ステージ装置、電子線照射装置及び露光装置
【課題】ステージの速度変化に伴う振動を低減することができるステージ装置、電子線照射装置及び露光装置を提供する。
【解決手段】ガイドレール（１０５）に沿って移動するステージ（１０１）が駆動制御されるステージ装置であって、前記ステージ（１０１）が受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージ（１０１）の位置及び速度の関数として記憶する補正テーブル（１１３ａ）を備え、前記ステージ（１０１）を駆動する駆動トルクを前記補正テーブル（１１３ａ）を用いて制御する。
【解決手段】ガイドレール（１０５）に沿って移動するステージ（１０１）が駆動制御されるステージ装置であって、前記ステージ（１０１）が受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージ（１０１）の位置及び速度の関数として記憶する補正テーブル（１１３ａ）を備え、前記ステージ（１０１）を駆動する駆動トルクを前記補正テーブル（１１３ａ）を用いて制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージを移動するステージ装置、電子線照射装置及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デバイスの微細化に伴って、デバイス製造装置やデバイス検査装置等において高精度な速度制御及び位置決めが可能なステージ装置（XYステージ装置）が要求されている。
ステージ駆動系に入力される位置指令あるいは速度指令に基づき、ステージを移動せしめるステージ装置において、ガイドレールの真直度や平行度の誤差、ネジ締め付け位置に応じた機械的歪み分布等の機構上の問題から、ステージをある一定の速度で動作させるときに作用する摩擦力の大きさには、ステージ座標に依存したばらつきが生じる。また、ステージが受ける摩擦力は、速度に対して一定ではなく、速度に依存して摩擦力の大きさが変化することが知られている。
これらのステージの機械的精度に依存する誤差を補正するために、ステージの移動量の設定値と実際の移動量との誤差を記憶した補正テーブルを用いることが行われている（特許文献１）。すなわち、予め所定位置での位置決め誤差データを求め、前記誤差データから算出した補正量を記憶した補正テーブルを作成しておくことが行われる。さらに、ステージを所定位置へ移動させる際、補正テーブルから所定位置に対応した補正量を求め、エンコーダのカウント値が補正量を用いて算出した移動量となるようにモータが駆動制御される（特許文献１）。
また、高速応答が実現できる速度制御によって目標位置近傍まで粗く移動してから、目標位置近傍では所定の目標位置に精度よく位置制御する技術が開示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平７−３２５６２３号公報
【特許文献２】特開平４−１４０８０５号公報（２ページ左欄下から１５行目）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、ステージ装置を電子線描画装置や電子顕微鏡等の電子線照射装置に使用する場合、ステージの移動・停止あるいは加減速に伴う振動が電子線照射装置に加わり、目標位置に電子線を照射することが困難になる問題点がある。
この問題を解決するために、ステージを一定速度で移動させ、ステージの移動中に電子線を照射することにより振動を回避することが好ましい。
この場合、特許文献１の技術では、ステージの移動量の設定値と実際の移動量との誤差を用いてステージを制御しているのであって、ステージの速度変化を制御しているのではない。また、摩擦力変化に起因して生じる速度偏差に対する補正を行っていないことから、摩擦力変化に伴うステージの速度変化による振動を排除することができない。
また、特許文献２の技術であっても、目標位置近傍でステージの速度が変化し加減速に伴う振動を排除することができない。
なお、特許文献１に記載された技術では、ある目標位置に対して１つの位置決め誤差データのみから補正テーブルを作成するため、補正テーブルに記録された有限個の目標座標に対してしか位置決め誤差の補正ができない。つまり、任意の目標座標への高精度な位置決め動作ができないという問題点もある。
【０００４】
そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、ステージの速度変化に伴う振動を低減することができるステージ装置、電子線照射装置及び露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明のステージ装置は、ガイドレールに沿って移動するステージが駆動制御されるステージ装置であって、前記ステージが受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージの位置及び速度の関数として記憶する補正テーブルを備え、前記ステージを駆動する駆動トルクを前記補正テーブルを用いて制御することを特徴とする。
【０００６】
これによれば、ステージの位置及び速度の関数である摩擦力によって変化する制御量が補正テーブルによって補正される。すなわち、補正された制御量によって駆動トルクが制御される。これにより、摩擦力の変動による速度変動が低減する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ステージの速度変化に伴う振動を低減することができるステージ装置、電子線照射装置及び露光装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態であるステージ装置（ＸＹステージ装置）の構成を図１を参照して説明する。
ステージ装置１００は、ステージ１０１と、ステージ１０１の移動距離を干渉計１０７を介して測定するレーザ干渉測長器１０８と、ステージ１０１の移動速度を演算する速度演算部１０９とを備え、ステージ１０１を等速度運動させ、ステージ１０１を位置決めできるように構成されている。また、ステージ１０１が受ける摩擦力の変化に対応して変化し、ステージ１０１を駆動制御する制御量を記憶する補正テーブル１１３ａを作成する補正テーブル作成部１１２を備えている。なお、図１において、一点鎖線は補正テーブル作成時のみのデータ経路を示し、実線は実動作時及び補正テーブル作成時のデータ経路を示す。
【０００９】
ステージ１０１は、カップリング１０３及びボールネジ１０４を介して、モータ１０２が発生する駆動力がステージ１０１に伝達されることにより、ガイドレール１０５に沿って移動するものである。このとき、ステージ１０１が受ける摩擦力は図３に示されるようにステージ１０１の移動速度に依存する。すなわち、移動速度がゼロのときには、静止摩擦係数に対応する摩擦力が加わり（図中の黒丸）、速度の増加と共に、動摩擦係数に対応する摩擦力が徐々に増加する。また、移動速度が小さいほど摩擦力の変化が大きいといえる。
【００１０】
また、ステージ１０１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動するように構成されている。すなわち、図２のように、第１中間ステージ６０４にはリニアガイドであるガイドレール１０５ａが設けられ、ガイドレール１０５ａの上に第２中間ステージ６０５が同図に示すX軸方向に移動可能なように取り付けられている。第２中間ステージ６０５にはガイドレール１０５ｂが設けられており、ガイドレール１０５ｂの上にステージ１０１が同図に示すＹ軸方向に移動可能なように取り付けられている。また、第１中間ステージ６０４には第２中間ステージ６０５駆動用のモータ１０２ａが、また、第２中間ステージ６０５にはステージ１０１駆動用のモータ１０２ｂがそれぞれ取り付けられている。また、モータ１０２ａ，１０２ｂで発生する駆動力がカップリング１０３ａ，１０３ｂ、ボールネジ１０４ａ，１０４ｂを介して第２中間ステージ６０５及び／又はステージ１０１に伝達されることにより、ステージ１０１はＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に移動する。
【００１１】
図４に示されるように、モータ１０２の内部等価回路は、逆起電力ｅｒ［Ｖ］と電機子抵抗Ｒａ［Ω］の直列回路で表現される。モータ１０２で発生するモータトルクＴ［Nm］は、トルク定数ｋＴ［Nm／A］及びモータ電流ｉ［A］を用いて、
T ＝ｋＴ・i ・・・式（１）
と表される。また、逆起電圧ｅｒ［V］は、誘起電圧定数ｋE［V／rpm］及びモータ軸回転速度N［rpm］を用いて、
ｅｒ ＝ ｋE・N ・・・式（２）
と表される。式（１），（２）及び電機子抵抗Raより、あるモータ軸回転速度Nを得るために必要なモータ入力電圧ｅm［V］は、
ｅm ＝ （Ra・T）／ｋＴ ＋ ｋＥ・Ｎ ・・・式（３）
となる。尚、ここでは定速回転時のモータ電流ｉの変化は小さいとして、電機子インダクタンスは無視されている。
【００１２】
再び図１に戻り、レーザ干渉測長器１０８は、ステージ１０１上に設置された測定用ミラー１０６と干渉計１０７との間の間隔を測定する。また、速度演算部１０９は、レーザ干渉測長器１０８によって計測された位置データを時間微分して速度データに変換する。目標速度切替スイッチ１１７は、ステージ１０１の実動作時の目標速度値と補正テーブル作成時の目標速度値とを切り替えるスイッチである。ａ側が実動作時であり、ｂ側が補正テーブル作成時である。目標速度切替スイッチ１１７にて選択された目標速度値と、速度演算部１０９で求められたステージ１０１の速度との速度偏差を第１加算器１１５にて算出する。また、目標速度値は補正テーブル１１３ａを参照するためのデータの１つとして、後記する補正量制御部１１４に入力される。第１加算器１１５にて算出された速度偏差は、補正量制御部１１４を介して補正テーブル１１３ａで参照される補正量とともに第２加算器１１６に入力される。
【００１３】
補正テーブル作成部１１２は、補正テーブル作成時の目標速度を出力するとともに、摩擦力の座標依存性及び速度依存性を反映した補正量を記憶する補正テーブル１１３ａを作成し、それを記憶装置１１３に転送する。補正テーブル作成部１１２は、これらの処理内容を記述したプログラムと、そのプログラムを実行するコンピュータとを用いて実現される。
【００１４】
補正テーブル１１３ａの説明に先立って、摩擦力とステージ速度偏差の関係について図５に記載する速度制御系のブロック図を参照して説明する。同図において、速度指令ｖｉ ［ｍ／sec］は速度指令−電圧変換部５０１によって速度−電圧変換定数α［Vsec／ｍ］をもとに速度指令電圧ｅｉ［Ｖ］に変換される。また、ステージ１０１の検出速度ｖｏ［ｍ／sec］は、モータ１０２のモータ軸回転速度N及びボールネジ１０４のリード長ｌ［ｍ／rev］で定められ、ｖｏ＝（Ｎｌ／６０）［ｍ／sec］で表現される。そして、検出速度ｖｏ［Ｖ］は、検出速度−電圧変換部５０５によって、速度−電圧変換定数αを用いて検出速度電圧ｅｏに変換される。系が安定となる条件で適当なゲイン５０２の増幅率G、速度−電圧変換定数αを設定すると、速度偏差に基づく電圧値である速度偏差電圧Δｅ［Ｖ］が加算器で算出される。その値は式（３）を用いて、
Δｅ = （１／G）ｅm
=（１／G）・｛（Ｒａ・Ｔ）／ｋＴ＋ｋＥ・N｝ ・・・式（４）
である。
【００１５】
ここで、モータ定速回転時はステージ１０１の摩擦力に丁度打ち勝つだけのモータトルクＴがモータ１０２から出力される。式（４）から、摩擦力の座標依存によってモータトルクＴが変化すると、それに伴って速度偏差電圧Δｅ［Ｖ］が変化するため、速度偏差Δｖ（＝Δｅ／α）［ｍ／sec］も変化する。また、図３に示したように摩擦力は速度に依存して変化する。つまり、トルクＴはステージ１０１の移動速度によっても変化し、それに伴って速度偏差も変化することがわかる。
【００１６】
従って、任意の目標座標での位置決め及び任意の目標速度でのステージ移動を高精度に行うため、ステージの摩擦力の座標依存性及び速度依存性の両方を反映した補正量を求め、補正テーブル１１３ａに記憶する。ここで、補正テーブル１１３ａの作成方法を、図６の構成図及び図７に示すフローチャートを参照しつつ、説明する。ここで、図６の構成図は、図１の構成図から実動作時のみの動作経路を削除したものである。尚、補正テーブル１１３ａを作成する過程では、補正テーブル１１３ａ内の補正量は初期設定値＝0となっている。
【００１７】
まず、Ｘ軸正方向の補正量について説明することにする。予め設定された、摩擦力の補正に適当なM個のサンプル目標速度値｛ｖｉ｝（ｉ＝１〜M）の中から、ある目標速度値ｖｋを選択する（S１１）。次に、補正テーブル作成部１１２から出力される目標速度値ｖｋに基づき、ステージ実動作の際に制御を要する座標範囲内でステージ１０１を動作させる（S１２）。このとき、レーザ干渉測長器１０８を用いて、ステージ１０１の位置データを計測し、速度演算部１０９により、速度データを算出（演算）し（S１３）、補正テーブル作成部１１２内にこれらのデータを記憶する。
【００１８】
S１３にて記憶されたステージ１０１の速度データの中から、予め設定された摩擦力の補正に適切なＮ個のサンプル座標点｛ｘｎ｝（ｎ＝１〜N）における計測速度データを抽出する（S１４）。サンプル座標点｛ｘｎ｝の決め方としては、例えば、S１３で記憶されるステージ１０１の速度データを位置データでフーリエ展開したときに、得られる空間周波数波形の有意な最大周波数ｆｍに対して、Pｓ≦１／（２・ｆｍ）を満たす位置周期Ｐｓを予め設計段階で設けておき、その位置周期Ｐｓに従いサンプリングした座標点として設定しておく方法が挙げられる。
【００１９】
次に、S１４で抽出した計測速度データと目標速度値ｖｋとの差である速度偏差数列｛Ｅｋｎ｝（ｎ＝１〜N）を算出する（Ｓ１５）。図８に、S１５で算出される速度偏差数列｛Ｅｋｎ｝の一例を図示する。ステージ位置によって異なる摩擦力に追随して、速度偏差が変化することが分かる。補正テーブル作成部１１２内に設けられたテーブルに、Ｓ１５で算出された速度偏差数列｛Ｅｋｎ｝を補正量として目標速度値ｖｋと対応させて記憶する（Ｓ１６）。
【００２０】
そして、Ｍ個の全サンプル目標速度値｛ｖｉ｝を選択済みであるか否か、すなわち、Ｓ１１からＳ１６までを実行しているか否かを判定し（Ｓ１７）、未実行であればＳ１１に戻って（Ｓ１７でＮｏ）、未選択のサンプル目標速度値を選択した後、Ｓ１２以降を実行する。全サンプル目標速度値｛ｖｉ｝に対してＳ１１からＳ１６までが実行済みであれば（Ｓ１７においてＹｅｓ）、Ｘ軸正方向の補正量のテーブル作成が終了する。
【００２１】
同様の方法で、補正テーブル作成部１１２が、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向及びＹ軸負方向についてテーブルが作成されると、それらのテーブルが、補正テーブル１１３ａとして、補正テーブル作成部１１２から記憶装置１１３に転送される。Ｘ軸正方向の動作補正に係る補正テーブル１１３ａを図９に示す。すなわち、横方向にＸ軸正方向のサンプル目標速度値ｖ１，…，ｖｋ，…，ｖＭが記憶され、縦軸方向にＸ軸サンプル座標点ｘ１，…，ｘＪ−１，ｘｊ，…，ｘｊ＋１，…，ｘＮが記憶されている。言い換えれば、図１０に示すように、異なる目標速度値それぞれに対応する速度偏差数列を補正量として記憶している。つまり、補正テーブル１１３ａは摩擦力の座標依存性及び速度依存性を反映した補正量を記憶している。
【００２２】
図３で示したように摩擦力と速度との関係は、低速領域における摩擦力の変化が大きいことから、停止に至るまでの減速を必要とする位置決め動作において、補正テーブル１１３ａを用いて速度に依存する摩擦力の変化を反映した補正を行うことは、位置決め誤差の低減に特に有効である。
【００２３】
また、ステージ１０１が移動中に、あるサンプリング座標点ｘｎで摩擦力の作用により減速したとき、例えば、次のサンプリング座標点ｘｎ＋１における速度は、ステージ１０１の慣性によって前のｘｎでの摩擦力の影響を受けることから、ｘｎ＋１における補正量も同様にｘｎでの影響を受けて設定される。もし、Ｘ軸及びＹ軸について正方向の動作に対する補正テーブルしか設けられておらず、負方向の動作時にも正方向の動作に対する補正テーブルを参照して補正を行うとすれば、サンプリング座標点ｘｎ＋１における補正量は、未だ到達していないサンプリング座標点ｘｎでの摩擦力の影響を受けたものとなるため、その誤差を含んだ補正を施すことになる。そのため、以上で説明した、各軸における正方向及び負方向それぞれの動作に対する補正量を別々に算出し、補正テーブルに記憶することが好ましい。
【００２４】
さらに、実測結果から前記摩擦力に対する速度依存性のカーブが座標毎に相似の関係にある場合、例えば、図９に示す補正テーブルにおける、１つのサンプル目標速度値ｖｋに対応する速度偏差数列｛Ｅｋｎ｝（n＝１〜N）の１列と、１つのサンプル座標点ｘｊに対応する速度偏差数列｛Eｉｊ｝（ｉ＝１〜Ｍ）の１行を測定する。尚、速度偏差数列｛Eｋｎ｝は速度偏差の座標依存性を、また、速度偏差数列｛Eｉｊ｝は速度偏差の速度依存性を示している。補正テーブル作成時には、この１行１列のデータを用いて、例えば座標点ｘｊ＋１、目標速度値ｖ１に対応する補正量Ｅ１ j＋１を、
E１ｊ＋１＝（Eｋｊ＋１／Eｋｊ）・E１ｊ ・・・式（５）
によって算出して、Ｎ行Ｍ列の補正テーブルを完成させる。言い換えれば、摩擦力の速度依存性が相似形状である場合に、１箇所の位置に対して測定された摩擦力の速度特性と、１つの速度に対して測定された摩擦力の位置特性とを用いて制御量が算出されることになる。このようにすると、補正テーブルの作成に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００２５】
また、ステージ装置１００には、前記した補正テーブルを作成するに至る種々の操作を表示するディスプレイ２０１が表示手段として備えられている。例えば、補正テーブル作成部１１２の要素であるプログラムに、補正テーブル作成開始命令や、補正テーブル作成処理結果を読み出す機能、数値化又はグラフ化処理する機能、及び、ディスプレイ表示機能を付加し、そのプログラムを実行するコンピュータとともに補正テーブル作成部１１２を設けることが挙げられる。補正テーブル作成部１１２は、図１１の一例で示されるような画面のユーザインターフェースをディスプレイ２０１に表示する。
【００２６】
操作者は、図１１に示した画面を参照しながら、作成する補正テーブルの補正対象となる軸及び方向を補正テーブル選択欄３０１を用いてプルダウン選択し、情報表示欄３０２にて補正テーブルの諸情報を確認する。この情報には、補正テーブル選択欄３０１で選択した測定モード、Ｘ座標のサンプリング数Ｎ、Ｙ座標のサンプリング数Ｎ、目標速度サンプリング数Ｍ、メモリサイズが含まれる。そして、操作者が補正テーブル作成開始ボタン３０３をクリックすることで、ステージ装置１００は、補正テーブル選択欄３０１で選択した補正テーブルの作成を開始する。作成状況表示欄３０５には、補正テーブル作成の進行状況がバーグラフ表示される。表示データ指定欄３０６には、作成の終了した補正テーブル領域のサンプル目標速度値がプルダウン表示され、オペレータはそのうちの１つを選択することで、そのサンプル目標速度値に対応する速度偏差データを速度偏差データ表示欄３０７にて、また速度偏差波形を速度偏差波形表示欄３０８にて、スクロールしながらそれぞれ確認することができる。尚、作成中止ボタン３０４を押下することで、実行途中の補正テーブルの作成を中止することができる。
【００２７】
次に、図１に示したステージ装置１００の実動作時の動作を説明する。
記憶装置１１３内の補正テーブル１１３ａは、レーザ干渉測長器１０８で求められるステージ１０１の位置データと、上位制御系から目標速度切替スイッチ１１７を介して入力される目標速度値とに基づいて補正量制御部１１４に参照され、補正量が補正量制御部１１４を介して第２加算器１１６に出力される。これらの処理は、例えば、ディジタル制御系の制御周期と同期して実行することが適当である。この制御周期は、例えば、数ｋＨｚ程度の値であり、補正テーブル上の隣り合うサンプル座標間をステージが移動する際に要する時間と比較して、充分に短い時間周期である。
【００２８】
このとき、補正テーブル１１３ａに記憶されているステージ１０１の位置及び目標速度値は、補正テーブル作成時にサンプリングされたものであるため、計測される現在位置及び入力される目標速度値に対応する補正量は、補正量制御部１１４により現在位置近傍の補正テーブル１１３ａのデータの加重平均を算出することで補間値として求められ、第２加算器１１６へと出力される。これにより、補正テーブルに記憶された有限個の目標座標に対してしか位置決め誤差の補正ができないということが無くなる。これにより、任意の目標座標への高精度な位置決め動作ができる。
【００２９】
第１加算器１１５で求められた速度偏差と補正量制御部１１４が出力した補正量とを第２加算器１１６が加算し速度偏差を補正する。そして、Ｄ／Ａ変換部１１０が、補正された速度偏差をディジタル信号からアナログ信号に変換する。その後、Ｄ／Ａ変換部１１０から出力されるアナログ信号を駆動アンプ１１１が増幅し、モータ１０２に入力する。
【００３０】
モータ１０２では駆動力が発生し、カップリング１０３やボールネジ１０４による駆動力伝達機構を介してステージ１０１が移動するが、このとき摩擦力に起因するステージ速度偏差は、前記した補正によって低減される。
【００３１】
（電子線照射装置）
図１に示したステージ装置１００を、電子線照射装置である電子線描画装置に適用した例を図１２に示す。図において、電子銃４０１は、円筒状金属のカラム４１１の上端部に設けられ、電子線４０２を下方に放射する。放射された電子線４０２は、電子レンズ４０３で収束（集束）され、偏向器４０４でＸＹ方向に静電偏向される。この静電偏向により、外部記憶装置４０５に記憶された描画パターンが試料４１０の表面に描画される。試料４１０表面での電子線４０２のフォーカスの調整は、制御用計算機４０６から出力される電子線収束制御信号に基づき、電子レンズ４０３で発生する磁場を調整することで行われる。また、電子線４０２の偏向量は、制御用計算機４０６から出力される偏向制御信号に基づく偏向電圧を偏向器４０４に印加することで調整される。
【００３２】
ステージ１０１は、制御用計算機４０６からステージ制御系４０７を介してステージ駆動系４０８へと送られる動作制御量に基づいて、駆動力伝達系４０９を介して駆動される。このステージ１０１の移動によって、偏向器４０４による偏向領域に描画目標位置を収める。このとき、ステージ１０１上に設置している測定用ミラー１０６と干渉計１０７との間隔をレーザ干渉測長器１０８によって計測し、その計測値が制御用計算機４０６に入力される。そして、制御用計算機４０６において、予め測定し記憶してある測定用ミラー１０６と試料４１０との間隔を、計測値に加算して現在の試料４１０の位置を求め、これを偏向器４０４の制御量とステージ制御系４０７にフィードバックし、電子線４０２の偏向制御とステージ１０１の動作制御が行われる。
【００３３】
電子線描画装置における電子線描画位置誤差の原因の１つとして、ステージの加減速の反作用に起因する試料室及びカラム４１１の弾性振動が挙げられる。ステージ装置１００を搭載する電子線描画装置４００は、ステージ１０１を一定速度で移動させて連続描画を行う場合に、摩擦力の作用に基づく速度偏差、つまりステージ１０１の加減速の発生を抑制することで、電子線描画位置精度を向上することができる。
【００３４】
また、電子線によりステージ上に設置されたウェハ等の試料の表面を走査し、拡大像を得る電子顕微鏡に、ステージ装置１００を搭載することも有効である。このようにすると、ステージ１０１の移動によって観察視野の微小送りを行う際に発生する摩擦力の作用に基づく位置決め誤差を低減することができる。
【００３５】
（露光装置）
また、本発明は、露光により、原版上のパターンを、ステージ上に設置されたウェハ等の試料の表面に投影転写する露光装置であって、前記の実施形態のステージ装置１００を搭載する露光装置としても有効である。
このようにすると、ステップ＆リピート方式の露光においては、前記した摩擦力の作用に基づく前記ステージの位置決め誤差に対する補正により、露光位置誤差を低減することができる。また、スキャナ方式の露光においては、前記した摩擦力の作用に基づく速度偏差を補正することで、一定速で移動する前記ステージの速度安定性を向上できるという効果がある。
【００３６】
（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記実施形態のステージ装置は、ＸＹ方向にステージを移動させたがＸ方向のみ、Ｙ方向のみに移動させることも含まれる。
（２）前記実施形態では、速度偏差を制御量として補正テーブルを作成したが、位置偏差も制御量に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態であるステージ装置の構成図である。
【図２】ステージ部の構造図である。
【図３】ステージ速度と摩擦力との関係を示す図である。
【図４】モータの等価回路を示す図である。
【図５】一般的な速度フィードバック系のブロック図である。
【図６】補正テーブル作成時におけるステージ装置の構成図である。
【図７】補正テーブルの作成方法を示すフローチャートである。
【図８】補正テーブルが、摩擦力の座標依存性及び速度依存性を反映した補正量を保持している様子を示す。
【図９】サンプル目標速度値ｖｋにてサンプル座標点｛ｘｎ｝に対応する速度偏差数列｛Ｅｋｎ｝を算出した様子を示す。
【図１０】異なる目標速度値それぞれに対応する速度偏差数列を補正量として、補正テーブルが記憶していることを説明するための図である。
【図１１】本実施形態における補正テーブルの作成過程で用いられるユーザインターフェース画面である。
【図１２】ステージ装置が搭載された電子線描画装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０１ ステージ
１０２，１０２ａ，１０２ｂ モータ
１０３，１０３ａ，１０３ｂ カップリング
１０４，１０４ａ，１０４ｂ ボールネジ
１０５，１０５ａ，１０５ｂ ガイドレール
１０６ 測定用ミラー
１０７ 干渉計
１０８ レーザ干渉測長器
１０９ 速度演算部
１１０ D／A変換部
１１１ 駆動アンプ
１１２ 補正テーブル作成部
１１３ 記憶装置
１１３ａ 補正テーブル
１１４ 補正量制御部
１１５ 第１加算器
１１６ 第２加算器
１１７ 目標速度切替スイッチ
２０１ ディスプレイ
３０１ 補正テーブル選択欄
３０２ 情報表示欄
３０３ 補正テーブル作成開始ボタン
３０４ 作成中止ボタン
３０５ 作成状況表示欄
３０６ 表示データ指定欄
３０７ 速度偏差データ表示欄
３０８ 速度偏差波形表示欄
４００ 電子線描画装置
４０１ 電子銃
４０２ 電子線
４０３ 電子レンズ
４０４ 偏向器
４０５ 外部記憶装置
４０６ 制御用計算機
４０７ ステージ制御系
４０８ ステージ駆動系
４０９ 駆動力伝達系
４１０ 試料
４１１ カラム
５０１ 速度指令−電圧変換部
５０２ ゲイン
５０５ 検出速度−電圧変換部
６０４ 第１中間ステージ
６０５ 第２中間ステージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージを移動するステージ装置、電子線照射装置及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デバイスの微細化に伴って、デバイス製造装置やデバイス検査装置等において高精度な速度制御及び位置決めが可能なステージ装置（XYステージ装置）が要求されている。
ステージ駆動系に入力される位置指令あるいは速度指令に基づき、ステージを移動せしめるステージ装置において、ガイドレールの真直度や平行度の誤差、ネジ締め付け位置に応じた機械的歪み分布等の機構上の問題から、ステージをある一定の速度で動作させるときに作用する摩擦力の大きさには、ステージ座標に依存したばらつきが生じる。また、ステージが受ける摩擦力は、速度に対して一定ではなく、速度に依存して摩擦力の大きさが変化することが知られている。
これらのステージの機械的精度に依存する誤差を補正するために、ステージの移動量の設定値と実際の移動量との誤差を記憶した補正テーブルを用いることが行われている（特許文献１）。すなわち、予め所定位置での位置決め誤差データを求め、前記誤差データから算出した補正量を記憶した補正テーブルを作成しておくことが行われる。さらに、ステージを所定位置へ移動させる際、補正テーブルから所定位置に対応した補正量を求め、エンコーダのカウント値が補正量を用いて算出した移動量となるようにモータが駆動制御される（特許文献１）。
また、高速応答が実現できる速度制御によって目標位置近傍まで粗く移動してから、目標位置近傍では所定の目標位置に精度よく位置制御する技術が開示されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平７−３２５６２３号公報
【特許文献２】特開平４−１４０８０５号公報（２ページ左欄下から１５行目）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、ステージ装置を電子線描画装置や電子顕微鏡等の電子線照射装置に使用する場合、ステージの移動・停止あるいは加減速に伴う振動が電子線照射装置に加わり、目標位置に電子線を照射することが困難になる問題点がある。
この問題を解決するために、ステージを一定速度で移動させ、ステージの移動中に電子線を照射することにより振動を回避することが好ましい。
この場合、特許文献１の技術では、ステージの移動量の設定値と実際の移動量との誤差を用いてステージを制御しているのであって、ステージの速度変化を制御しているのではない。また、摩擦力変化に起因して生じる速度偏差に対する補正を行っていないことから、摩擦力変化に伴うステージの速度変化による振動を排除することができない。
また、特許文献２の技術であっても、目標位置近傍でステージの速度が変化し加減速に伴う振動を排除することができない。
なお、特許文献１に記載された技術では、ある目標位置に対して１つの位置決め誤差データのみから補正テーブルを作成するため、補正テーブルに記録された有限個の目標座標に対してしか位置決め誤差の補正ができない。つまり、任意の目標座標への高精度な位置決め動作ができないという問題点もある。
【０００４】
そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、ステージの速度変化に伴う振動を低減することができるステージ装置、電子線照射装置及び露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明のステージ装置は、ガイドレールに沿って移動するステージが駆動制御されるステージ装置であって、前記ステージが受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージの位置及び速度の関数として記憶する補正テーブルを備え、前記ステージを駆動する駆動トルクを前記補正テーブルを用いて制御することを特徴とする。
【０００６】
これによれば、ステージの位置及び速度の関数である摩擦力によって変化する制御量が補正テーブルによって補正される。すなわち、補正された制御量によって駆動トルクが制御される。これにより、摩擦力の変動による速度変動が低減する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ステージの速度変化に伴う振動を低減することができるステージ装置、電子線照射装置及び露光装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１実施形態）
本発明の一実施形態であるステージ装置（ＸＹステージ装置）の構成を図１を参照して説明する。
ステージ装置１００は、ステージ１０１と、ステージ１０１の移動距離を干渉計１０７を介して測定するレーザ干渉測長器１０８と、ステージ１０１の移動速度を演算する速度演算部１０９とを備え、ステージ１０１を等速度運動させ、ステージ１０１を位置決めできるように構成されている。また、ステージ１０１が受ける摩擦力の変化に対応して変化し、ステージ１０１を駆動制御する制御量を記憶する補正テーブル１１３ａを作成する補正テーブル作成部１１２を備えている。なお、図１において、一点鎖線は補正テーブル作成時のみのデータ経路を示し、実線は実動作時及び補正テーブル作成時のデータ経路を示す。
【０００９】
ステージ１０１は、カップリング１０３及びボールネジ１０４を介して、モータ１０２が発生する駆動力がステージ１０１に伝達されることにより、ガイドレール１０５に沿って移動するものである。このとき、ステージ１０１が受ける摩擦力は図３に示されるようにステージ１０１の移動速度に依存する。すなわち、移動速度がゼロのときには、静止摩擦係数に対応する摩擦力が加わり（図中の黒丸）、速度の増加と共に、動摩擦係数に対応する摩擦力が徐々に増加する。また、移動速度が小さいほど摩擦力の変化が大きいといえる。
【００１０】
また、ステージ１０１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動するように構成されている。すなわち、図２のように、第１中間ステージ６０４にはリニアガイドであるガイドレール１０５ａが設けられ、ガイドレール１０５ａの上に第２中間ステージ６０５が同図に示すX軸方向に移動可能なように取り付けられている。第２中間ステージ６０５にはガイドレール１０５ｂが設けられており、ガイドレール１０５ｂの上にステージ１０１が同図に示すＹ軸方向に移動可能なように取り付けられている。また、第１中間ステージ６０４には第２中間ステージ６０５駆動用のモータ１０２ａが、また、第２中間ステージ６０５にはステージ１０１駆動用のモータ１０２ｂがそれぞれ取り付けられている。また、モータ１０２ａ，１０２ｂで発生する駆動力がカップリング１０３ａ，１０３ｂ、ボールネジ１０４ａ，１０４ｂを介して第２中間ステージ６０５及び／又はステージ１０１に伝達されることにより、ステージ１０１はＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に移動する。
【００１１】
図４に示されるように、モータ１０２の内部等価回路は、逆起電力ｅｒ［Ｖ］と電機子抵抗Ｒａ［Ω］の直列回路で表現される。モータ１０２で発生するモータトルクＴ［Nm］は、トルク定数ｋＴ［Nm／A］及びモータ電流ｉ［A］を用いて、
T ＝ｋＴ・i ・・・式（１）
と表される。また、逆起電圧ｅｒ［V］は、誘起電圧定数ｋE［V／rpm］及びモータ軸回転速度N［rpm］を用いて、
ｅｒ ＝ ｋE・N ・・・式（２）
と表される。式（１），（２）及び電機子抵抗Raより、あるモータ軸回転速度Nを得るために必要なモータ入力電圧ｅm［V］は、
ｅm ＝ （Ra・T）／ｋＴ ＋ ｋＥ・Ｎ ・・・式（３）
となる。尚、ここでは定速回転時のモータ電流ｉの変化は小さいとして、電機子インダクタンスは無視されている。
【００１２】
再び図１に戻り、レーザ干渉測長器１０８は、ステージ１０１上に設置された測定用ミラー１０６と干渉計１０７との間の間隔を測定する。また、速度演算部１０９は、レーザ干渉測長器１０８によって計測された位置データを時間微分して速度データに変換する。目標速度切替スイッチ１１７は、ステージ１０１の実動作時の目標速度値と補正テーブル作成時の目標速度値とを切り替えるスイッチである。ａ側が実動作時であり、ｂ側が補正テーブル作成時である。目標速度切替スイッチ１１７にて選択された目標速度値と、速度演算部１０９で求められたステージ１０１の速度との速度偏差を第１加算器１１５にて算出する。また、目標速度値は補正テーブル１１３ａを参照するためのデータの１つとして、後記する補正量制御部１１４に入力される。第１加算器１１５にて算出された速度偏差は、補正量制御部１１４を介して補正テーブル１１３ａで参照される補正量とともに第２加算器１１６に入力される。
【００１３】
補正テーブル作成部１１２は、補正テーブル作成時の目標速度を出力するとともに、摩擦力の座標依存性及び速度依存性を反映した補正量を記憶する補正テーブル１１３ａを作成し、それを記憶装置１１３に転送する。補正テーブル作成部１１２は、これらの処理内容を記述したプログラムと、そのプログラムを実行するコンピュータとを用いて実現される。
【００１４】
補正テーブル１１３ａの説明に先立って、摩擦力とステージ速度偏差の関係について図５に記載する速度制御系のブロック図を参照して説明する。同図において、速度指令ｖｉ ［ｍ／sec］は速度指令−電圧変換部５０１によって速度−電圧変換定数α［Vsec／ｍ］をもとに速度指令電圧ｅｉ［Ｖ］に変換される。また、ステージ１０１の検出速度ｖｏ［ｍ／sec］は、モータ１０２のモータ軸回転速度N及びボールネジ１０４のリード長ｌ［ｍ／rev］で定められ、ｖｏ＝（Ｎｌ／６０）［ｍ／sec］で表現される。そして、検出速度ｖｏ［Ｖ］は、検出速度−電圧変換部５０５によって、速度−電圧変換定数αを用いて検出速度電圧ｅｏに変換される。系が安定となる条件で適当なゲイン５０２の増幅率G、速度−電圧変換定数αを設定すると、速度偏差に基づく電圧値である速度偏差電圧Δｅ［Ｖ］が加算器で算出される。その値は式（３）を用いて、
Δｅ = （１／G）ｅm
=（１／G）・｛（Ｒａ・Ｔ）／ｋＴ＋ｋＥ・N｝ ・・・式（４）
である。
【００１５】
ここで、モータ定速回転時はステージ１０１の摩擦力に丁度打ち勝つだけのモータトルクＴがモータ１０２から出力される。式（４）から、摩擦力の座標依存によってモータトルクＴが変化すると、それに伴って速度偏差電圧Δｅ［Ｖ］が変化するため、速度偏差Δｖ（＝Δｅ／α）［ｍ／sec］も変化する。また、図３に示したように摩擦力は速度に依存して変化する。つまり、トルクＴはステージ１０１の移動速度によっても変化し、それに伴って速度偏差も変化することがわかる。
【００１６】
従って、任意の目標座標での位置決め及び任意の目標速度でのステージ移動を高精度に行うため、ステージの摩擦力の座標依存性及び速度依存性の両方を反映した補正量を求め、補正テーブル１１３ａに記憶する。ここで、補正テーブル１１３ａの作成方法を、図６の構成図及び図７に示すフローチャートを参照しつつ、説明する。ここで、図６の構成図は、図１の構成図から実動作時のみの動作経路を削除したものである。尚、補正テーブル１１３ａを作成する過程では、補正テーブル１１３ａ内の補正量は初期設定値＝0となっている。
【００１７】
まず、Ｘ軸正方向の補正量について説明することにする。予め設定された、摩擦力の補正に適当なM個のサンプル目標速度値｛ｖｉ｝（ｉ＝１〜M）の中から、ある目標速度値ｖｋを選択する（S１１）。次に、補正テーブル作成部１１２から出力される目標速度値ｖｋに基づき、ステージ実動作の際に制御を要する座標範囲内でステージ１０１を動作させる（S１２）。このとき、レーザ干渉測長器１０８を用いて、ステージ１０１の位置データを計測し、速度演算部１０９により、速度データを算出（演算）し（S１３）、補正テーブル作成部１１２内にこれらのデータを記憶する。
【００１８】
S１３にて記憶されたステージ１０１の速度データの中から、予め設定された摩擦力の補正に適切なＮ個のサンプル座標点｛ｘｎ｝（ｎ＝１〜N）における計測速度データを抽出する（S１４）。サンプル座標点｛ｘｎ｝の決め方としては、例えば、S１３で記憶されるステージ１０１の速度データを位置データでフーリエ展開したときに、得られる空間周波数波形の有意な最大周波数ｆｍに対して、Pｓ≦１／（２・ｆｍ）を満たす位置周期Ｐｓを予め設計段階で設けておき、その位置周期Ｐｓに従いサンプリングした座標点として設定しておく方法が挙げられる。
【００１９】
次に、S１４で抽出した計測速度データと目標速度値ｖｋとの差である速度偏差数列｛Ｅｋｎ｝（ｎ＝１〜N）を算出する（Ｓ１５）。図８に、S１５で算出される速度偏差数列｛Ｅｋｎ｝の一例を図示する。ステージ位置によって異なる摩擦力に追随して、速度偏差が変化することが分かる。補正テーブル作成部１１２内に設けられたテーブルに、Ｓ１５で算出された速度偏差数列｛Ｅｋｎ｝を補正量として目標速度値ｖｋと対応させて記憶する（Ｓ１６）。
【００２０】
そして、Ｍ個の全サンプル目標速度値｛ｖｉ｝を選択済みであるか否か、すなわち、Ｓ１１からＳ１６までを実行しているか否かを判定し（Ｓ１７）、未実行であればＳ１１に戻って（Ｓ１７でＮｏ）、未選択のサンプル目標速度値を選択した後、Ｓ１２以降を実行する。全サンプル目標速度値｛ｖｉ｝に対してＳ１１からＳ１６までが実行済みであれば（Ｓ１７においてＹｅｓ）、Ｘ軸正方向の補正量のテーブル作成が終了する。
【００２１】
同様の方法で、補正テーブル作成部１１２が、Ｘ軸負方向、Ｙ軸正方向及びＹ軸負方向についてテーブルが作成されると、それらのテーブルが、補正テーブル１１３ａとして、補正テーブル作成部１１２から記憶装置１１３に転送される。Ｘ軸正方向の動作補正に係る補正テーブル１１３ａを図９に示す。すなわち、横方向にＸ軸正方向のサンプル目標速度値ｖ１，…，ｖｋ，…，ｖＭが記憶され、縦軸方向にＸ軸サンプル座標点ｘ１，…，ｘＪ−１，ｘｊ，…，ｘｊ＋１，…，ｘＮが記憶されている。言い換えれば、図１０に示すように、異なる目標速度値それぞれに対応する速度偏差数列を補正量として記憶している。つまり、補正テーブル１１３ａは摩擦力の座標依存性及び速度依存性を反映した補正量を記憶している。
【００２２】
図３で示したように摩擦力と速度との関係は、低速領域における摩擦力の変化が大きいことから、停止に至るまでの減速を必要とする位置決め動作において、補正テーブル１１３ａを用いて速度に依存する摩擦力の変化を反映した補正を行うことは、位置決め誤差の低減に特に有効である。
【００２３】
また、ステージ１０１が移動中に、あるサンプリング座標点ｘｎで摩擦力の作用により減速したとき、例えば、次のサンプリング座標点ｘｎ＋１における速度は、ステージ１０１の慣性によって前のｘｎでの摩擦力の影響を受けることから、ｘｎ＋１における補正量も同様にｘｎでの影響を受けて設定される。もし、Ｘ軸及びＹ軸について正方向の動作に対する補正テーブルしか設けられておらず、負方向の動作時にも正方向の動作に対する補正テーブルを参照して補正を行うとすれば、サンプリング座標点ｘｎ＋１における補正量は、未だ到達していないサンプリング座標点ｘｎでの摩擦力の影響を受けたものとなるため、その誤差を含んだ補正を施すことになる。そのため、以上で説明した、各軸における正方向及び負方向それぞれの動作に対する補正量を別々に算出し、補正テーブルに記憶することが好ましい。
【００２４】
さらに、実測結果から前記摩擦力に対する速度依存性のカーブが座標毎に相似の関係にある場合、例えば、図９に示す補正テーブルにおける、１つのサンプル目標速度値ｖｋに対応する速度偏差数列｛Ｅｋｎ｝（n＝１〜N）の１列と、１つのサンプル座標点ｘｊに対応する速度偏差数列｛Eｉｊ｝（ｉ＝１〜Ｍ）の１行を測定する。尚、速度偏差数列｛Eｋｎ｝は速度偏差の座標依存性を、また、速度偏差数列｛Eｉｊ｝は速度偏差の速度依存性を示している。補正テーブル作成時には、この１行１列のデータを用いて、例えば座標点ｘｊ＋１、目標速度値ｖ１に対応する補正量Ｅ１ j＋１を、
E１ｊ＋１＝（Eｋｊ＋１／Eｋｊ）・E１ｊ ・・・式（５）
によって算出して、Ｎ行Ｍ列の補正テーブルを完成させる。言い換えれば、摩擦力の速度依存性が相似形状である場合に、１箇所の位置に対して測定された摩擦力の速度特性と、１つの速度に対して測定された摩擦力の位置特性とを用いて制御量が算出されることになる。このようにすると、補正テーブルの作成に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００２５】
また、ステージ装置１００には、前記した補正テーブルを作成するに至る種々の操作を表示するディスプレイ２０１が表示手段として備えられている。例えば、補正テーブル作成部１１２の要素であるプログラムに、補正テーブル作成開始命令や、補正テーブル作成処理結果を読み出す機能、数値化又はグラフ化処理する機能、及び、ディスプレイ表示機能を付加し、そのプログラムを実行するコンピュータとともに補正テーブル作成部１１２を設けることが挙げられる。補正テーブル作成部１１２は、図１１の一例で示されるような画面のユーザインターフェースをディスプレイ２０１に表示する。
【００２６】
操作者は、図１１に示した画面を参照しながら、作成する補正テーブルの補正対象となる軸及び方向を補正テーブル選択欄３０１を用いてプルダウン選択し、情報表示欄３０２にて補正テーブルの諸情報を確認する。この情報には、補正テーブル選択欄３０１で選択した測定モード、Ｘ座標のサンプリング数Ｎ、Ｙ座標のサンプリング数Ｎ、目標速度サンプリング数Ｍ、メモリサイズが含まれる。そして、操作者が補正テーブル作成開始ボタン３０３をクリックすることで、ステージ装置１００は、補正テーブル選択欄３０１で選択した補正テーブルの作成を開始する。作成状況表示欄３０５には、補正テーブル作成の進行状況がバーグラフ表示される。表示データ指定欄３０６には、作成の終了した補正テーブル領域のサンプル目標速度値がプルダウン表示され、オペレータはそのうちの１つを選択することで、そのサンプル目標速度値に対応する速度偏差データを速度偏差データ表示欄３０７にて、また速度偏差波形を速度偏差波形表示欄３０８にて、スクロールしながらそれぞれ確認することができる。尚、作成中止ボタン３０４を押下することで、実行途中の補正テーブルの作成を中止することができる。
【００２７】
次に、図１に示したステージ装置１００の実動作時の動作を説明する。
記憶装置１１３内の補正テーブル１１３ａは、レーザ干渉測長器１０８で求められるステージ１０１の位置データと、上位制御系から目標速度切替スイッチ１１７を介して入力される目標速度値とに基づいて補正量制御部１１４に参照され、補正量が補正量制御部１１４を介して第２加算器１１６に出力される。これらの処理は、例えば、ディジタル制御系の制御周期と同期して実行することが適当である。この制御周期は、例えば、数ｋＨｚ程度の値であり、補正テーブル上の隣り合うサンプル座標間をステージが移動する際に要する時間と比較して、充分に短い時間周期である。
【００２８】
このとき、補正テーブル１１３ａに記憶されているステージ１０１の位置及び目標速度値は、補正テーブル作成時にサンプリングされたものであるため、計測される現在位置及び入力される目標速度値に対応する補正量は、補正量制御部１１４により現在位置近傍の補正テーブル１１３ａのデータの加重平均を算出することで補間値として求められ、第２加算器１１６へと出力される。これにより、補正テーブルに記憶された有限個の目標座標に対してしか位置決め誤差の補正ができないということが無くなる。これにより、任意の目標座標への高精度な位置決め動作ができる。
【００２９】
第１加算器１１５で求められた速度偏差と補正量制御部１１４が出力した補正量とを第２加算器１１６が加算し速度偏差を補正する。そして、Ｄ／Ａ変換部１１０が、補正された速度偏差をディジタル信号からアナログ信号に変換する。その後、Ｄ／Ａ変換部１１０から出力されるアナログ信号を駆動アンプ１１１が増幅し、モータ１０２に入力する。
【００３０】
モータ１０２では駆動力が発生し、カップリング１０３やボールネジ１０４による駆動力伝達機構を介してステージ１０１が移動するが、このとき摩擦力に起因するステージ速度偏差は、前記した補正によって低減される。
【００３１】
（電子線照射装置）
図１に示したステージ装置１００を、電子線照射装置である電子線描画装置に適用した例を図１２に示す。図において、電子銃４０１は、円筒状金属のカラム４１１の上端部に設けられ、電子線４０２を下方に放射する。放射された電子線４０２は、電子レンズ４０３で収束（集束）され、偏向器４０４でＸＹ方向に静電偏向される。この静電偏向により、外部記憶装置４０５に記憶された描画パターンが試料４１０の表面に描画される。試料４１０表面での電子線４０２のフォーカスの調整は、制御用計算機４０６から出力される電子線収束制御信号に基づき、電子レンズ４０３で発生する磁場を調整することで行われる。また、電子線４０２の偏向量は、制御用計算機４０６から出力される偏向制御信号に基づく偏向電圧を偏向器４０４に印加することで調整される。
【００３２】
ステージ１０１は、制御用計算機４０６からステージ制御系４０７を介してステージ駆動系４０８へと送られる動作制御量に基づいて、駆動力伝達系４０９を介して駆動される。このステージ１０１の移動によって、偏向器４０４による偏向領域に描画目標位置を収める。このとき、ステージ１０１上に設置している測定用ミラー１０６と干渉計１０７との間隔をレーザ干渉測長器１０８によって計測し、その計測値が制御用計算機４０６に入力される。そして、制御用計算機４０６において、予め測定し記憶してある測定用ミラー１０６と試料４１０との間隔を、計測値に加算して現在の試料４１０の位置を求め、これを偏向器４０４の制御量とステージ制御系４０７にフィードバックし、電子線４０２の偏向制御とステージ１０１の動作制御が行われる。
【００３３】
電子線描画装置における電子線描画位置誤差の原因の１つとして、ステージの加減速の反作用に起因する試料室及びカラム４１１の弾性振動が挙げられる。ステージ装置１００を搭載する電子線描画装置４００は、ステージ１０１を一定速度で移動させて連続描画を行う場合に、摩擦力の作用に基づく速度偏差、つまりステージ１０１の加減速の発生を抑制することで、電子線描画位置精度を向上することができる。
【００３４】
また、電子線によりステージ上に設置されたウェハ等の試料の表面を走査し、拡大像を得る電子顕微鏡に、ステージ装置１００を搭載することも有効である。このようにすると、ステージ１０１の移動によって観察視野の微小送りを行う際に発生する摩擦力の作用に基づく位置決め誤差を低減することができる。
【００３５】
（露光装置）
また、本発明は、露光により、原版上のパターンを、ステージ上に設置されたウェハ等の試料の表面に投影転写する露光装置であって、前記の実施形態のステージ装置１００を搭載する露光装置としても有効である。
このようにすると、ステップ＆リピート方式の露光においては、前記した摩擦力の作用に基づく前記ステージの位置決め誤差に対する補正により、露光位置誤差を低減することができる。また、スキャナ方式の露光においては、前記した摩擦力の作用に基づく速度偏差を補正することで、一定速で移動する前記ステージの速度安定性を向上できるという効果がある。
【００３６】
（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記実施形態のステージ装置は、ＸＹ方向にステージを移動させたがＸ方向のみ、Ｙ方向のみに移動させることも含まれる。
（２）前記実施形態では、速度偏差を制御量として補正テーブルを作成したが、位置偏差も制御量に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態であるステージ装置の構成図である。
【図２】ステージ部の構造図である。
【図３】ステージ速度と摩擦力との関係を示す図である。
【図４】モータの等価回路を示す図である。
【図５】一般的な速度フィードバック系のブロック図である。
【図６】補正テーブル作成時におけるステージ装置の構成図である。
【図７】補正テーブルの作成方法を示すフローチャートである。
【図８】補正テーブルが、摩擦力の座標依存性及び速度依存性を反映した補正量を保持している様子を示す。
【図９】サンプル目標速度値ｖｋにてサンプル座標点｛ｘｎ｝に対応する速度偏差数列｛Ｅｋｎ｝を算出した様子を示す。
【図１０】異なる目標速度値それぞれに対応する速度偏差数列を補正量として、補正テーブルが記憶していることを説明するための図である。
【図１１】本実施形態における補正テーブルの作成過程で用いられるユーザインターフェース画面である。
【図１２】ステージ装置が搭載された電子線描画装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０１ ステージ
１０２，１０２ａ，１０２ｂ モータ
１０３，１０３ａ，１０３ｂ カップリング
１０４，１０４ａ，１０４ｂ ボールネジ
１０５，１０５ａ，１０５ｂ ガイドレール
１０６ 測定用ミラー
１０７ 干渉計
１０８ レーザ干渉測長器
１０９ 速度演算部
１１０ D／A変換部
１１１ 駆動アンプ
１１２ 補正テーブル作成部
１１３ 記憶装置
１１３ａ 補正テーブル
１１４ 補正量制御部
１１５ 第１加算器
１１６ 第２加算器
１１７ 目標速度切替スイッチ
２０１ ディスプレイ
３０１ 補正テーブル選択欄
３０２ 情報表示欄
３０３ 補正テーブル作成開始ボタン
３０４ 作成中止ボタン
３０５ 作成状況表示欄
３０６ 表示データ指定欄
３０７ 速度偏差データ表示欄
３０８ 速度偏差波形表示欄
４００ 電子線描画装置
４０１ 電子銃
４０２ 電子線
４０３ 電子レンズ
４０４ 偏向器
４０５ 外部記憶装置
４０６ 制御用計算機
４０７ ステージ制御系
４０８ ステージ駆動系
４０９ 駆動力伝達系
４１０ 試料
４１１ カラム
５０１ 速度指令−電圧変換部
５０２ ゲイン
５０５ 検出速度−電圧変換部
６０４ 第１中間ステージ
６０５ 第２中間ステージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイドレールに沿って移動するステージが駆動制御されるステージ装置であって、
前記ステージが受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージの位置及び速度の関数として記憶する補正テーブルを備え、
前記ステージを駆動する駆動トルクを前記補正テーブルを用いて制御することを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記ステージの速度と目標速度との差分である速度偏差に基づいて前記ステージを駆動し、
前記制御量は、前記速度偏差であることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
前記補正テーブルは、離散的に測定した離散位置及び離散速度に対する前記制御量を記憶したものであり、
前記ステージの位置及び速度の前後の前記離散位置及び前記離散速度に対応する前記制御量を加重平均した平均制御量を用いて前記駆動トルクを制御することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記ステージは、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記補正テーブルは、正方向の前記速度及び負方向の前記速度に対して作成されていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項６】
ガイドレールに沿って移動するステージが駆動制御されるステージ装置であって、
前記ステージを複数の速度で移動させる駆動手段を備え、
前記ステージが受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージの位置及び前記各速度の関数として補正テーブルに記憶することを特徴とするステージ装置。
【請求項７】
前記摩擦力の速度依存性が相似形状であり、
１箇所の前記位置に対して測定された前記摩擦力の速度特性と、１つの前記速度に対して測定された前記摩擦力の位置特性とを用いて前記制御量を算出することを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。
【請求項８】
前記制御量を位置の関数としてフーリエ展開し、所定値より高い空間周波数成分を除去した制御量を前記補正テーブルに記憶することを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。
【請求項９】
ガイドレールに沿ってステージが移動するステージ装置が備えられ、前記ステージに載置される試料に電子線を照射する電子線照射装置であって、
前記ステージ装置と前記電子線を照射する電子銃とは金属筐体によって支持され、
前記ステージ装置は、前記ステージが受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージの位置及び速度の関数として記憶する補正テーブルを備え、
前記ステージを駆動する駆動トルクを前記補正テーブルを用いて制御することを特徴とする電子線照射装置。
【請求項１０】
ガイドレールに沿ってステージが移動するステージ装置が備えられ、原板上に形成されたパターンを前記ステージに載置されるウェハに投影転写する露光装置であって、
前記ステージ装置は、前記ステージが受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージの位置及び速度の関数として記憶する補正テーブルを備え、
前記ステージを駆動する駆動トルクを前記補正テーブルを用いて制御することを特徴とする露光装置。
【請求項１】
ガイドレールに沿って移動するステージが駆動制御されるステージ装置であって、
前記ステージが受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージの位置及び速度の関数として記憶する補正テーブルを備え、
前記ステージを駆動する駆動トルクを前記補正テーブルを用いて制御することを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記ステージの速度と目標速度との差分である速度偏差に基づいて前記ステージを駆動し、
前記制御量は、前記速度偏差であることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
前記補正テーブルは、離散的に測定した離散位置及び離散速度に対する前記制御量を記憶したものであり、
前記ステージの位置及び速度の前後の前記離散位置及び前記離散速度に対応する前記制御量を加重平均した平均制御量を用いて前記駆動トルクを制御することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記ステージは、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記補正テーブルは、正方向の前記速度及び負方向の前記速度に対して作成されていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項６】
ガイドレールに沿って移動するステージが駆動制御されるステージ装置であって、
前記ステージを複数の速度で移動させる駆動手段を備え、
前記ステージが受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージの位置及び前記各速度の関数として補正テーブルに記憶することを特徴とするステージ装置。
【請求項７】
前記摩擦力の速度依存性が相似形状であり、
１箇所の前記位置に対して測定された前記摩擦力の速度特性と、１つの前記速度に対して測定された前記摩擦力の位置特性とを用いて前記制御量を算出することを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。
【請求項８】
前記制御量を位置の関数としてフーリエ展開し、所定値より高い空間周波数成分を除去した制御量を前記補正テーブルに記憶することを特徴とする請求項６に記載のステージ装置。
【請求項９】
ガイドレールに沿ってステージが移動するステージ装置が備えられ、前記ステージに載置される試料に電子線を照射する電子線照射装置であって、
前記ステージ装置と前記電子線を照射する電子銃とは金属筐体によって支持され、
前記ステージ装置は、前記ステージが受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージの位置及び速度の関数として記憶する補正テーブルを備え、
前記ステージを駆動する駆動トルクを前記補正テーブルを用いて制御することを特徴とする電子線照射装置。
【請求項１０】
ガイドレールに沿ってステージが移動するステージ装置が備えられ、原板上に形成されたパターンを前記ステージに載置されるウェハに投影転写する露光装置であって、
前記ステージ装置は、前記ステージが受ける摩擦力の変化に対応して変化し、前記ステージを駆動制御する制御量を前記ステージの位置及び速度の関数として記憶する補正テーブルを備え、
前記ステージを駆動する駆動トルクを前記補正テーブルを用いて制御することを特徴とする露光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−１４２０９３（Ｐ２００７−１４２０９３Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３２８２８（Ｐ２００５−３３２８２８）
【出願日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１７日（２００５．１１．１７）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]