JP2000068195A - デバイス製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デバイス製造装置の本体部を支持するアクテ
ィブダンパの除振性能および制振性能を設置床の剛性に
かかわらず最大限に発揮できるようにする。 【解決手段】 デバイス製造装置の少なくとも可動部を
アクティブダンパを介して設置床上に支持するととも
に、その設置床の剛性を測定し、その測定結果に応じて
アクティブダンパのバネ定数やダンピング係数などの特
性を変化させる。設置床の剛性は、例えば加速度センサ
などの振動センサにより設置床の振動を計測し、その計
測結果と前記可動部の駆動情報に基づいて算定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスや
液晶デバイスなどのデバイスを製造するためのデバイス
製造装置に関し、特にデバイス製造装置におけるＸＹス
テージなどの可動部を設置床上に支持するアクティブダ
ンパの特性を設置床の剛性に合わせて調整することによ
り、アクティブダンパの除振および制振性能を最大限に
発揮可能にしたデバイス製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】除振装置の除振台上には振動を嫌う精密
機器群が搭載される。例えば光学顕微鏡やステッパ等の
露光用ＸＹステージ等である。特に、露光用ＸＹステー
ジの場合、適切かつ迅速な露光が行なわれるべく、外部
から伝達する振動を極力排除した除振台上に同ステージ
は搭載されなければならない。何故ならば、露光は露光
用ＸＹステージが完全停止の状態で行なう必要があるか
らである。さらに、ＸＹステージはステップアンドリピ
ートという間欠運転を動作モードとして持ち、繰り返し
のステップ振動を自身が発生し、これが除振台の振動を
惹起せしめることにも注意せねばならない。この種の振
動が残留する場合にも、露光動作に入ることは不可能で
ある。したがって、除振装置には、外部振動に対する除
振と、搭載された機器自身の運動に起因した強制振動に
対する制振性能とをバランス良く実現することが求めら
れている。

【０００３】なお、ＸＹステージを完全停止させてから
同ステージに搭載のシリコンウエハに対して露光光を照
射するというステップアンドリピート方式の半導体露光
装置に代わって、ＸＹステージなどをスキャンさせなが
ら露光光をシリコンウエハ上に照射するスキャン方式の
半導体露光装置も登場してきた。このような装置に使わ
れる除振装置に対しても、外部振動に対する除振と、そ
の除振装置に搭載された機器自身の運動に起因した強制
振動に対する制振性能をバランス良く満たすことが求め
られることは同様である。

【０００４】さて、周知のように、除振装置の実現形態
としては受動的除振装置と能動的除振装置（アクティブ
ダンパ）とに分類される。除振装置上の搭載機器に求め
られる高精度位置決め、高精度スキャン、高速移動など
への要求に応えるべく近年は能動的除振装置を用いる傾
向にある。能動的除振装置に用いられるアクチュエータ
としては、空気バネやボイスコイルモータなどの力発生
型アクチュエータ、圧電素子などの変位発生型アクチュ
エータが知られている。

【０００５】まず、図３を用いて空気バネをアクチュエ
ータとする能動的除振装置の構成とその動作を説明す
る。同図において、１は空気バネ２へ動作流体の空気を
給気・排気するサーボバルブ、３は除振台４の（鉛直方
向）変位を計測する位置センサ、５は予圧用機械バネ、
６は空気バネ２と予圧用機械バネ５および図示しない機
構全体の粘性を表現する粘性要素である。これらの構成
要素から組み合わされる機構は空気バネ式支持脚１６と
呼ばれる。次に、空気バネ式支持脚１６に対するフィー
ドバック装置７の構成とその動作を説明する。まず、除
振台４の（鉛直方向）加速度を計測する加速度センサ８
の出力は、オフセットと高周波の雑音を除去するための
ＤＣカットローパスフィルタ９およびＰ補償器１０を介
してサーボバルブ１の弁開閉用の電圧電流変換器１１の
前段に負帰還する。この加速度フィードバックループに
より機構にダンピングが付与され安定化が図られてい
る。ここで、Ｐは比例動作を意味する。

【０００６】さらに、位置センサ３の出力は変位増幅器
１２を通って比較回路１３の入力になっている。ここで
は、空気バネ式支持脚１６が接する地面（設置床）に対
する目標位置と等価な目標電圧１４と比較されて偏差信
号ｅとなる。この偏差信号ｅはＰＩ補償器１５を通って
電圧電流変換器１１を励起する。すると、サーボバルブ
１の弁開閉によって空気バネ２内の圧力が調整されて除
振台４は目標電圧１４で指定した所望の位置に定常偏差
なく保持可能となる。ここで、Ｐは比例動作、Ｉは積分
動作をそれぞれ意味する。

【０００７】図３に示したように、空気バネをアクチュ
エータとした能動的除振装置では、除振台４の位置決め
制御と振動制御のために、位置フィードバックループと
加速度フィードバックループとを合わせてフィードバッ
ク装置７を構成している。これらのフィードバックルー
プを構成するために、位置センサ３と加速度センサ８が
物理情報の検出センサとして用いられる。位置センサ３
としては、例えば渦電流式位置センサが、加速度センサ
８としてはサーボ式加速度センサが知られている。

【０００８】次に、図４を用いて永久磁石と巻線コイル
からなるボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭと略記す
る）をアクチュエータとする能動的除振装置の構成とそ
の動作を説明する。加速度センサの出力信号を積分器に
通して速度信号に変換し、この信号でＶＣＭを駆動する
電力増幅器を励起し、結果としてダンピングのみを支持
する除振台４に与えることがフィードバック装置７Ｖの
基本構成になる。同図において、１７はＤＣカットロー
パスフィルタ９を通した加速度センサ８の出力信号を速
度のディメンションに変換するための積分器、１９はＶ
ＣＭ２０を駆動するための電力変換器、２１はＶＣＭ式
支持脚である。なお、積分器１７は必要に応じて疑似積
分器でも構わない。ＶＣＭをアクチュエータとする能動
的除振装置では、俊敏なる応答性が特徴である。しか
し、大重量物を位置決めする支持のためには定常的な電
流を巻線コイルに通電しておかねばならないので発熱問
題を引き起こし不利であるので、通常、位置決めは空気
バネアクチュエータにより行ない、発生した振動のみに
応動してＶＣＭを駆動するように制御ループが構成され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】さて、上記従来例の能
動的除振装置ではＰ補償器１０の比例ゲインを調整する
ことによりダンピング係数を最適な値に設定することが
可能であった。しかしながら、上記の半導体露光装置の
設置される床、すなわち、半導体工場の床は建物の上層
であることが多く、したがって半導体露光装置にとって
十分な床剛性を持たない場合が多くなってきた。また、
半導体露光装置の各設置場所と建物の柱および梁との位
置関係により、半導体露光装置ごとの床剛性が異なり、
さらに、半導体露光装置の設置エリア内だけをみた場合
にも、床剛性が不均一であり、軸方向ごとの床剛性の差
によって振動状態がステップアンドリピートあるいはス
テップアンドスキャンごとに異なり、以って位置決め時
間や精度のバラツキを発生させていた。

【００１０】この場合、装置の出荷時に設定したダンピ
ング係数およびバネ定数では装置の除振性能および制振
性能を最大限に発揮できなくなる。

【００１１】本発明は、上述の従来例に置ける問題点に
鑑みてなされたもので、半導体露光装置などのデバイス
製造装置の少なくとも一部を支持するアクティブダンパ
の除振性能および制振性能を設置床の剛性にかかわらず
最大限に発揮できるようにすることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、少なくとも可動部がアクティブダンパ
を介して設置床上に支持されたデバイス製造装置におい
て、該設置床の剛性を測定する手段と、該測定に応じて
該アクティブダンパの特性を変化させる手段とを有する
ことを特徴とする。アクティブダンパの特性としては、
例えばバネ定数やダンピング係数を変化させる。また、
設置床の剛性は加速度センサなどの振動センサにより設
置床の振動を計測し、その計測結果と前記可動部の駆動
情報に基づいて推定される。

【００１３】

【作用】上記従来例ではデバイス製造装置の設置される
床部の床剛性を測定する手段がなかったため、アクティ
ブダンパを最適な特性、例えばバネ定数やダンピング係
数に調節することが困難であった。本発明によれば、設
置床の剛性を測定し、計測された剛性に応じてアクティ
ブダンパの特性を変化させるようにしたため、アクティ
ブダンパの特性をその剛性の床に対して最適に調節する
ことが可能になり、アクティブダンパは、その除振性能
および制振性能を設置床の剛性に応じて最大限に発揮す
ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態において、
前記デバイス製造装置は半導体露光装置であり、前記ア
クティブダンパは、露光用ＸＹステージが搭載される除
振台と、除振台を弾性的に支持する弾性支持手段と、除
振台を駆動するアクチュエータと、除振台の振動を検出
する第１の加速度センサと、第１の加速度センサの出力
をフィードバックする振動制御補償手段と、除振台の変
位を検出する変位センサと、変位センサの出力をフィー
ドバックする位置制御補償手段と、設置床の振動を検出
する少なくとも１個の第２の加速度センサと、この第２
の加速度センサの出力と露光用ＸＹステージの移動情報
を入力し、除振台の床の床剛性を推定する床剛性推定回
路と、除振台に設置された第１の加速度センサのフィー
ドバックループの比例ゲインおよび積分ゲインの変更可
能なＰＩ補償器を備え、露光用ＸＹステージの移動の際
に生じる床振動の測定を上記第２の加速度センサによっ
て行ない、半導体露光装置の設置される床の床剛性を推
定し、上記ＰＩ補償器の比例ゲインおよび積分ゲインを
最適な値に変更することによって能動的除振装置のバネ
定数およびダンピング係数を最適な値に調整することを
特徴とする。前記アクチュエータとしては、空気バネを
アクチュエータおよびボイスコイルモータのいずれかま
たは両方を用いることができる。

【００１５】上記構成において、第２の加速度センサは
半導体露光装置の設置される床の床振動を測定し、床剛
性推定回路は露光用ＸＹステージの移動情報から床に伝
達する加振力を演算し、この演算された加振力と前記第
２の加速度センサから得られた床振動から床剛性を演算
または学習等で推定し、前記ＰＩ補償器の比例ゲインお
よび積分ゲインを最適な値に設定し直す機能を有する。
なお、上記の比例ゲインは除振台のダンピング係数とし
て作用し、積分ゲインは除振台のバネ係数のように動作
する。

【００１６】

【実施例】（第１の実施例）図１は、本発明の一実施例
に係る能動的除振装置（アクティブダンパ）の構成を示
す図である。図１の除振装置は、半導体露光装置の露光
用ＸＹステージを搭載するためのものである。図１にお
いて、図３と同一符号を付けた箇所は図３のものと同様
に構成され同様に作用するので説明は省略する。

【００１７】装置の設置された床１００の床剛性が十分
でなければ、不図示のＸＹステージが移動する際に鉛直
方向に生じる各支持脚の荷重変化や、ステージ移動の加
減速の反力によって水平および回転方向に生じる反作用
力で床１００が振動することになる。したがって、除振
装置はこのＸＹステージの移動に伴って発生する床振動
をキャンセルする力を発生させるために、さらにアクチ
ュエータを駆動する必要がある。本実施例の能動的除振
装置はこの機能を可能とするものである。

【００１８】さて、図１の装置が図３の装置構成と異な
る箇所は、Ｐ補償器１０を、除振台４に設置された第１
の加速度センサ８のフィードバックループの比例ゲイン
および積分ゲインを変更可能なＰＩ補償器１０′に変更
したこと、および床１００に設置された第２の加速度セ
ンサ２２と、ＤＣカットローパスフィルタ２３と、床剛
性推定回路２４を付加したことである。

【００１９】図１において、床１００の（鉛直方向）加
速度を計測する加速度センサ２２の出力は、オフセット
と高周波の雑音を除去するためのローパスフィルタ２３
を介して、床剛性推定回路２４に入力される。また、床
剛性推定回路２４には露光用ＸＹステージの移動情報ｓ
ｔｇが入力される。ここで、ＸＹステージの移動情報と
は、レーザ干渉計で計測されたＸＹステージの座標や、
駆動モータが発生する力に対応するＸＹステージの加速
度等の情報のことであり、また、予め設定されている前
記ＸＹステージの駆動方向ごとの移動重量を含めてもよ
い。

【００２０】床剛性推定回路２４は入力されたＸＹステ
ージの移動情報から床１００に伝達する加振力を演算
し、この演算された加振力と前記第２の加速度センサ２
２から得られた床振動を基に床剛性を演算し、前記ＰＩ
補償器１０′の比例ゲインおよび積分ゲインを最適な値
に設定し直す。ここで、上記の比例ゲインは除振台のダ
ンピング係数として作用し、積分ゲインは除振台のバネ
係数のように動作する。

【００２１】なお、変更する比例ゲインおよび積分ゲイ
ンは厳密な運動方程式から求めた演算式を用いて求めて
も良いし、ファジー制御の評価関数等を用いて学習して
求めても良い。本実施例の能動的除振装置の前記ＰＩ補
償器１０′の比例ゲインおよび積分ゲインを最適な値に
設定し直す場合に、露光用ＸＹステージを調整用の駆動
パターン、例えば駆動範囲の全域を往復する駆動パター
ンや加減速の加速度を通常の駆動時より高めた駆動パタ
ーンで駆動して、Ｓ／Ｎ比の高い測定を行なっても良
い。図１は鉛直方向の１個の加速度センサについて説明
したが、例えば床振動の多軸成分を検出するために複数
個の加速度センサを使用することもできる。

【００２２】（第２の実施例）図２は、半導体露光装置
の露光用ＸＹステージが搭載されるＶＣＭをアクチュエ
ータとする能動的除振装置の構成を示す図である。図２
において、図４と同一符号を付けた箇所は図４のものと
同様に構成され同様に作用するので説明は省略する。

【００２３】さて、図２の装置が図４の装置構成と異な
る箇所は、除振台４に設置された第１の加速度センサ８
のフィードバックループの比例ゲインおよび積分ゲイン
を変更可能なＰＩ補償器１８と、装置の設置床１００に
設置された第２の加速度センサ２２と、ＤＣカットロー
パスフィルタ２３と、床剛性推定回路２４を付加したこ
と、およびＰ補償器１０をＰＩ補償器１０′に変更した
ことである。

【００２４】図２において、床の（鉛直方向）加速度を
計測する加速度センサ２２の出力は、オフセットと高周
波の雑音を除去するためのローパスフィルタ２３を介し
て、床剛性推定回路２４に入力される。また、床剛性推
定回路２４には露光用ＸＹステージの移動情報ｓｔｇが
入力される。

【００２５】床剛性推定回路２４は入力されたＸＹステ
ージの移動情報から床１００に伝達する加振力を演算
し、この演算された加振力と前記第２の加速度センサ２
２から得られた床振動から床剛性を演算し、前記ＰＩ補
償器１８の比例ゲインおよび積分ゲインを最適な値に設
定し直す。ここで、上記の比例ゲインは除振台のダンピ
ング係数として作用し、積分ゲインは除振台のバネ係数
のように動作する。

【００２６】なお、床剛性推定回路２４は、前記ＰＩ補
償器１８の比例ゲインおよび積分ゲインの代わりに、前
記ＰＩ補償器１０′の比例ゲインおよび積分ゲインを設
定し直す様に構成してもよい。

【００２７】上記第１および第２の実施例の効果は以下
の通りである。 （１）半導体製造装置は半導体ウエハの大口径化にとも
ない大形化している。また、半導体ウエハ上に焼き付け
るパターン線幅は年々微細化が進んでいる。したがっ
て、半導体製造装置が設置される床の床剛性を高剛性化
しなければならないが、このためには、半導体工場の建
物の建築費が大幅に上昇することになる。上記の実施例
の除振台制御装置を用いた半導体露光装置をこのような
設置床に据え付けたとき、従来の床剛性でも十分良好な
焼き付け精度が維持できる、という効果がある。 （２）装置設置床全面にわたって床剛性が均一であるな
らば、装置設置床の状態に併せてダンピング係数および
バネ定数を最適に調整することができる。しかし、半導
体製造装置の偏荷重と床剛性の不均一性に原因して、Ｘ
Ｙステージのステップアンドリピートあるいはステップ
アンドスキャンに応じて床への振動伝達率および振動方
向が異なり、これが位置決め時間および精度にバラツキ
をもたらす。上記の実施例によれば、これらのバラツキ
を抑制できる、という効果がある。 （３）上記の実施例の除振台の制御装置は除振台の設置
される床の床振動および床剛性を測定することが可能で
あるため、設置場所ごとに自律的にチューニングを行な
うことが可能になる。よって、装置の設置立ち上げ時間
を短くすることができる、という効果がある。 （４）もって、半導体製造装置の生産性に寄与する、と
いう効果がある。

【００２８】（デバイス生産方法の実施例）次に、上記
説明した能動的除振装置（アクティブダンパ）を用いて
支持される露光装置を利用したデバイスの生産方法の実
施例を説明する。図５は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッ
ド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステッ
プ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行な
う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを
形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ
製造）ではシリコンやガラス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。次
のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ
４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７）される。

【００２９】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）では上記説明したアクティブダンパを
有する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。本実施例の生産方法を用いれば、従来は製造が
難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造するこ
とができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、設置床の剛性に応じて
アクティブダンパのダンピング係数や積分ゲインなどの
特性を変化させるようにしたため、設置床の剛性に応じ
てアクティブダンパの除振および制振性能を最大限に発
揮させることができ、デバイス製造装置を設置する床を
特に強化することなく、デバイス製造の精度およびスル
ープットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係る、空気バネをア
クチュエータとする能動的除振装置の構成を示す図であ
る。

【図２】 本発明の第２の実施例に係る、空気バネおよ
びボイスコイルモータをアクチュエータとする能動的除
振装置の第２の実施例の構成を示す図である。

【図３】 従来の、空気バネをアクチュエータとする能
動的除振装置の構成を示す図である。

【図４】 従来の、空気バネおよびボイスコイルモータ
をアクチュエータとする能動的除振装置の構成を示す図
である。

【図５】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。

【図６】 図５におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。

【符号の説明】

１：サーボバルブ、２：空気バネ、３：位置センサ、
４：除振台、５：予圧用機械バネ、６：粘性要素、７：
フィードバック装置、８：加速度センサ、９：ＤＣカッ
トローパスフィルタ、１０：Ｐ補償器、１０′：ＰＩ補
償器、１１：電圧電流変換器、１２：変位増幅器、１
３：比較回路、１４：目標電圧、１５：ＰＩ補償器、１
６：空気バネ式支持脚、１７：積分器、１８：ＰＩ補償
器、１９：電力増幅器、２０：ボイスコイルモータ（Ｖ
ＣＭ）、２１：ＶＣＭ式支持脚、２２：加速度センサ、
２３：ＤＣカットローパスフィルタ、２４：床剛性推定
回路、１００：設置床、ｓｔｇ：ステージ情報。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも可動部がアクティブダンパを
   介して設置床上に支持されたデバイス製造装置におい
   て、該設置床の剛性を測定する手段と、該測定に応じて
   該アクティブダンパの特性を変化させる手段とを有する
   ことを特徴とするデバイス製造装置。
2. 【請求項２】 前記設置床の振動を計測するセンサを設
   け、デバイス製造装置の稼動に伴う該センサ出力から床
   剛性を推定することを特徴とする請求項１記載のデバイ
   ス製造装置。
3. 【請求項３】 前記センサは加速度センサであることを
   特徴とする請求項２記載のデバイス製造装置。
4. 【請求項４】 前記アクティブダンパは、ＸＹステージ
   を含む可動部が搭載される除振台と、該除振台を弾性的
   に支持する弾性支持手段と、前記除振台を駆動するアク
   チュエータと、前記除振台の振動を検出する第１の振動
   センサと、該第１の振動センサの出力をフィードバック
   する振動制御補償手段と、前記除振台の変位を検出する
   変位センサと、該変位センサの出力をフィードバックす
   る位置制御補償手段と、前記設置床の振動を検出する少
   なくとも１個の第２の振動センサと、該第２の振動セン
   サにより前記可動物体の駆動に伴う前記設置床の振動を
   測定して該設置床の剛性を推定する手段と、当該アクテ
   ィブダンパの特性を調整する手段とを具備することを特
   徴とする請求項２記載のデバイス製造装置。
5. 【請求項５】 前記アクチュエータとして、空気バネま
   たはボイスコイルモータの少なくとも一方を用いたこと
   を特徴とする請求項４記載のデバイス製造装置。
6. 【請求項６】 前記アクティブダンパの特性としてその
   バネ定数およびダンピング係数を調整することを特徴と
   する請求項１ないし５のいずれか記載のデバイス製造装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし３のいずれか記載のデバ
   イス製造装置によってデバイスを製造することを特徴と
   するデバイス製造方法。