JPS58129611A - 位置付けシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明に′１ｘ−ｙ位置付はシステム、特に電子ビーム
・リソグラフィと共に用いるための超高精度且つ高速の
電子位置付はシステムレこ関する。

〔先行技術〕

電子ビーム・リソグラフィ・システムは集積回路デバイ
スの製造のための道具として用いられている。例外的な
程に高い精度及び高いスループッ）カ、ｉｌＥ子ビーム
・リソグラフィ・システムの望ましい特性である。この
技術分野における不変の安来は、ターゲット即ち半導体
ウェハ又はガラス・マスクを処理のために電子ビームの
下に位置付けるために用いられる装置を改善する事であ
る。

そのような位置付はシステムは電子ビーム・システム自
体の精度に匹敵する高い精度を持ち、且つシステムの全
体的なスループットを妨げないように位置付はンーケン
ス及び動作中に適正なスピードを持たなければならない
。

典型的な場合、そのようなシステムは直交Ｘ−Ｙ位置付
けのために用いられ、そして特定の範囲例えば２００　
ｍｍ以内でウェハを保持するテーブルを移動させ、非常
に高い許容誤差でテーブルを電子ビームに対して相対的
に位置付けるために用いられる。現在の位置付は許容誤
差は±００４×１０−”ｍｍの範囲内である。さらに電
子ビーム・リングラフィ装置の全体的スループットを改
善するために、位置付はシステムはある位置から他の位
置へ最短可能時間で移動できなければならない。

典型的な場合、５ｍｍの再位置付けのための移動時間と
して１２５ｍａ程度の値が従来のサーボ・７ステムを用
いて達成されており、能動位置情報フィードバックを用
いた位置付は回路において用いられている。

しかしながら、従来のサーボ・７ステムが用いられる時
、絶対位置付は精度と移動速度との間に基本的なトレー
ド・オフが存在している。このトレード・オフは通常エ
ネルギー・マネジメントの１つ、即ちシステムをある位
置から他の位置へ急速に移動させるためにシステムに充
分なエネルギーを供給し、Ｘ−Ｙステージを制動して停
止させる時にシステムに充分なエネルギーを供給する第
１の基準として我現される。残留振動即ち［リンギング
」の量を最小に保ってテーブルを停止させるには、常時
ステージに正確な酸のエネルギーが供給される心安があ
る。従って速い移動時間を達成するには、最小のリンギ
ングでテーブルが停止される必要がある。

基本的なトレード・オフにおけるエネルギー・マネジメ
ントの問題は、このエネルギーの印加を受ける相対的寸
法を考慮する事によって複合される。例えば００４μｍ
の寸法範囲内では、通常剛体と考えら扛る構造部材が非
剛体的になる。従ってこれらの部材に不当な応力がかか
るのを阻止し且つ不所望の効果（リンギング）を急速に
減夏させるために、停止時に印加されるエネルギーはテ
ーブルの絶対的な真の位置付けをより急速に達成するた
めに測定された方式で加えられる必要がある。

フィードバック・サーボ・ループを用いた従来のシステ
ムが第１図に示しである。そのような従来の位置付はル
ープ・サーボは、ディジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ
）への入力がゼロに到る時に零条件になる。このシステ
ムは一般に、最終的な目的地に関する位置情報即ち電子
ビームに対するテーブルの所望の位置を提供する計算機
制御装置１０を用いる。目的地情報は、レーザ・トラン
スデユーサ１４から現実の位置データを受は取る減算器
１１に供給される。差信号は目的地位置と実際の位置と
の間の差を表わす。この差信号はディジタル−アナログ
変換器（ＤＡＣ）１６へ供給され、これは増幅器１８、
モータ２０及びクコメータ２２から成る通常のサーボ・
スピード・ル−プ・モータ駆動装置への入力として用い
られる。

そのような従来のシステムによれば、モータ回転スピー
ドの情報はタコメータ２２によって感知され、スピード
情報はモータ２０従ってＸ−Ｙテーブル２４を駆動する
ために使われる比較増幅器１８に与えられる。明らかＫ
ＤＡＣ１６への入力信号がゼロの時、実際の位置は目的
位置に等しく、システムはモータが停止するように駆動
される。

第１図に示すような先行技術のＸ−Ｙ位置付はサーボ・
ループは多くの重大な欠点を持ってい−る。

第１にそのようなサーボ・ループ・システムは零点の付
近で振動する傾向がある。−ｆ：のような振動が有効に
減衰されるまでは電子ビーム・レジストレー７ヨン及び
／又は書込み動作を行なえないので、そのような振動は
スループットの低下を招く。

さらＫそのようなシステムへのエネルギー人力は一般に
一定であり、従ってＸ−Ｙステージは制動の起きる零位
置に到達するまで一定速度で動く傾向がある。テーブル
に対するこの一定のエネルギーの印加は、「リンギング
」にさらに寄与する因子である。重要な事に、そのよう
な先行技術の７ステムは、一般にサーボ・ループへの一
定の信号入力によって定義されるかなり広い不感帯内で
動作する傾向がある。

不感帯を最小限にするための補償等の技術は例えば英国
特許第１０８０１８０号に示されているように先行技術
において知られている。この先行技術のシステムでは、
サーボ機構の不感帯に付いてディジタル補償が使われて
いるが、補償の大きさは前もって定まっている。特に１
対のカウンタが用いられており、これらは、一方のカウ
ンタの内容の他方のカウンタの内容に対する差がサーボ
・システムの移動の原因となるように同じ周波数で同期
的にサイクルする。瑣の結果、不感帯の補償が行なわれ
る時に零点の付近で振動が起きる傾向がある。

米国特許第３７０１９９２号はレコーダにおけるサーボ
・ループ不感帯を最小比するための装置に関する。この
装置は前掲文献の装置と同じ欠点を有する。この装置に
おいては、第１図の増幅器１８に相当する主サーボ増幅
器と並列に第２のサーボ増幅器が配置されている。第１
の増幅器はアナログ・ビン制御入力信号に比例する出力
を発生する。また機械素子、この場合はグラフィック・
レコーダにおいて生じる摩擦による不感帯を克服するた
めに所定の一定の出力信号が第２の増幅器によって供給
される。これら、の出力は加算され、サーボ・モータを
駆動する。しかしながら例え第１の増幅器と並列に第２
の増幅器を用いたとしても、零点の付近での振動が起き
る傾向がある。これは、前記英国特許の場合のようＶこ
、不感帯を減少させるために一定の信号が使われている
からである。不感帯定数は移動範囲全体にわたって同じ
ではないものと認められるので、一定の信号が用いられ
る時は不感帯は児宅に消去する事ができない。即ち不感
帯定数はＸ−Ｙステージのある位置から別の位置へ変化
する事が認められるので、一定の信号を用いたのでは不
感帯は完全に除去されない。

米国特許第３８２１６２５号も、所定の固定した出力電
圧を有する第２の増幅器を用いることによって、サーボ
機構における不感帯の補償を行なっている。増加的な小
さな基本的制御信号の形の出力は、駆動素子の初期の即
時の移動を開始させるためにデバイスに加えられる充分
ｌ付勢の原因となる。従ってこの文献は、不感帯を減少
させるために一定信号が印加されるという点で他の先行
技術と基本的に異ならない。

〔発明の概安〕

先行技術には欠点が存在するので、電子ビームのレジス
トレー７ヨン及び書込み動作の精度に相当する精度を有
する電子ビーム（ｇ、置付けシステムを開発する必要性
がある。さらにそのような精度の保水は、適正なスルー
ジットが維持される事を保証するように移動スピードと
組合されなければならない。そのような位置付けのスピ
ード及び精度は、先行技術の不感帯補償／ステムに典型
的な零点の周囲の振動の除去と共に達成しなければなら
ない。

従って本発明の目的は、従来の電子ビーム・リングラフ
ィ装は用のＸ−ＹＵ置付はサブシステムにおけるスピー
ドと精度の問題を克服する事である。

本発明の一態様によれば、テーブルを直接に零点まで移
動させるためにテーブルに充分な量のエネルギーだけを
供給し、それによってシステム構造全体に擾乱を与える
ような過剰のエネルギーを避けるように構成された増分
サーボ・システムが提供される。

また本発明の一態様によれば、零点を１回だけオーバー
・／ニートする事によってサーボ振動を最小化するよう
にテーブルが零点に接近するように駆動電圧を加える事
によって位置付けを行なうテーブル位置付はシステムが
提供される。

さらに本発明の一態様によれば、不感帯を減少させるた
めに使われる前もって決定された定数の必要性のないサ
ーボ位置付はサブ７ステムが提供される。

本発明の目的はＸ−Ｙ位置付はシステムにＰいてフィー
ドバック制御回路に関して適応性駆動システムを用いる
事によって達成される。電子サブシステムは、ステップ
波形に重ね合される徐々に増加する駆動電圧を用いる。

この信号は、不感帯内でシステムを正確に位置付けるた
めに誤差信号（あるいは零信号）と加算される。駆動電
圧は、零電圧に重ね合されるが、不感帯におけるシステ
ムの機械的摩擦及びドリフトが克服されるまで増加する
。関数発生器は、零信号と駆動電圧との組み合せによっ
てシステムがサーボ振動を最小限に保ちながら零点に接
近するように、零信号を変更する。零点に到達する時、
傾斜発生器及びステップ発生器の両信号はゼロにリセッ
トされる。このリセット動作は零点の付近での振動を回
避させる。

本発明の７ステムの他の態様は、サーボ機構が確定した
零点に実際に到達する前に偽信号が与えられないように
、ヒステレクスと時間遅延の両者を用いたリミット回路
を用いる事である。現在の電子ビーム・システムにおい
て、そのようなリミット回路を使用する事は、制御計算
機を実際のテーブル・アドレスの読取シ義務から解放す
る事にヨ）テ重要な利点を提供する。実際のテーブル・
アドレスを決定する事は時間を装する作業であって、そ
の除去は装置の全体的なスループットを増大させる。ま
たリミット回ｉは、テーブルが最初にビーム・フィード
バック・レンジ（零レンジ）内に入った後でそこから出
た場合に誤差信号を発生する事によって付加的機能を実
行する。

〔良好な実施例の説明〕

第２図を参照すると、本発明に従って用いられる増分サ
ーボ・ループの部品のブロック図が示されティる。第２
図において、ディジタル−アナログ変換器１６Ｖｉ第１
図の先行技術におけるのと同じ要素であり、駆動器１８
も同様である。第２図に示す本発明の装置は、図示した
付加的７７１素を用いる事によって従来のシステムから
区別される。

関数発生器２６はＤＡＣ１６から入力を受は取り、フィ
ードバック素子を有する非線型増幅器から構成されてい
る。フィードバック素子は第３Ｂ図に示すように段付き
の応答を有し、増幅器が大信号の場合よりも小信号の場
合により大きな割合の駆動を行なう事を可能にする。従
って非線型フィードバック素子は、速い初期加速を与え
るために移動の初期のスタート・アップ時により多くの
駆動を与え４又関数発生器２６を構成する非線型増幅器
も、移動の終端部分で、制動又は減速のために、よυ大
きな利得を与える。

フィードバック素子は、どのような力学系においても必
然的に生じ、しかも実際に使用する前は千ｍ１１する事
のできない摩擦及び許容誤差の変動に整合するために第
６Ｂ図の制動点が単純且つ動的に調整可能なようにポテ
ンンヨメータを変化させる事によって調整し得る。即ち
どの機械的位置付はシステムにおいても、Ｘ−Ｙテーブ
ル及びそれに付随したモータ駆動機構は、駆＠電子回路
において調整し得ないそれ自身に特有の摩擦及び運動特
性を有する。これらの調整は実際の装置の設置及び使用
に先立って行なう事はできない。１度セットした時、過
度の摩耗又は設計変更もしくは部品交換の結果として力
学系が大幅に変化しなければ第６Ｂ図に示した制動点は
再調整する必要がない。

第３Ｃ図を参照すると、モータ２０に供給されるモータ
駆動電流及びＸ−Ｙステージの速度が具体的な移動に関
して示されている。この移動は６つの領域に分割できる
。即ち領域ＩはＸ−Ｙステージの加速が起きるランプ・
アップ時間として定義され、領域■はステージがある位
置から別の位置へ移動する一定速度の区間であり、領域
■けＸ−Ｙステージが零点に到達するまで減速が起きる
ランプ・ダウン時間として定義される。第３ｃ図に示す
ように、領域１のランプ・アップ時間の間、初期摩擦に
打ち勝ち、領域■の一定速度に到達するのに必要な加速
のためのエネルギーを供給するために、より大きなモー
タ電流が供給される。速度が領域■に到達する゛と、小
さなモータ電流しか必要でなくなる。

領域■のランプ・ダウン時間は、短かい移動時間を得る
ために最も決定的である。摩擦発生器の制動点は、第３
Ｃ図の上側の曲線で表わされるモータ電流波形Ｉｍを供
給するように調整される。

このＩｍ波形は、具体的なＸ−Ｙステージには比較的独
豆的である事−が実証されており、速い移動時間を得る
ために最適である。ランプ・ダウン時間の間、摩擦力は
減速を助ける傾向を有し、従って領域■では電流Ｉｍの
振幅は領域ｌのランプ・アップ時間程大きくない。よシ
具体的すこは、第３６図に示すように、領域■の終りに
おいてＩｍの小さな角度の交差が起きる事が好ましい。

この交差の機能はＸ−Ｙテーブルに加えられていた力を
反転し、部品に対する応力を軽減させる事である。

Ｘ−Ｙステージの応力を軽減するように力を加える事に
よって、部材は緩和され急速に安定化される。従ってテ
ーブルは、応力が調和振動（リンギング）の結果として
緩和する場合よりも急速に、静止状態になる。

第２図に戻ると、傾斜信号発生器２８及びステップ信号
発生器６０が関数発生器２６に並列に配置されている。

ステップ信号発生器６０はＸ−Ｙステージの最小の不感
帯を補償する。先行技術で認められているように、この
不感帯は周知であり、力学系の移動範囲にわたって一定
ではない。従って一定のステップ振幅を用いる事は、不
感帯を直接に補償するための解決を与えないであろう。

本発明によれば、第２の発生器、傾斜信号発生器２８が
ステップ信号発生器３０に加えて用いられる。

もしシステムが零位置になければ、並列入力即ちＤＡＣ
１６に供給されるのと同じ人力を受は取る零回路６２が
出力信号を発生する。零回路３２の出力信号はリセット
回路３４を通過する。リセット回路６４の機能はステッ
プ信号発生器３０Ｖｃ電圧ステツプを発生させ、傾斜信
号発生器２８から傾斜電圧を開始させる事である。傾斜
電圧及びステップ電圧は、関数発生器２６の出力と共に
加算接合６６に供給される。加算された出力は主サーボ
・ループの符号回路６８に入る。傾斜信号はシステムが
零条件に到達するまで増加し続ける。

零条件に到達するとステップ電圧及び傾斜重圧はリセッ
ト回路６４の作用によってゼロにリセットされる。

リセット回路３４は、「符号」線から信号を受は収り、
「符号」入力の正又は負の遷移に対してリセットする。

従ってリセット回路は、この増分サーボ・システムの位
置がゼロと交差する時、即ち零位置と交差する時に７ス
テムをゼロにリセットする。

その結果、傾斜発生器及びステップ発生器は、サーボ誤
差信号がゼロと交差するが又はシステムが零位置の時に
リセットされる。

第６Ｄ図を参照すると、傾斜ステップ動作に関する典型
的な波形が示されている。第３Ｄ図は２つの波形を示し
、その第１のものはＤＡＣ１６及び零回路３２への入力
信号である入力誤差信号であり、第２のものは時間変化
信号即ちモータを駆動するための信号の関数としての傾
斜ステップ動作である。これら２つの波形に示すように
、傾斜発生器はサーボ・モータに常に増加する信号を加
え、機械的ステージを零位置に戻すのに必要な初期の摩
擦力又は不感帯領域に打ち勝つ。従ってＸ−Ｙステージ
の不感帯、機械的摩擦、許容誤差等の変動が克服され、
従ってＸ−Ｙステージは非常に狭い零領域内に駆動され
る。

第６Ｄ図は、零点と交差する毎に傾斜発生器及びステッ
プ発生器がゼロにセットされる事を示している。即ち入
力信号（誤差信号）がゼロと交差する時、傾斜発生器２
８及びステップ発生器３０の両者はリセットされる。こ
の技術は、先行技術に典型的な不感帯補償が、用いられ
る時に常に起きた零点のまわりの小振幅の振動を避けて
いる。

従って第２図のシステムはテーブルを±０．１μｍ、最
終的にはく００１μｍの精度でＩｎに正確な零点に駆動
する事ができる。このシステムは傾斜電圧が機械的ステ
ージの摩擦を克服するのに必安な駆動力に到達するまで
振幅を増大させるので、適応的である。従って第２図の
７ステムは、Ｘ−Ｙテーブルの非常に正確な位置付けを
達成しながら、サーボ・ループにおける高いループ利得
の心変性を除去している。システムは能動的なので、Ｘ
−Ｙテーブルはいつでも非常に小さな補正移動を行なう
事ができる。テーブル位置センサーからの別のフィード
バックは、電子ビームの原点を±ｏ、０５μｍの精度で
機械的関係を一定に保つために、磁気ヨークを紅て電子
ビームにフィードバックされる。フィードバック・チャ
ネルは純粋に電気的であるので、いかなる機械的ループ
よりも速い。

そのようなビーム・フィードバックは、テーブル位置を
補償する電子ビーム・システムにおける電子ビームのオ
ープン・ループ偏向の技術である。

その結果は、電子ビームとＸ−Ｙステージとの相ｔ１位
置を一定値に維持するループである。ビーム・フィード
バック技術は公知であるが、本発明の文脈におけるこの
技術の重要な特性は、電子ビーム書込み及び／又はレジ
ストレーション動作が開始し得る前にＸ−Ｙテーブルを
完全に安定な零位置に駆動しなければならない事から、
Ｘ　−Ｙテーブルを解放する事である。

第６Ａ図及び第４図を参照すると、本発明のリミット回
路が示されている。第６Ａ図は距離及び時間の関数とし
てテーブル位置をプロットしたものである。零位置即ち
中心位置が２つの限界、即ちＮ±４０μｍの「Ａ」限界
及び内側のＮ±２０μｍの「Ｂ」限界の間の中心に定め
られている。

第４図は本発明に従って用いられる、ビーム・フィード
バック動作を可能にするためにヒステレシス及び時間遅
延を用いたリミット回路４０を示す。第４図のリミット
回路は、第２図のサーボ・ループによって用いられるデ
ィジタル位置誤差信号であるビット列入力の一部を用い
る。この回路は、テーブル位置が内側即ち「Ｂ」限界内
にあって所定の期間の間そとに留る時に出力信号Ｑを供
給する。テーブルが外側の「Ａ」限界外の位置に移動し
ない限り、出力信号は付勢されている。時間遅延におけ
るこのヒステレシスは７ステム制御装置１０に偽信号が
出る事を防ぐ。そのような信号ハシステムがビーム・フ
ィードバック・ループ（図示せず）中の回路の範囲内に
ある事を示し、電子ビームのレジストレーション及び／
又は書込みを開始させるシステム信号を構成し得る。従
って偽信号は製品が誤ってレジストレーションされたシ
又は書込まれたりする原因となり得る。

第４図のリミット回路を用いる別の利点は、テーブルの
移動が完了した時点を判定するために実際のテーブル位
置のアドレスを読取る責務から制御装置１が解放される
事である。従って出力信号が発生した時、移動が完了し
ビーム・フィードバック・ループを構成する回路の範囲
内にＸ−Ｙテーブルが入った事がシステム制御装置に知
らされる。

第４図に示すように、リミット回路は零位置に対するテ
ーブル位置を衣わすディジタル入力信号即ち減算器１２
の出力を受は敗る。

データ・ビット列の一部分のみが用いられるので、第２
図に示すようにリミット回路へのデータ・バス入力は選
択されたビットのみが用いられる事を示す。ビットＮか
らビットＮ＋ＭまではＯＲアレイ５０に入力され、テー
ブル位置が第６図のＡ限界内にあるかどうかを表わす第
１の信号を発生する。ピッ）　Ｎ−１は、システムがＢ
限界内にあるかどうかを表わすためＫＡＮＤ回路５１に
入力される。リミット回路の下側の部分は、システムが
所定の期間の間限界内に留まるまでラッチ５７のセット
を遅延させる。もし両方の条件が満たされるならば第１
の遅延回路５４（典型的には２００ｎｓ）が付勢され、
ＡＮＤ回路５２ヘトリガ・パルスが送られ、タイマー５
６が付勢される。第２の遅延回路５５（典型的には５０
０　ｎｓ）はインバータ及びタイマーを経由する内部遅
延を補償し、１０ｍ５遅延したタイマー出力と共に、ラ
ッチ５７をセットするためにＡＮＤ回路５３をトリガす
る。従ってリミット回路に関して、システムがＡ限界及
びＢ限界内にあって、そこに所定期間留まるまではＱ出
力が生じない事が明らかである。さらにラッチ５７がセ
ットされると、Ｑ出力はシステムがＡ限界外に出るまで
持続する。

本発明がＸ−Ｙ位置付はシステムのフィードバック制御
回路において用いられる適応型駆動７ステムを提供する
事は明らかである。傾斜発生器から導かれた徐々に増加
する駆動電圧はステップ発生器からのステップ波形と重
ね会わされ、そして誤差信号即ち零信号と加算され、不
感蛍白のシステムを能動的に位置付ける。関数発生器は
、零信号及び駆動信号の組み合せにより、サーボ振動を
除去し且つ零点の１回だけのオーバー７ユートしか起き
得ないようにシステムが零点に接近するように、零信号
を変化させる。リミット回路はテーブルがビーム・フィ
ードバックの範囲内に入った時にパルスを発生させるた
めに用いられ、時間遅延及びヒステレブスによって偽信
号の発生を防止している。従って７ステム・スループッ
ト及び高い精度が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術のＸ−Ｙ位置付はサーボ・ループのブ
ロック図、第２図は本発明のサーボ・ループ構成快素の
ブロック図、第６Ａ図乃至第６Ｄ図は本１発明の詳細な
説明するための主な７ステム・パラメータを示す図、第
４図は本発明によるリミット回路の回路図である。 出願人　　インターカショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーウタン代理人　弁理士　　　岡　　　１）
　　次　　　生（外１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 構造物を所定の位置に移動させるための位置付はシステ
   ムであって、 上記構造物を移動させるモータ装置と、移動中の上記構
   造物の位置を感知する装置と、上記所定の位置と実除の
   位置との間の差を表わす誤差信号を発生する装置と、上
   記誤差信号と比較して急速に振幅が増加する電圧を発生
   させる、誤差信号に応答する信号発生装置と、上記誤差
   信号及び上記電圧を組み合せて上記モータ装置への駆動
   電圧を発生させる加算装置とを具備する位置付はシステ
   ム。