JP2009088018A - ステージ制御方法、ステージ制御装置、露光方法及び露光装置並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面位置及び姿勢の制御を高精度に維持する。
【解決手段】第１駆動信号により第１方向に駆動されるとともに、第２駆動信号により第１方向と交差する第２方向に駆動されるステージＷＴＢを制御する。第２駆動信号に基づいて、第１駆動信号を補正する補正ステップを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステージ制御方法、ステージ制御装置、露光方法及び露光装置並びにデバイス製造方法に関するものである。

半導体素子、液晶表示素子、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他の各種デバイスの製造工程の１つとして設けられるフォトリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル（以下、これらを総称する場合にはマスクという）に形成されたパターンを、投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたガラスプレート又はウエハ等の基板に転写する露光装置が用いられている。

この種の露光装置では、基板を保持するホルダを基板ステージが支持した状態で移動することにより、基板を予め設定された露光位置へ移動させた後で、移動による振動が収まった（整定した）状態になった後でマスクに露光光を照射してマスクのパターンの転写を行っている。

リニアモータ等の駆動装置を用いて基板ステージを移動させると、基板ステージの機械的な特性により基板の表面方向の位置又は基板の姿勢（傾き）の変化が生ずることがある。このような変化が生ずると、基板内の位置に応じて投影光学系の像面に対する基板表面の位置関係が変化するため、パターンを忠実に転写することができなくなることがある。そこで、特許文献１には、基板ステージに対してホルダ（すなわち基板）を６自由度で駆動することにより、基板の表面位置及び姿勢を制御する技術が開示されている。
特開平２−３５７０９号公報

しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
駆動装置を用いて基板ステージを移動させる際には、モータの漏れ推力により投影光学系の光軸方向にも力が生じることがある。
この場合、漏れ推力による力が外乱として加わることにより、上述した基板の表面位置及び姿勢に誤差が生じ、パターンの転写精度が低下する可能性がある。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、基板の表面位置及び姿勢の制御を高精度に維持できるステージ制御方法、ステージ制御装置、露光方法及び露光装置並びにデバイス製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、実施の形態を示す図１ないし図７に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明のステージ制御方法は、第１駆動信号により第１方向に駆動されるとともに、第２駆動信号により前記第１方向と交差する第２方向に駆動されるステージ（ＷＳＴ）を制御するステージ制御方法であって、第２駆動信号に基づいて、第１駆動信号を補正する補正ステップを有することを特徴とするものである。

また、本発明のステージ制御装置は、第１駆動信号により第１方向に駆動されるとともに、第２駆動信号により前記第１方向と交差する第２方向に駆動されるステージ（ＷＳＴ）を制御するステージ制御装置であって、第２駆動信号に基づいて、第１駆動信号を補正する補正部（７２）を有することを特徴とするものである。
従って、本発明のステージ制御方法及びステージ制御装置では、ステージ（ＷＳＴ）を第２方向に駆動する際に、当該ステージに加わる第１方向の力を第２駆動信号に基づいて算出し、算出した結果に応じて第１駆動信号を補正することにより、漏れ推力等の外乱による力が加わる際にも、この外乱を相殺するようにステージ（ＷＳＴ）を第１方向に駆動することが可能になる。

また、本発明の露光方法は、先に記載のステージ制御方法を用いることを特徴とするものである。
さらに、本発明の露光装置は、先に記載のステージ制御装置を備えることを特徴とするものである。
従って、本発明の露光方法及び露光装置では、ステージ（ＷＳＴ）に保持された基板（Ｗ）の表面を所定の位置及び姿勢に制御することが可能になり、パターンの転写精度を高精度に維持することができる。

そして、本発明のデバイス製造方法は、先に記載のステージ制御方法を用いることを特徴とするものである。
従って、本発明のデバイス製造では、パターンが基板に高精度で転写された高品質のデバイスを製造することが可能になる。

なお、本発明をわかりやすく説明するために、一実施例を示す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明が実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。

本発明では、基板の表面位置及び姿勢の制御を高精度に維持でき、パターンの転写精度を向上させることが可能になる。

以下、本発明のステージ制御方法、ステージ制御装置、露光方法及び露光装置並びにデバイス製造方法の実施の形態を、図１ないし図９を参照して説明する。
ここでは、例えば、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置に本発明を適用したものとして説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

（露光装置の概略）
図１は、本例の投影露光装置を構成する各機能ユニットをブロック化して表した図であり、この図１において、投影露光装置を収納するチャンバーは省略されている。
図１において、露光用の光源としてＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）よりなるレーザ光源１が使用されている。その露光用の光源としては、その他のＦ2 レーザ（波長１５７ｎｍ）のような発振段階で紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源（ＹＡＧ又は半導体レーザ等）からの近赤外域のレーザ光を波長変換して得られる真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの、或いはこの種の露光装置でよく使われている水銀放電ランプ等も使用できる。

レーザ光源１からの露光光源としての露光用の照明光（露光光）ＩＬは、レンズ系とフライアイレンズ系とで構成される均一化光学系２、ビームスプリッタ３、光量調整用の可変減光器４、ミラー５、及びリレーレンズ系６を介してレチクルブラインド７を均一な照度分布で照射する。レチクルブラインド７で所定形状（一括露光型では例えば四角形、走査露光型では例えばスリット状）に制限された照明光ＩＬは、結像レンズ系８を介してマスクとしてのレチクルＲ上に照射され、レチクルＲ上にはレチクルブラインド７の開口の像が結像される。均一化光学系２、ビームスプリッタ３、光量調整用の可変減光器４、ミラー５、リレーレンズ系６、レチクルブラインド７、及び結像レンズ系８を含んで照明光学系９が構成されている。

レチクルＲに形成された回路パターン領域（パターン）のうち、照明光によって照射される部分の像は、両側テレセントリックで投影倍率βが縮小倍率の投影光学系ＰＬを介して基板（感応基板又は感光体）としてのフォトレジストが塗布されたウエハ（基板）Ｗ上に結像投影される。投影光学系ＰＬは屈折系であるが、その他に反射屈折系等も使用できる。ウエハＷ以外にも液晶用のガラス基板、磁気ヘッド用のセラミック基板などが適用できる。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取って説明する。本実施形態における投影露光装置は一括型であるが、走査露光型の場合には、Ｙ軸に沿った方向（Ｙ方向）が、走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向であり、レチクルＲ上の照明領域は、非走査方向であるＸ軸に沿った方向（Ｘ方向）に細長い形状となる。

そして、投影光学系ＰＬの物体面側に配置されるレチクルＲは、レチクルステージＲＳＴ（マスクステージ）に真空吸着等によって保持されている。レチクルステージＲＳＴの移動座標位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角）は、レチクルステージＲＳＴに固定されたレチクル用移動鏡Ｍｒと、投影光学系ＰＬの上部側面に固定された参照鏡（不図示）と、これらに対向して配置されたレチクル用レーザ干渉計システム１０とで逐次計測される。なお、レチクル用レーザ干渉計システム１０は、実際には少なくともＸ方向に１軸及びＹ方向に２軸の３軸のレーザ干渉計を構成している。

また、レチクルステージＲＳＴの移動は、リニアモータや微動アクチュエータ等で構成されるレチクル用駆動系１１によって行われる。レチクル用レーザ干渉計システム１０の計測情報はステージ制御ユニット１４に供給され、ステージ制御ユニット１４はその計測情報及び装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系２０からの制御情報（入力情報）に基づいて、レチクル用駆動系１１の動作を制御する。

一方、投影光学系ＰＬの像面側に配置されるウエハＷは、ウエハステージ（ステージ）ＷＳＴ上に真空吸着等によって保持されている。ウエハステージＷＳＴは、ウエハＷを吸着保持するウエハテーブルＷＴＢ（詳細後述）と、ウエハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及びＸ軸、Ｙ軸の周りの傾斜角を制御するためのＺ駆動装置３０ａ〜３０ｃ（詳細後述）とを含んでいる（図１では、ウエハステージＷＳＴを簡略的に図示している）。

一括露光型の場合には、ウエハステージＷＳＴは、定盤Ｊのガイド面Ｊａ上をＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する。走査露光型の場合には、ウエハステージＷＳＴは、走査露光時に少なくともＹ方向に定速移動できるとともに、Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動できるように、ガイド面Ｊａ上に載置される。ウエハステージＷＳＴの移動座標位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角）は、投影光学系ＰＬの下部に固定された参照鏡Ｍｆと、ウエハステージＷＳＴの反射面Ｍｗと、これに対向して配置されたレーザ干渉計システム１２とで逐次計測される。反射面Ｍｗ、参照鏡Ｍｆ、及びレーザ干渉計システム１２は、実際には少なくともＸ方向に２軸及びＹ方向に１軸の３軸のレーザ干渉計を構成している。また、レーザ干渉計システム１２は、実際にはさらにＸ軸及びＹ軸の周りの回転角（ヨーイング、ピッチング）計測用の２軸のレーザ干渉計も備えている。

また、投影光学系ＰＬの下部側面に、斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ２３Ａ，２３Ｂが固定されている。ステージ制御ユニット１４は、そのスリット像の横ずれ量の情報を用いてそれら複数の計測点における投影光学系ＰＬの像面からのデフォーカス量を算出し、露光時にはこれらのデフォーカス量が所定の制御精度内に収まるように、オートフォーカス方式でウエハステージＷＳＴ内のＺ駆動装置３０ａ〜３０ｃを駆動する。

また、ステージ制御ユニット１４は、レチクル用レーザ干渉計システム１０による計測情報に基づいてレチクル用駆動系１１を最適に制御するレチクル側のコントロール回路と、レーザ干渉計システム１２による計測情報に基づいてウエハ用の駆動系１３（詳細は後述する）を最適に制御するウエハ側のコントロール回路とを含んでいる。また、主制御系２０は、ステージ制御ユニット１４内の各コントロール回路と相互にコマンドやパラメータをやり取りして、オペレータが指定したプログラムに従って最適な露光処理を実行する。そのために、オペレータと主制御系２０とのインターフェイスを成す不図示の操作パネルユニット（入力デバイスと表示デバイスとを含む）が設けられている。

さらに、露光に際しては、予めレチクルＲとウエハＷとのアライメントを行っておく必要がある。そこで、図１の投影露光装置には、レチクルＲを所定位置に設定するためのレチクルアライメント系（ＲＡ系）２１と、ウエハＷ上のマークを検出するためのオフアクシス方式のアライメント系２２とが設けられている。

図１において、一括露光型の場合には、照明光ＩＬのもとでレチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の一つのショット領域に投影する動作と、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とがステップ・アンド・リピート方式で繰り返されて、ウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。

図２は、ウエハステージＷＳＴの概略構成を示す平面図であり、図３はウエハステージＷＳＴの正面図である。図２及び図３に示すように、ウェハステージＷＳＴは、Ｙ粗動ステージとしての移動ステージ４１と、ウエハＷを保持し移動ステージ４１にＺ駆動装置３０ａ〜３０ｃを介して支持される微動ステージとしてのウエハテーブルＷＴＢとを備えている。移動ステージ４１は、底面に設けられたエアベアリング４２を介してガイド面Ｊａ上をＸ方向、Ｙ方向に移動自在に載置される。

Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃは、移動ステージ４１とウエハテーブルＷＴＢとの間に、図２に示すように、三角形の頂点をなす位置に３箇所配置されており、それぞれが移動ステージ４１に設けられた固定子４３ａと、ウエハテーブルＷＴＢに設けられ固定子４３ａに対してＺ方向に駆動される可動子４３ｂとからなるボイスコイルモータで構成される。また、各可動子４３ｂは、ステージ制御ユニット１４の制御の下、それぞれ独立して駆動される。従って、Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃにおける可動子４３ｂを同一量で駆動することにより、ウエハテーブルＷＴＢ（すなわちウエハＷ）をＺ方向に移動させることができ、Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃにおける可動子４３ｂの駆動量を異ならせることにより、ウエハテーブルＷＴＢ（すなわちウエハＷ）をθＸ方向（Ｘ軸周りの回転方向）及びθＹ方向（Ｙ軸周りの回転方向）に移動させることができる。

各Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃの近傍にはそれぞれ、各Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃのフォーカス方向（Ｚ方向）の変位量を例えば０．０１μｍ程度の分解能で計測できる高さセンサ３１ａ〜３１ｃがそれぞれ取り付けられている。高さセンサ３１ａ〜３１ｃの計測結果は、ステージ制御ユニット１４に出力される。

また、ウエハステージＷＳＴには、ウエハテーブルＷＴＢを移動ステージ４１に対してＸ方向に駆動するＸ駆動装置４４Ｘと、ウエハテーブルＷＴＢを移動ステージ４１に対してＹ方向に駆動するＹ駆動装置４４Ｙ、４４Ｙとが設けられている（図３では、Ｙ駆動装置４４Ｙは不図示）。Ｘ駆動装置４４Ｘは、移動ステージ４１に設けられた固定子４５ａと、ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｘ側の側面に突設され固定子４５ａに対してＸ方向に駆動される可動子４５ｂとからなるボイスコイルモータで構成される。同様に、各Ｙ駆動装置４４Ｙは、移動ステージ４１に設けられた固定子４６ａと、ウエハテーブルＷＴＢの−Ｙ側の側面に突設され（図２参照）、固定子４６ａに対してＹ方向に駆動される可動子４６ｂとからなるボイスコイルモータで構成され、Ｘ方向に間隔をあけて配置されている。

従って、Ｘ駆動装置４４Ｘにおける可動子４５ｂを駆動することにより、ウエハテーブルＷＴＢ（すなわちウエハＷ）をＸ方向に移動させることができ、Ｙ駆動装置４４Ｙ、４４Ｙにおける可動子４６ｂを同一量で駆動することにより、ウエハテーブルＷＴＢ（すなわちウエハＷ）をＹ方向に移動させることができる。さらに、Ｙ駆動装置４４Ｙ、４４Ｙにおける可動子４６ｂの駆動量または駆動方向を異ならせることにより、ウエハテーブルＷＴＢ（すなわちウエハＷ）をθＺ方向（Ｚ軸周りの回転方向）に移動させることができる。

つまり、Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃ、Ｘ駆動装置４４Ｘ、Ｙ駆動装置４４Ｙの駆動を制御することにより、ウエハテーブルＷＴＢ（すなわちウエハＷ）を移動ステージ４１に対して、Ｚ方向、Ｘ方向、Ｙ方向、θＸ方向、θＹ方向、θＺ方向の６自由度で微小駆動することが可能となっている。

また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハテーブルＷＴＢと移動ステージ４１との間をＹ軸方向に貫通するＹ軸ガイド４７に沿ってＹ軸方向に移動自在に設けられている。そして、ウエハステージＷＳＴは、Ｙ軸ガイド４７に設けられた固定子と、当該ウエハステージＷＳＴに設けられた可動子とから構成される、例えばムービングマグネット型のＹ軸リニアモータ４８によりＹ軸方向に長ストロークで移動する。また、ウエハステージＷＳＴは、Ｘ軸方向に延在する固定子４９ａと、Ｙ軸ガイド４７の両端部に設けられた可動子４９ｂとから構成される、例えばムービングコイル型のＸ軸リニアモータ５０により、Ｙ軸ガイド４７を介してＸ軸方向に長ストロークで移動する。このとき、可動子４９ｂ、４９ｂの移動量及び移動方向を同一とすることで、ウエハテーブルＷＴＢ（すなわちウエハＷ）をＸ軸方向に移動させることができ、可動子４９ｂ、４９ｂの移動量または移動方向を異ならせることにより、ウエハテーブルＷＴＢ（すなわちウエハＷ）をθＺ方向に移動させることができる。

これらＹ軸リニアモータ４８及びＸ軸リニアモータ５０の駆動もステージ制御ユニット１４により制御される。
また、上記Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃ、Ｘ駆動装置４４Ｘ、Ｙ駆動装置４４Ｙ、Ｙ軸リニアモータ４８及びＸ軸リニアモータ５０により駆動系１３が構成される。

ウエハテーブルＷＴＢの−Ｘ方向の鏡面加工された側面ＭｗＸには、レーザ干渉計１２ＸからＹ方向に離れた２本のレーザビームが照射され、ウエハテーブルＷＴＢの＋Ｙ方向の鏡面加工された側面ＭｗＹには、レーザ干渉計１２Ｙからレーザビームが照射され、レーザ干渉計１２Ｘ及び１２Ｙによって、ウエハテーブルＷＴＢのＸ方向、Ｙ方向の座標、及びＺ軸の周りの回転角が計測されている。レーザ干渉計１２Ｘ，１２Ｙが図１のレーザ干渉計システム１２に対応している。

レーザ干渉計１２Ｘ，１２Ｙの計測情報等に基づいて、図１に示すステージ制御ユニット１４が粗動機構（Ｙ軸リニアモータ４８、Ｘ軸リニアモータ５０）及び微動機構（Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃ、Ｘ駆動装置４４Ｘ、Ｙ駆動装置４４Ｙ）からなる駆動系１３を駆動する。前者の粗動機構は、一括露光型及び走査露光型ではウエハテーブルＷＴＢのステップ移動のために使用できるとともに、走査露光型ではさらに同期走査時のウエハテーブルＷＴＢの定速移動のために使用できる。後者の微動機構は、一括露光型及び走査露光型ではウエハテーブルＷＴＢの位置決め誤差を補正するために使用でき、走査露光型ではさらに走査露光時のウエハテーブルＷＴＢの同期誤差を補正するために使用することもできる。

図４は、ウエハステージＷＳＴに係るＺ方向への駆動に関する制御系のブロック線図である。図４に示すように、ウエハテーブルＷＴＢのＺ方向の位置及び姿勢を制御する制御系は、フィードバック制御部７０、フィードフォワード制御部７１、ＸＹ駆動補正部（補正部）７２、目標位置発生器７３、演算部８０〜８２に大別される。フィードバック制御部７０は、ローパスフィルタ、演算部、ＰＩ（Proportional Integral：比例積分）コントローラ等を含んで構成される。なお、本実施形態では、オートフォカスセンサ２３Ａ、２３Ｂ及び高さセンサ３１（３１ａ〜３１ｃ）の検出結果を用いてフィードバック制御及びフィードフォワード制御を行うものとして説明するが、何れか一方の検出結果のみを用いてフィードバック制御を行ってもよい。

目標位置発生器７３は、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＺ方向（第１方向）の位置及び姿勢の目標値を与える基準信号を出力する。この目標位置発生器７３は、主制御系２０内に設けられる構成である。演算部８０は、目標位置発生器７３から出力された上記基準信号と、センサ（以下、オートフォカスセンサ２３Ａ、２３Ｂ及び高さセンサ３１（３１ａ〜３１ｃ）を「センサ３２」と称する）からの帰還信号との差分に応じた誤差信号を演算する。

フィードバック制御部７０は、演算部８０から出力される制御信号に基づいて、Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃを駆動するための制御信号（第１駆動信号）を生成するとともに、例えばウエハＷの表面形状の急激な変化が生じている場合に、過剰な制御が行われて制御不能となるのを防止するために、演算部８０から出力される信号の高周波成分をカットするフィルタリング処理を行う。

演算部８１は、フィードバック制御部７０から出力された制御信号に対してフィードフォワード制御部７１から出力される制御信号を加算した制御信号を演算する。
フィードフォワード制御部７１は、１つのショット領域に対する露光処理を終えてから次のショット領域に対する露光処理を行う際に行われるウエハステージＷＳＴのＸ方向へのステップ移動によって生ずる露光中のウエハステージＷＳＴのＺ方向の位置を補正する補正量を発生する。これは、ステップ移動に伴って生ずる振動によってウエハＷのＺ方向の位置が変動してオートフォーカスエラーが生じる可能性があるためである。
この補正量は、ステップ長に応じて設定されるが、その詳細については、特願２００４−２００３１７等に記載されている。

演算部８２は、演算部８１から出力された制御信号（第１駆動信号）に対して、ＸＹ駆動補正部７２から出力される制御信号を加算した制御信号を演算する。ＸＹ駆動補正部７２は、Ｘ駆動装置４４Ｘ、Ｙ駆動装置４４Ｙ（適宜、駆動装置４４と総称する）により、移動ステージ４１に対してウエハテーブルＷＴＢをＸ方向、Ｙ方向に駆動した際に生じるＺ方向への推力（いわゆる漏れ推力）を補正する制御信号（第２駆動信号）を出力する。

この漏れ推力は、駆動装置４４がウエハテーブルＷＴＢを駆動する際の加速度プロファイル（加速度の時間変化）に対して、１次の関数で表される関係で生じるものである。

図５は、Ｘ駆動装置４４ＸによりウエハテーブルＷＴＢをＸ軸方向に駆動する際の推力プロファイル（すなわち加速度プロファイル）である。
また、図６は、Ｘ駆動装置４４ＸによりウエハテーブルＷＴＢをＸ軸方向に駆動した際にウエハテーブルＷＴＢに加わるＺ方向への推力プロファイル（すなわち加速度プロファイル）である。

図５及び図６に示されるように、Ｘ軸方向への駆動の際のプロファイルと、Ｚ軸方向へのプロファイルとは１次の相関関係を有している。
また、図６に示すプロファイルは、ウエハテーブルＷＴＢのＺ方向の位置に応じた異なるものとなっている。
従って、Ｘ駆動装置４４Ｘの駆動に伴うウエハテーブルＷＴＢのＺ方向への加速度プロファイルＦｚは、Ｘ軸方向への加速度プロファイルＦｘ、ウエハテーブルＷＴＢのＺ方向の位置Ｔｚを用いて、次式で表される。
Ｆｚ＝ａ×Ｆｘ×Ｔｚ＋ｂ …（１）
ａ、ｂは定数

上記の定数ａ、ｂは、予めＸ駆動装置４４ＸによりウエハテーブルＷＴＢをＸ軸方向に駆動した際に生じるＺ軸方向の推力（加速度）を、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置を変えて計測することにより設定され記憶される。
そして、ＸＹ駆動補正部７２は、センサ３２で計測されたウエハテーブルＷＴＢのＺ位置、及び式（１）に基づいて求められる加速度プロファイルＦｚに応じて、この加速度（推力）を相殺するための制御信号を演算部８２に出力する。

演算部８２で演算された制御信号は、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ、Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃ）に出力され、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置及び姿勢が制御される。
なお、上記の説明では、Ｘ駆動装置４４Ｘの駆動に伴ってウエハテーブルＷＴＢに生じるＺ方向への推力について説明したが、実際には、ＸＹ駆動補正部７２では、Ｙ駆動装置４４Ｙの駆動に伴ってウエハテーブルＷＴＢに生じるＺ方向への推力についても同様に求め、この推力を相殺する制御信号を出力する。

以上、ウェハステージ３７のＺ方向の位置を補正する制御系の構成について説明したが、次に露光時の動作について簡単に説明する。
まず、露光処理を開始するにあたって、主制御系２０は駆動系１３を制御してウエハステージＷＳＴをＸＹ平面内でステップ移動させ、露光すべきショット領域を投影光学系ＰＬ（の投影領域）の直下に配置するとともに、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に一致させる。実際には、本実施形態では、上記ウエハステージＷＳＴのステップ移動は、主にＸ軸リニアモータ５０の駆動によるＸ軸方向に行われ、さらに、Ｘ軸方向のウエハテーブルＷＴＢの高精度位置決め（ファインアライメント）は、Ｘ駆動装置４４Ｘの駆動より行われる。

このウエハステージＷＳＴのステップ移動に際しては、目標位置発生器７３はウエハＷのＺ方向の位置及び姿勢の目標値を与える基準信号を出力する。目標位置発生器７３から出力された基準信号は演算部８０に入力し、演算部８０において、センサからの帰還信号との差分に応じた誤差信号が演算され、フィードバック制御部７０に出力される。

フィードバック制御部７０に制御信号が入力すると、この制御信号に基づいてＺ駆動装置３０ａ〜３０ｃを駆動するための制御信号が生成され、ローパスのフィルタリング処理が行われた後に演算部８１に出力される。

このとき、フィードフォワード制御部７１は、ステップ移動（例えばＸ方向へのステップ移動）に伴うウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＺ方向の位置を補正する補正量を発生し、演算部８１に入力させる。そして、演算部８１においては、フィードバック制御部７０から出力されたＺ駆動装置３０ａ〜３０ｃを駆動するための制御信号に、フィードフォワード制御部７１が出力する制御信号（補正量）を加算（補正）し、演算部８２に出力する。

演算部８２に入力した制御信号に対しては、ＸＹ駆動補正部７２から出力される制御信号が加算される。このＸＹ駆動補正部７２から出力される制御信号としては、センサ３２で計測されたウエハＷのＺ方向の位置、及びＸ駆動装置４４Ｘの駆動時の加速度プロファイルに応じて、上記式（１）で求められるＺ方向への加速度プロファイルを補正する信号として、フィードフォワードで演算部８２に出力される。

演算部８２で演算・補正された制御信号は、ウエハステージＷＳＴのステップ移動に伴って生じるＸ駆動装置４４Ｘの駆動時に加わるＺ方向への推力等の外乱要因が予めフィードフォワードで補正されているため、実際に外乱Ｄ（図４参照）が加わった後でも、これらの外乱要因による悪影響を排除（相殺）する駆動信号でＺ駆動装置３０ａ〜３０ｃを駆動してウエハテーブルＷＴＢ（すなわちウエハＷ）のＺ方向の位置及び姿勢が制御される。

以上の制御は、ウエハＷ上のショット領域にステップ移動する毎に行われ、また、ステップ移動がＸ方向のみならず、Ｙ方向や、Ｘ方向及びＹ方向の双方に移動する場合にも行われ、ステップ移動に伴って生ずる振動がオートフォーカスに悪影響を与えるのを防止することができる。

以上説明したように、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴをステップ移動させる際に生じる漏れ推力等の外乱要因を、ウエハステージＷＳＴの加速度情報に基づいてフィードフォワードで補正した駆動信号でＺ駆動装置３０ａ〜３０ｃ（ウエハテーブルＷＴＢ）を駆動するため、外乱に起因した誤差を排除した状態でウエハＷの位置決めを実施でき、ウエハＷの表面位置及び姿勢の制御を高精度に維持することが可能である。そのため、本実施形態では、ウエハＷへのパターンの転写精度を高精度に維持することができる。

また、本実施形態では、ウエハテーブルＷＴＢのＺ方向の位置に対応する補正量を用いてＺ駆動装置３０ａ〜３０ｃを駆動するため、ウエハテーブルＷＴＢのＺ位置毎に異なる誤差を精度よく補正することができる。
特に、本実施形態では、上記補正量がウエハテーブルＷＴＢのＺ位置に対して、１次の関数で表されることから、容易に補正量を設定できるとともに、精度よく補正量を設定することが可能である。

続いて、ステージ制御方法の第２実施形態について、図７を参照して説明する。
第２実施形態では、図４に示した制御ブロック図に対して、外乱オブザーバを用いた外乱補償器を付加し、リニアベアリングガイドの摩擦特性の変動等の外乱要因をキャンセルする構成としている。
なお、この図において、図４に示す第１実施形態の構成要素と同一の要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

図７に示す外乱補償器９０においては、まず、フィードバック制御部７０から出力され、フィードフォワード制御部７１が出力する制御信号が加算されたＺ駆動装置３０ａ〜３０ｃを駆動するための制御信号を、２次低域通過型フィルタからなるフィルタ９１により伝達関数Ｑ（ｓ）を用いてフィルタリングする。
一方、フィルタ９２には、計測誤差ｎが加算されたセンサ３２の計測結果が入力する。フィルタ９２は、制御対象であるウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）に対する伝達関数Ｐ（ｓ）の逆モデル（伝達関数Ｐｎ（ｓ））及び２次低域通過型フィルタ（Ｑ（ｓ））からなり、計測誤差ｎが加算されたセンサ３２の計測結果より制御対象に印加されている実推力値指令値を推定する。

そして、演算部９３は、フィルタ９１、９２の差分をとることにより、外乱推定部として、制御対象であるウエハテーブルＷＴＢに印加されている外乱力を推定し（外乱推定ステップ）、外乱補償信号生成部としての演算部９４に出力する。演算部９４は、この推定外乱力を演算部８１が出力した制御信号に加算して、Ｚ駆動装置３０ａ〜３０ｃを駆動するための制御信号を補償した外乱補償信号を生成する（外乱補償信号生成ステップ）。

このように、本実施形態では、上記第１実施形態と同様の作用・効果が得られることに加えて、制御ブロックに外乱オブザーバを付加することにより、ウエハステージＷＳＴの駆動に伴う外乱要因（エアベアリング４２の案内摩擦等）を推定して補償することが可能になり、特に低域での外乱要因を抑制することができる。この外乱オブザーバは、フィルタ９１への入力が、ＸＹ駆動補正部７２による補正前の信号であるため、ＸＹ駆動補正部７２による補正が外乱として補償されてしまうことなく、確実に真の外乱要因による悪影響を抑制できる。
そのため、本実施形態では、ウエハテーブルＷＴＢに保持されたウエハＷの表面位置及び姿勢の制御をより高精度に維持することが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、ウエハテーブルＷＴＢをＸ軸方向に移動させる際に生じるＺ軸方向の推力を、Ｘ軸方向の加速度情報に基づいて補正するものとして説明したが、上述したように、Ｙ軸方向（第３方向）に第３駆動信号により移動させる際の加速度情報に基づいて補正する方式や、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に移動させる際には、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方の加速度情報に基づいて補正する方式としてもよい。さらに、上記実施形態では、Ｚ軸方向に加わる推力を補正するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えばウエハテーブルＷＴＢをＸ軸方向に移動させる際の加速度情報に基づいて、Ｙ軸方向に生じる推力を補正する構成や、Ｚ軸方向に移動させる際の加速度情報に基づいて、Ｙ軸方向に生じる推力やＸ軸方向に生じる推力を補正する構成としてもよい。すなわち、本発明は、３軸方向に移動可能なステージに対して、この中の第１軸と第２軸との少なくとも一つに移動する際の駆動信号（の加速度情報）に基づいて、第３軸に沿って生じる推力を補正することが可能である。

なお、上記各実施形態の基板（物体）としては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。

露光装置としては、レチクルＲとウエハＷとを静止した状態でレチクルＲのパターンを一括露光し、ウエハＷを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）の他に、レチクルＲとウエハＷとを同期移動してレチクルＲのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）にも適用することができる。また、本発明はウエハＷ上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。

露光装置の種類としては、ウエハＷに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。

また、本発明が適用される露光装置の光源には、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）等のみならず、ｇ線（４３６ｎｍ）及びｉ線（３６５ｎｍ）を用いることができる。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。また、上記実施形態では、反射屈折型の投影光学系を例示したが、これに限定されるものではなく、投影光学系の光軸（レチクル中心）と投影領域の中心とが異なる位置に設定される屈折型の投影光学系にも適用可能である。

また、本発明は、投影光学系と基板との間に局所的に液体を満たし、該液体を介して基板を露光する、所謂液浸露光装置に適用したが、液浸露光装置については、国際公開第９９／４９５０４号パンフレットに開示されている。さらに、本発明は、特開平６−１２４８７３号公報、特開平１０−３０３１１４号公報、米国特許第５，８２５，０４３号などに開示されているような露光対象の基板の表面全体が液体中に浸かっている状態で露光を行う液浸露光装置にも適用可能である。

また、本発明は、基板ステージ（ウエハステージ）が複数設けられるツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平１０−１６３０９９号公報及び特開平１０−２１４７８３号公報（対応米国特許６，３４１，００７号、６，４００，４４１号、６，５４９，２６９号及び６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号（対応米国特許５，９６９，４４１号）或いは米国特許６，２０８，４０７号に開示されている。更に、本発明を本願出願人が先に出願した特願２００４−１６８４８１号のウエハステージに適用してもよい。

また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

次に、本発明の実施形態による露光装置及び露光方法をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図８は、マイクロデバイス（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）の製造例のフローチャートを示す図である。
まず、ステップＳ１０（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１１（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル）を製作する。一方、ステップＳ１２（ウエハ製造ステップ）において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップＳ１３（ウエハ処理ステップ）において、ステップＳ１０〜ステップＳ１２で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１４（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１３で処理されたウエハを用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１４には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１５（検査ステップ）において、ステップＳ１４で作製されたマイクロデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。

図９は、半導体デバイスの場合におけるステップＳ１３の詳細工程の一例を示す図である。
ステップＳ２１（酸化ステップ）おいては、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ２２（ＣＶＤステップ）においては、ウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ２３（電極形成ステップ）においては、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ２４（イオン打込みステップ）においては、ウエハにイオンを打ち込む。以上のステップＳ２１〜ステップＳ２４のそれぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ２５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ２６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置）及び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップＳ２７（現像ステップ）においては露光されたウエハを現像し、ステップＳ２８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ２９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

また、半導体素子等のマイクロデバイスだけではなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置等で使用されるレチクル又はマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウエハ等ヘ回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、ＤＵＶ（深紫外）やＶＵＶ（真空紫外）光等を用いる露光装置では、一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フッ化マグネシウム、又は水晶等が用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置や電子線露光装置等では、透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハ等が用いられる。なお、このような露光装置は、ＷＯ９９／３４２５５号、ＷＯ９９／５０７１２号、ＷＯ９９／６６３７０号、特開平１１−１９４４７９号、特開２０００−１２４５３号、特開２０００−２９２０２号等に開示されている。

実施形態の投影露光装置の概略構成を示す図である。 ウエハステージＷＳＴの概略構成を示す平面図である。 ウエハステージＷＳＴの正面図である。 第１実施形態のＺ方向への駆動に関する制御系のブロック線図である。 ウエハテーブルをＸ軸方向に駆動する際の推力プロファイルである。 ウエハテーブルをＸ軸方向に駆動した際にウエハテーブルに加わるＺ方向への推力プロファイルである。 第２実施形態のＺ方向への駆動に関する制御系のブロック線図である。 本発明のマイクロデバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。 図８におけるステップＳ１３の詳細工程の一例を示す図である。

符号の説明

Ｊａ…ガイド面、 Ｒ…レチクル（マスク）、 Ｗ…ウエハ（基板）、 ＷＳＴ…ウエハステージ（ステージ）、 ７２…ＸＹ駆動補正部（補正部）、 ９３…演算部（外乱推定部）、 ９４…演算部（外乱補償信号生成部）

Claims (19)

1. 第１駆動信号により第１方向に駆動されるとともに、第２駆動信号により前記第１方向と交差する第２方向に駆動されるステージを制御するステージ制御方法であって、
   前記第２駆動信号に基づいて、前記第１駆動信号を補正する補正ステップを有するステージ制御方法。
2. 請求項１記載のステージ制御方法において、
   前記ステージの前記第１方向の位置に対応する補正量を用いて、前記第１駆動信号を補正するステージ制御方法。
3. 請求項２記載のステージ制御方法において、
   前記補正量と前記ステージの前記第１方向の位置とは１次の関数で表せるステージ制御方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のステージ制御方法において、
   前記第２駆動信号に含まれる前記ステージの加速度情報を用いて、前記第１駆動信号を補正するステージ制御方法。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のステージ制御方法において、
   前記第２駆動信号に基づく情報を前記第１駆動信号にフィードフォワードして前記ステージを前記第１方向へ駆動するステップを含むステージ制御方法。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のステージ制御方法において、
   前記ステージが前記第１方向へ駆動されたことで得られる情報に基づいて該ステージに加わる外乱を推定する外乱推定ステップと、
   前記外乱推定ステップで求められた推定外乱に基づいて前記第１駆動信号を補償した外乱補償信号を生成する外乱補償信号生成ステップと、
   を含み、前記外乱補償信号と前記第２駆動信号とに基づいてステージの駆動が行なわれるステージ制御方法。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のステージ制御方法において、
   前記ステージは、前記第２方向を含むガイド面に沿って移動し、
   前記第１方向は、前記ガイド面と略直交する方向であるステージ制御方法。
8. 請求項７記載のステージ制御方法において、
   前記ステージは、前記ガイド面内で前記第２方向と交差する第３方向に第３駆動信号により駆動され、
   前記第３駆動信号に基づいて、前記第１駆動信号を補正するステップを有するステージ制御方法。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のステージ制御方法を用いる露光方法。
10. 請求項１から８のいずれか一項に記載のステージ制御方法を用いるデバイス製造方法。
11. 第１駆動信号により第１方向に駆動されるとともに、第２駆動信号により前記第１方向と交差する第２方向に駆動されるステージを制御するステージ制御装置であって、
    前記第２駆動信号に基づいて、前記第１駆動信号を補正する補正部を有するステージ制御装置。
12. 請求項１１記載のステージ制御装置において、
    前記補正部は、前記ステージの前記第１方向の位置に対応する補正量を用いて、前記第１駆動信号を補正するステージ制御装置。
13. 請求項１２記載のステージ制御装置において、
    前記補正量と前記ステージの前記第１方向の位置とは、１次の関数で表せるステージ制御装置。
14. 請求項１１から１３のいずれか一項に記載のステージ制御装置において、
    前記補正部は、前記第２駆動信号に含まれる前記ステージの加速度情報を用いて、前記第１駆動信号を補正するステージ制御装置。
15. 請求項１１から１４のいずれか一項に記載のステージ制御装置において、
    前記第２駆動信号に基づく情報を前記第１駆動信号にフィードフォワードして前記ステージを前記第１方向へ駆動するステージ制御装置。
16. 請求項１１から１５のいずれか一項に記載のステージ制御装置において、
    前記ステージが前記第１方向へ駆動されたことで得られる情報に基づいて該ステージに加わる外乱を推定する外乱推定部と、
    前記外乱推定部で求められた推定外乱に基づいて前記第１駆動信号を補償した外乱補償信号を生成する外乱補償信号生成部とを含み、
    前記外乱補償信号と前記第２駆動信号とに基づいて前記ステージの駆動を行なうステージ制御装置。
17. 請求項１１から１６のいずれか一項に記載のステージ制御装置において、
    前記ステージは、前記第２方向を含むガイド面に沿って移動し、
    前記第１方向は、前記ガイド面と略直交する方向であるステージ制御装置。
18. 請求項１７記載のステージ制御装置において、
    前記ステージは、前記ガイド面内で前記第２方向と交差する第３方向に第３駆動信号により駆動され、
    前記補正部は、前記第３駆動信号に基づいて、前記第１駆動信号を補正するステージ制御装置。
19. 請求項１１から１８のいずれか一項に記載のステージ制御装置を備えることを特徴とする露光装置。

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