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CN104678714A - 定位装置、光刻装置和物品制造方法 - Google Patents

定位装置、光刻装置和物品制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及定位装置、光刻装置和物品制造方法。一种装置，包括：第一测量装置和第二测量装置，配置成测量移动体在第一方向的位置；驱动单元，配置成在第一方向驱动移动体；控制器，配置成根据与移动体在第一方向的位置指令信息和来自第一测量装置或第二测量装置的位置测量信息相应的控制偏差，以及根据设定为预定值的控制参数，来产生用于驱动驱动单元的控制输入信号。

Description

定位装置、光刻装置和物品制造方法
技术领域
本发明涉及通过使用彼此切换的多个位置测量装置来定位移动体的定位装置，和使用这种定位装置的光刻装置或物品制造方法。
背景技术
用于制造半导体器件、液晶器件等的光刻装置包括定位装置，该定位装置对安放有基板或原版的工作台进行定位。
日本专利特开第2002-319541号公报公开了使用干涉仪作为位置测量装置，用以测量工作台在Z轴方向(沿光学投影系统光轴的方向)的位置。来自干涉仪的沿Z轴方向行进的测量光在定位于工作台上表面的反射镜被反射。干涉仪根据反射光和参考光之间的干涉所产生的干涉图案来测量位置。
此外，日本专利特开第2002-319541号公报描述了根据工作台的XY方向的位置使用彼此切换的多个干涉仪和多个反射镜。如上所述地，通过使用彼此切换的多个干涉仪和多个反射镜，即使在来自一个干涉仪的测量光被光学投影系统阻挡时，也能够使用来自另一个干涉仪的测量光测量工作台的位置。
在工作台的位置反馈控制中使用通过干涉仪检测的工作台在Z轴方向的位置。然而，日本专利特开第2002-319541号公报没有描述关于Z轴方向位置反馈控制的细节。
发明内容
本发明的一个方面提供了定位移动体的装置。该装置包括第一测量装置和第二测量装置、驱动单元、控制器、切换单元和改变单元。第一测量装置和第二测量装置配置成测量移动体在第一方向的位置。驱动单元配置成在第一方向驱动移动体。控制器配置成根据与移动体在第一方向的位置指令信息和来自第一测量装置或第二测量装置的位置测量信息相应的控制偏差，以及根据设定为预定值的控制参数，来产生用于驱动驱动单元的控制输入信号。切换单元配置成将产生控制输入信号时使用的测量装置从第一测量装置切换到第二测量装置或从第二测量装置切换到第一测量装置。改变单元配置成根据切换单元执行的切换来改变控制参数的设定值。
从下面参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出了半导体曝光装置的结构的示意图；
图2是示出了晶片工作台的周边结构的透视图；
图3是示出了半导体曝光装置的控制器的视图；
图4是示出了位置控制的控制方框图；
图5是示出了通过切换控制参数产生的控制偏差的视图；
图6是示出了晶片上的多个投射区域(shot area)的视图；
图7是示出了控制参数改变定时的视图；和
图8是描述了定位方法的流程的视图。
具体实施方式
图1是示出了半导体曝光装置100的视图。图2是示出了图1所示的晶片工作台10的周边的透视图。在本实施例中，半导体曝光装置100描述为步进扫描曝光装置。
把形成有将要转印的图案的光刻版(原版)和涂布有光刻胶材料的晶片(基板)装入半导体曝光装置100中。照明系统32用缝隙光照亮安装在光刻版工作台33上的光刻版(未示出)，投影系统34将光刻版的图案图像投影到安装于晶片工作台10(定位装置)上的晶片(未示出)上。通过与扫描方向(Y轴方向)同步地移动光刻版工作台33和晶片工作台10，光刻版上的图案被转印到涂布有光刻胶材料的晶片上。在该实施例中，照明系统32和投影系统34构成了成图单元，该成图单元配置成在晶片上形成图案(包括光刻胶材料上的潜像)。
晶片工作台10包括相对于表面板41沿X轴方向可移动长冲程的X工作台31，和相对于X工作台31沿Y轴方向可移动长冲程的Y工作台40。晶片工作台10还包括相对于Y工作台40沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向(投影系统34的光轴方向)、ωx方向、ωy方向以及ωz方向(下文中称为“六轴”方向)可移动短冲程的顶部工作台(移动体)27。
这里，ωx方向指围绕X轴的旋转方向，ωy方向指围绕Y轴的旋转方向，ωz方向指围绕Z轴的旋转方向。保持晶片的晶片卡盘(保持单元)26安装在顶部工作台27上。
X工作台31由X直线电机42驱动。X直线电机42包括布置在表面板41上的多个线圈(定子)和设置在X工作台31上的永磁体(可动元件)。Y工作台40由Y直线电机35驱动。Y直线电机35包括布置在X工作台31上的多个线圈(定子)和设置在Y工作台40上的永磁体(可动元件)。轴承布置在X工作台31和Y工作台40之间。随着X直线电机42的驱动，X工作台31和Y工作台40沿X轴方向一体地移动。Y工作台40和X工作台31通过气体轴承而被支撑在表面板41上。
顶部工作台27由多个直线电机在六轴方向被驱动。在该实施例中，设置有用于X轴方向的两个X直线电机、用于Y轴方向的一个Y直线电机以及用于Z轴方向的三个Z直线电机44(驱动单元)(图1仅示出了一个Z直线电机44)。每个直线电机包括布置在Y工作台40上的线圈(定子)和设置在顶部工作台27上的永磁体(可动元件)。此外，顶部工作台27在Y工作台40上浮动的同时由自重支撑机构(未示出)支撑。
投影系统34包括多个光学元件和容纳多个光学元件的镜筒。投影系统34由镜筒支撑体45支撑。镜筒支撑体45通过空气弹簧36而被支撑在底座部件38上。表面板41通过空气弹簧37而被支撑在底座部件38上。空气弹簧36和37例如是常规的主动防振装置。这种主动防振装置减小了通过底座部件38从地板传递的振动，并且利用内置的致动器和传感器来抑制由镜筒支撑体45或表面板41上物体的移动所产生的振动。
此外，晶片工作台10包括用于测量顶部工作台27的位置的干涉仪(位置测量装置)。X干涉仪24a和24b发射测量光到顶部工作台27上的反射镜29，然后根据反射光和参考光之间的干涉产生的干涉图案测量(检测)顶部工作台27在X轴方向的位置。Y干涉仪23a、23b和23c发射测量光到顶部工作台27上的反射镜28，然后根据反射光和参考光之间的干涉产生的干涉图案测量(检测)顶部工作台27在Y轴方向的位置。此外，通过使用X干涉仪24a和24b的测量值之间的差来测量顶部工作台27在ωy方向的位置，并且通过使用Y干涉仪23a和23b的测量值之间的差来测量顶部工作台27在ωx方向的位置。此外，通过使用Y干涉仪23b和23c的测量值之间的差来测量顶部工作台27在ωz方向的位置。
Z干涉仪25a和25b发射测量光到顶部工作台27上的反射镜30a和30b，然后根据反射光和参考光之间的干涉产生的干涉图案来测量(检测)顶部工作台27在Z轴方向的位置。来自Z干涉仪25a的测量光经由固定在镜筒支撑体45上的反射镜21a和22a而发射到反射镜30a，从反射镜30a反射的测量光经由反射镜21a和22a而引导到干涉仪25a。类似地，来自Z干涉仪25b的测量光经由固定在镜筒支撑体45上的反射镜21b和22b发射到反射镜30b，从反射镜30b反射的测量光经由反射镜21b和22b引导到干涉仪25b。此外，来自干涉仪25a的参考光经由反射镜21a发射到反射镜22a，从反射镜22a反射的参考光经由反射镜21a引导到干涉仪25a。类似地，来自干涉仪25b的参考光经由反射镜21b发射到反射镜22b，从反射镜22b反射的参考光经由反射镜21b引导到干涉仪25b。
反射镜30a和30b具有沿Y轴方向的长形状。反射镜21a、21b、22a和22b具有沿X轴方向的长形状。Z干涉仪25a和25b布置在X工作台31上。利用这种结构，无论顶部工作台27在XY方向上的位置如何，测量光都能够被发射到反射镜30a或反射镜30b。投影系统34布置在反射镜22a和22b之间。在投影系统34定位在反射镜30a和30b中的一个的上方的情况下，能够使用另一反射镜测量位置。注意，代替在X工作台31上设置Z干涉仪25a和25b，可以设置反射镜或棱镜，并且通过这些光学元件将来自布置在外侧的Z干涉仪25a和25b的测量光和参考光引导到反射镜21a和22a。
多个位置传感器(未示出)设置在顶部工作台27和Y工作台40之间。在该实施例中，使用线性编码器作为位置传感器。利用设置在三个位置的线性编码器，能够测量顶部工作台27相对于Y工作台40在Z轴方向、ωx方向和ωy方向的位置。线性编码器用于反射镜30a和30b的表面形状的测量以及用于校准以进行修正。可以使用电容传感器等等代替线性编码器。
半导体曝光装置100包括控制器50，该控制器包括中央处理单元(CPU)、存储器等等。图3是示出了控制器50的细节的视图。在下面的描述中，将描述顶部工作台27在Z轴方向的位置控制。
控制器50包括主控制器51和工作台控制器52。主控制器51控制半导体曝光装置100的总体顺序，并传递位置指令信息给工作台控制器52。代替传递位置指令信息，主控制器51可以传递用于产生位置指令信息的信息，工作台控制器52可以产生位置指令信息。此外，半导体曝光装置100包括焦点检测器，用于检测基板表面在Z轴方向的位置。代替主控制器51，位置指令信息Zr可以从焦点检测器获得。
工作台控制器52包括比例-积分-微分(PID)控制器(控制器)53、控制参数改变单元(改变单元)54和切换单元(切换单元)55。工作台控制器52从主控制器51获得位置指令信息，从干涉仪25a或25b获得顶部工作台27的位置测量信息，并根据获得的位置指令信息和位置测量信息来执行顶部工作台27的位置反馈控制。
图4是示出了顶部工作台27的位置控制的控制方框图。给出来自干涉仪25a或25b的位置测量信息Zm作为位置指令信息Zr的反馈，将控制偏差ez输入到PID控制器54。根据设定为预定值的控制参数和控制偏差ez，PID控制器54产生用于驱动直线电机44的控制输入信号uz。控制目标包括驱动器43、直线电机44和顶部工作台27，控制输入信号被输入到驱动器43。在该实施例中，控制参数是指控制输入信号uz相对于控制偏差ez的灵敏度，它是比例增益Kp、积分增益Ki和微分增益Kd中的任何一个，或是至少两个的组合。注意，对于除Z轴方向外的方向上的位置控制，执行相同或相似的反馈控制，除了不切换干涉仪之外。
切换单元55将产生控制输入信号uz时使用的干涉仪从干涉仪25a切换到干涉仪25b或者从干涉仪25b切换到干涉仪25a。
例如，在投影系统34定位在反射镜30a上方的情况下，来自干涉仪25a的测量光被投影系统34阻挡，不能执行测量。这样，根据在顶部工作台27的X轴方向(或XY方向)的位置信息，切换单元55切换在产生控制指令时使用的干涉仪。顶部工作台27在X轴方向的位置信息可以是从干涉仪24a或24b中任何一个获得的位置测量信息，或者可以是从主控制器51获得的位置指令信息。此外，用于切换的信息可以是用于指定投射区域的信息或者任何信息，只要是与顶部工作台27的X轴方向的位置相关的信息即可。
当顶部工作台27定位在能够利用干涉仪25a和25b同时执行测量的位置时，通过将切换前使用的一个干涉仪的测量值传递给切换后使用的另一个干涉仪，执行干涉仪的切换。
控制参数改变单元54改变在PID控制器53中设定的控制参数。在该实施例中，在存储器(存储单元)中预先存储两个值，彼此切换的这两个值用作PID控制器53的设定值(第一设定值和第二设定值)，由此改变控制参数。根据干涉仪的切换来改变控制参数。在该说明书中，“根据切换”不限于在切换干涉仪之后改变控制参数的情况，而是在包含切换干涉仪之前改变控制参数的情形的意义下使用。通过改变控制参数，即使在反馈控制系统的控制特性因干涉仪的切换而改变的情况下，也能够获得高的控制性能。也就是说，定位装置能够具有高的定位精度。此外，在如该实施例那样的结构中，其中，随着干涉仪的切换也切换所用的反射镜，则控制特性因切换而极大地改变。因而，根据本发明的实施例有效地提高了定位精度。
接着，将描述改变控制参数的定时。图5是示出了在改变控制参数的情况下的控制偏差的视图。在图5中，横坐标是时间，纵坐标(上图)是X轴方向的位置指令信息，纵坐标(下图)是Z轴方向的控制偏差。正如从图5中看到的，在改变控制参数之后，控制偏差立即变大，并且由于反馈控制，在时间T1之后收敛到预定范围。
在该实施例中，确定改变控制参数的定时，从而减小曝光时(向基板发射曝光光时)控制偏差的增大对定位精度的影响。
图6是示出了晶片上的多个投射区域(在一次扫描中曝光的处理区域)的视图。图7是示出了该实施例中改变控制参数的定时的视图。在图7中，横坐标是时间，纵坐标是顶部工作台27在X轴方向的位置。正如图6中箭头所指示地，将描述在Y轴方向(负方向)用缝隙光扫描投射区域SA、然后在Y轴方向(正方向)用缝隙光扫描投射区域SB的情况。在投射区域SA和投射区域SB的曝光之间，执行X轴方向的步进移动。通过驱动晶片工作台10来执行缝隙光扫描和步进移动。
在步进移动过程中间的位置XA进行干涉仪切换的情况下，如果与此同时地改变控制参数，则在投射区域SB的曝光(第二处理)开始时控制偏差可能不会变得足够小。因此，在该实施例中，在比曝光开始时间tS早时间T1以上的定时t3(在比曝光开始时间tS早时间T1的定时t2之前)改变控制参数。也就是说，控制参数改变单元54获得与投射区域SB的曝光开始定时相关(关联)的信息，并根据该信息改变控制参数。
此外，由于可以在投射区域SA的曝光期间减小对定位精度的影响，因此在投射区域SA的曝光(第一处理)结束时间te之后改变参数。也就是说，控制参数改变单元54获得与投射区域SA的曝光结束定时相关(关联)的信息，并根据该信息改变控制参数。
例如，随着步进移动的开始而改变控制参数。由于步进移动所用的时间比使控制偏差变得足够小所用的时间长，因此能够减小在投射区域SA和投射区域SB二者的曝光期间对定位精度的影响。在这种情况下，上述与曝光开始定时相关的信息变成用于朝投射区域SB步进移动的开始信号。可以使用时间信息、投射区域信息或与移动体位置相关的信息作为与定时相关的信息。
尽管使用干涉仪作为上述实施例中的位置测量装置的示例，但是本实施例不限于这种情况，也可以使用其它位置测量装置。此外，尽管使用直线电机作为驱动单元，但是本实施例不限于这种情况，也可以使用其它驱动单元(例如压电元件)。此外，控制器、切换单元和改变单元可以配置有包括CPU(处理器)、存储器和只读存储器(ROM)的单个电路基板，或者可以配置有多个电路基板。
此外，尽管作为控制参数的示例给出了PID控制的比例增益Kp、积分增益Ki和微分增益Kd，但是要改变的控制参数可以是陷波滤波器的频率或低通滤波器的截止频率。此外，尽管已经描述了切换用于Z轴方向的干涉仪的示例，但是本实施例可以应用于切换Y轴方向或X轴方向的干涉仪。
尽管在上述实施例中作为示例已经描述了步进扫描曝光装置中使用的定位装置，本实施例不限于这种情况。本实施例可以应用于光刻装置，如步进重复式半导体曝光装置、压印装置或无掩膜带电粒子束描绘装置。在这种情况下，成图单元对每种装置配置不同。此外，除了光刻装置以外，本实施例也可以应用于要求高定位精度的装置(如显微镜或加工装置)。
图8是描述了上述定位方法(去除了与改变控制参数相关的部分)的流程的视图。本实施例的定位方法测量顶部工作台27在Z轴方向的位置，根据与测量位置相关的信息执行反馈控制，并定位顶部工作台27。定位方法包括将反馈控制中使用的位置测量装置从干涉仪25a(25b)切换到干涉仪25b(25a)的步骤(S10)，和改变反馈控制中使用的控制参数的设定值的步骤(S20)。在上述控制器50的存储器中存储的程序可使计算机在这些步骤中执行处理。
[物品制造方法]
接着，将描述使用光刻装置的物品制造方法。在本说明书中，术语“物品”指能够通过光刻成图形成的物品，如半导体器件、液晶显示器件、在制造这些器件中使用的光刻版(掩膜)或微结构体。
例如，将描述半导体器件。通过在晶片上形成集成电路的前端处理(晶片处理)和在前端处理形成的晶片上完成集成电路芯片作为产品的后端处理，来制造半导体器件。前端处理包括使用上述半导体曝光装置100对涂布有光刻胶材料的晶片曝光的步骤，以及显影和蚀刻晶片的步骤。代替蚀刻步骤，可以执行掺杂步骤。显影之后，有若干处理模式。后端处理包括组装步骤(切割和接合)和封装步骤(芯片封装)。通过形成透明电极的步骤来制造液晶显示器件。形成透明电极的步骤包括用光刻胶材料来涂布沉积有透明导电膜的玻璃基板的步骤，使用上述曝光装置100对涂布有光刻胶材料的玻璃基板曝光的步骤，以及显影玻璃基板的步骤。根据本实施例的器件制造方法，能够制造比用传统方法制造的器件的质量更高的器件。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。随附权利要求的范围应给予最宽泛的解释，以涵盖所有变型以及等同的结构和功能。

Claims (11)

1.一种装置，包括：
第一测量装置和第二测量装置，配置成测量移动体在第一方向的位置；
驱动单元，配置成在第一方向驱动移动体；
控制器，配置成根据与移动体在第一方向的位置指令信息和来自第一测量装置或第二测量装置的位置测量信息相应的控制偏差，以及根据设定为预定值的控制参数，来产生用于驱动驱动单元的控制输入信号；
切换单元，配置成将产生控制输入信号时使用的测量装置从第一测量装置切换到第二测量装置或从第二测量装置切换到第一测量装置；和
改变单元，配置成根据切换单元执行的切换来改变控制参数的设定值。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，控制参数是比例增益Kp、积分增益Ki、微分增益Kd中的任何一个，或者是至少两个的组合。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，第一测量装置和第二测量装置包括干涉仪。
4.根据权利要求3所述的装置，
其中，从第一测量装置行进到移动体的测量光和从第二测量装置行进到移动体的测量光在第二方向对齐，并且
其中，切换单元根据与移动体在第二方向的位置相关的信息来切换测量装置。
5.根据权利要求4所述的装置，
其中，在使移动体沿第二方向执行步进移动之后，所述装置对安装在移动体上的基板执行预定处理，以及
其中，在步进移动过程中切换单元切换测量装置的情况下，改变单元根据与第二处理的开始定时相关的信息而在比第二处理的开始早一定时间以上的定时改变设定值。
6.根据权利要求4所述的装置，
其中，所述装置对安装在移动体上的基板执行第一处理，使移动体沿第二方向进行步进移动，然后对基板执行第二处理，以及
其中，在步进移动过程中切换单元切换测量装置的情况下，改变单元根据与第二处理的开始定时相关的信息和与第一处理的结束定时相关的信息而在比第二处理的开始早一定时间以上且比第一处理的结束晚的定时改变设定值。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，在第一测量装置被切换到第二测量装置的情况下，改变单元将控制参数的设定值从第一设定值改变成第二设定值；并且，在第二测量装置被切换到第一测量装置的情况下，改变单元将控制参数的设定值从第二设定值改变成第一设定值。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，在移动体处于一定位置的情况下，移动体在第一方向的位置能够由第一测量装置和第二测量装置同时测量，并且在该位置，测量值从切换前使用的测量装置传递给切换后使用的测量装置。
9.一种光刻装置，包括：
根据权利要求1至8中任意一项的装置；和
成图单元，配置成在安装于移动体上的基板上形成图案。
10.一种物品制造方法，包括：
通过使用根据权利要求9的光刻装置在基板上形成图案；和
对形成有图案的基板进行处理。
11.一种用于测量移动体的位置、根据与测量位置相关的信息执行反馈控制并定位移动体的方法，包括：
将反馈控制中使用的位置测量装置从第一测量装置切换到第二测量装置；和
根据切换来改变反馈控制中使用的控制参数的设定值。
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