JP2004140290A - ステージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な位置制御を継続的に行うことができるステージ装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、ステージ２を移動させるステージ装置に係り、ステージ２の面に直交するＺ方向における位置を計測する第１、第２位置計測器４、５と、第１、第２位置計測器４、５のいずれか一方の計測状態が所定条件から外れた場合に、他方の位置計測器に切り替える切り替え器１０と、を備え、切り替え器１０によって選択された位置計測器の出力に基づいて、ステージ２の前記Ｚ方向における位置を移動させることを特徴とする。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、ステージ装置に関し、より詳細には、これを用いて被処理物を露光することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種測定器及び半導体リソグラフィ工程で用いる投影露光装置等においては、被測定物又はウエハ等の被加工物を搭載し、高速・高精度で物体の移動や位置決めを行うステージ装置が用られている。
【０００３】
従来のステージ装置の概略図を図１に示す。従来のステージ装置は、ウエハ面に順次パターンを露光するために、Ｘ、Ｙ方向に高精度に駆動するＸＹステージ１、ウエハ面に合わせて高精度にフォーカス合わせができるように、Ｚ、ωＸ、及びωＹチルト方向に駆動できるステージ２、並びに、これらを制御する不図示の駆動制御機構を備える。これらは、ステージ定盤３上で駆動するように構成されている。
【０００４】
ステージ２は、搭載したウエハに正確な像を焼き付けるため、高精度な位置制御を行う必要がある。よって、ステージの位置を高精度に計測したデータに基づいて、その位置を駆動制御する必要がある。Ｘ、Ｙ、ωＸ、及びωＹ方向の位置計測には、レーザー干渉計が用いられる。Ｚ方向の位置計測に関しては、従来は、リニアエンコーダ等が用いられていた。しかし、更なる高精度化を図るため、レーザー干渉計４を用いる方法が提案されている。レーザー干渉計４を用いることによって、Ｚ方向の位置計測においても、高精度な計測系を構築することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザー干渉計を用いた測長手段においては、レーザーを測定対象に照射して反射させる必要があるため、測定対象にミラーを搭載する必要がある。ミラーは、ステージの駆動範囲内で、常にレーザーを反射できる必要があるため、例えば、それほど高い制御精度を必要としないウエハ供給回収位置等の露光エリア外での駆動においても、レーザーを反射できるようにするために、サイズの大きなミラーが必要となる。サイズの大きなミラーをステージに搭載すると、ステージのバランスが悪化し、制御精度が悪化する原因となる。また、精度の高いミラーを作成する場合は、その大きさに比例して、コストがアップするという欠点がある。
【０００６】
また、レーザー干渉計を用いた計測システムにおいては、干渉計レーザー経路の遮断、或いは、ステージがチルト方向へ大きく傾き、レーザー光軸が計測範囲から外れる等の理由によって、レーザー光による計測が行えなくなった場合には、途端にステージのサーボが切れて、制御不能になる。そのため、それ以後は、レーザー干渉計のリセットを含む初期位置駆動を行わなければ、ステージ駆動を行える状態に復旧しない。従って、制御不能になる直前に、ステージ上にウエハが存在していた場合には、露光シーケンス等によって、そのウエハを回収することができなくなり、装置の復旧に過大な時間を要する。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高精度な位置制御を継続的に行うことができるステージ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ステージを移動させるステージ装置に係り、前記ステージの面に直交するＺ方向における位置を計測する第１、第２位置計測器と、前記第１、第２位置計測器のいずれか一方の計測状態が所定条件から外れた場合に、他方の位置計測器に切り替える切り替え器と、を備え、前記切り替え器によって選択された位置計測器の出力に基づいて、前記ステージの前記Ｚ方向における位置を移動させることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図２は、本発明の好適な第１の実施形態に係るステージ装置の構成を示す概念図である。
【００１１】
第１の実施形態では、ステージ装置は、ステージ２、そのＺ方向駆動に関して、その位置を検出する第１位置計測器としてのレーザー干渉計４及びそのカウンタ１２、レーザー干渉計４とは別の第２位置計測器としてのリニアエンコーダ５及びそのカウンタ１６、Ｚ方向への駆動力を発生するアクチュエータ８を備える。
【００１２】
レーザー干渉計４の計測用ミラー６は、ステージ２上に搭載されている。また、ステージ２がＺ方向に駆動したときの変位等を計測するために、レーザー干渉計４の計測レーザー７は、計測用ミラー６に照射されている。計測用ミラー６は、所定の処理中（例えば、ステージ装置が露光装置に適用された場合に、露光エリアの内側において駆動している間等）に、レーザーを反射できる程度の大きさをもつ。また、リニアエンコーダ５のカウンタ１６は、初期化動作時に、レーザー干渉計４と同時にリセットされ、位置計測可能な状態となっている。なお、リニアエンコーダ５は、その計測範囲の一部がレーザー干渉計４の計測範囲と重なるよう構成されてもよい。
【００１３】
制御器９は、その内部に切り替え器としての計測値取り込み部１０を含む。計測値取り込み部１０は、レーザー干渉計４とリニアエンコーダ５とを切り替えることができる。通常のＺ方向位置制御においては、レーザー干渉計４のカウンタ１２からの計測値に基づいて制御するように切り替えられている。制御器９は、レーザー干渉計４からの計測値を演算部１１に取り込み、その計測値と駆動目標値から、ステージ２が目標値に駆動するように、アクチュエータ８に指令を行う。このような制御ループによって、ステージ２には、Ｚ方向に対するサーボ制御が行われている。
【００１４】
ここで、図３に示すように、ステージ２が、ウエハの供給回収等が行われる位置に駆動された場合には、レーザー干渉計４からの計測レーザー７がステージ２に搭載されたミラー６から外れてしまう。ここで、ステージ２のＸ方向及び／又はＹ方向の位置は、レーザー干渉計１３によって制御されている。制御器９は、レーザー干渉計１３からの情報に応じて、Ｚ方向計測の計測レーザー７がミラー６を外れる前に、計測値読み取り部１０によって、レーザー干渉計４のカウンタ１２からリニアエンコーダ５のカウンタ１６に切り替えることができる。これによって、制御器９は、Ｚ方向の駆動制御を行うための位置信号を引き続き得て、Ｚ方向の駆動制御を継続して行うことが可能となる。これによって、例えば、駆動エリア（例えば、ステージ装置が露光装置に適用された場合には、露光エリアを意味する。以下同じ。）の内側と外側とで、レーザー干渉計４とリニアエンコーダ５とを切り替えて用いることができる。
【００１５】
なお、制御器９は、ステージ２のＸＹ方向座標、Ｚ方向の位置、チルト方向の位置、及びその傾きのいずれか１つに応じて、Ｚ方向の位置計測器をレーザー干渉計４からリニアエンコーダ５に切り替え、リニアエンコーダ５の計測結果に基づいてステージ２のＺ方向の位置を制御してもよい。また、制御器９は、駆動エリアの外側でステージ２を駆動している間に、レーザー干渉計４のカウンタ１２からリニアエンコーダ５のカウンタ１６に切り替えるよう構成されてもよい。
【００１６】
以上のように、本実施形態によれば、ステージのＺ方向の位置を計測する位置計測器の一方の計測状態が所定条件から外れた場合に、もう一方の位置計測器に切り替えることができる。これによって、一方の位置計測器が計測不能となった等の場合でも、もう一方の位置計測器によってステージの駆動を継続することができる。また、駆動エリア外での駆動において、レーザー干渉計４からリニアエンコーダ５に切り替えることができるため、ミラーのサイズを小型化することができる。更に、駆動エリアの内側と外側とで、レーザー干渉計４とリニアエンコーダ５とを切り替えて用いることができるため、処理に応じて適切な位置計測器を選択することができる。これらによって、本実施形態によれば、位置計測器の構成の簡略化、センサーコストの低下、制御精度の向上、及び装置停止による生産性低下の防止等を実現することができる。
【００１７】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置の構成を示す概念図であり、前述の第１の実施形態と同様の部分は同様の符号で示している。
【００１８】
第２の実施形態では、第１位置計測器としてのレーザー干渉計４及び第２位置計測器としてのリニアエンコーダ５は、それぞれのカウンタ１２、１６からの計測値を互いにプリセットできるプリセット機構１５を有する。レーザー干渉計４からリニアエンコーダ５へ位置計測器を切り替える場合には、図４に示すように、レーザー干渉計４とリニアエンコーダ５とが同時に計測できる位置において、プリセット機構１５によって、レーザー干渉計４のカウンタ１２からリニアエンコーダ５のカウンタ１６へ、ポジションデータ（位置データ）をプリセットする。リニアエンコーダ５から、レーザー干渉計４へ位置計測器を切り替える場合には、図４に示すように、レーザー干渉計４とリニアエンコーダ５とが同時に計測できる位置において、プリセット機構１５によって、リニアエンコーダ５のカウンタ１６からレーザー干渉計４のカウンタ１２へ、ポジションデータ（位置データ）をプリセットする。
【００１９】
以上のように、本実施形態によれば、位置計測器を切り替えた場合でも、円滑に制御を継続することができる。
【００２０】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の好適な第３の実施形態に係るステージ装置の構成を示す概念図であり、前述の第１の実施形態と同様の部分は同様の符号で示している。
【００２１】
上記に述べた第１位置計測器としてのレーザー干渉計４の計測レーザー光７が、何らかの障害物１４等によって遮断され、計測が正常に行われなくなった場合には、それ以後は、レーザー干渉計４の計測値に基づいて駆動制御を行うことができなくなる。そこで、第３の実施形態では、レーザー干渉計４による正しい計測が不能となった場合には、図４に示すように、制御部９は、その状態をレーザー干渉計カウンタ１２から出力されるエラー信号に基づいて検知し、計測値読み取り部１０を用いてレーザー干渉計４のカウンタ１２から直ちにリニアエンコーダ５のカウンタ１６に切り替えられる。これによって、制御部９の演算部１１は、継続的に正しい位置情報（計測信号）を得ることができる。従って、これ以後は、制御器９は、リニアエンコーダ５の計測信号に基づいて、Ｚ方向の駆動制御を行うことができる。
【００２２】
以上のように、本実施形態によれば、レーザー干渉計によって計測が行えなくなった場合でも、装置を停止することなく、Ｚ方向の位置制御を行うことができる。
【００２３】
また、リニアエンコーダ５による制御に切り替わった後、レーザー干渉計４による正しい計測が可能となった場合には、図６に示すように、制御器９は、その時点でのリニアエンコーダ５のカウンタ１６からの計測値を、レーザー干渉計４のカウンタ１２にプリセットするプリセット機構１５を備えてもよい。これによって、計測値読み取り部１０によって位置計測器がリニアエンコーダ５からレーザー干渉計４に切り替えられ、レーザー干渉計４による位置計測が再び可能となる。以上の制御を行うことによって、ステージ制御を継続的に行うことができる。
【００２４】
なお、リニアエンコーダ５による制御に切り替えた後、Ｚ方向の制御において、露光等の処理に必要な精度が満たせなくなった場合には、処理を中止することができる。この場合、ウエハを回収した後、レーザー干渉計４のリセット動作を行い、再びレーザー干渉計４による制御に戻すことができる。この場合も、リニアエンコーダ５によって制御が行われているので、自動的にリセットシーケンスを実行することができる。また、レーザー干渉計４及びリニアエンコーダ５の各々の計測値の差分をオフセットパラメータとして保持し、レーザー干渉計４及びリニアエンコーダ５のいずれか一方の位置計測器を他方の位置計測器に切り替える場合には、前記オフセットパラメータを位置計測データに反映させてもよい。
【００２５】
（第４の実施形態）
本実施形態においては、ステージ装置は、概略的には、前述の第１、第２、及び第３の実施形態に係るステージ装置の構成の一部を、別の構成によって置き換える。即ち、前述の第１、第２、及び第３の実施形態においては、第２計測手段５としてリニアエンコーダ５を示したが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、第２計測手段５は、レーザー干渉計、レーザー変位計、超音波センサ、磁歪センサ、静電容量センサ、又は渦電流センサ等に置き換えても同様の効果を得ることができる。
【００２６】
（他の実施形態）
図７は、本発明の位置決め装置を半導体デバイスの製造プロセスに用いられる露光装置に適用した場合における露光装置の構成を示す概略図である。図７において、照明光学系３００１から出た光は原版であるレチクル３００２上に照射される。レチクル３００２はレチクルステージ３００３上に保持され、レチクル３００２のパターンは、縮小投影レンズ３００４の倍率で縮小投影されて、その像面にレチクルパターン像を形成する縮小投影レンズ３００４の像面は、Ｚ方向と垂直な関係にある。露光対象の試料である基板３００５表面には、レジストが塗布されており、露光工程で形成されたショットが配列されている。制御対象としての基板３００５は、ステージ２上に載置されている。ステージ２は、基板３００５を固定するチャック、Ｘ軸方向とＹ軸方向に各々水平移動可能な駆動器としてのＸＹステージ等を有する。
【００２７】
（実施態様）
本発明に係る実施態様の例を以下に列挙する。
【００２８】
［実施態様１］　ステージを移動させるステージ装置であって、
前記ステージの面に直交するＺ方向における位置を計測する第１、第２位置計測器と、
前記第１、第２位置計測器のいずれか一方の計測状態が所定条件から外れた場合に、他方の位置計測器に切り替える切り替え器と、
を備え、
前記切り替え器によって選択された位置計測器の出力に基づいて、前記ステージの前記Ｚ方向における位置を移動させることを特徴とするステージ装置。
【００２９】
［実施態様２］　前記切り替え器は、所定の駆動エリアの内側と外側とで、前記第１位置計測器と前記第２位置計測器とを切り替えて用いることを特徴とする実施態様１に記載のステージ装置。
【００３０】
［実施態様３］　前記第１、第２位置計測器のいずれか一方の位置計測器を他方の位置計測器に切り替える場合に、一方の位置計測器の計測データを、他方の位置計測器にプリセットする機構を有することを特徴とする実施態様１に記載のステージ装置。
【００３１】
［実施態様４］　前記第１、第２位置計測器の各々の計測値の差分をオフセットパラメータとして保持し、前記第１、第２位置計測器のいずれか一方の位置計測器を他方の位置計測器に切り替える場合に、前記オフセットパラメータを位置計測データに反映させることを特徴とする実施態様３に記載のステージ装置。
【００３２】
［実施態様５］　前記切り替え器は、前記第１位置計測器が計測不能となった場合に、Ｚ方向の位置計測器を前記第２位置計測器に切り替えることを特徴とする実施態様１に記載のステージ装置。
【００３３】
［実施態様６］　前記切り替え器は、前記ステージのＸＹ方向座標、Ｚ方向の位置、チルト方向の位置、及びその傾きの少なくとも１つに応じて、Ｚ方向の位置計測器を前記第１位置計測器から前記第２位置計測器に切り替えることを特徴とする実施態様１に記載のステージ装置。
【００３４】
［実施態様７］　パターンを形成した原版に照射される露光光を基板に投影するための光学系と、
前記基板または前記原版を保持し、ステージを移動させるステージ装置と、
を備え、
前記ステージ装置は、
前記ステージの面に直交するＺ方向における位置を計測する第１、第２位置計測器と、
前記第１、第２位置計測器のいずれか一方の計測状態が所定条件から外れた場合に、他方の位置計測器に切り替える切り替え器と、
を備え、
前記切り替え器によって選択された位置計測器の出力に基づいて、前記ステージの前記Ｚ方向における位置を移動させることを特徴とする露光装置。
【００３５】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、高精度な位置制御を継続的に行うことができるステージ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のステージ装置の概略図を示す図である。
【図２】本発明の好適な第１の実施形態に係るステージ装置の構成を示す概念図である。
【図３】本発明の好適な第１の実施形態に係るステージ装置の構成を示す概念図である。
【図４】本発明の好適な第２の実施形態に係るステージ装置の構成を示す概念図である。
【図５】本発明の好適な第３の実施形態に係るステージ装置の構成を示す概念図である。
【図６】本発明の好適な第３の実施形態に係るステージ装置の構成を示す概念図である。
【図７】本発明の好適な実施形態に係るステージ装置を露光装置に適用した場合の概念図である。
【符号の説明】
１　ＸＹステージ
２　Ｚ、ωＸ、ωＹチルトステージ
３　ステージ定盤
４　Ｚ方向の第１位置計測器（レーザー干渉計）
５　Ｚ方向の第２位置計測器（リニアエンコーダ）
６　Ｚ方向計測用干渉計ミラー
７　Ｚ方向計測用干渉計計測レーザー
８　Ｚ方向駆動アクチュエータ
９　制御器
１０　計測値読み取り部（切り替え器）
１１　演算部
１２　レーザー干渉計カウンタ
１３　レーザー干渉計カウンタ
１４　レーザー光への障害物
１５　第１、第２の計測値プリセット機構
１６　第２位置計測器のカウンタ

Claims (1)

1. ステージを移動させるステージ装置であって、
   前記ステージの面に直交するＺ方向における位置を計測する第１、第２位置計測器と、
   前記第１、第２位置計測器のいずれか一方の計測状態が所定条件から外れた場合に、他方の位置計測器に切り替える切り替え器と、
   を備え、
   前記切り替え器によって選択された位置計測器の出力に基づいて、前記ステージの前記Ｚ方向における位置を移動させることを特徴とするステージ装置。

Images