード操作量を更新するとの情報を出力する、ことを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の制御装置。
  13. 前記制御装置は、前記評価値が前記閾値以上である場合に、第１操作量を与えたときの前記制御対象の出力応答の計測結果を新たに取得し、新たに取得した計測結果と前回取得した計測結果との差が第２閾値以上である場合に前記フィードフォワード操作量を更新する、ことを特徴とする請求項６乃至１２のいずれか１項に記載の制御装置。
  14. 前記制御装置は、前記第１操作量を与えたときの前記制御対象の出力応答を計測したときからの経過時間が第３閾値以上である場合に前記フィードフォワード操作量を更新する、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の制御装置。
  15. 前記第２操作量を決定する工程において、前記制御装置は、前記第１操作量と前記基準出力応答とが線形関係で変化するとの仮定に基づいて前記第２出力応答を予測する、ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の制御装置。
  16. 制御対象にフィードフォワード操作量を与えることにより前記制御対象の位置制御を行う制御装置であって、
    前記制御対象に第１操作量を与えたときに計測された前記制御対象の第１出力応答を、前記制御対象が配置される複数の位置の各々について取得する工程と、
    前記第１操作量と、前記複数の位置の各々で取得された前記第１出力応答の基準値である基準出力応答とに基づいて、第２操作量を決定する工程と、
    前記第２操作量に基づいて、前記フィードフォワード操作量を設定する工程と、
    を実行し、
    前記第２操作量を決定する工程において、前記制御装置は、前記第２操作量を前記制御対象に与えたときの前記制御対象の出力応答である第２出力応答を予測し、前記第２出力応答と前記制御対象に前記フィードフォワード操作量を与えずに前記制御対象の位置制御を行ったときの前記制御対象の制御偏差である目標応答との差が許容範囲に収まるように前記第２操作量を決定する、ことを特徴とする制御装置。
  17. 前記第２操作量を決定する工程において、前記制御装置は、前記複数の位置の各々で取得された前記第１出力応答の平均値を前記基準値として前記基準出力応答を求める、ことを特徴とする請求項１６に記載の制御装置。
  18. 前記第２操作量を決定する工程において、前記制御装置は、互いに異なりうる複数の係数をそれぞれ前記第１操作量に乗じて得られる複数の値を時系列で結合することにより前記第２操作量を決定する、ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の制御装置。
  19. 前記制御装置は、前記複数の位置で共通に用いるための前記フィードフォワード操作量を設定することを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の制御装置。
  20. 前記制御装置は、前記複数の位置の各々について前記フィードフォワード操作量を個別に設定することを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の制御装置。
  21. 前記制御装置は、前記フィードフォワード操作量を与えて前記制御対象の位置制御を行っているときの制御偏差に基づいて評価値を求め、前記評価値が閾値以上である場合に前記フィードフォワード操作量を更新することを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれか１項に記載の制御装置。
  22. 前記制御対象は、基板を保持するステージであり、
    前記制御装置は、前記ステージが目標位置に到達した時刻から該目標位置で前記基板へのパターン形成が終了した時刻までの期間における前記制御偏差に基づいて前記評価値を求める、ことを特徴とする請求項２１に記載の制御装置。
  23. 前記制御対象は、基板を保持するステージであり、
    前記制御装置は、前記ステージが目標位置に到達して整定した時刻から該目標位置で前記基板へのパターン形成が終了した時刻までの期間における前記制御偏差に基づいて前記評価値を求める、ことを特徴とする請求項２１に記載の制御装置。
  24. 前記制御装置は、前記評価値に応じて印加時間を変更した前記第１操作量を用いて前記フィードフォワード操作量を更新する、ことを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか１項に記載の制御装置。
  25. 前記制御装置は、前記制御対象に与えられる操作量の変化に応じて振幅を変更した前記第１操作量を用いて前記フィードフォワード操作量を更新する、ことを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか１項に記載の制御装置。
  26. 前記制御装置は、前記評価値が前記閾値以上である場合に、前記フィードフォワード操作量を更新するとの情報を出力する、ことを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載の制御装置。
  27. 前記制御対象は、基板を保持するステージであり、
    前記制御装置は、前記基板における複数の領域の各々にパターン形成を行うために前記ステージが配置される複数の目標位置を含む、ことを特徴とする請求項１乃至２６のいずれか１項に記載の制御装置。
  28. 前記第１操作量は、インパルス信号、ステップ信号およびランプ信号のいずれか１つである、ことを特徴とする請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の制御装置。
  29. 基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置であって、
    制御対象としてのステージの位置制御を行う請求項１乃至２８のいずれか１項に記載の制御装置を含み、
    前記基板は、前記ステージによって保持されている、ことを特徴とするリソグラフィ装置。
  30. 請求項２９に記載のリソグラフィ装置を用いて基板上にパターンを形成する形成工程と、
    前記形成工程でパターンが形成された前記基板を加工する加工工程と、を含み、
    前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
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