JP3907497B2 - 位置決め装置及びその制御方法、並びに露光装置、並びにその制御方法により制御される露光装置により半導体デバイスを製造する製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置決め装置及びその制御方法、並びに露光装置、並びにその制御方法により制御される露光装置により半導体デバイスを製造する製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報化社会の発展に伴い、デバイスや回路等の高集積化が急速に進められている。これらは微細加工技術の発展によって実現された。例えば、特開平１０−２８９９４３号公報では、レーザー干渉計を用いてステージを制御するシステムが開示されている。このシステムは、一般的に、可動軸１自由度に関して１軸の割合で、ステージの位置を計測する干渉計の計測軸が設けられている。
【０００３】
しかし、このシステムにおいてステージの可動ストロークを長く取るには、ステージに取り付ける干渉計のミラーを大きくする必要があり、これによってステージの制御系の動特性が低下した。また、例えば、露光装置にフォーカス方向の計測を行うための干渉計を設定する場合、投影レンズの配置関係からステージの可動域全体を１本の干渉計の光軸で計測できるようにする光軸の配置が幾何学的に困難であるという問題点があった。
【０００４】
そこで、特開平２０００−１８７３３８号公報では、露光装置のステージにある駆動ストロークの１軸に複数のレーザー干渉計を設け、オフアクシスアライメント計測時と露光時に干渉計を切り替えることで、干渉計のミラーの軽量化を試みた。２本の干渉計を切り替えてステージの位置を計測するためには、一般的に、２本の干渉計が同時に位置計測できるストロークを設け、そのストローク内でステージ位置を計測する干渉計の位置計測値を、これから切り替えようとする干渉計の位置計測値にプリセットする。これは干渉計の切り替えが２本以上ある場合も同様である。
【０００５】
ステージ駆動中に複数の干渉計を切り替える場合、一方の位置計測値を読み取って他方の干渉計の位置計測値としてプリセットするまでの時間だけ、移動速度に比例した一定量の誤差が生じる。上記時間にばらつきがあると、これらの誤差は不特定量の誤差となり、保持している現在位置の誤差量は累積される。この問題を回避するために、露光装置で１枚のウエハを処理するときの干渉計の切り替え回数を極力少なくしたり、ベースライン計測中にウエハステージが停止している間に干渉計を切り替えたりしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、干渉計の切り替え位置は、システム上で制限されたベースライン計測位置等の特定の位置に設ける必要があった。その結果、システム上の制約となり、例えば、ステージ駆動中に干渉計を切り替えることができないという問題点があった。また、停止位置によっては、ステージの暗振動によって生じる不特定多数の切り替わり(チャタリング)が生じるという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、ステージ駆動中に計測装置が切り替わることによって生じる誤差を抑えた位置決め装置及びその制御方法、並びに露光装置、並びにその制御方法により制御される露光装置により半導体デバイスを製造する製造方法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】
本発明の第１の側面は、少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置に係り、第１方向における前記ステージの位置を、前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置で同時に計測する機能を有する複数の位置計測装置と、前記ステージの前記第２方向における少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替装置と、前記切替装置が前記位置計測装置を切り替えるときに、前記第１方向における前記ステージの移動速度及び前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定装置とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記位置計測装置の計測結果に基づいて前記第１方向における前記ステージの移動速度を演算する第１の演算装置と、切り替え前に前記第１の位置計測装置により前記ステージの前記第１方向における位置を計測してから、切り替え後に前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定するまでの実行時間を計測する時間計測装置と、前記第１の演算装置で演算した前記移動速度と、前記時間計測装置で計測した前記実行時間との積を演算する第２の演算装置とを更に備え、前記設定装置は、前記切替装置が前記位置計測装置を切り替えるときに、切り替え前の前記第１の位置計測装置が計測した前記ステージの前記第１方向における位置に前記積を加えた値を、切り替え後の前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値に設定する。
【００１０】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記設定装置は、前記第１方向における前記ステージの移動速度と前記位置計測装置のサンプル時間間隔とに基づいて前記初期値を設定する。
【００１１】
本発明の第２の側面は、少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置に係り、第１方向における前記ステージの位置を、前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置で同時に計測する機能を有する複数の位置計測装置と、前記ステージの前記第２方向における少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替装置と、前記切替装置が前記位置計測装置を切り替えるときに、前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定装置とを備え、前記設定装置は、切り換え前に前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に、前記第１の位置計測装置及び前記第２の位置計測装置のサンプル時間間隔で前記ステージが等速で移動した前記第１方向における距離を加算して、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値に設定する。
本発明の好適な実施の形態によれば、前記目標位置に応じて前記ステージが等速で移動する位置が変化するとき、前記等速で移動する位置で前記位置計測装置が切り替わるように、前記位置計測装置の切り替え位置を変更する。
【００１２】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記等速で移動する位置で前記位置計測装置が切り替わるように、前記ステージの駆動加速度及び駆動速度の少なくとも１つを調整して前記ステージが駆動するときの軌道及び目標位置を変更する。
【００１３】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記等速で移動する位置で前記位置計測装置が切り替わるように、前記ステージの前記目標位置を変更する。
【００１４】
本発明の好適な実施の形態によれば、変更前の前記目標位置へ前記ステージを駆動する機能を有する。
【００１６】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記位置計測装置は、３次元方向に移動可能な前記ステージに対して、３次元方向の前記位置を計測する機能を有する。
【００１７】
本発明の第３の側面は、少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置の制御方法に係り、第１方向における前記ステージの位置を、各々が前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置に配置された複数の位置計測装置を利用して同時に計測する位置計測工程と、前記第１方向における前記ステージの移動速度及び前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定工程と、前記第２方向における前記ステージの少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに前記複数の位置計測装置のうち第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替工程と、を含む。
【００１８】
本発明の第４の側面は、少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置の制御方法に係り、第１方向における前記ステージの位置を、各々が前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置に配置された複数の位置計測装置を利用して同時に計測する位置計測工程と、前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定工程と、前記第２方向における前記ステージの少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに前記複数の位置計測装置のうち第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替工程と、を含み、前記設定工程は、切り換え前に前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に、前記第１の位置計測装置及び前記第２の位置計測装置のサンプル時間間隔で前記ステージが等速で移動した前記第１方向における距離を加算して、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値に設定する。
【００１９】
本発明の第５の側面は、露光装置に係り、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位置決めを行う上記の決め装置を備える。
【００２０】
本発明の好適な実施の形態によれば、露光すべき領域を通過した直後から遅延時間後に、前記位置計測装置を切り替える。
【００２１】
本発明の第６の側面は、半導体デバイスの製造方法に係り、基板に感光材を塗布する塗布工程と、前記塗布工程で前記感光材が塗布された前記基板に上記の露光装置を利用してパターンを転写する露光工程と、前記露光工程で前記パターンが転写された前記基板の前記感光材を現像する現像工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置の一例を示す図であり、特に、この位置決め装置を半導体露光装置のウエハステージに適用した場合の一例を示す図である。ウエハステージ７は、Ｙミラー５、Ｘミラー６、及び不図示のウエハチャックを搭載している。ウエハステージ７は、説明の便宜上ＸＹθ軸に駆動可能のものを示したが、６軸駆動するものであってもよい。Ｘミラー６は、Ｘ軸干渉計３またはＸ軸干渉計４からの計測光を反射し、ウエハステージ７のＸ軸方向の位置座標を計測するために用いられる。Ｙミラー５は、Ｙ軸干渉計１及びＹａｗｉｎｇ干渉計２からの計測光を反射し、ウエハステージ７のＹ軸方向の位置座標を計測するために用いられる。リニアモータＸＬＭ１０は、ウエハステージ７をＸ方向に駆動し、Ｘ軸側Ｙａｗガイド９により案内される。リニアモータＹＬＭ（固定子）１１は、ＹＬＭ（可動子）１２をＹ方向に駆動し、Ｙ軸側Ｙａｗガイド８により案内される。ウエハステージ７は、平面ガイド１３によって案内され、駆動されたＹ座標値に応じて、Ｘ軸方向の座標を計測しているＸ軸干渉計３、４が切り替わる。すなわち、ウエハステージ７が図１のＹ軸干渉計１の近くに位置する場合は、Ｘ軸干渉計４の光軸上にＸミラー６が到達していないので、Ｘ軸干渉計３がＸ軸の位置を計測する。ウエハステージ７が図１のＹ軸干渉計１の遠くに位置する場合は、同様な理由でＸ軸干渉計４がＸ軸の位置を計測する。
【００２４】
本発明の主目的は、例えば、このように配置されたウエハステージ７の１自由度に対して、レーザー干渉計が２軸以上配置されたときのレーザ干渉計の切り替え、及び、現在位置の計測値の引き継ぎに関して、安定かつ高精度な手段を提供することである。
【００２５】
図２は、図１に示す位置決め装置を横から見た図である。ウエハステージ７は、鏡筒定盤２０５に固定された干渉計２０４によって位置計測されている。この図における干渉計２０４は、図１において説明したＹ軸干渉計１、Ｙａｗｉｎｇ干渉計２、Ｘ軸干渉計３、Ｘ軸干渉計４のいずれか１つを横から見たものを示す。鏡筒定盤２０５は、ダンパー２０６により除振台（ペデスタル）２０３から浮上保持され、床からの高周波振動を干渉計２０４及び不図示の露光装置投影光学系に与えないように配慮されている。干渉計２０４は、計測する軸の方向及びＹ方向の位置により基鏡筒定盤２０５に複数配置されている。ステージ定盤２０２も鏡筒定盤２０５と同様に、床からの高周波振動がウエハステージ７に伝達されないように配慮されている。鏡筒定盤２０５には投影レンズ２０７が搭載されており、同じく鏡筒定盤２０５上に載置されたレチクル２０８からのパターン像をウエハステージ７上にロードしたウエハ（不図示）上に投影する。
【００２６】
図３は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置において、計測値の有効な干渉計の計測軸とウエハステージのＹ座標との関係を示す図である。ウエハステージ７が図１のＹ軸干渉計１の近くに位置する場合は、Ｘ軸干渉計４の計測光軸はＸミラー６に当たらず、ウエハステージ７の現在位置を計測するのはＸ軸干渉計３のみである（区間Ａ）。
【００２７】
ウエハステージ７が駆動ストロークの中心付近に移動した場合は、Ｘ軸干渉計３、４とも計測光がＸミラー６に当たるため、Ｘ軸干渉計３、４ともに位置計測が可能である（区間Ｂ）。このように、ウエハステージ７が区間Ａから区間Ｂに移動した場合は、Ｘ軸干渉計４で計数する現在位置の情報は不定状態からの累積値となり、ウエハステージ７の現在位置を表す計測値としては意味を持たない。そこで、区間Ａから区間Ｂに移るときに、Ｘ軸干渉計３からＸ軸干渉計４へ計測値を引き継ぐ。例えば、Ｘ軸干渉計３で保持している現在位置の情報をＸ軸干渉計４に強制的にセット（プリセット）し、その直後から、ウエハステージ７が移動した相対量を継続して計数することによって、ウエハステージのＹストローク全面において、Ｘ軸干渉計３、４を用いて正しい位置計測値が得られる。Ｘ軸干渉計３からＸ軸干渉計４へ現在位置の計測値を引き継ぐ位置は、少なくとも引き継ぐＸ軸干渉計３と引き継がれるＸ軸干渉計４の双方の位置計測ビームが同時にＸミラー６に当たっている座標を選択する必要がある。Ｘ軸干渉計４からＸ軸干渉計３へ引き継ぐ場合も同様である。
【００２８】
ウエハステージ７が図１のＹ軸干渉計１の遠くに位置する場合は、Ｘ軸干渉計３の計測光軸はＸミラー６に当たらず、ウエハステージ７の現在位置を計測するのはＸ軸干渉計４のみである（区間Ｃ）。区間Ｃから区間Ｂへ移るときも同様にして、Ｘ軸干渉計４からＸ軸干渉計３に計測値が引き継がれる。
【００２９】
Ｙ１、Ｙ２は、それぞれＸ軸干渉計３からＸ軸干渉計４に計測値を引き継ぐ場所（Ｙ１）と、Ｘ軸干渉計４からＸ軸干渉計３に計測値を引き継ぐ場所（Ｙ２）の切り替え位置である。Ｙ１、Ｙ２は、異なった場所であるのが好ましい。これによって、ウエハステージ７の目標位置が切り替え位置近傍に指定されたときに起こり得るチャタリング（計測値を保持している干渉計が不必要に何度も切り替わってしまうこと）を防止することができる。また、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置が走査露光装置に用いられる場合は、干渉計の切り替え位置がＹ軸方向の走査露光中に発生しないように、Ｘ方向のステップサイズに合わせて切り替え位置Ｙ１、Ｙ２を変更してもよい。
【００３０】
図４は、干渉計の切り替え時に現在位置の計測値を引き継ぐ方法を示す図である。ステージ座標Ｓ０〜Ｓ４は、ウエハステージ７の中心が図１に示す点Ａから点Ｂに移動するときの干渉計のサンプル時間ごとの座標の一例を示す。ウエハステージ７は、例えば、図３に示す切り替え位置Ｙ１を等速で横切るように目標位置が設定されている。ステージ座標Ｓ０、Ｓ１において等速でＹ１に近付いてきたウエハステージ７は、ステージ座標Ｓ２で切り替え位置Ｙ１にさしかかる。次のステージ座標Ｓ３は、Ｓ２−Ｓ１、もしくは、それ以前のサンプル値を用いて計算したステージ移動速度(Ｖｓ)とサンプル時間間隔(Ｔｓ)から求められる。
【００３１】
Ｓ３ ＝ Ｓ２ ＋ （Ｓ２ − Ｓ１） （１）
または、
Ｓ３ ＝ Ｓ２ ＋ Ｖｓ × Ｔｓ （２）
干渉計１（例えばＸ軸干渉計３）は、Ｓ２で計測値を取得した後、次のサンプルタイミングにおいて、式（１）または式（２）で求めたＳ３の値を干渉計２（（例えばＸ軸干渉計４）にプリセットする。これにより、干渉計１によるウエハステージ現在位置が干渉計２に引き継がれる。
【００３２】
図５は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係るウエハステージ７の軌跡と干渉計の切り替え座標を示す図である。５０３ａ〜ｃは、ウエハ上に配置された露光ショットのレイアウトであり、露光スリット５０５によってレチクルパターンがウエハ上に転写・露光される。露光スリット５０５は、露光ショットの露光中はスキャン軸（Ｘ）に対して平行にすすみ（５０４ａ）、露光ショットを通り過ぎると（５０４ｂ）、直ちにＹ方向にステップして、次のショットの露光開始位置に到達する（５０４ｃ）。このときに、干渉計を切り替えるＹ座標が、図中の点線５０１の座標にあった場合、Ｙ軸方向への加速中に干渉計の切り替えが行われるために、式（１）または式（２）を用いて、図４で説明した方法で切り替え対象の干渉計のプリセット位置を計算すると、誤差が大きくなる。
【００３３】
そこで、このような場合は、実線５０２に示す座標に干渉計を切り替えるＹ座標を変更することによって、Ｘステージが等速で駆動しているときに干渉計を切り替えることができる。同様な効果を得るために、干渉計の切り替え位置においてウエハステージ７が等速度になるように最高速度を変更したり、露光ショットの処理順序を変更してＹステップ距離を長くとったりする方法を用いてもよい。また、ウエハステージ７が等速度で移動する区間に切り替えポイントが位置するように、干渉計切り替えを行うためのステップを行ってから、本来到達すべき目標位置にステップし直してもよい。しかしながら、これらの方法は、露光処理シーケンスの自由度やスループットを低下させる問題点がある。このため、少なくとも２つのＹ軸干渉計が共に有効な区間（図３のＢ）において、干渉計切り替えポイントの移動量に相当する量が確保できない場合の対策として設けておくのが好ましい。
【００３４】
図６は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係るステージ駆動速度のタイムチャートを示す図である。６０１ａ、６０１ｂは図５に示す露光ショット５０３ａ及び露光ショット５０３ｂを露光した時のＸ軸駆動プロファイル、６０１ｃは、露光ショット５０３ａから露光ショット５０３ｂにＹステップしたときのＹ軸駆動プロファイルである。干渉計切り替えポイント５０１は、Ｘ軸の駆動プロファイルにおける加速フェーズに位置しているため、切り替えポイントを等速フェーズに位置する干渉計切り替えポイント５０２に移動した。ここで、干渉計の切り替えポイント５０１を移動させずに、プロファイル６０１ｂを遅延させ、Ｙ軸の移動が終わってから６０１ｂを開始させてもよい。また、６０１ｄのように、干渉計の切り替えを行う際のＹステップの最高速度を落とすことにより、ＸＹ各軸の等速度移動の時間をより長く取ってもよい。すなわち、スキャン露光区間を示す６０１ａのハッチング部分が終わり次第、次の露光のためのＹ軸のステップが開始される。Ｙ軸の最高速度を落として加速に要する時間を短くすることにより、スキャン軸であるＸ軸の減速が開始する前にＹ軸の等速度移動に入る時間をより長く確保できる。また、干渉計切り替えの発生する場合のＸ軸スキャンを行うセトリング時間（６０１ａのハッチング領域以外の等速度区間）を延ばしても同じ効果が得られる。
【００３５】
図７は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係る制御ユニットの構成を表す図である。Ｙ軸レーザー干渉計カウンタ７０１、Ｙａｗｉｎｇ軸レーザー干渉計カウンタ７０２、Ｘ軸レーザー干渉計カウンタ７０３、Ｘ軸レーザー干渉計カウンタ７０４は、それぞれステージの計測位置をカウントする。現在位置計算ユニット７０５は、干渉計切り替え時に切り替えを行うＸ軸レーザー干渉計カウンタ７０３、７０４に対して、プリセット値７０６、７０７及び不図示のプリセットトリガー信号を送信する。主制御部７２０は、ステージ目標位置の計算や干渉計切り替えポイントの指示等を行う。プロファイラ７１２は、例えば、図８に示すように、ウエハステージ７が目標位置７１９に向かってＳ字形状の軌跡を描いて到達するようなプロファイルを生成する。図８において、ｔａは加速開始ポイント、ｔｃは加速が終了した後に一定速度駆動に入るポイント、ｔｄは減速開始ポイント、ｔｅは減速が終了した後に停止するポイントを示す。プロファイラ７１２によって生成された目標値出力７１４は、差分演算器７１３によって、ウエハステージ７の現在位置７１５と差分が演算される。差分演算器７１３によって得られた偏差７１６は、制御補償器７１７によってアクチュエータの操作量に変換されて、リニアモータドライバ７１８に加えられる。
【００３６】
（第２実施形態）
図９は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置の一例を示す図であり、特に、この位置決め装置を半導体露光装置のウエハステージに適用した場合の一例を示す図である。第１実施形態と同様の機能を有する部品は同じ番号を付してある。図１の位置決め装置との相違点は、図１はＸ軸に対して複数の干渉計軸が配置されていたが、図９ではＺ軸に対して複数の干渉計軸が配置されている点である。図１におけるＹミラー５は、図９においてはＹＺ１ミラー９０１に対応し、図９のＺ軸方向にある第１のＺ軸レーザー干渉計の計測光を反射するバーミラーとしても兼用される。さらに、ＹＺ１ミラー９０１の反対側にＺ２ミラー９０２を配置し、第２のＺ軸レーザー干渉計の計測光を反射する構成となっている。Ｚ軸レーザ干渉計の計測光は、不図示の光ファイバーによってオプティカルピックアップ９０３ａ、９０３ｂに導入される。オプティカルピックアップ９０３ａ、９０３ｂから出射した計測光は、キューブミラー９０４ａ及びキューブミラー９０４ｂによってＺ軸方向に反射される。Ｚ軸光学系マウント９０５は、ＸＬＭ上に固定されているため、ウエハステージ７のＹ軸を駆動すると、Ｚ軸光学系マウント９０５も同時にＹ方向に動く構成となっている。
【００３７】
図１０は、図９に示す位置決め装置を横から見た図である。キューブミラー９０４ａ、９０４ｂによってＺ軸方向に反射されたＺ軸干渉系の計測光は、三角ミラー９０６ａ及び三角ミラー９０２ｂによって直角方向に曲げられ、ＹＺ１ミラー９０１及びＺ１ミラー９０２に到達する。三角ミラー９０６ａ及び三角ミラー９０６ｂは、投影レンズ２０７に対して固定した位置に配置されており、ウエハステージ７のＹ方向駆動によってＹ軸方向に計測光の当たるスポット位置が移動する構成になっている。また、三角ミラー９０６ｂは、投影レンズ２０７の紙面背後にも対称に配置されており、ＹＺ１ミラー計測用の干渉計計測光を折り曲げている。本実施形態においては、このように投影レンズ２０７をステージ駆動ストロークの中心付近に配置する必要があり、Ｚ軸の計測をレーザー干渉計で行なおうすると投影レンズ２０７によってＺ軸計測を行うレーザー干渉計の計測光軸が投影レンズ２０７によって遮られるため、ウエハステージ７の駆動ストロークの中で干渉計の切り替えを行なう必要が生じる。また、干渉計の切り替えをウエハステージ７を静止した状態で行なおうとする方式が提案されているが、露光やアライメントシーケンス中に何度もウエハステージ７を停止させることになるため、装置のスループットを低下させてしまうという問題点があった。本実施形態によれば、ウエハステージ７の駆動中にＺ軸干渉計の計測軸の切り替えをすることができるので、上記干渉計計測軸の静止切り替えによって生じるスループットの低下という問題を回避することができる。
【００３８】
図１１は、図９に示す位置決め装置のステージ駆動速度のタイムチャートを示す図である。露光スリットがＸ方向のスキャン６０１ａ中にハッチング部分の露光区間を通過すると、直ちにＹ方向のステップとＺ方向のステップが開始される。Ｙｓｔｅｐ（６０１ｃ）がデフォルトの干渉計切り替え位置１１０１にまたがっているとする。この場合、干渉計切り替え位置１１０１の左側がＺ２の干渉計からＺ軸の計測値を得る領域、干渉計切り替え位置１１０１の右側がＺ１の干渉計からＺ軸の計測値を得る領域である。しかし、この図１１に示した駆動チャートにおいては、干渉計の切り替え位置がＺ軸の減速中に行われるようになっており、図４で説明した干渉計による測定値の切り替え方法では、計測値引継時の誤差が大きくなる。そこで、このような配置の場合、干渉計の切り替え位置を１１０２の位置に変更してＺ軸の駆動を停止するとともに、Ｙ軸駆動が等速駆動されているタイミングにおいて干渉計計測軸をＺ２からＺ１への切り替える。干渉計の切り替え位置は処理を行おうとするウエハのショットレイアウトによってＹｓｔｅｐ（６０１ｃ）の起こる位置及びストロークが異なる。よって、最適な干渉計切り替え位置は、ステップ方向やステップ目標値及びＺ軸のステップのタイミングに応じて、上記観点を考慮した値に変更することが望ましい。通常、露光装置におけるＺ軸の駆動距離は短いので、短時間にＺ軸のステップは終了する。したがって、次のショットにＹステップする際（６０１ｃ）にＺ干渉計計測軸を切り替える必要がある場合は、６０１ａにおける露光区間の終了から所定時間のディレイ（遅延）を入れた場所で、干渉計の切り替えを行うようにすればよい。
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、１軸に複数の干渉計がある場合に、第１の干渉計で保持している現在位置を第２の干渉計に強制的にプリセットするまでのステージの動作量を補正することにより、ステージ駆動中に計測装置を切り替える時の誤差を抑えることができる。さらに、上記切り替え動作を行う場所もしくはタイミングをステージの駆動パターンに応じて変化させ、ステージの駆動中（例えばステージが等速で駆動しているとき）に干渉計の切り替えを行うことにより、干渉計切り替えによるオーバーヘッド時間が解消され、切り替え精度が保証される。これにより、露光装置などのアプリケーションにおいて、干渉計の切り替えに要する時間を解消し、切り替えによって発生する誤差を抑えることができる。
【００４０】
また、目標位置が切り替え位置近傍に指定されたときに起こり得るチャタリングを防止することができる。これによって、干渉計切り替えの回数を必要最低限に抑えるが可能でなり、切り替えの誤差累積を大幅に抑えることができる。また、これらの累積誤差を解消させるためのキャリブレーションの回数も減少させることができる。
【００４１】
（他の実施形態）
次に、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で用いられる露光装置に適用した場合の実施の形態について説明する。
【００４２】
図１２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適用した場合に用いられる露光装置の概念図を示したものである。
【００４３】
本発明の好適な実施形態における露光装置１２００は、照明光学系１２０１、レティクル１２０２、投影光学系１２０３、基板１２０４、位置決め装置１２０５で構成される。照明光学系１２０１は、例えば、エキシマレーザ、フッ素エキシマレーザなどを光源とした紫外光を露光光として用いることができる。照明光学系１２０１からの光は、レティクル１２０２に照射される。レティクル１２０２を通った光は、投影光学系１２０３を通して、基板１２０４上に焦点を結び、基板１２０４表面に塗布された感光材を露光する。基板１２０４は、本発明の位置決め装置１２０５を用いて所定の位置へ移動する。
【００４４】
図１３は、上記の露光装置を用いた半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローである。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン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、上記の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）等の組立て工程を含む。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、これを出荷（ステップ７）する。
【００４５】
図１４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成膜する。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）では上記の露光装置を用いてウエハを精密に移動させ、回路パターンをウエハに転写する。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を形成する。
【００４６】
上記のプロセスを用いることにより、露光工程においてウエハを精密に移動させ、回路パターンをウエハに転写することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、ステージ駆動中に計測装置が切り替わることによって生じる誤差を抑えた位置決め装置及びその制御方法、並びに露光装置、並びにその制御方法により制御される露光装置により半導体デバイスを製造する製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置の一例を示す図である。
【図２】 図１に示す位置決め装置を横から見た図である。
【図３】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置において計測値の有効な干渉計とＹ座標の関係を示す図である。
【図４】 干渉計の切り替え時に現在位置の計測値を引き継ぐ方法を示す図である。
【図５】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係るウエハステージの軌跡と干渉計の切り替え座標を示す図である。
【図６】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係るステージ駆動速度のタイムチャートを示す図である。
【図７】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係る制御ユニットの構成を表す図である。
【図８】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係るステージのステップ駆動波形を示す図である。
【図９】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置の一例を示す図である。
【図１０】 図９に示す位置決め装置を横から見た図である。
【図１１】 図９に示す位置決め装置のステージ駆動速度のタイムチャートを示す図である。
【図１２】 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適用した場合に用いられる露光装置の概念図である。
【図１３】 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【図１４】 ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【符号の説明】
１：Ｙ軸干渉計
２：Ｙａｗｉｎｇ干渉計
３：Ｘ軸干渉計
４：Ｘ軸干渉計（Ｘ軸干渉計３と切り替えながら使用される）
５：Ｙミラー（Ｙ軸干渉計１とＹａｗｉｎｇ干渉計２の計測光を反射する）
６：Ｘミラー（Ｘ軸干渉計３、４の計測光を反射する）
７：ウエハステージ（説明の便宜上ＸＹθ軸に駆動可能だが６軸駆動でもよい）
８：Ｙ軸側Ｙａｗガイド
９：Ｘ軸側Ｙａｗガイド
１０：Ｘ軸駆動用リニアモータ固定子（ＸＬＭ）
１１：Ｙ軸駆動用のリニアモータ固定子（ＹＬＭ）
１２：Ｙ軸駆動用リニアモータ可動子（ＹＬＭ）
１３：平面ガイド
２０７：投影レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置決め装置及びその制御方法、並びに露光装置、並びにその制御方法により制御される露光装置により半導体デバイスを製造する製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報化社会の発展に伴い、デバイスや回路等の高集積化が急速に進められている。これらは微細加工技術の発展によって実現された。例えば、特開平１０−２８９９４３号公報では、レーザー干渉計を用いてステージを制御するシステムが開示されている。このシステムは、一般的に、可動軸１自由度に関して１軸の割合で、ステージの位置を計測する干渉計の計測軸が設けられている。
【０００３】
しかし、このシステムにおいてステージの可動ストロークを長く取るには、ステージに取り付ける干渉計のミラーを大きくする必要があり、これによってステージの制御系の動特性が低下した。また、例えば、露光装置にフォーカス方向の計測を行うための干渉計を設定する場合、投影レンズの配置関係からステージの可動域全体を１本の干渉計の光軸で計測できるようにする光軸の配置が幾何学的に困難であるという問題点があった。
【０００４】
そこで、特開平２０００−１８７３３８号公報では、露光装置のステージにある駆動ストロークの１軸に複数のレーザー干渉計を設け、オフアクシスアライメント計測時と露光時に干渉計を切り替えることで、干渉計のミラーの軽量化を試みた。２本の干渉計を切り替えてステージの位置を計測するためには、一般的に、２本の干渉計が同時に位置計測できるストロークを設け、そのストローク内でステージ位置を計測する干渉計の位置計測値を、これから切り替えようとする干渉計の位置計測値にプリセットする。これは干渉計の切り替えが２本以上ある場合も同様である。
【０００５】
ステージ駆動中に複数の干渉計を切り替える場合、一方の位置計測値を読み取って他方の干渉計の位置計測値としてプリセットするまでの時間だけ、移動速度に比例した一定量の誤差が生じる。上記時間にばらつきがあると、これらの誤差は不特定量の誤差となり、保持している現在位置の誤差量は累積される。この問題を回避するために、露光装置で１枚のウエハを処理するときの干渉計の切り替え回数を極力少なくしたり、ベースライン計測中にウエハステージが停止している間に干渉計を切り替えたりしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、干渉計の切り替え位置は、システム上で制限されたベースライン計測位置等の特定の位置に設ける必要があった。その結果、システム上の制約となり、例えば、ステージ駆動中に干渉計を切り替えることができないという問題点があった。また、停止位置によっては、ステージの暗振動によって生じる不特定多数の切り替わり(チャタリング)が生じるという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、例えば、ステージ駆動中に計測装置が切り替わることによって生じる誤差を抑えた位置決め装置及びその制御方法、並びに露光装置、並びにその制御方法により制御される露光装置により半導体デバイスを製造する製造方法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】
本発明の第１の側面は、少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置に係り、第１方向における前記ステージの位置を、前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置で同時に計測する機能を有する複数の位置計測装置と、前記ステージの前記第２方向における少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替装置と、前記切替装置が前記位置計測装置を切り替えるときに、前記第１方向における前記ステージの移動速度及び前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定装置とを備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記位置計測装置の計測結果に基づいて前記第１方向における前記ステージの移動速度を演算する第１の演算装置と、切り替え前に前記第１の位置計測装置により前記ステージの前記第１方向における位置を計測してから、切り替え後に前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定するまでの実行時間を計測する時間計測装置と、前記第１の演算装置で演算した前記移動速度と、前記時間計測装置で計測した前記実行時間との積を演算する第２の演算装置とを更に備え、前記設定装置は、前記切替装置が前記位置計測装置を切り替えるときに、切り替え前の前記第１の位置計測装置が計測した前記ステージの前記第１方向における位置に前記積を加えた値を、切り替え後の前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値に設定する。
【００１０】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記設定装置は、前記第１方向における前記ステージの移動速度と前記位置計測装置のサンプル時間間隔とに基づいて前記初期値を設定する。
【００１１】
本発明の第２の側面は、少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置に係り、第１方向における前記ステージの位置を、前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置で同時に計測する機能を有する複数の位置計測装置と、前記ステージの前記第２方向における少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替装置と、前記切替装置が前記位置計測装置を切り替えるときに、前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定装置とを備え、前記設定装置は、切り換え前に前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に、前記第１の位置計測装置及び前記第２の位置計測装置のサンプル時間間隔で前記ステージが等速で移動した前記第１方向における距離を加算して、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値に設定する。
本発明の好適な実施の形態によれば、前記目標位置に応じて前記ステージが等速で移動する位置が変化するとき、前記等速で移動する位置で前記位置計測装置が切り替わるように、前記位置計測装置の切り替え位置を変更する。
【００１２】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記等速で移動する位置で前記位置計測装置が切り替わるように、前記ステージの駆動加速度及び駆動速度の少なくとも１つを調整して前記ステージが駆動するときの軌道及び目標位置を変更する。
【００１３】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記等速で移動する位置で前記位置計測装置が切り替わるように、前記ステージの前記目標位置を変更する。
【００１４】
本発明の好適な実施の形態によれば、変更前の前記目標位置へ前記ステージを駆動する機能を有する。
【００１６】
本発明の好適な実施の形態によれば、前記位置計測装置は、３次元方向に移動可能な前記ステージに対して、３次元方向の前記位置を計測する機能を有する。
【００１７】
本発明の第３の側面は、少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置の制御方法に係り、第１方向における前記ステージの位置を、各々が前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置に配置された複数の位置計測装置を利用して同時に計測する位置計測工程と、前記第１方向における前記ステージの移動速度及び前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定工程と、前記第２方向における前記ステージの少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに前記複数の位置計測装置のうち第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替工程と、を含む。
【００１８】
本発明の第４の側面は、少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置の制御方法に係り、第１方向における前記ステージの位置を、各々が前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置に配置された複数の位置計測装置を利用して同時に計測する位置計測工程と、前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定工程と、前記第２方向における前記ステージの少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに前記複数の位置計測装置のうち第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替工程と、を含み、前記設定工程は、切り換え前に前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に、前記第１の位置計測装置及び前記第２の位置計測装置のサンプル時間間隔で前記ステージが等速で移動した前記第１方向における距離を加算して、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値に設定する。
【００１９】
本発明の第５の側面は、露光装置に係り、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位置決めを行う上記の決め装置を備える。
【００２０】
本発明の好適な実施の形態によれば、露光すべき領域を通過した直後から遅延時間後に、前記位置計測装置を切り替える。
【００２１】
本発明の第６の側面は、半導体デバイスの製造方法に係り、基板に感光材を塗布する塗布工程と、前記塗布工程で前記感光材が塗布された前記基板に上記の露光装置を利用してパターンを転写する露光工程と、前記露光工程で前記パターンが転写された前記基板の前記感光材を現像する現像工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置の一例を示す図であり、特に、この位置決め装置を半導体露光装置のウエハステージに適用した場合の一例を示す図である。ウエハステージ７は、Ｙミラー５、Ｘミラー６、及び不図示のウエハチャックを搭載している。ウエハステージ７は、説明の便宜上ＸＹθ軸に駆動可能のものを示したが、６軸駆動するものであってもよい。Ｘミラー６は、Ｘ軸干渉計３またはＸ軸干渉計４からの計測光を反射し、ウエハステージ７のＸ軸方向の位置座標を計測するために用いられる。Ｙミラー５は、Ｙ軸干渉計１及びＹａｗｉｎｇ干渉計２からの計測光を反射し、ウエハステージ７のＹ軸方向の位置座標を計測するために用いられる。リニアモータＸＬＭ１０は、ウエハステージ７をＸ方向に駆動し、Ｘ軸側Ｙａｗガイド９により案内される。リニアモータＹＬＭ（固定子）１１は、ＹＬＭ（可動子）１２をＹ方向に駆動し、Ｙ軸側Ｙａｗガイド８により案内される。ウエハステージ７は、平面ガイド１３によって案内され、駆動されたＹ座標値に応じて、Ｘ軸方向の座標を計測しているＸ軸干渉計３、４が切り替わる。すなわち、ウエハステージ７が図１のＹ軸干渉計１の近くに位置する場合は、Ｘ軸干渉計４の光軸上にＸミラー６が到達していないので、Ｘ軸干渉計３がＸ軸の位置を計測する。ウエハステージ７が図１のＹ軸干渉計１の遠くに位置する場合は、同様な理由でＸ軸干渉計４がＸ軸の位置を計測する。
【００２４】
本発明の主目的は、例えば、このように配置されたウエハステージ７の１自由度に対して、レーザー干渉計が２軸以上配置されたときのレーザ干渉計の切り替え、及び、現在位置の計測値の引き継ぎに関して、安定かつ高精度な手段を提供することである。
【００２５】
図２は、図１に示す位置決め装置を横から見た図である。ウエハステージ７は、鏡筒定盤２０５に固定された干渉計２０４によって位置計測されている。この図における干渉計２０４は、図１において説明したＹ軸干渉計１、Ｙａｗｉｎｇ干渉計２、Ｘ軸干渉計３、Ｘ軸干渉計４のいずれか１つを横から見たものを示す。鏡筒定盤２０５は、ダンパー２０６により除振台（ペデスタル）２０３から浮上保持され、床からの高周波振動を干渉計２０４及び不図示の露光装置投影光学系に与えないように配慮されている。干渉計２０４は、計測する軸の方向及びＹ方向の位置により基鏡筒定盤２０５に複数配置されている。ステージ定盤２０２も鏡筒定盤２０５と同様に、床からの高周波振動がウエハステージ７に伝達されないように配慮されている。鏡筒定盤２０５には投影レンズ２０７が搭載されており、同じく鏡筒定盤２０５上に載置されたレチクル２０８からのパターン像をウエハステージ７上にロードしたウエハ（不図示）上に投影する。
【００２６】
図３は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置において、計測値の有効な干渉計の計測軸とウエハステージのＹ座標との関係を示す図である。ウエハステージ７が図１のＹ軸干渉計１の近くに位置する場合は、Ｘ軸干渉計４の計測光軸はＸミラー６に当たらず、ウエハステージ７の現在位置を計測するのはＸ軸干渉計３のみである（区間Ａ）。
【００２７】
ウエハステージ７が駆動ストロークの中心付近に移動した場合は、Ｘ軸干渉計３、４とも計測光がＸミラー６に当たるため、Ｘ軸干渉計３、４ともに位置計測が可能である（区間Ｂ）。このように、ウエハステージ７が区間Ａから区間Ｂに移動した場合は、Ｘ軸干渉計４で計数する現在位置の情報は不定状態からの累積値となり、ウエハステージ７の現在位置を表す計測値としては意味を持たない。そこで、区間Ａから区間Ｂに移るときに、Ｘ軸干渉計３からＸ軸干渉計４へ計測値を引き継ぐ。例えば、Ｘ軸干渉計３で保持している現在位置の情報をＸ軸干渉計４に強制的にセット（プリセット）し、その直後から、ウエハステージ７が移動した相対量を継続して計数することによって、ウエハステージのＹストローク全面において、Ｘ軸干渉計３、４を用いて正しい位置計測値が得られる。Ｘ軸干渉計３からＸ軸干渉計４へ現在位置の計測値を引き継ぐ位置は、少なくとも引き継ぐＸ軸干渉計３と引き継がれるＸ軸干渉計４の双方の位置計測ビームが同時にＸミラー６に当たっている座標を選択する必要がある。Ｘ軸干渉計４からＸ軸干渉計３へ引き継ぐ場合も同様である。
【００２８】
ウエハステージ７が図１のＹ軸干渉計１の遠くに位置する場合は、Ｘ軸干渉計３の計測光軸はＸミラー６に当たらず、ウエハステージ７の現在位置を計測するのはＸ軸干渉計４のみである（区間Ｃ）。区間Ｃから区間Ｂへ移るときも同様にして、Ｘ軸干渉計４からＸ軸干渉計３に計測値が引き継がれる。
【００２９】
Ｙ１、Ｙ２は、それぞれＸ軸干渉計３からＸ軸干渉計４に計測値を引き継ぐ場所（Ｙ１）と、Ｘ軸干渉計４からＸ軸干渉計３に計測値を引き継ぐ場所（Ｙ２）の切り替え位置である。Ｙ１、Ｙ２は、異なった場所であるのが好ましい。これによって、ウエハステージ７の目標位置が切り替え位置近傍に指定されたときに起こり得るチャタリング（計測値を保持している干渉計が不必要に何度も切り替わってしまうこと）を防止することができる。また、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置が走査露光装置に用いられる場合は、干渉計の切り替え位置がＹ軸方向の走査露光中に発生しないように、Ｘ方向のステップサイズに合わせて切り替え位置Ｙ１、Ｙ２を変更してもよい。
【００３０】
図４は、干渉計の切り替え時に現在位置の計測値を引き継ぐ方法を示す図である。ステージ座標Ｓ０〜Ｓ４は、ウエハステージ７の中心が図１に示す点Ａから点Ｂに移動するときの干渉計のサンプル時間ごとの座標の一例を示す。ウエハステージ７は、例えば、図３に示す切り替え位置Ｙ１を等速で横切るように目標位置が設定されている。ステージ座標Ｓ０、Ｓ１において等速でＹ１に近付いてきたウエハステージ７は、ステージ座標Ｓ２で切り替え位置Ｙ１にさしかかる。次のステージ座標Ｓ３は、Ｓ２−Ｓ１、もしくは、それ以前のサンプル値を用いて計算したステージ移動速度(Ｖｓ)とサンプル時間間隔(Ｔｓ)から求められる。
【００３１】
Ｓ３ ＝ Ｓ２ ＋ （Ｓ２ − Ｓ１） （１）
または、
Ｓ３ ＝ Ｓ２ ＋ Ｖｓ × Ｔｓ （２）
干渉計１（例えばＸ軸干渉計３）は、Ｓ２で計測値を取得した後、次のサンプルタイミングにおいて、式（１）または式（２）で求めたＳ３の値を干渉計２（（例えばＸ軸干渉計４）にプリセットする。これにより、干渉計１によるウエハステージ現在位置が干渉計２に引き継がれる。
【００３２】
図５は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係るウエハステージ７の軌跡と干渉計の切り替え座標を示す図である。５０３ａ〜ｃは、ウエハ上に配置された露光ショットのレイアウトであり、露光スリット５０５によってレチクルパターンがウエハ上に転写・露光される。露光スリット５０５は、露光ショットの露光中はスキャン軸（Ｘ）に対して平行にすすみ（５０４ａ）、露光ショットを通り過ぎると（５０４ｂ）、直ちにＹ方向にステップして、次のショットの露光開始位置に到達する（５０４ｃ）。このときに、干渉計を切り替えるＹ座標が、図中の点線５０１の座標にあった場合、Ｙ軸方向への加速中に干渉計の切り替えが行われるために、式（１）または式（２）を用いて、図４で説明した方法で切り替え対象の干渉計のプリセット位置を計算すると、誤差が大きくなる。
【００３３】
そこで、このような場合は、実線５０２に示す座標に干渉計を切り替えるＹ座標を変更することによって、Ｘステージが等速で駆動しているときに干渉計を切り替えることができる。同様な効果を得るために、干渉計の切り替え位置においてウエハステージ７が等速度になるように最高速度を変更したり、露光ショットの処理順序を変更してＹステップ距離を長くとったりする方法を用いてもよい。また、ウエハステージ７が等速度で移動する区間に切り替えポイントが位置するように、干渉計切り替えを行うためのステップを行ってから、本来到達すべき目標位置にステップし直してもよい。しかしながら、これらの方法は、露光処理シーケンスの自由度やスループットを低下させる問題点がある。このため、少なくとも２つのＹ軸干渉計が共に有効な区間（図３のＢ）において、干渉計切り替えポイントの移動量に相当する量が確保できない場合の対策として設けておくのが好ましい。
【００３４】
図６は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係るステージ駆動速度のタイムチャートを示す図である。６０１ａ、６０１ｂは図５に示す露光ショット５０３ａ及び露光ショット５０３ｂを露光した時のＸ軸駆動プロファイル、６０１ｃは、露光ショット５０３ａから露光ショット５０３ｂにＹステップしたときのＹ軸駆動プロファイルである。干渉計切り替えポイント５０１は、Ｘ軸の駆動プロファイルにおける加速フェーズに位置しているため、切り替えポイントを等速フェーズに位置する干渉計切り替えポイント５０２に移動した。ここで、干渉計の切り替えポイント５０１を移動させずに、プロファイル６０１ｂを遅延させ、Ｙ軸の移動が終わってから６０１ｂを開始させてもよい。また、６０１ｄのように、干渉計の切り替えを行う際のＹステップの最高速度を落とすことにより、ＸＹ各軸の等速度移動の時間をより長く取ってもよい。すなわち、スキャン露光区間を示す６０１ａのハッチング部分が終わり次第、次の露光のためのＹ軸のステップが開始される。Ｙ軸の最高速度を落として加速に要する時間を短くすることにより、スキャン軸であるＸ軸の減速が開始する前にＹ軸の等速度移動に入る時間をより長く確保できる。また、干渉計切り替えの発生する場合のＸ軸スキャンを行うセトリング時間（６０１ａのハッチング領域以外の等速度区間）を延ばしても同じ効果が得られる。
【００３５】
図７は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係る制御ユニットの構成を表す図である。Ｙ軸レーザー干渉計カウンタ７０１、Ｙａｗｉｎｇ軸レーザー干渉計カウンタ７０２、Ｘ軸レーザー干渉計カウンタ７０３、Ｘ軸レーザー干渉計カウンタ７０４は、それぞれステージの計測位置をカウントする。現在位置計算ユニット７０５は、干渉計切り替え時に切り替えを行うＸ軸レーザー干渉計カウンタ７０３、７０４に対して、プリセット値７０６、７０７及び不図示のプリセットトリガー信号を送信する。主制御部７２０は、ステージ目標位置の計算や干渉計切り替えポイントの指示等を行う。プロファイラ７１２は、例えば、図８に示すように、ウエハステージ７が目標位置７１９に向かってＳ字形状の軌跡を描いて到達するようなプロファイルを生成する。図８において、ｔａは加速開始ポイント、ｔｃは加速が終了した後に一定速度駆動に入るポイント、ｔｄは減速開始ポイント、ｔｅは減速が終了した後に停止するポイントを示す。プロファイラ７１２によって生成された目標値出力７１４は、差分演算器７１３によって、ウエハステージ７の現在位置７１５と差分が演算される。差分演算器７１３によって得られた偏差７１６は、制御補償器７１７によってアクチュエータの操作量に変換されて、リニアモータドライバ７１８に加えられる。
【００３６】
（第２実施形態）
図９は、本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置の一例を示す図であり、特に、この位置決め装置を半導体露光装置のウエハステージに適用した場合の一例を示す図である。第１実施形態と同様の機能を有する部品は同じ番号を付してある。図１の位置決め装置との相違点は、図１はＸ軸に対して複数の干渉計軸が配置されていたが、図９ではＺ軸に対して複数の干渉計軸が配置されている点である。図１におけるＹミラー５は、図９においてはＹＺ１ミラー９０１に対応し、図９のＺ軸方向にある第１のＺ軸レーザー干渉計の計測光を反射するバーミラーとしても兼用される。さらに、ＹＺ１ミラー９０１の反対側にＺ２ミラー９０２を配置し、第２のＺ軸レーザー干渉計の計測光を反射する構成となっている。Ｚ軸レーザ干渉計の計測光は、不図示の光ファイバーによってオプティカルピックアップ９０３ａ、９０３ｂに導入される。オプティカルピックアップ９０３ａ、９０３ｂから出射した計測光は、キューブミラー９０４ａ及びキューブミラー９０４ｂによってＺ軸方向に反射される。Ｚ軸光学系マウント９０５は、ＸＬＭ上に固定されているため、ウエハステージ７のＹ軸を駆動すると、Ｚ軸光学系マウント９０５も同時にＹ方向に動く構成となっている。
【００３７】
図１０は、図９に示す位置決め装置を横から見た図である。キューブミラー９０４ａ、９０４ｂによってＺ軸方向に反射されたＺ軸干渉系の計測光は、三角ミラー９０６ａ及び三角ミラー９０２ｂによって直角方向に曲げられ、ＹＺ１ミラー９０１及びＺ１ミラー９０２に到達する。三角ミラー９０６ａ及び三角ミラー９０６ｂは、投影レンズ２０７に対して固定した位置に配置されており、ウエハステージ７のＹ方向駆動によってＹ軸方向に計測光の当たるスポット位置が移動する構成になっている。また、三角ミラー９０６ｂは、投影レンズ２０７の紙面背後にも対称に配置されており、ＹＺ１ミラー計測用の干渉計計測光を折り曲げている。本実施形態においては、このように投影レンズ２０７をステージ駆動ストロークの中心付近に配置する必要があり、Ｚ軸の計測をレーザー干渉計で行なおうすると投影レンズ２０７によってＺ軸計測を行うレーザー干渉計の計測光軸が投影レンズ２０７によって遮られるため、ウエハステージ７の駆動ストロークの中で干渉計の切り替えを行なう必要が生じる。また、干渉計の切り替えをウエハステージ７を静止した状態で行なおうとする方式が提案されているが、露光やアライメントシーケンス中に何度もウエハステージ７を停止させることになるため、装置のスループットを低下させてしまうという問題点があった。本実施形態によれば、ウエハステージ７の駆動中にＺ軸干渉計の計測軸の切り替えをすることができるので、上記干渉計計測軸の静止切り替えによって生じるスループットの低下という問題を回避することができる。
【００３８】
図１１は、図９に示す位置決め装置のステージ駆動速度のタイムチャートを示す図である。露光スリットがＸ方向のスキャン６０１ａ中にハッチング部分の露光区間を通過すると、直ちにＹ方向のステップとＺ方向のステップが開始される。Ｙｓｔｅｐ（６０１ｃ）がデフォルトの干渉計切り替え位置１１０１にまたがっているとする。この場合、干渉計切り替え位置１１０１の左側がＺ２の干渉計からＺ軸の計測値を得る領域、干渉計切り替え位置１１０１の右側がＺ１の干渉計からＺ軸の計測値を得る領域である。しかし、この図１１に示した駆動チャートにおいては、干渉計の切り替え位置がＺ軸の減速中に行われるようになっており、図４で説明した干渉計による測定値の切り替え方法では、計測値引継時の誤差が大きくなる。そこで、このような配置の場合、干渉計の切り替え位置を１１０２の位置に変更してＺ軸の駆動を停止するとともに、Ｙ軸駆動が等速駆動されているタイミングにおいて干渉計計測軸をＺ２からＺ１への切り替える。干渉計の切り替え位置は処理を行おうとするウエハのショットレイアウトによってＹｓｔｅｐ（６０１ｃ）の起こる位置及びストロークが異なる。よって、最適な干渉計切り替え位置は、ステップ方向やステップ目標値及びＺ軸のステップのタイミングに応じて、上記観点を考慮した値に変更することが望ましい。通常、露光装置におけるＺ軸の駆動距離は短いので、短時間にＺ軸のステップは終了する。したがって、次のショットにＹステップする際（６０１ｃ）にＺ干渉計計測軸を切り替える必要がある場合は、６０１ａにおける露光区間の終了から所定時間のディレイ（遅延）を入れた場所で、干渉計の切り替えを行うようにすればよい。
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、１軸に複数の干渉計がある場合に、第１の干渉計で保持している現在位置を第２の干渉計に強制的にプリセットするまでのステージの動作量を補正することにより、ステージ駆動中に計測装置を切り替える時の誤差を抑えることができる。さらに、上記切り替え動作を行う場所もしくはタイミングをステージの駆動パターンに応じて変化させ、ステージの駆動中（例えばステージが等速で駆動しているとき）に干渉計の切り替えを行うことにより、干渉計切り替えによるオーバーヘッド時間が解消され、切り替え精度が保証される。これにより、露光装置などのアプリケーションにおいて、干渉計の切り替えに要する時間を解消し、切り替えによって発生する誤差を抑えることができる。
【００４０】
また、目標位置が切り替え位置近傍に指定されたときに起こり得るチャタリングを防止することができる。これによって、干渉計切り替えの回数を必要最低限に抑えるが可能でなり、切り替えの誤差累積を大幅に抑えることができる。また、これらの累積誤差を解消させるためのキャリブレーションの回数も減少させることができる。
【００４１】
（他の実施形態）
次に、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で用いられる露光装置に適用した場合の実施の形態について説明する。
【００４２】
図１２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適用した場合に用いられる露光装置の概念図を示したものである。
【００４３】
本発明の好適な実施形態における露光装置１２００は、照明光学系１２０１、レティクル１２０２、投影光学系１２０３、基板１２０４、位置決め装置１２０５で構成される。照明光学系１２０１は、例えば、エキシマレーザ、フッ素エキシマレーザなどを光源とした紫外光を露光光として用いることができる。照明光学系１２０１からの光は、レティクル１２０２に照射される。レティクル１２０２を通った光は、投影光学系１２０３を通して、基板１２０４上に焦点を結び、基板１２０４表面に塗布された感光材を露光する。基板１２０４は、本発明の位置決め装置１２０５を用いて所定の位置へ移動する。
【００４４】
図１３は、上記の露光装置を用いた半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローである。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン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、上記の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）等の組立て工程を含む。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、これを出荷（ステップ７）する。
【００４５】
図１４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成膜する。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）では上記の露光装置を用いてウエハを精密に移動させ、回路パターンをウエハに転写する。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を形成する。
【００４６】
上記のプロセスを用いることにより、露光工程においてウエハを精密に移動させ、回路パターンをウエハに転写することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば、ステージ駆動中に計測装置が切り替わることによって生じる誤差を抑えた位置決め装置及びその制御方法、並びに露光装置、並びにその制御方法により制御される露光装置により半導体デバイスを製造する製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置の一例を示す図である。
【図２】 図１に示す位置決め装置を横から見た図である。
【図３】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置において計測値の有効な干渉計とＹ座標の関係を示す図である。
【図４】 干渉計の切り替え時に現在位置の計測値を引き継ぐ方法を示す図である。
【図５】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係るウエハステージの軌跡と干渉計の切り替え座標を示す図である。
【図６】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係るステージ駆動速度のタイムチャートを示す図である。
【図７】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係る制御ユニットの構成を表す図である。
【図８】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置に係るステージのステップ駆動波形を示す図である。
【図９】 本発明の好適な実施の形態に係る位置決め装置の一例を示す図である。
【図１０】 図９に示す位置決め装置を横から見た図である。
【図１１】 図９に示す位置決め装置のステージ駆動速度のタイムチャートを示す図である。
【図１２】 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適用した場合に用いられる露光装置の概念図である。
【図１３】 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。
【図１４】 ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。
【符号の説明】
１：Ｙ軸干渉計
２：Ｙａｗｉｎｇ干渉計
３：Ｘ軸干渉計
４：Ｘ軸干渉計（Ｘ軸干渉計３と切り替えながら使用される）
５：Ｙミラー（Ｙ軸干渉計１とＹａｗｉｎｇ干渉計２の計測光を反射する）
６：Ｘミラー（Ｘ軸干渉計３、４の計測光を反射する）
７：ウエハステージ（説明の便宜上ＸＹθ軸に駆動可能だが６軸駆動でもよい）
８：Ｙ軸側Ｙａｗガイド
９：Ｘ軸側Ｙａｗガイド
１０：Ｘ軸駆動用リニアモータ固定子（ＸＬＭ）
１１：Ｙ軸駆動用のリニアモータ固定子（ＹＬＭ）
１２：Ｙ軸駆動用リニアモータ可動子（ＹＬＭ）
１３：平面ガイド
２０７：投影レンズ
Claims (14)
- 少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置であって、
第１方向における前記ステージの位置を、前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置で同時に計測する機能を有する複数の位置計測装置と、
前記ステージの前記第２方向における少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替装置と、
前記切替装置が前記位置計測装置を切り替えるときに、前記第１方向における前記ステージの移動速度及び前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定装置とを備えることを特徴とする位置決め装置。 - 前記位置計測装置の計測結果に基づいて前記第１方向における前記ステージの移動速度を演算する第１の演算装置と、
切り替え前に前記第１の位置計測装置により前記ステージの前記第１方向における位置を計測してから、切り替え後に前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定するまでの実行時間を計測する時間計測装置と、
前記第１の演算装置で演算した前記移動速度と、前記時間計測装置で計測した前記実行時間との積を演算する第２の演算装置とを更に備え、
前記設定装置は、前記切替装置が前記位置計測装置を切り替えるときに、切り替え前の前記第１の位置計測装置が計測した前記ステージの前記第１方向における位置に前記積を加えた値を、切り替え後の前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値に設定することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。 - 前記設定装置は、前記第１方向における前記ステージの移動速度と前記位置計測装置のサンプル時間間隔とに基づいて前記初期値を設定することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
- 少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置であって、
第１方向における前記ステージの位置を、前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置で同時に計測する機能を有する複数の位置計測装置と、
前記ステージの前記第２方向における少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替装置と、
前記切替装置が前記位置計測装置を切り替えるときに、前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定装置とを備え、
前記設定装置は、切り換え前に前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に、前記第１の位置計測装置及び前記第２の位置計測装置のサンプル時間間隔で前記ステージが等速で移動した前記第１方向における距離を加算して、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値に設定することを特徴とする位置決め装置。 - 前記目標位置に応じて前記ステージが等速で移動する位置が変化するとき、前記等速で移動する位置で前記位置計測装置が切り替わるように、前記位置計測装置の切り替え位置を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の位置決め装置。
- 前記等速で移動する位置で前記位置計測装置が切り替わるように、前記ステージの駆動加速度及び駆動速度の少なくとも１つを調整して前記ステージが駆動するときの軌道及び目標位置を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の位置決め装置。
- 前記等速で移動する位置で前記位置計測装置が切り替わるように、前記ステージの前記目標位置を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の位置決め装置。
- 変更前の前記目標位置へ前記ステージを駆動する機能を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の位置決め装置。
- 前記位置計測装置は、３次元方向に移動可能な前記ステージに対して、３次元方向の前記位置を計測する機能を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の位置決め装置。
- 少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置の制御方法であって、
第１方向における前記ステージの位置を、各々が前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置に配置された複数の位置計測装置を利用して同時に計測する位置計測工程と、
前記第１方向における前記ステージの移動速度及び前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定工程と、
前記第２方向における前記ステージの少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに前記複数の位置計測装置のうち第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替工程と、
を含むことを特徴とする制御方法。 - 少なくとも２次元方向に移動可能なステージを目標位置まで駆動する位置決め装置の制御方法であって、
第１方向における前記ステージの位置を、各々が前記第１方向と直交する第２方向において離れた位置に配置された複数の位置計測装置を利用して同時に計測する位置計測工程と、
前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に基づいて、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値を設定する設定工程と、
前記第２方向における前記ステージの少なくとも位置情報に応じて、前記ステージが等速移動をしているときに前記複数の位置計測装置のうち第１の位置計測装置から第２の位置計測装置に切り替える切替工程と、
を含み、
前記設定工程は、切り換え前に前記第１の位置計測装置で計測した前記ステージの前記第１方向における位置に、前記第１の位置計測装置及び前記第２の位置計測装置のサンプル時間間隔で前記ステージが等速で移動した前記第１方向における距離を加算して、前記第２の位置計測装置の前記第１方向における初期値に設定することを特徴とする制御方法。 - 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位置決めを行う請求項１乃至請求項９のいずれか 1 項に記載の位置決め装置を備えることを特徴とする露光装置。 - 露光すべき領域を通過した直後から遅延時間後に、前記位置計測装置を切り替えることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
- 半導体デバイスの製造方法であって、
基板に感光材を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程で前記感光材が塗布された前記基板に請求項１２または請求項１３に記載の露光装置を利用してパターンを転写する露光工程と、
前記露光工程で前記パターンが転写された前記基板の前記感光材を現像する現像工程と、
を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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