KR100454000B1 - 리소그래피장치의제조방법 - Google Patents

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Abstract

리소그래피 장치의 개발, 설계, 제조 기간을 단축하는 동시에 장치 완성시에 각종 운동계의 종합 정밀도를 사전에 정확하게 예측할 수 있게 한다. 장치의 운동계를 구동시키는 제어계의 특성 모델(전달 특성)에 운동체를 유지하는 칼럼 등을 포함하는 기구계의 특성 데이터(진동의 전달 특성)를 반영시키고, 운동계의 전체적인 특성 모델을 작성하고, 이 전체 특성 모델에 대해서 운동계에 지령되고 입력 정보와 기구계에 가해지는 외란 정보를 가하고, 운동계의 종합 정밀도를 예측 연산하고, 그 정밀도에 따라서 설계 데이터를 수정하면서 장치를 제조한다.

Description

리소그래피 장치의 제조 방법{A PRODUCTION METHOD OF LITHOGRAPHY EQUIPMENT}
본 발명은 반도체 장치나 액정표시장치 등을 제조할 때 사용되는 리소그래피 장치의 설계, 제작 방법에 관한 것이며, 특히 주사노광 방식의 리소그래피 장치에 적합한 설계, 제조 방법에 관한 것이다.
근래 반도체 장치(메모리, 프로세서, 커스텀 IC 등)나 액정표시장치(TFT 형 텔레비전용, 노트북용 등)는 마이크로화가 더욱 더 진행됨과 더불어 장치 자체도 대형화되었다. 특히 반도체 장치의 제조 현장에서는 종래부터 1/5 축소 투영 노광 장치(스테퍼)를 써서 반도체 웨이퍼 위에 레티클(마스크)의 회로패턴을 투영 전사하고, 그 웨이퍼를 현상해서 소정의 프로세스(CVD 에칭 등)를 행하였다.
종래의 스테퍼는 원형 시야를 가지는 투영 렌즈계를 통해 웨이퍼 위의 국소적인 영역에 레티클의 회로 패턴 이미지를 투영 노광하는 것이며, 1회의 노광으로 전사가능한 디바이스의 사이즈는 투영 렌즈계의 시야 직경으로 제한되어 있다. 이 때문에 디바이스 제조 현장으로부터의 요구로, 디바이스 사이즈의 변경, 집적도(해상도)의 증대가 필요로 할 때마다, 투영 시야(직경)를 크게 하면서 해상도(개구수)를 향상시킨 투영 렌즈계를 탑재한 스테퍼가 도입되어 있다.
그런데 투영 시야의 대형화와 개구수의 증대는, 어느 것이도 투영 렌즈계를 구성하는 광학 소자의 대구경화를 의미하며, 투영 렌즈계의 양산화에 막대한 수고가 따른다. 특히 파장 248 nm 또는 193 nm의 자외선을 방사하는 엑시머 레이저 광원을 사용한 투영 노광 장치에서는, 웨이퍼 측의 개구수(N.A.)를 0.6 정도, 투영 시야의 직경을 30 mm 정도로 했을 때, 직경 130 내지 240 nm 정도의 복수개의 석영 렌즈와 직경 130 내지 170 nm 정도의 복수개의 형석 렌즈를 20 매 이상 조합한 투영 렌즈계가 탑재된다. 그러나, 이같은 대구경의 석영 렌즈나 형석 렌즈를 대량으로 제조하는 것은, 통상의 렌즈 초재를 제조하는 것보다 각별히 어렵다. 그래서 최근, 동일 투영 렌즈계를 사용해도 종래의 스테퍼보다 큰 디바이스 사이즈에 대응할 수 있는 방법으로서, 축소 투영에 적응한 주사 노광 방식인 소위 스텝 앤드·스캔 방식이 주목받고 있다.
상기 스텝·앤드·스캔 방식의 원리 자체는, 예컨대 J. Vac. Sci.Technol., 17(5) Sep./Oct. 1980 의 제 1,147 쪽 내지 제 1,155 쪽에 각종 노광 수법 중의 하나로서 소개되어 있다. 다만 상기 문헌에서는 원호 슬릿 형상의 투영 시야를 가진 축소 투영 광학계를 사용한 스텝·앤드·스캔 방식으로 설명되어 있다.
또, 투영 렌즈계의 원형 시야를 직선 슬릿으로 제한해서 주사 노광에 이용할 수 있는 것은, 예컨대 SPIE Vol.922 Optical/Laser Microlithography (1988)의 제 256 쪽 내지 제 268 쪽에 소개되어 있고, 또한 일본 특개평 제 4-277612 호 공보에는, 원형 시야를 갖는 축소 투영 렌즈계를 사용하여 실효적인 투영 시야를 원형 시야 내에서 직경을 따라 슬릿 형상(직사각 형상)으로 제한한 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치가 개시되어 있다.
이와 같은 스텝·앤드·스캔 방식의 축소 투영 노광 장치에서는, 회로패턴이 묘화된 레티클과 감광 기판(웨이퍼)을 축소 투영 렌즈계를 끼고 대향시키고, 레티클과 웨이퍼를 투영 배율(1/5 또는 1/4)과 동일 속도비로 등속 주사시켜야 한다. 이 때문에 레티클을 유지하는 레티클 스테이지와 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 스테이지는 적어도 주사 노광시의 이동 방향에 관해서 엄밀한 속도 제어하에서 매우 원활하게 이동할 것이 요구된다.
이 때문에 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 장치에서는 종래의 스테퍼와 달리, 웨이퍼 스테이지 등의 정지 정밀도(위치결정 정밀도)나 스테핑 정밀도 뿐만 아니라, 각 스테이지의 주사 이동 중의 동(動)특성의 정밀도도 웨이퍼 위에 노광되는 회로 패턴상의 전사 정밀도(선폭 오차, 상 왜곡, 배율 오차 등의 상질(像質)열화)를 좌우하는 중요한 요인이 된다.
이 때문에 예컨대, SPIE Vol. 1088 Optical/Laser Microlithography, (1989)의 제 424 쪽 내지 제 433 쪽에 소개된 종래의 스텝·앤드·스캔 방식에서는, 부상형 스테이지의 위치를 레이저 간섭계로 계측하면서 특별한 리니어 모터를 구동하여원활한 등속 제어를 실현하고 있다.
이상과 같은 종래의 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 장치에서는, 1매의 웨이퍼를 노광 처리하고 있는 동안, 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지가 거의 끊임없이 이동하고 있기 때문에, 장치 내의 각 구조물에 발생하는 응력이나 기계적인 왜곡의 거동도 시시각각 변화하고, 그와 같이 시시각각 변화하는 장치 환경하에서 웨이퍼의 노광을 안정적으로 행해야 된다.
그러기 위해서는 노광 장치를 구성하는 개개의 기구 요소(레티클 스테이지 기구, 웨이퍼 스테이지 기구, 또는 그들 각 스테이지 기구와 투영 광학계를 부착하는 칼럼 구조체)마다 최적의 구조 실계를 행하고, 최적의 제어를 달성할 수 있어야 한다. 이같이 노광 장치를 구성하는 특정의 요소 기구, 예컨대 웨이퍼 스테이지 기구만에 대해서 구조 해석적인 시뮬레이션을 행하여 기구계의 구조로부터 상정되는 스테이지 단체(單體)의 성능을 모색하는 수법은, 예컨대 1992년 4 월 1 일에서 3 일 까지의 일본 기계학회 제 69 기 통상 총회 강연회에서의 강연 논문집(Vol. C)의 제 11 쪽 내지 제 13 쪽에 『고속·고정밀도 위치결정 스테이지의 개발』이라는 제목으로 소개되어 있다.
그러나, 이런 종류의 투영 노광 장치(스테퍼, 얼라이너도 포함)는, 각 기구계만을 최적화했다고 해도 반드시 목표의 전사 정밀도가 얻어진다고는 말할 수 없다. 그 까닭은, 노광 장치의 전사 정밀도는 각 기구계의 특성만이 아니고 그것을 제어하는 각 제어계(구동 모터나 레이저 간섭계)의 특성, 칼럼 구조체의 특성, 또는 그것들을 수납하는 클린 챔버내의 공조 조건(송풍에 의한 공기흐름 등)이나 설치 장소의 바닥 진동 등의 요소에 의해서도 좌우되기 때문이다. 따라서, 종래와 같이 특정 기구계만의 구조 해석 시뮬레이션을 행하여 그 특정 기구계만을 최적화(고유 모드의 최적화)해도, 노광 장치의 종합 전사정밀도를 그 시뮬레이션 결과로 부터 정확하게 예측하기는 어려웠다.
종래의 설계, 제조 수법에서는, 과거의 경험 법칙에 의거해서 각 기구계와 각 제어계를 단독으로 최적화하는 것만으로 노광 장치 전체를 조립하기 때문에, 종합 전사 정밀도의 추정은 장치 완성 후의 시뮬레이션이나 실제의 테스트 노광에 의한 평가를 기다리게 된다. 이 때문에 목표 성능을 만족하는 노광장치를 완성시키기 위해선, 많은 시험 제작이나 각 부분마다의 성능 실험을 반복할 필요가 있어, 장치 개발에 긴 기간을 요한다는 문제가 있다.
또 장치 완성후에 발견된 문제점의 개선에 있어서도, 그것이 충분한 정밀도로 개선되기까지, 개량 부분이나 개량 부품의 설계, 제작, 조립, 측정을 반복할 필요가 있어, 이것도 노광 장치의 양산화까지의 기간을 길게 하였다. 또 개량 부분이나 개량부품의 완성도의 측정, 또는 그 개량을 실시하여 얻어지는 정밀도 측정에는 나노 미터의 계측 정밀도가 요구되므로, 신뢰성이 있는 데이터를 취득하기 위해선 대규모 설비가 필요하며, 이것은 제조 비용의 앙등, 반도체 제조 업체로의 장치 납입의 지연을 의미한다.
그러므로 본 발명은, 이상과 같은 문제점을 해결하여, 개발 기간을 단축하는 동시에 개발 비용을 낮춘 리소그래피 장치의 제조방법을 얻는 것을 목적으로 한다.또, 본 발명은, 제조 경험이 없는 신규 기능을 탑재한 리소그래피 장치의 개발 리스크를 대폭적으로 작게 한 제조방법을 얻는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 시함 제작된 후의 리소그래피 장치를 평가하여 문제점이 발견된 때의 수정, 수작업의 기간을 최소로 한 제조방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
<<과제를 해결하기 위한 수단>>
본 발명은 마스크(R:레티클), 조명용의 조명계(2 내지 8), 마스크를 유지하는 마스크 스테이지(RST), 감응 기판(W: 웨이퍼)을 유지하여 2차원 이동하는 기판 스테이지(WST), 적어도 마스크 스테이지와 기판 스테이지가 소정의 관계로 부착되는 칼럼 구조체(CL2, CL3), 복수의 구동원(11,13)과 복수의 간섭계(10,12)로 구성되는 각 스테이지의 이동 제어계(14), 및 조사계, 각 스테이지, 칼럼 구조체, 제어계의 구동원, 간섭계를 공조시킨 환경 내에 수납하는 쳄버를 구비하며, 마스크의 회로 패턴을 감응 기판 위에 소정의 전사 정밀도로 노광하는 리소그래피 장치를 제조하는 방법에 적용된다.
그리고 본 발명의 특징적인 공정에 있어서는, (a) 적어도 각 스테이지(RST, WST)와 칼럼 구조체(CL, CL2, CL3)와의 각각의 기구계의 설계 데이터에 의거해서 기구계의 해석용 모델을 작성하는 동시에, 제어계의 특성 모델을 작성하는 단계(스텝(202,203))와, (b) 기구계의 해석용 모델로부터 특정되는 특성 데이터와 제어계의 특성 모델과의 양쪽에서 리소그래피 장치의 운동계의 전체 특성 모델을 작성하는 단계(스텝(205))와, (c) 전체 특성 모델에 대해서, 쳄버 내의 공조 상태, 쳄버 자체의 진동, 또는 바닥의 진동 등에 의해 발생하는 외란 정보와, 각 스테이지 자체의 가감속 정보를 가함으로써 감응기판 상에서의 회로 패턴의 전사 정밀도를 산정하는 단계(스텝(207))와, (d) 산정된 전사 정밀도가 목표값에 이르고 있지 않을 때는, 기구계의 설계 데이터 또는 제어계의 설계 데이터 중 적어도 일부를 수정하여 목표값이 얻어질 때까지 (a), (b), (c) 단계를 재실행하는 단계(스텝(208))와, (e) 전사 정밀도가 목표값에 이르고 있을 때는, 그 때에 사용한 기구계의 설계 데이터와 제어계의 설계 데이터에 따라 적어도 각 스테이지(RST, WST)와 칼럼 구조체(CL2, CL3)를 제작하는 단계(스텝: 209,211,213)를 실행하도록 했다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법의 대상으로 되는 축소 투영형 주사 노광장치의 구성을 도시한 도면.
도 2 는 도 1에 나타낸 장치의 칼럼 구조의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 설계, 제조의 순서를 나타낸 플로우 차트.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 설계 순서의 과정에서 특정한 주사노광 장치의 기구계의 해석용 모델의 일 실시예를 나타낸 사시도.
도 5 는 도 1에 나타낸 주사 노광 장치의 각 스테이지의 구동시에 발생하는 기구계의 진동의 영향을 모식적으로 설명한 도면.
도 6 은 도 4와 같이 작성된 해석용 모델을 써서 얻어진 기구계의 특정 부분 사이의 전달 특성의 일 실시예를 나타낸 그래프.
도 7 은 기구계의 특성 데이터와 제어계의 특성 모델을 조합해서 작성되는 운동계의 전체 특성 모델의 일 실시예를 도시하는 블록선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
R : 레티클 RST : 레티클 스테이지
W : 웨이퍼 WST : 웨이퍼 스테이지
PL : 투영 렌즈계 CL : 칼럼 구조체
CL1 : 조명계 칼럼 구조체 CL2 : 투영계 칼럼 구조체
CL3 : 베이스 칼럼 구조체 10,12 : 간섭계 시스템
11,13 : 구동계
202 : 기구계의 해석 모델의 작성 공정
203 : 제어계의 특성 모델의 작성 공정
204 : 기구계와 제어계를 조합한 전체 특성 모델의 작성 공정
209 : 노광 정밀도(전사 정밀도)의 예측 연산의 단계
본 발명에서는 장치의 개발 설계 단계에서, 기구계의 해석용 모델로부터 특정되는 특성 데이터(기구계의 전달 함수)를 제어계의 특성 모델 내에 반영시켜서 장치 내의 운동계의 전체 특성 모델, 특히 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지의 각 운동에 관한 전달 함수를 사용한 시그널 플로우 선도(SFC)에 의한 모델을 결정하고, 이 전체 특성 모델에 대해 실제의 운동량의 정보(가감속 정보)와 장치 가동시에 상정되는 외란 정보(쳄버 내의 공조에 의한 공기 진동, 간섭계의 광로 공조에 의한 영향, 챔버의 동력원의 진동이나 예상되는 설치장소의 바닥 진동 등)을 가함으로써, 노광시에 얻어지는 전사 정밀도(선폭 변화량, 상 왜곡량, 배율 변화량, 포커스 변동량, 쇼트 내의 해상력 얼룩 등)를 예측할 수 있게 했다.
이 때문에, 대규모의 고가 측정 장치를 사용하여 장치의 각 부분의 성능을 실측하여 전사 정밀도를 예측하기 위해 리소그래피 장치 전체를 시험 제작할 필요가 없어지며, 또한 많은 테스트 노광을 반복하고 전사 정밀도를 확인하여 문제점을확인하는 작업이나 정밀도 개선을 찾아내는 작업에 있어서도, 개량을 위한 부품을 실제로 고쳐 만들거나, 그 개량 부품을 실제로 장치에 장착해서 다시 전사 정밀도를 측정할 필요는 거의 없어지므로, 장치 개발 기간이 대폭 단축되는 동시에, 최종적인 전사 정밀도를 목표값에 가져오기 때문에 개량 부품, 개선 기구를 실제로 만들지 않고도 많은 개량안, 개선안을 단시간 동안에 시행할 수 있다.
또 본 발명은 레티클의 패턴을 감광 기판 위의 쇼트 영역에 노광할 때 레티클과 감광 기판과의 얼라인먼트 정밀도가 끊임없는 진동의 영향을 받아서 열화될 위험성이 높은 주사형 노광 장치의 개발, 설계, 제조에 매우 적합하다. 특히 축소 투영 광학계를 탑재한 주사 노광 장치에서는 웨이퍼 위의 한 개의 쇼트 영역을 노광하는 동안에 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지가 투영 광학계에 대해서 일정 속도비로 이동하고, 그 후 다음 쇼트 영역의 노광을 위해서 웨이퍼 스테이지가 일정량 스테핑 이동하기 때문에, 통상의 스테퍼와 비교하면 장치 내의 각 구조물에는 고유 진동이 발생하기 쉽고, 이것이 전사 정밀도의 열화를 초래하게 된다.
그러나 본 발명에 따른 방법에서는, 그와 같이 노광 장치 내의 각 부에 발생하기 쉬운 진동의 상황을 특정하기 위해서, 미리 기구계의 해석용 모델로부터 특정되는 특성 데이터와 제어계의 특성 모델과의 양쪽을 조합해서 작성한 전체 특성 모델을 준비하고, 이 전체 특성 모델을 사용하여 각 기구계를 운동시켰을 때 필연적으로 생기는 진동 상황과 챔버 내의 공조 등의 외란에 의해 생기는 진동 상황을 종합적으로 시뮬레이션하고, 그것들의 진동 영향을 포함하여 전사 정밀도를 확인하고 있으므로 실제 노광 장치의 가동 상태에서의 정밀도 평가가 가능하다.
따라서 이하, 본 발명에 적합한 실시 형태로서 주사형 노광 장치의 설계, 제조 순서를 도면을 참조하여 설명하기 전에, 먼저 전형적인 주사 노광 장치의 일례를 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 주사 노광 장치를 구성하는 각 기능 유닛을 블록화해서 나타낸 것이며, 여기에서는 챔버를 생략하고 있다.
[적합한 장치 구성의 설명]
도 1은 노광용 광원으로서 KrF, ArF 엑시머 레이저 광원(l)을 사용한 주사 노광장치의 전형적인 구성을 나타낸다. 상기 광원(1)은 발진 단계에서 자외역의 레이저광을 방사하는 것, 이외에 고체(YAG) 레이저 광원으로부터의 파장 1 ㎛ 대의 레이저광을 서로 다른 복수의 주파수로 위상 변조해서 스펙트럼 폭을 확대하고 나서 파장 변환 소자에 입사시켜, 파장 0.2 ㎛ 대의 자외역의 고주파 레이저를 방사하는 것, 또는 이런 종류의 노광 장치에서 널리 사용되고 있는 수은 방전 램프라도 좋다.
이제 레이저 광원(1)으로부터의 조명광은 렌즈계와 플라이 아이 렌즈계로 구성되는 균일화 광학계(2), 빔 스플리터(3), 광량조정용의 가변 감광기(4), 미러(5) 및 릴레이 렌즈계(6)를 거쳐 레티클 블라인드 기구(7)를 균일한 조도분포로 조사한다. 레티클 블라인드(7)에서 슬릿 형상 또는 직사각형 형상으로 제한된 조명광은 결상 렌즈계(8)를 거쳐 레티클(R) 위에 조사되며, 레티클(R) 위에는 레티클 블라인드(7)의 개구상이 결상된다.
레티클(R)에 형성된 회로 패턴 영역 중, 레티클 블라인드(7)로 제한된 조명광에 의해서 조사되는 부분의 상은 양측 텔레센트릭으로 투영 배율 1/4, 상측 개구수 0.7, 상측의 시야 직경이 27 내지 30 mm 정도의 축소 투영 렌즈계 (PL)를 거쳐서 감광 기판으로서의 웨이퍼(W) 상에 결상 투영된다. 그리고 이 투영 렌즈계(PL)의 물체면측에 배치되는 레티클(R)은 주사 노광시에 적어도 1차원으로 정속 이동하는 레티클 스테이지(RST)에 유지되며, 투영 렌즈계 (PL)의 상면측에 배치되는 웨이퍼(W)는 주사 노광시에 적어도 1차원으로 정속 이동하는 동시에, 그것과 직교하는 방향으로도 이동하도록 2차원 이동 가능한 웨이퍼 스테이지(WST)에 유지된다.
레티클 스테이지(RST)의 이동 위치(주사 방향 및 이와 직교하는 방향으로 각각의 이동량 및 회전 방향의 변위량)는 레티클 스테이지(RST)에 고정된 이동경(Mr)과 레이저 간섭계 시스템(10)으로 순차적으로 계측되며, 그 이동은 리니어 모터나 미동 직선 액추에이터 등으로 구성되는 구동계(11)에 의해 수행된다. 또 웨이퍼 스테이지(WST)의 이동 좌표 위치(주사 방향 및 이와 직교하는 방향의 각 이동량 및 회전 방향의 변위량)는 투영 렌즈계(PL)의 하부에 고정된 기준경(Mf)과 웨이퍼 스테이지(WST) 위의 이동경(Mw)과의 기러 변화를 계측하는 레이저 간섭계 시스템(12)으로 순차적으로 계측되며, 그 이동은 이송 나사 회전용의 직류 모터, 리니어 모터 또는 미동 액추에이터 등으로 구성되는 구동계(13)에 의해 수행된다.
스테이지 제어 유닛(14)은 간섭계 시스템(10)의 계측 정보에 의거해서 구동계(11)를 최적으로 제어하는 CPU 를 포함하는 레티클 측의 제어 회로와 간섭계 시스템(12)에 의한 계측 정보에 의거해서 구동계(13)를 최적으로 제어하는 CPU를 포함하는 웨이퍼 측의 제어 회로를 포함하며, 주사 노광시에 레티클(R)과 웨이퍼(W)를 동기 주사할 때는 그 양쪽의 제어 회로가 각 구동계(11,13)를 협조 제어한다.
또 노광 장치 전체를 통괄적으로 제어하는 메인 컴퓨터(20)는 스테이지 제어 유닛(14) 내의 각 CPU 와 서로 커맨드나 파라미터를 수수하여, 작업자가 지정한 프로그램에 따라 최적의 노광 처리를 수행한다. 이를 위해 작업자와 컴퓨터(20)와의 인터페이스를 이루는 조작 패널 유닛(21:입력 디바이스와 표시장치를 포함)이 설치된다.
또한 광원(1)이 엑시머 레이저 광원인 경우는, 메인 컴퓨터(20)와 인터페이스된 레이저 제어 유닛(25)이 설치되며, 이 유닛(25)은 레이저 광원(1)의 펄스 발진 모드(원 펄스 모드, 버스트 모드, 대기 모드 등)를 제어하는 동시에 방사되는 펄스 레이저광의 평균 광량을 조정하기 위해서 레이저 광원(1)의 방전용 고전압을 제어한다. 또 광량 제어 유닛(27)은 빔 스플리터(3)로 분할된 조명광의 일부를 수광하는 광전 검출기(26)로부터의 신호에 의거해서, 적정 노광량이 얻어지도록 가변 감광기(4)를 제어하는 동시에, 펄스 조명광의 강도(광량) 정보를 레이저 제어 유닛(25)과 메인 컴퓨터(20)로 보낸다.
그런데 도 1의 노광 장치에는, 레티클(R)과 웨이퍼(W)와의 얼라인먼트를 달성하기 위해서, 레티클(R)을 소기 위치에 실정하는 레티클 얼라인먼트(30: RA계), 투영 렌즈계(PL)를 통해서 웨이퍼(W) 위의 위치맞춤마크를 검출하는 TTL 얼라인먼트계(31), 그리고 투영 렌즈계(PL)의 외부에 고정되어 웨이퍼(W) 위의 마크를 검출하는 오프 액시스 얼라인먼트계(32)가 설치되어 있다. 이들 TTL 얼라인먼트계(31)와 오프 액시스 얼라인먼트계(32)는 1 매의 웨이퍼의 노광 처리 직전에, 웨이퍼(W) 위의 몇 개의 쇼트 영역에 부수된 복수의 마크를 순차 검출하여, 쇼트 영역의 정확한 배열 좌표를 결정하기 위해 사용된다.
또 온도나 습도가 제어된 청정한 기체를 웨이퍼 측의 간섭계 시스템(12)의 측장빔이나 기준빔의 광로와 거의 수직인 방향으로부터 층류화하여 분출하는 송풍 덕트(35)가 설치되어 있다. 이 송풍 덕트(35)에 의해, 측장 광로, 기준광로의 공기 온도 얼룩(온도가 상이한 공기 덩어리의 완만한 이동)을 없앰으로써 간섭계 시스템(12)의 계측값의 요동이 감소한다. 또한 도 1에서는 생략했지만, 이와 같은 송풍 덕트는 레티클 측의 간섭계 시스템(10)의 측장 광로에 대해서도 마찬가지로 설치하는 것이 바람직하다.
그런데 도 1에 도시한 노광 장치를 구성하는 각 요소 기구는 도 2에 도시한 바와 같이 예컨대, 3개의 칼럼 구조체(CL1, CL2, CL3)로 나누어 부착된다. 도 1에 도시한 균일화 광학계(2), 빔 스플리터(3), 가변 감광기(4), 미러(5), 릴레이계(6), 블라인드 기구(7) 및 결상 렌즈계(8)로 이루어 지는 조명계는 조명계 칼럼 구조체(CL1)에 부착되고, 레티클 스테이지(RST), 투영 렌즈계(PL), 간섭계(10), 구동계(11), RA계(30), TTL 얼라인먼트계(31), 오프·액시스 얼라인먼트계(32) 등은 투영계 칼럼 구조체(CL2)에 부착되고, 웨이퍼 스테이지(WST), 간섭계 시스템(12), 구동계(13), 송풍 덕트(5) 등은 베이스 칼럼 구조체(CL3)에 부착된다.
그리고 조명계 칼럼 구조체(CL1)는 그 전체의 무게 중심 부분에서 지주(KS)를 거쳐 베이스 칼럼 구조체(CL3) 위에 고정되고, 투영계 칼럼 구조체(CL2)도 베이스 칼럼 구조체(CL3) 위에 결합되어 일체화된다. 그리고 베이스 칼럼 구조체(CL3)는 방진대(MS)를 거쳐서 설치 건물의 바닥면(FL) 위에 놓여진다. 이 방진대(AIS)는 바닥면(FL)으로부터의 진동이 노광 장치 본체(칼럼구조체)로 전해지는 것을 방지하는 동시에, 노광 장치 내의 중량체(특히 스테이지(RST, WST))의 이동에 의한 장치 전체의 무게 중심 변화에 의한 기울기(요동)를 방지하는 기능을 가진다.
또 도 2의 조명계 칼럼 구조체(CL1)의 일부에 설치된 포트부(PT)는 엑시머 레이저 광원(1)에서의 빔을 도입하기 위한 것으로, 노광장치 전체 중에서 바닥면(FL)에 대한 기울기나 요동이 가장 적은 부분의 근처에 설치된다. 또한 포트부(PT) 내에는 미러가 설치되며, 도 2와 같이 수직으로 배치된 파이프 (TB)를 통해 유도되는 레이저 광원(1)으로부터의 빔을 반사하여 조명계 칼럼 구조체(CL1)에 도입한다. 그 포트부(PT)의 부착 방향을 바꿈으로써, 파이프(TB)의 방향을 수평으로 할 수 있으며, 레이저 광원(1)의 설치 장소, 설치 방향에 자유도를 가지게 한다.
이상과 같은 노광 장치의 전체 구조 중, 본 실시예에서는 특히 레티클 스테이지(RST), 웨이퍼 스테이지(WST), 투영계 칼럼 구조체(CL1) 및 베이스 칼럼 구조체(CL2)의 복합 구조체를 기구계의 해석용 모델로 하고, 그것에 의거해서 운동계에 관한 전체 특성 모델을 작성해서 전사 정밀도(노광 정밀도)를 시뮬레이션하는 것으로 한다. 그래서 우선 본 실시예에서 적용되는 기구계의 해석 모델에 대해서 설명한다.
[기구계의 구조해석용 모델의 설명]
도 4는 본 실시예에서 상정한 기구계의 해석용 모델의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 4의 구조는 도 2에 도시한 각 칼럼 구조체의 형상과 약간 다르지만, 그것은 기구계의 모델 위에서 시뮬레이션에 영향을 주지 않는다고 생각되는 부분을 생략 또는 변형했기 때문이며, 특히 투영계 칼럼 구조체 (CL2)와 베이스 칼럼 구조체(CL3)는 1 개의 칼럼 구조체(CL)로서 마무리하였다.
우선 도 4에 있어서, 레티클 스테이지(RST)는 Y 방향(주사 노광 방향)으로 신장한 직선 가이드부(100A,100B)에 에어 베어링으로 안내되어 Y 방향으로 1차원 이동하도록 구성되며, 상기 이동은 도 1 중의 구동계(11)로서 설치된 2 개의 리니어 모터(102:가동자(102A) 와 고정자(102B), 103:가동자(103A)와 고정자(103B))에 의해 수행된다. 각 리니어 모터의 고정자(102B, 103B)는 가이드부(100A,100B)가 부착되는 고정 베이스부(105) 위에 고정되며, 이 고정 베이스부(105)는 칼럼 구조체(CL)의 상방에 부착된다. 또 레티클 스테이지(RST)의 X 방향의 이동도 적당한 직선 액추에이터(피에조 소자, 보이스 코일모터, 기계적인 푸시 풀 기구)에 의해서 행해지는데, 여기에서는 도시를 생략하였다.
칼럼 구조체(CL)는 도 4에 나타낸 바와 같이 베이스 판(107)의 4 구석에 세워진 4 개의 지주를 가지며, 그 지주로 에워싸인 베이스 판(107) 위에는 웨이퍼 스테이지(WST)용의 정반(109)이 부착된다. 이 스테이지(WST)는 정반(109) 위에 지지된 직선 가이드로 안내되어 Y 방향으로 1차원 이동하는 Y 스테이지부와, 이 Y 스테이지부의 위를 직선 가이드를 따라 X 방향으로 이동하는 X 스테이지부로 구성된다. 그리고 웨이퍼 스테이지(WST)의 Y 스테이지부의 이동은 도 1 중의 구동계(13)로서 정반(109)의 양측에 설치된 2개의 리니어 모터(110:가동자(110A) 및 고정자(110B), 112:가동자(112A) 및 고정자(112B))에 의해 수행된다. 물론 웨이퍼 스테이지(WST)의 X 스테이지부의 이동도 리니어 모터 등으로 행해지지만, 도 4에서는 생략하였다.
또한 각 스테이지의 구동계의 해석용 모델 위에서의 형상, 실제의 노광 장치에 사용되는 방식(리니어 모터 이외의 경우, 예컨대 이송 나사와 너트를 조합한 방식 등)에 맞춰서 결정된다. 또 칼럼 구조체(CL)의 기본적인 형상도 실제 노광 장치의 구조에 유사한 것에 설정된다.
[제어계와 기구계의 상호작용에 관한 설명]
여기에서 앞의 도 1, 도 2 및 도 4의 각 장치의 구성을 염두에 두고, 도 5를 참조해서 기구계의 특성 데이터와 제어계의 특성 모델과의 관계를 개념적으로 설명한다. 도 5에 있어서, 앞의 도 1, 도 2 및 도 4 에 도시한 부재와 동일한 것에는 동일 참조 부호를 붙였다. 또 도 5에서는 주로 웨이퍼 스테이지(WST)의 운동에 기인하는 영향을 설명하는데, 다른 운동계에 관해서도 전적으로 같은 해석 수법을 적용할 수 있다.
도 5에서, 웨이퍼 스테이지(WST)를 예컨대 Y 방향으로 이동시키기 위한 입력 정보(목표 위치 좌표, 속도 지령값 등)가 스테이지 제어 유닛(14)에 입력되면, 구동계(13:리니어 모터(110,112))에 가세되어 스테이지(WST) 측에 부착된 가동자(110A,112A)가 Y 방향의 힘을 발생하고, 그 힘이 스테이지(WST) 본체에 작용해서 Y 방향의 이동이 시작된다.
웨이퍼 스테이지(WST)의 이동에 의해서, 스테이지(WST) 위에 부착된 이동경(Mwx, Mwy)도 이동하고, 스테이지(WST)의 Y 방향의 위치는 투영 렌즈계(PL)의 하부에 고정된 기준경(Mfy)을 기준으로 한 이동경(Mwy)의 위치 변화로 하여 Y,θ간섭계 시스템(12Y,12θ)으로 계측된다. 이 Y,θ간섭계 시스템(12Y,12θ)은 그 계측값의 평균값을 구함으로써 Y 방향의 위치를 계측하고, 그 계측값의 차이를 구함으로써 스테이지(WST)의 요잉량을 계측한다. 또한 스테이지(WST)가 Y 방향으로만 이동하는 경우에도, X 간섭계 시스템(12X)은, 투영 렌즈계(PL)의 하부에 고정된 기준경(Mfx)을 기준으로 한 이동경(Mwx)의 X 방향의 위치 변화를 계측하고 있다. 그리고 스테이지 제어 유닛(14)은 Y,θ간섭계 시스템(12Y,12θ)과 X 간섭계 시스템(12X)의 각 계측값에 의거해서 구동계(13)를 최적으로 제어한다.
이와 같이 구동계(13)가 가세되면, 스테이지(WST)의 가속도(또는 감속도)에 의해서 스테이지(WST)는 그 자체의 구조(강성)에 따른 고유 모드로 미소 진동하고, 그 진동이 각 이동경(Mwx, Mwy)에도 전해진다. 또 스테이지(WST)의 가감속시에는 구동계(13)로서의 리니어 모터(110,112)의 고정자(110B,112B)에 반력이 가해지고, 이것이 칼럼 구조체(CL3, CL2:도 4 중의 CL)에 전해지며, 칼럼 구조체는 그 자체의 구조(강성)에 따른 고유 모드로 미소 진동할 수 있다. 칼럼 구조체의 미소 진동은 투영 렌즈계(PL)의 경통을 거쳐 기준경(Mbr, Mh)에도 전해진다.
또한 시간적인 지연을 수반하며 양적으로는 작으나 스테이지(WST)의 가감속을 수반하는 이동에 의해 장치 전체가 경사질 때 방진대(AIS)가 작동하고, 그 방진대(AIS)의 반발력에 의한 미소 진동이 칼럼 구조체(CL3, CL2)와 투영 렌즈계(PL)를 거쳐 기준경(Mfy, Mfx)에 전해진다. 또 방진대(AIS)의 구성에 의해서는, 바닥면(FL)의 비교적 높은 주파수 성분의 미소 진동이 충분하게 감쇠되지 않고 칼럼 구조체(CL3, CL2)에 전달되고, 그 미소진동은 투영 렌즈계(PL)를 거쳐 마찬가지로 기준경(Mfy, Mfx)에도 전해진다.
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 구동계(13)에 의해 웨이퍼 스테이지(WST) 위의 어느 부분(가진점(加振点))에 가속력이 작용함으로써, 이동경(Mwx,Mwy) 각각에는 기구계(여기에서는 스테이지(WST), 칼럼 구조체(CL2,CL3), 투영 렌즈계(PL)의 종합적인 전달 특성에 기인한 고유의 미소 진동이 발생한다. 이 미소 진동은 예컨대, 스테이지(WST)의 Y 방향 이동시의 위치 변화를 계측하는 Y,θ간섭계 시스템(12Y,12θ)의 각 계측값의 변동으로 되어 나타나므로, 스테이지 제어 유닛(14)에 의한 구동계(13)의 서보 제어의 안정성, 제어 정밀도를 열화시키는 것으로 된다.
따라서, 스테이지 제어 유닛(14)과 구동계(13)와의 각 전기 특성으로 결정되는 제어계의 특성 모델만으로 웨이퍼 스테이지(WST)의 동(動)특성을 시뮬레이션해도 기구계의 미소 진동에 의한 영향이 반영되어 있지 않은 만큼 정확성이 결여된다는 것을 알 수 있다. 그래서 예컨대, 스테이지(WST) 위의 구동계(13)에 의한 가진점(리니어 모터 가동자(110A,112A))에 어떤 힘을 가했을 때에 칼럼 구조체, 투영 렌즈계(PL)를 거쳐서 기준경(Mfy)으로 전하는 미소진동의 가속도를 특정하는 전달 특성상의 복수의 파라미터를 기구계의 1 개의 특성 데이터군으로서 작성하고, 그 특성 데이터군을 제어계의 특성 모델로 되는 블록선도(SFC) 중에 반영시키게 한다.
또, 도 5 에 도시한 바와 같이, 레티클 스테이지(RST)의 Y 방향의 좌표 위치와 회전 변위량은 Y,θ 간섭계 시스템(10Y,10θ)에 의해 계측되며, 레티클 스테이지(RST)의 X 방향의 좌표 위치는 X 간섭계 시스템(10X)에 의해서 계측되는데, 각각 레티클 스테이지(RST)에 고정된 이동경(Mry, Mrθ, Mrx)과 투영 렌즈계(PL)의 상부 또는 투영계 칼럼 구조체(CL2)에 고정된 기준경(Mcy, Mcθ, Mcx)을 가지고 있다.
따라서 앞에 설명한 바와 같이 웨이퍼 스테이지(WST)가 가감속을 행하면, 그것에 의해서 야기되는 칼럼 구조체의 진동이 레티클 측의 간섭계 시스템(10Y,10θ,10X)의 각 기준경(Mcy, Mcθ, Mcx)에 전해지며, 레티클 스테이지(RST)가 각 간섭계 시스템(10Y,10θ,10X)의 각 계측값에 의거해서 구동계(11: 리니어 모터(102,103))를 서보 제어하고 있는 경우(일정 위치에 정지하는 제어도 포함)에, 제어의 안전성, 제어 정밀도의 열화를 초래하게 된다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지(WST)에 작용한 구동력의 영향으로 레티클 스테이지(RST)의 위치 제어, 속도 제어의 서보 성능이 저하된다.
또한 역으로 구동계(11)에 의해 레티클 스테이지(RST)에 가감속력을 부여한 경우도, 그 반력이 투영 렌즈계(PL: 또는 칼럼 구조체)에 전해지고, 웨이퍼 스테이지 측의 기준경(Mfy, Mfx)이 고유 모드로 미소 진동하게 된다. 물론 진동계(11)에 의한 힘의 발생점을 가진점으로 하여, 레티클 스테이지(RST) 위의 각 부분도 고유 모드로 진동, 감쇠하므로, 이동경(Mry, Mrθ, Mrx)의 반사면도 고유 모드로 진동(가속)할 수 있다.
이상으로부터, 기구계 위의 어느 점에 힘을 작용시키면 그것에 따라 기구계 위의 주목점은 진폭의 대소는 있으나 반드시 고유 모드로 진동(가속)하게 된다. 따라서 본 실시예에서는, 기구계 위의 주목하는 작용점에 가해지는 힘(예컨대 뉴턴단위의 입력 정보)에 응답해서 기구계 위의 다른 주목하는 점이 어떤 가속도(단위 m/s ×s)로 변위하느냐를 특정한 전달 특성을 기구계의 특성 데이터로서 작성하고, 그것을 제어계의 특성 모델(블록선도) 내에 반영시켜서 전체 특성 모델을 작성하도록 했다.
이 경우, 기구계 위의 1 개의 가진점에 대해서, 기구계 위에서 주목해야 하는 점은 복수개 존재한다. 예컨대, 구동계(13)에 의해 웨이퍼 스테이지(WST) 위의 특정 위치에 일방향으로 작용하는 힘으로 발생하는 진동은, 레티클 측, 웨이퍼 측의 각 간섭계 시스템의 모든 기준경(Mfy, Mfx, Mcy, Mcθ,Mcx)에 각각 상이한 모드 주파수로 전달될 수 있다. 그 때문에, 개개의 기준경마다 기구계의 전달 특성에 의거하는 최적의 특성 데이터가 준비된다.
[장치설계, 제조의 구체적인 수법]
이상과 같은 시뮬레이션 수법은, 도 3에 도시한 제조 순서의 플로우 차트 내에서 실시되며, 도 4와 같은 기구계의 해석용 구조 모델은 도 3 중의 공정(200)에서 작성된 기구계 설계 데이터에 의거해서 공정(202)에서 작성된다. 또 공정(200)과 거의 명행해서 공정(201)에선 제어계의 설계 데이터도 작성된다. 이 제어계 설계 데이터의 작성은 주로 도 1 중의 간섭계 시스템(10, 12:또는 도 5 중의 각 간섭계 시스템(10X,10Y,10θ,12X,12Y,12θ))의 각 계측값에 의거해서 구동계(11,13:리니어 모터 등)를 제어하기 위한 스테이지 제어 유닛(14)의 회로 구성을 결정하고, 그 회로의 각 부분의 정수나 제어 프로그램을 구동계(10,12)의 구동 특성으로부터 결정한다.
이렇게 작성된 제어계 설계 데이터에 의거해서, 공정(203)에서는 그 제어계의 회로 구성으로 얻어지는 제어계의 특성 모델(주로 입력 정보로부터 구동계(10,12)의 출력 정보까지의 전달 특성)이 작성된다. 마찬가지로 공정(204)에서는, 도 4와 같이 작성된 기구계 해석 모델에 의거해서, 도 5 에서 설명한 각종의 진동 전달 상황을 고려해서 기구계의 특성 데이터류(전달 특성)가 작성된다. 이 기구계의 특성 데이터는 앞서 도 5에 실명한 바와 같이 주로 각 스테이지 (RST, WST)의 여러 가지의 운동에 의해 발생하는 기구계 각 부분의 왜곡이나 진동의 요소를 가미한 기구계의 진동(공진) 특성, 또는 전달 특성으로부터 구해진다.
이 기구계의 특성 데이터는 구조물상의 어떤 가진점에 일정한 힘(예컨대 1 뉴턴)을 가했을 때, 구조물 위의 다른 주목점이 어느 정도의 가속도로 진동해서 감쇠하느냐를 특정하는 n차 행렬로 표현되며, 이 행렬의 차수 n 은 그 구조체의 가진점으로부터 주목점까지의 사이의 고유 진동 모드(공진점)의 수에 대응한다. 따라서 기구계의 특성 데이터는 뉴턴(N) 단위의 입력 정보에 대해서 가속도(m/s ×s) 단위의 출력 정보를 얻는 함수로서 정의된다.
그 기구계의 특성 데이터군 중의 어느 특정 부분을 대상으로 한 주파수 응답 특성(가로축이 주파수이고 세로축이 감쇠량과 위상)의 일례는 도 6과 같이 얻어진다. 도 6의 하단 그래프는 도 4 에 도시한 기구계 해석용 모델에 의거해서, 가감속시에 스테이지(WST)의 구동계(13:리니어 모터)로 부여되는 힘의 작용점(가진점)에서의 입력 정보(예컨대 1 뉴턴·미터)를 0.00 dB로 했을 때 간섭계 시스템(12)의 계측상의 기준 위치, 여기에서는 기준경(Mfx: 또는 Mfy)에서 발생하는 진동 전달특성상에서의 감쇠량(단위는 데시벨)을 도시하며, 도 6 의 상단의 그래프는 그 전달 특성상의 위상 추이를 도시하고 있다. 이 도 6의 하단 특성으로부터 도 4 와 같이 작성된 기구계의 해석용 모델에 있어서는, 약 55 Hz 부근에서 최초의 강한 공진점(감쇠량으로서 약 -40 dB)을 가지며, 기타 약 87 Hz, 약 108 Hz, 약 130 Hz의 각각에서 약한 공진점을 가짐을 알 수 있다.
다음에 공정(205)에 있어서, 공정(203)에서 작성된 제어계의 특성 모델과 공정(204)에서 작성된 기구계의 특성 데이터를 조합해서, 도 4에 도시한 기구계의 해석용 모델에서의 전체적인 특성 모델을 작성했다. 이 전체 특성 모델은 스테이지 제어 유닛(14)에 가해지는 입력 정보(목표 위치 지령이나 가감속 정보)에 응답해서 운동계(주로 레티클 스테이지(RST) 또는 웨이퍼 스테이지(WST))가 실제로 어떻게 이동 변위하느냐를 종합적인 전달 함수의 블록선도로서 나타낸 것이다. 다만, 이 전체 특성 모델은 운동계에 구동력을 작용시키는 모터, 액추에이터 각각에 대응해서 복수 설정되는지 또는 모터나 액추에이터의 수에 따른 위치 지령의 입력수를 가지며, 운동계의 개별로 이동하는 부분(레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지 등) 마다의 실제의 각 위치 변화를 출력하는 형식으로 설정된다.
여기에서 도 7을 참조해서 전체 특성 모델의 일례를 설명한다. 도 7은 가장 간단한 스테이지계의 1차원 이동시의 전체 특성 모델을 도시하며, 지령값의 입력단(300)에는 목표로 되는 위치 값(com.pos)이 인가되며, 출력단(311)에는 기구계의 특성을 포함한 스테이지계의 실제 위치 값(pos.)이 얻어진다.
입력단(300)으로부터의 위치 지령값과 위치 피드백 루프를 거쳐 되돌려진 출력단(311)의 실제 위치 정보는, 차동 앰프(301)에 의해 위치 오차값(미터 단위(m))으로서 연산(감산)되며, 그 감산값은 앰프(302)에서 K1 배의 게인으로 증폭된다. 다음 단의 앰프(303)는 앰프(302)에서 얻어진 위치 오차량에 따른 전압값(단위 V)을 산출하는 것이며, 여기에서는 리니어 모터의 출력 특성 등을 고려해서 K2 배의 게인을 부여하고 있다. 그 앰프(303)에서의 출력은 차동앰프(304)에 인가되며, 차동 앰프(304)는 후술하는 속도 피드백 루프로부터의 속도 정보(앰프(313)의 출력)와 앰프(303)의 출력(속도 정보)과의 편차를 전압값(V)으로서 연산한다.
차동 앰프(304)의 출력은 K3 배의 게인을 가지는 앰프(305)에 의해서 증폭되며, 그 앰프(305)의 출력은 예컨대, 도 5 중의 스테이지 제어 유닛(14)내의 전기 회로의 전달 특성과 리니어 모터(110,112)의 구동 코일의 전달 특성을 합성하여 작성한 제어계의 특성 모델로서의 전달 함수 블록(306)에 입력된다. 이 전달 함수 블록(306) 내에 나타낸 함수식은 라플라스 연산자 S 를 사용하여 표현되는 것이 일반적이다. 그 전달 함수 블록(306)으로부터 출력된 전압값(V)은 입력 신호(전압(V))에 대한 제어계에서의 응답 특성(지연, 안정성 등)을 반영한다.
전달 함수 블록(306)으로부터의 출력은 앰프(307)에 의해 리니어 모터의 가감속으로 스테이지 계에 작용하는 힘(뉴턴(N))의 값으로 변환되며, 여기에선 앰프(307)의 변환 게인을 K5 로 했다. 또한 앰프(307)로부터의 출력(가진력의 값)은 기구계의 특성 데이터로부터 작성한 전달 함수 블록(308)에 입력된다. 이 전달 함수 블록(308) 내에 도시한 함수는 힘(뉴턴)을 입력 정보로서 기구계의 주목점에서의 진동량(가속도)을 연산하는 것이며, 앞에서도 설명한 바와 같이 다차원의 행렬식으로 정의되며, 예컨대 웨이퍼 측의 간섭계 시스템(12)의 기준경과 이동경과의 사이에 작용하는 각종의 진동 모드에 의한 가속도값을 산출한다.
또한 도 7 중의 기구계의 전달 함수 블록(308) 내에 나타낸 합수는 x'으로 표시되는 상태 방정식과 y로 표시되는 출력 방정식을 나타냈다. 이와 같이 시스템의 상태를 질량의 강성 운동이라는 형태로 다루면 단순한 계로 표현할 수 있다. 그러나 실제의 기구계의 해석용 모델에서는 쇠붙이 등의 강체도 탄성체로서 취급되기 때문에, 그 차수가 10 내지 20 정도의 행렬식으로 되는 수도 있다. 또 이들 파라미터 중 기구계의 감쇠율에 관한 부분은 이 전체 특성 모델(즉, 기구계의 특성 데이터)를 최초로 작성할 때는 경험치에 의해 결정해 두게 되며, 강성이 높은 쇠붙이, 유리, 세라믹 등만으로 구성된 기구계의 경우에서는 대체로 1% 정도의 감쇠율로 하고, 방진대(AIS)의 방진 패드(고무 재료)를 포함하는 기구계의 경우에는 대체로 30% 정도의 감쇠율로 각 파라미터가 결정된다.
이제 이상과 같이 해서 산출된 주목점의 가속도 값은 적분기(309:라플라스 연산에서 1/S)에 의해 속도값으로 변환되고, 다음 단의 적분기(310:라플라스 연산에서 1/S)에 의해 위치 변위(단위 미터(m))의 정보로 변환되어 출력단(311)에 부여된다.
또, 속도 피드백 루프는 출력단(311)에 얻어지는 위치 변위의 정보를 미분하여 속도 정보(단위(m/s))로 변환하는 미분기(312)와 그 속도 정보를 전압값(단위 (V))로 변환하는 앰프(313: 게인은 K6 배)로 구성되며, 변환된 속도정보의 전압값은 피드백 신호로서 차동 앰프(304)로 귀환된다.
이상과 같은 도 7의 전체 특성 모델의 전달 특성의 블록선도를 사용하여 동 특성의 시뮬레이션을 행하는 경우, 입력단(300)에는 목표 위치 지령이 예컨대, 스텝 함수(일정 거리만큼 스텝적으로 위치 변화시킨다)에 따라서 인가되며, 그 스텝 함수에 대해서 출력단(311)에 얻어지는 위치 변화가 어떻게 추종하고 있는지를 해석한다.
따라서 다음 공정(207)에서는, 도 7과 같이 해서 작성된 전체 특성 모델에 대해서 공정(206)에서 작성되는 각 스테이지(RST, WST)의 구동 조건(위치 지령 정보나 가감속 정보 등)과 예상되는 바닥 진동 등의 특성 데이터, 챔버 동력원에 의한 공기 진동(음파)의 특성 데이터를 입력하여, 각 스테이지 (RST, WST)의 응답 특성 등으로부터 결정되는 레티클(R)과 웨이퍼(W)와의 상대 위치 어긋남 특성을 산출하고, 그 결과에 의거해서 종합적인 전사 정밀도(노광 정밀도)를 예측한다. 이때, 각 스테이지(RST, WST)의 이동 제어에 관련되는 각 간섭계 시스템(10,12)에 챔버 내의 음파의 영향에 의한 계측 오차가 중첩되는 경우에는, 그것에 의한 제어계의 제어 오차도 포함해서 상대 위치 어긋남 특성을 산출한다.
그 때, 바닥 진동이 특성 데이터나 챔버 동력원에 의한 공기 진동(음파)의 특성 데이터 등의 외란 정보는, 도 7 중의 기구계의 전달 함수 블록(308)내에 작성되는 함수식의 한 개 또는 복수개로 정의할 수 있고, 이 경우는 외란 정보도 포함한 동적인 응답 특성을 그대로 시뮬레이션 할 수 있다. 또는 외란 정보를 고려하지 않고 작성된 도 7 과 같은 전체 특성 모델에 스테이지의 가감속 정보만을 입력하여 시뮬레이션된 종합적인 응답 특성을 외란 정보에 의거해서 보정하여 최종적인 응답특성으로서 구해도 좋다.
이와 같은 응답 특성이 구해지면, 그것에 의거해서 스테이지 이동시의 각종 거동(진동, 응답 지연, 동기 오차, 서보 오차, 정정 위치 오차 등)을 알 수 있고, 그 거동으로부터 주사 노광 중에 발생하는 동적인 노광 정밀도(전사 정밀도)를 정량적으로 확인할 수 있다. 여기에서 주목할 노광 정밀도는 주사 노광시의 각 스테이지(RST, WST)의 주사 방향(도 4 중의 Y 방향)에 관한 동기 정밀도의 변동이나 주사 방향과 직교한 방향에 관한 위치 변동(직진성)에 기인해서 발생하는 전사 패턴 선폭의 쇼트 내에서의 얼룩과 전사 이미지 전체의 디스토션(왜곡)이다.
이밖에 포커스 안정성도 고려되는데, 적어도 웨이퍼(W) 측에 관해서는 오토포커스 제어가 작동하므로, 레티클(R) 측의 포커스 안정성(투영 렌즈계(PL)의 광축 방향의 요동)만을 고려하면 좋다. 다만, 웨이퍼(W) 측의 포커스 안정성에 관해서도, 웨이퍼 스테이지(WST)는 오토 포커스 제어계의 응답 주파수보다 높은 주파수로 진동하지 않도록 해야 한다.
그리고 공정(208)에서는, 예측 연산된 각종의 노광 정밀도가 각각 목표로 하는 값 이하인지 아닌지가 판정되며, 목표의 성능이 얻어지고 있을 때는 다음 공정(209)으로 진행하여, 기구계를 구성하는 각 부품을 공정(200)에서 결정된 기구계의 설계 데이터에 따라서 제작한다. 또 공정(208)에서 목표 성능이 얻어지고 있지 않다고 판정되었을 때는 노광 정밀도를 열화시키고 있는 원인을 예측하고, 그 원인이 되는 기구계상의 특성 데이터 또는 제어계 모델의 일부를 고치도록, 기구계 설계 데이터나 제어계 설계 데이터의 일부의 설계값, 설계 형상, 재질, 구조를 수정하고, 재차 공정(202,203)에서의 시뮬레이션을 반복한다.
그리고 공정(209)에서 기구계의 각 부품이 제작된 단계에서, 공정(210)에 있어서, 최종 성능을 좌우하는 중요한 부품에 관한 특성, 특히 각 스테이지의 이동을 안내하는 각종 가이드 부재나 가이드면의 가공 정밀도(필요에 따라서는 강성이나 공진 특성)를 실측한다. 그 측정 데이터는, 반드시 공정(200)에서 설정한 기구계 설계 데이터와 한치도 다름없이 일치되고 있지는 않으며, 다소간 오차가 발생하고 있다. 그 오차는 물체에 따라서는 파장 오더 이하로 되는 것도 있다.
그래서 실제 부품이 제작된 시점에서, 이 부품의 특성 데이터를 공정(200)에서 준비된 설계 데이터로부터 결정되는 기구계의 특성 데이터와 치환하고, 재차 공정(202 내지 208)의 시뮬레이션을 실시하여, 노광 정밀도가 목표값 이하로 열화되지 않았는지 여부를 판정한다. 만일 노광 정밀도의 열화가 인정되는 경우에는, 그 부품의 가공 정밀도의 향상, 형상의 재설계, 재료의 변경 등을 검토하든가 또는 기구계의 기본 구조의 변경 등을 검토한다.
다음에, 공정(211)에서 제작된 복수의 부품을 부분마다 조립하고, 공정(212)에서 부분 조립된 기계 부분의 특성, 특히 조립 정밀도(부분 조립에 의해 직각으로 설정되는 가이드면의 직교도 등)를 계측하고, 그 측정 데이터에 의거해서 공정(200)에서 결정된 설계 데이터를 수정하여 재차 공정(202 내지 208)의 시뮬레이션을 실시하고, 노광 정밀도가 목표값 이하로 열화되지 않는지 여부를 판정한다.
또한, 공정(209,210)의 실시와 병행하여, 제어계 설계 데이터에 의거해서 스테이지 제어 유닛(14: 도 1)을 제작하기 시작하는데, 바람직하게는 공정(212)에서의 측정 결과에 의거하는 시뮬레이션에서 노광 정밀도가 목표에 도달하고 있다는 것이 확인되고 나서 제작하는 것이 좋다. 그것은, 앞의 공정(208)에서 노광 정밀도가 판정되었을 때, 목표 성능을 얻기 위해 제어계의 설계 데이터(회로 정수, 모터 제어용 CPU의 프로그램 등)를 대폭적으로 수정할 수도 있기 때문이다.
다음에 공정(213)에서는, 제작된 기구계와 제어계를 조합해서 노광 장치 전체를 완성시킨다. 여기까지의 단계에서, 노광 장치의 완성도나 노광 정밀도는 시뮬레이션상에서 일단 확인(보증)되어 있는 것이지만, 노광 장치를 실제의 챔버 내에 넣어 가동시켜, 테스트 노광을 실시하여 최종적으로 노광 정밀도를 확인할 필요가 있다. 그리고 만일 가동시킨 결과, 또는 테스트 노광을 수행한 결과로부터 문제점이 발견된 경우에는, 공정(214)에서 그 문제점을 개량, 개선하는 방안(경우에 따라서는 복수개의 방안)을 검토한다.
그리고 공정(215)에 있어서, 상기 개량안을 적용했을 경우의 효과를 공정(213)의 종료 시점에서 결정되고 있는 정확한 전체 특성을 모델에 의거해서 검증한다. 그 결과, 효과가 있는 개량안으로 확인되면, 공정(216)에서 장치 개량을 위해서 기구계 중이나 제어계 중의 대응하는 개량 부품을 설계하거나, 그 개량 부분을 재가공하거나 한다. 이 때에도, 기구계 설계 데이터가 제어계 설계 데이터가 부분적으로 변경될 수 있으므로, 앞의 공정(202 내지 208)을 실시해서 정확한 전체 특성 모델로 수정하고, 그 전체 모델의 정보를 다음 번의 장치 개량을 위한 데이터베이스로서 기억 매체에 보존해 둔다.
[변형예의 설명]
그런데, 상기 노광 장치를 통괄 제어하는 도 1 중의 메인 컴퓨터(20)의 하드디스크나 CD-ROM 등에 데이터 베이스화된 전체 특성 모델의 적어도 주요한 모델 부분을 기억시켜 두면, 상기 노광 장치가 반도체 제조 라인에서 가동하고 있는 동안에 전사 정밀도가 경시 변화한 경우, 그 특성 모델에 의거해서 장치의 예상되는 초기 정밀도(예컨대 운동계의 응답성 등)를 장치 설치 현장에서 곧바로 재시뮬레이션하여, 문제점이 있는 부분을 검토하는 것이 가능하게 된다.
또한 노광 장치를 통괄 제어하는 메인 컴퓨터(20)에 전체 특성 모델의 데이터 베이스가 짜넣어진 상태에서 반도체 제조 공정에 납입되면, 제조 공장내의 설치 장소에 노광 장치를 설치한 상태에서 실측되는 바닥면(FL)의 진동 데이터에 의거해서, 메인 컴퓨터(20)에 의해 전체 특성 모델의 기구계의 특성 데이터(도 7 중의 전달 함수 블록(308)) 내의 외란 정보에 관한 파라미터를 수정할 수 있으므로, 실제의 가동 상태에서 가해지는 외란 정보를 정확하게 반영시켜 전사 정밀도를 시뮬레이션하는 것이 가능해진다.
또 이상과 같은 수법에 따라 노광 장치를 제조하면, 다음에 유사한 장치를 개발, 설계하는 경우나, 그 노광 장치의 일부의 기능을 스펙 업하는 개량 작업시에, 그 장치의 기본 성능을 열화시키지 않고 매우 단기간에 장치를 완성시키는 것이 가능하다.
이상의 본 실시예에서는 노광장치 등의 리소그래피 장치의 설계, 제조 방법을 예시했지만, 웨이퍼나 유리 기판 등의 워크 피스를 고속으로 또한 정밀하게 위치결정하기 위한 운동 기구를 구비한 각종 자동측정장치, 자동검사장치 또는 정밀가공장치(NC 머신 등)의 개발, 설계, 제조에도 적용 가능하다.
또 본 발명은, 가공, 계측장치 내에 설치되는 가동체(스테이지 등)의 가감속 정보에 응답하는 동특성을 정확하게 검증할 수 있을 뿐만 아니라, 가공 장치, 계측 장치에 가동체가 탑재되어, 실제의 제어 상태하에서 가동체에 가감속 정보(외란 정보는 필요에 따라 가미)를 가했을 때에 얻어지는 동특성을 검증할 수 있으므로, 특히 간섭계 시스템에 의한 피드백 제어를 사용하여 정밀한 위치결정이나 속도 제어를 필요로 하는 여러 가지 장치의 실제의 최종 특성(위치결정 정밀도, 정정(靜定) 정밀도, 속도 정밀도, 스루풋 등)을 정확하게 예측, 검증하는 것이 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 실제의 리소그래피 장치(노광 장치)나 다른 검사, 가공 장치 등의 기구계의 특성 데이터와 제어계의 특성 모델을 조합하여 전체적인 특성 모델(응답 특성 등)을 작성하고, 그것에 대하여 기구계의 운동 조건과 외란 정보를 가함으로써, 제조되는 리소그래피 장치(검사 장치, 가공 장치)의 성능, 특히 전사 정밀도 또는 운동계의 제어 정밀도를 정확하게 예측할 수 있으므로, 제조전의 시험 제작이나 개량 기간을 단축할 수 있다. 또한 전혀 경험이 없는 신규 기능을 구비하는 장치를 개발하는 경우에도, 그 장치의 성능 예측이 손쉽게 행해지므로 개발의 위험도를 대폭 감소시키는 것이 가능하다.
또 장치 완성 후에 발견된 문제점을 개선하는 경우에도, 그 장치의 성능을 항상 검증하면서 다수의 개량안을 부분 시험 제작하는 일없이 단기간에 알아낼 수 있으므로, 장치의 사용자 측으로부터의 요구에도 신속하게 대응할 수 있으며, 그개량에 따른 비용도 절감할 수 있다.

Claims (12)

  1. 마스크 조명용의 조사계; 상기 마스크를 유지하는 마스크 스테이지; 감응기판을 유지하여 2차원 이동하는 기판 스테이지; 적어도 상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지가 부착되는 칼럼 구조체; 복수의 구동원과 복수의 간섭계를 포함하는 상기 각 스테이지의 이동을 제어하는 제어계; 및 상기 조사계, 상기 각 스테이지, 상기 칼럼 구조체, 및 상기 제어계의 구동원과 간섭계를 공조(空調) 환경내에 수납하는 챔버를 구비하며, 상기 마스크의 회로패턴을 상기 감응기판 위에 소정의 전사 정밀도로 노광하는 리소그래피 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    (a) 적어도 상기 스테이지와 상기 칼럼 구조체를 포함하는 기구계의 설계 데이터에 의거해서 상기 기구계의 해석용 모델을 작성하는 동시에, 상기 제어계의 특성 모델을 작성하는 단계;
    (b) 상기 해석용 모델로부터 특정되는 상기 기구계의 특성 데이터를 상기 제어계의 특성 모델 내에 반영시켜서 상기 리소그래피 장치의 운동계의 전체 특성 모델을 작성하는 단계;
    (c) 상기 스테이지 자체의 가감속을 위한 지령 정보, 또는 필요에 따라 상기 지령 정보와 상기 기구계 또는 상기 제어계에 가해지는 외란 정보를 상기 전체 특성 모델에 가미함으로써 상기 회로 패턴의 전사 정밀도를 산정하는 단계;
    (d) 상기 산정된 전사 정밀도가 목표값에 도달하지 않은 때는, 상기 기구계의 설계 데이터 또는 상기 제어계의 설계 데이터 중 적어도 일부를 수정하여 상기목표값이 얻어질 때까지 상기 (a), (b), (c) 단계를 재실행하는 단계; 및
    (e) 상기 전사 정밀도가 목표값에 도달하여 있을 때는, 그 때에 사용한 상기 기구계의 설계 데이터와 상기 제어계의 설계 데이터에 따라 상기 스테이지, 상기 칼럼 구조체 및 상기 제어계를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에 있어서, 기존의 유사 기구계가 갖는 고유 진동 모드와 감쇠율을 미리 계측하고, 이 계측 결과에 의거해서 상기 기구계의 특성 데이터를 작성 또는 수정하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 상기 스테이지 또는 상기 칼럼 구조체를 제작하는 과정에서 만들어지는 부품의 개개의 구조상의 특성 또는 복수의 부품을 조립한 특정 기구의 구조상의 특성을 측정하여 실측 데이터를 취득하고, 이 실측 데이터에 의거해서 상기 (b) 단계에서 작성되는 상기 전체 특성 모델을 수정한 후에, 상기 (c) 단계를 실행해서 산정되는 전사 정밀도를 확인해 두는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치의 제조 방법.
  4. 적어도 1 개의 이동 스테이지를 포함하는 기구계와, 상기 이동 스테이지의이동을 제어하는 제어계를 구비하며, 상기 이동 스테이지에 탑재된 기판에 회로 패턴을 노광하는 리소그래피 장치의 제조방법에 있어서,
    (a) 상기 기구계의 설계 데이터에 따라 상기 기구계의 제 1 해석 모델을 작성하는 동시에, 상기 제어계의 설계 데이터에 따라 상기 제어계의 제 2 해석 모델을 작성하는 단계;
    (b) 상기 제 1 해석 모델과 상기 제 2 해석 모델에 따라 전체 특성 모델을 작성하는 단계; 및
    (c) 상기 스테이지의 이동과, 외란에 기초하여 상기 전체 특성 모델에 대응하는 제조 정밀도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    (d) 상기 (c) 단계에서 결정된 제조 정밀도가 목표치에 도달하지 않은 때에, 상기 기구계의 설계 데이터와 상기 제어계의 설계 데이터 중 적어도 일방을 수정하여, 상기 전체 특성 모델에 대응하는 제조 정밀도가 상기 목표치로 될 때까지 상기 (a) 내지 (c) 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 또는 (d) 단계에서 결정된 상기 제조 정밀도가 상기 목표치에도달했을 때는, 결정된 기구계의 설계 데이터와 결정된 제어계의 설계 데이터에 기초하여 상기 리소그래피 장치를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치의 제조방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제조 정밀도는 전사 정밀도인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치의 제조방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는, 상기 이동 스테이지를 가진(加振)하는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치의 제조방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 외란은 상기 리소그래피 장치의 설치 장소의 진동을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치의 제조방법.
  10. 마스크를 유지하는 제 1 스테이지와, 기판을 유지하는 제 2 스테이지를 갖는 기구계와, 상기 기구계를 제어하는 제어계를 구비하며, 상기 마스크의 회로 패턴을 상기 기판에 노광하는 리소그래피 장치에 있어서,
    프로그램에 따라, 상기 제 1 스테이지 또는 상기 제 2 스테이지를 이동하여상기 기판으로의 노광 동작을 제어하는 컴퓨터; 및
    상기 제 1 스테이지 또는 상기 제 2 스테이지의 이동과, 상기 기구계의 실제의 조작상태 아래에서의 외란정보와의 영향에 의한 노광 정보를 시뮬레이션하기 위해, 상기 기구계와 상기 제어계와의 전체 특성 모델을 기억하는 기억수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 외란 정보는 상기 리소그래피 장치의 설치 장소의 진동을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는 상기 외란 정보에 관한 파라미터를 수정하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
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