JP2020124010A - 制御装置、露光装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で駆動部の駆動を精度良く制御することができる制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る制御装置１００は、各々がＰＷＭ方式を用いて電流を供給する複数の電流供給源２０と、駆動部１４の駆動状態を検出する第１の検出部と、第１の検出部による検出結果に基づいて複数の電流供給源２０によって供給される駆動部１４の駆動に必要な複数の電流Ｉｘｆ、Ｉｘｂ、Ｉｙｌ、Ｉｙｒのうち少なくとも一つの電流の値が所定の値である場合に、複数の電流Ｉｘｆ、Ｉｘｂ、Ｉｙｌ、Ｉｙｒの各々の値を変更する制御部５０と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図４

Description

本発明は、制御装置に関しており、特に、露光装置におけるステージの駆動の制御に好適なものである。

近年、半導体露光装置の生産性を向上させるためにステージの高速化が進んでおり、それに伴いステージの駆動を制御する制御装置の大電流且つ高電圧への対応が必要となってきている。
大電流且つ高電圧に対応するステージ等の駆動部の駆動を制御するための制御装置に設けられる、駆動部の駆動に必要な電流を供給する電流供給源としては、ＰＷＭ方式の電流アンプが用いられる。
しかしながら、ＰＷＭ方式は基準波による変調方式であるため、非線形成分が含まれており、この非線形成分の影響によってデッドタイムひいては出力される電流に歪みが発生することが知られている。

特許文献１は、オフセット電圧を印加して歪みを低減するデッドタイム補償回路が設けられたＰＷＭアンプを開示している。

特開２０１３−３１２０４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているＰＷＭアンプのように出力電流の歪みを補償するためには、別途補償用回路が必要となるため、そのようなＰＷＭアンプを備えた制御装置は複雑化してしまう。
そこで本発明は、簡易な構成で駆動部の駆動を精度良く制御することができる制御装置、露光装置、および物品の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る制御装置は、各々がＰＷＭ方式を用いて電流を供給する複数の電流供給源と、駆動部の駆動状態を検出する第１の検出部と、第１の検出部による検出結果に基づいて複数の電流供給源によって供給される駆動部の駆動に必要な複数の電流のうち少なくとも一つの電流の値が所定の値である場合に、複数の電流の各々の値を変更する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で駆動部の駆動を精度良く制御することができる制御装置、露光装置、および物品の製造方法を提供することができる。

第一実施形態に係る制御装置のブロック図。 第一実施形態に係る制御装置から出力される電流の波形を模式的に示した図。 第一実施形態に係る制御装置から出力される電流において歪みが発生する様子を模式的に示した図。 第一実施形態に係る制御装置によって微動ステージを制御する様子を示した図。 第二実施形態に係る制御装置を備えた露光装置における微動ステージの模式的駆動プロファイル。 第二実施形態に係る制御装置のブロック図。 第一実施形態に係る制御装置を備えた露光装置内に搭載されているステージ装置を模式的に示した上面図。

以下に、本実施形態に係る制御装置を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す図面は、本実施形態を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている。

［第一実施形態］
図７は、第一実施形態に係る制御装置１００を備えた露光装置内に搭載されているステージ装置１０を模式的に示した上面図である。
また、図７において、紙面の裏から表に向かう方向をｚ軸方向、ｚ軸方向に垂直で紙面の右に向かう方向をｘ軸方向、ｚ軸方向及びｘ軸方向に垂直で紙面の上に向かう方向をｙ軸方向とする。

ステージ装置１０は、ｙ粗動ステージ１１、微動ステージ１４及びｘ粗動ステージ１５を備えている。
ｙ粗動ステージ１１は、ｙ粗動ステージ１１の案内面が鏡面加工された定盤１２、ヨーガイド１３及び不図示の静圧案内を用いて、ｙ軸方向に沿って駆動される。
ｘ粗動ステージ１５は、不図示の静圧案内が定盤１２上に配置されると共に、ｙ粗動ステージ１１をｙ軸方向に挟み込むように構成されており、ｙ粗動ステージ１１に沿って、ｘ軸方向に沿って駆動される。

ｙ粗動ステージ１１を駆動するためのｙ粗動リニアモータは、コイルで構成されるｙ粗動リニアモータ可動子２３ａと２３ｂとで構成される。
ｙ粗動ステージ１１は、連結板２５ａ、２５ｂを介してｙ粗動リニアモータに結合されており、不図示の制御系とｙ粗動リニアモータとによって位置決め制御される。
ｘ粗動ステージ１５を駆動するためのｘ粗動リニアモータは、ｙ粗動ステージ１１上に設けられたｘ粗動リニアモータ固定子２７と不図示のｘ粗動リニアモータ可動子とで構成される。
ｘ粗動ステージ１５は、ｘ粗動リニアモータと不図示の制御系とを用いてｘ軸方向に沿って位置決め制御される。

微動ステージ１４は、ｘ粗動ステージ１５上に設けられている。ｘ粗動ステージ１５と微動ステージ１４との間には、ｘ軸方向に沿って駆動力を発生させる微動ｘリニアモータ３１ａ及び３１ｂとｙ軸方向に沿って駆動力を発生させる微動ｙリニアモータ３２ａ及び３２ｂとが設けられている。また、ｘ粗動ステージ１５と微動ステージ１４との間には、ｚ軸方向に駆動力を発生させる微動ｚリニアモータ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ及び３３ｄが設けられている。
後述するように、これらの微動リニアモータを軸毎に独立した制御装置１００を用いて駆動させることによって、微動ステージ１４を６軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、及び各軸周りの回転方向）に位置決め制御することができる。

図１は、第一実施形態に係る制御装置１００のブロック図を示している。
制御装置１００は、増幅器（電流供給源）２０、制御器（制御部）５０及び検出器（第１の検出部）７０を備えている。
増幅器２０は、微動ステージ１４（駆動部）のリニアモータＬＭを駆動するための電流Ｉｏｕｔを出力する。ここでリニアモータＬＭは、上記の微動ｘリニアモータ、微動ｙリニアモータ及び微動ｚリニアモータのいずれかである。

図１に示されているように、検出器７０は、微動ステージ１４の位置（駆動状態）を検出し、制御器５０が検出器７０の検出結果に基づいて、増幅器２０に指令値Ｃｏｍｍａｎｄを送信する。
そして、増幅器２０では、送信された指令値Ｃｏｍｍａｎｄと基準となる三角波Ｗｓｔとに応じて、スイッチング制御器２０ａが、スイッチング回路の第１の組み合わせＨ１及びＬ２と第２の組み合わせＨ２及びＬ１との一方をＯＮにし、他方をＯＦＦにする。すなわち、増幅器２０ではＰＷＭ方式が採用されている。
これにより、図２（ａ）に示されるような基準波Ｗｓｔの周波数Ｆｓｗの周波数成分を有するリップル波形の所望の電流Ｉｏｕｔを出力することができる。

実際には、増幅器２０において第１の組み合わせＨ１及びＬ２と第２の組み合わせＨ２及びＬ１とを共にＯＮにしてしまうと、電源電圧＋Ｖ及び−Ｖ間に貫通電流が流れてしまう。
そして、貫通電流が発生するとスイッチング回路Ｈ１、Ｈ２、Ｌ１及びＬ２が発熱し破損してしまう。
このような貫通電流は、一方の組み合わせから他方の組み合わせにＯＮを切り替える際に発生する可能性がある。
貫通電流の発生を抑制するためには、第１の組み合わせＨ１及びＬ２と第２の組み合わせＨ２及びＬ１とを共にＯＦＦにする期間、すなわちデッドタイムを設ければよく、ＰＷＭ方式では通常行われる構成である。

その場合、デッドタイムを設けることによって、図２（ｂ）に示されているように、特定のオフセット電流値Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔにおいて歪みが発生することが知られている。
具体的には、基準となる三角波Ｗｓｔに対して指令値Ｃｏｍｍａｎｄを変化させることによって、増幅器２０から出力される電流をオフセットさせる。そのとき、ドライバの基準値とデッドタイムが発生する電流変化の変曲点近傍とが重なるときに歪みが発生する。

微動ステージ１４の整定時においては、例えば微動リニアモータで使用している磁石の他成分やケーブル実装による外乱によって、微動ステージ１４の整定時に所望のオフセット電流が必要となる。
その際、増幅器２０の歪みが発生する出力電流Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔと微動ステージ１４の整定時に必要なオフセット電流とが一致してしまうと、微動ステージ１４の制御特性に制御的な遅れが発生し、露光装置の性能を低下させてしまうことになる。

図３は、制御装置１００から出力される電流Ｉｏｕｔに歪みが発生する様子を模式的に示している。
図３に示されているように、増幅器２０内の不図示の比較器に入力される基準波Ｗｓｔと指令値Ｃｏｍｍａｎｄとが互いに交差するときに、第１の組み合わせＨ１及びＬ２と第２の組み合わせＨ２及びＬ１との一方から他方へのＯＮの切り替えが生じる。
その際、上記のような貫通電流の発生を抑制するために、ＯＦＦからＯＮに切り替わる前に所定のデッドタイムを設ける。

そして、図３に示されているように、デッドタイムの状態の際に出力電流Ｉｏｕｔの正負が反転しなければ、歪みが発生していない出力電流Ｉｏｕｔを得ることができる。
しかしながら、図３に示されているように、デッドタイムの状態の際に出力電流Ｉｏｕｔの正負が反転すると、逆符号への制御ができなくなるため、出力電流Ｉｏｕｔに歪みが発生してしまう。
このときの出力電流をＩｏｕｔ＿ｄｉｓｔとすると、図２（ｂ）に示されるようなＩｏｕｔ＿ｄｉｓｔにおいて歪みが発生している波形の電流Ｉｏｕｔが出力される。

図４（ａ）及び（ｂ）は、微動ステージ１４に対しｘ軸方向に沿って駆動力を発生させる微動ｘリニアモータ３１ａ及び３１ｂとｙ軸方向に沿って駆動力を発生させる微動ｙリニアモータ３２ａ及び３２ｂとを制御する様子を示している。

図４（ａ）に示されているように、微動ｘリニアモータ３１ａ及び３１ｂと微動ｙリニアモータ３２ａ及び３２ｂとにはそれぞれ増幅器２０が設けられており、制御器５０によってそれぞれ電流Ｉｘｆ、Ｉｘｂ、Ｉｙｌ及びＩｙｒが出力される。
微動ステージ１４を整定する際に、微動ステージ１４を回転方向に所定の位置で制御するためには、ｘ軸及びｙ軸各々の方向において所定の推力が必要となる。
推力は、複数の増幅器２０による各リニアモータの制御電流の合算値に比例しており、すなわち合算値Ｉｓｔａｇｅは、電流Ｉｘｆ、Ｉｘｂ、Ｉｙｌ及びＩｙｒのベクトル和で表すことができる。

ここで、増幅器２０において上記に示したような歪みが発生する出力電流Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔ（所定の値）を事前に測定しておき、制御器５０に記憶させておく。
このとき、制御器５０に記憶されているＩｏｕｔ＿ｄｉｓｔと電流Ｉｘｆ、Ｉｘｂ、Ｉｙｌ及びＩｙｒのいずれかとが一致すると、増幅器２０の出力電流Ｉｏｕｔの歪みによって、微動ステージ１４の制御に遅れが発生してしまう。それにより、微動ステージ１４の位置制御の精度が低下してしまう。

そこで、図４（ｂ）に示されているように、合算値Ｉｓｔａｇｅは保ちつつ、微動ｘリニアモータ３１ａ及び３１ｂと微動ｙリニアモータ３２ａ及び３２ｂとの電流Ｉｘｆ、Ｉｘｂ、Ｉｙｌ及びＩｙｒそれぞれに、オフセット電流Ｉａｄｄを加える。
これにより、合算値Ｉｓｔａｇｅを変えずに、Ｉｘｆ、Ｉｘｂ、Ｉｙｌ及びＩｙｒのいずれもがＩｏｕｔ＿ｄｉｓｔと一致しないように変更することができる。

このように、微動ステージ１４の整定時に必要な電流を増幅器２０の歪みが発生する出力電流の歪みと一致しないように変化させることによって、ステージ制御精度の低下を抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係る制御装置１００を備えた露光装置では、増幅器２０の歪みが発生する出力電流に応じて、微動ステージ１４の整定時に必要な電流を変更することによって、微動ステージ１４を精度良く制御することができる。

なお、本実施形態に係る制御装置１００では、微動ステージ１４の整定時に必要な電流に応じて、増幅器２０の歪みが発生する出力電流Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔを変更することも可能である。
具体的には、増幅器２０の設定変更（例えば、デッドタイム、スイッチング周波数Ｆｓｗやフィルタ定数の変更）により、増幅器２０の歪みが発生する出力電流Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔを可変にすることができる。

また、以下の第二実施形態で示すようなフィードバック制御機構を用いることも可能である。
更に、微動ステージ１４とｘ粗動ステージ１５との間の間隔を変更することによって、微動ステージ１４の整定時に必要な電流を変更することも可能である。

［第二実施形態］
図５は、第二実施形態に係る制御装置２００を備えた露光装置における微動ステージ１４の駆動プロファイルを模式的に示している。
なお、第二実施形態に係る制御装置２００において、第一実施形態に係る制御装置１００と同一の部材には同一の符番を付して重複する部分についての説明を省略する。

図５に示されているように、微動ステージ１４は、加速、等速及び減速を切り替えて駆動される。
その際、露光装置は微動ステージ１４が等速駆動している際に露光動作を行うため、等速駆動の際に微動ステージ１４は、高精度な位置制御を必要とする。

微動ステージ１４の駆動に必要な電流は、加速駆動、等速駆動及び減速駆動それぞれに対して互いに異なるため、加速駆動、等速駆動及び減速駆動を切り替える際に常に変化している。
また、等速駆動に入る直前の加速駆動においても所定の電流が必要となり、等速駆動区間において必要な電流は減少する。
しかしながら、この時、微動ステージ１４の加速駆動に必要な電流と増幅器２０の歪みが発生する出力電流とが互いに一致してしまうと、増幅器２０の応答が遅れてしまい、過渡的に微動ステージ１４の位置制御が低下してしまう。

その結果、図５に示されているように、等速駆動区間において微動ステージ１４の偏差Ｓｔａｇｅ ｅｒｒｏｒが大きく残ってしまう。
すなわち、増幅器２０の出力電流Ｉｏｕｔにおける歪みが発生する出力電流Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔの影響により、偏差Ｓｔａｇｅ ｅｒｒｏｒが大きくなり、等速駆動区間における微動ステージ１４の制御精度に影響を与えてしまう。

図６は、本実施形態に係る制御装置２００の制御ブロック図を示している。
図６に示されているように、本実施形態に係る制御装置２００では、モニター３０（第２の検出部）が増幅器２０の出力電流Ｉｏｕｔを監視している。
そして、出力電流Ｉｏｕｔが歪みが発生する出力電流Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔに一致したことをモニター３０が検出したとき、出力電流Ｉｏｕｔを補償するように、補償電流源４０にオフセット電流Ｉａｄｄを供給させる。

このように、本実施形態に係る制御装置２００では、増幅器２０の出力電流Ｉｏｕｔをフィードバック制御することによって、歪みが発生する出力電流Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔによる微動ステージ１４の偏差の増大を抑制することができる。それにより、微動ステージ１４の制御精度を維持することができる。

なお、本実施形態に係る制御装置２００では、出力電流Ｉｏｕｔをフィードバック制御しているが、不図示の制御ゲインを変更することで、出力電流Ｉｏｕｔを補償してフィードバック制御することも可能である。
このとき、ゲインを上げすぎると大電流出力領域や高周波領域における発振を誘発してしまうため、ゲインの補償回路にリミットを設けることも有効である。

以上のように、本実施形態に係る制御装置２００では、微動ステージ１４の駆動区間（駆動時）において、増幅器２０の歪みが発生する出力電流に応じて出力電流を補償するようにフィードバック制御している。それにより、微動ステージ１４を精度良く制御することができる。

なお、本実施形態に係る制御装置２００では、微動ステージ１４の駆動区間において必要な電流に応じて、増幅器２０の歪みが発生する出力電流Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔを変更することも可能である。
具体的には、増幅器２０の設定変更（例えば、増幅器２０内の制御ゲインの変更）により、増幅器２０の歪みが発生する出力電流Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔを可変にすることができる。
更に、微動ステージ１４とｘ粗動ステージ１５との間の間隔を変更することによって、微動ステージ１４の駆動区間において必要な電流を変更することも可能である。

また、本実施形態に係る制御装置２００は、微動ステージ１４の整定後においても必要な電流と増幅器２０の歪みが発生する出力電流Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔとが互いに一致、または、互いに影響し合う場合においても適用させることができる。

また、本実施形態に係る制御装置２００では、増幅器２０の出力電流Ｉｏｕｔをフィードバック制御しているが、これに限られない。増幅器２０の出力電流Ｉｏｕｔをフィードフォワード制御することによって、歪みによる影響を低減し、微動ステージ１４を精度良く制御することもできる。

以上、好ましい実施形態について説明したが、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

［物品製造方法に係る実施形態］
物品としてのデバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法は、上述した制御装置を備える露光装置により、基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板）にパターンを形成する工程を含む。さらに、該製造方法は、パターンが形成された基板を現像する工程及びエッチングする工程を含みうる。なお、パターンドメディア（記録媒体）や光学素子などの他の物品を製造する場合には、該製造方法は、エッチングの代わりにパターンが形成された基板を加工する他の処理を含みうる。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

１４ 微動ステージ（駆動部）
２０ 増幅器（電流供給源）
５０ 制御器（制御部）
７０ 検出器（第１の検出部）
１００ 制御装置
Ｉｘｆ、Ｉｘｂ、Ｉｙｌ、Ｉｙｒ 電流
Ｉｏｕｔ＿ｄｉｓｔ 歪みが発生する電流（所定の値）

Claims (9)

1. 各々がＰＷＭ方式を用いて電流を供給する複数の電流供給源と、
   駆動部の駆動状態を検出する第１の検出部と、
   前記第１の検出部による検出結果に基づいて前記複数の電流供給源によって供給される前記駆動部の駆動に必要な複数の電流のうち少なくとも一つの電流の値が所定の値である場合に、前記複数の電流の各々の値を変更する制御部と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記制御部は、前記駆動部の駆動に必要な電流の値と前記制御部に記憶されている前記所定の値とを比較することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記複数の電流を検出する第２の検出部を備え、
   前記制御部は、前記複数の電流のうち少なくとも一つの電流の値が前記所定の値であることを前記第２の検出部が検出した場合に、前記複数の電流の各々の値を変更することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記所定の値は、前記電流供給源において測定されるＰＷＭ方式に伴う歪みが発生する電流の値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御装置。
5. 前記所定の値は、前記駆動部の整定時において必要な電流の値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記所定の値は、前記駆動部の駆動時において必要な電流の値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の制御装置。
7. ＰＷＭ方式を用いて電流を供給する少なくとも一つの電流供給源と、
   駆動部の駆動状態を検出する第１の検出部と、
   前記第１の検出部による検出結果に基づいて前記少なくとも一つの電流供給源によって供給される前記駆動部の駆動に必要な少なくとも一つの電流の値が所定の値である場合に、前記駆動部の位置を変更する制御部と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の制御装置と、
   前記制御装置によって供給される電流によって駆動するステージと、
   を備えることを特徴とする露光装置。
9. 請求項８に記載の露光装置によって基板を露光する工程と、
   前記基板を現像する工程と、
   を含み、現像された前記基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

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