CN1808625B

CN1808625B - 平台装置

Info

Publication number: CN1808625B
Application number: CN2006100049475A
Authority: CN
Inventors: 佐野直人
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: CN1808625A; KR100911600B1; JP2006194672A; JP4513574B2; TW200624766A; TWI338121B; KR20060082394A

Abstract

本发明对于依据激光测长器的测量结果进行位置控制的平台装置，可实现Abbe误差少的平台装置。在移动平台(10)上设有工件保持平台(22)，载置有工件(30)。在移动平台(10)中内置有激光测长器(42)，且在移动平台(10)的侧面安装有激光反射单元(44)，使从激光出射入射口(43)出射入射的激光的光轴，移动到工件保持平台(22)的表面的位置为止。镜(41)设置于与工件保持平台(22)相对的位置，激光由全反射镜(45a)及全反射镜(45b)反射，入射至被设在与全反射镜(45b)相对的位置上的镜(41)。被镜(41)反射的激光由全反射镜(45b)及全反射镜(45a)反射，并入射至激光测长器(42)。

Description

平台装置

技术领域

本发明，是有关于藉由激光测长器控制移动距离的平台装置，特别是，有关可以减少被称作Abbe(阿贝)误差的误差的平台。

背景技术

测量位置(距离)的点、及实际想控制的位置(距离)的点之间的位置不同所产生的定位误差，被称为Abbe(阿贝)误差。

使用图7、图8，说明Abbe误差。

在图7，显示移动体100移动时的旋转的自由度。在旋转的自由度中，如图所示，具有：以移动方向为旋转轴的滚动运动(rolling)；在包含移动方向的平面内，以与移动方向相互垂直的轴为旋转轴的俯仰运动(pitching)；在相互垂直于移动方向的平面内，以与移动方向相互垂直的轴为旋转轴的横摆运动(yawing)。Abbe误差，是以俯仰运动为原因所发生的误差。

图8，是简单说明Abbe误差用的图。

移动体100安装于滚珠丝杠(ボ一ルねじ)的移动子101上，由于滚珠丝杠102旋转，使移动体100朝图面左右移动。

移动体100的移动距离，是藉由使安装于滚珠丝杠102的移动子的传感器头103移动于直线尺104上来进行检测。欲控制位置的物体(工件)110设置于移动体100的上部。

考虑将工件110从图8(a)的位置，朝图面右方向移动到箭头所示的位置为止的情况。

滚珠丝杠102只旋转与从当前的位置至箭头位置为止的距离相当的程度，从而使移动体100朝右方向移动。

此时，传感器头103会检测出移动距离，并将移动距离信号发送到移动机构的控制部(无图示)。控制部依据该信号，若到达预定的距离后，就停止滚珠丝杠102的旋转，从而停止移动体100的移动。

但是，如图8(b)所示，若移动体100发生俯仰运动，则传感器头103虽正确检测移动距离，但载置有工件110的移动体100(工件平台)的上部，会在测长方向上偏离所期望的位置。

但是，由于传感器头103的位置正确，所以传感器头103无法检测出此偏离，而无法进行修正。

上述的位置偏离是由于测量位置的点(即位置传感器所在的位置)及欲控制位置的点(工件的位置)不同所产生，上述误差发生的话，就无法正确控制工件110的位置。

这种因为测长点及控制点不同所产生的无法控制测长方向的误差称为Abbe(阿贝)误差。

因为原本就是为了将工件移动至所期望的位置而移动移动体，所以即使移动体的移动位置如何正确，重要的工件的位置若产生偏离的话，会有引起工件的不良发生等问题的情况。

图9是显示在例如使用于曝光装置的平台装置中产生Abbe误差的状态的图。藉由同图简单地说明平台装置的概略的结构及动作。基本上与图8相同。

在底基托板(基台)15安装有滚珠丝杠11，并且移动平台10被安装于滚珠丝杠11的移动子12并朝图面左右移动。在移动平台10上，经由Z移动机构21，设置供保持工件30用的工件保持平台22。在工件保持平台22的表面设有真空吸附沟或孔等(无图示)，来保持被载置的工件30。

若本平台是使用于曝光装置的情况时，工件30是涂布有保护层的晶片或印刷电路基板等。

Z移动机构21使工件保持平台22朝图面上下方向(Z方向)移动，来调节工件30的高度方向或水平方向的位置。又，上述移动平台10、Z移动机构21、工件保持平台22共同形成的机构，以下称为工件平台20。

移动平台10的图面左右方向的移动距离，是藉由使安装于滚珠丝杠11的移动子12上的传感器头13移动于直线尺14上来进行检测。

若将移动平台10从图9(a)移动至图9(b)时发生俯仰的话，则与前述图8所说明的情况相同，会在原本欲进行位置控制的工件的位置上发生Abbe误差。

若在使用于曝光装置的移动平台上产生Abbe误差的话，则在使移动平台仅移动预先设定的距离，并将工件分割成复数曝光领域进行逐次曝光的情况下，预定的位置不会曝光，从而会成为产品缺陷的原因。

又，在图9中，虽然仅在图面左右方向上说明了移动平台10的移动方向，但在使用于曝光装置的情况等时，因为还设置有朝与其垂直的图面前后方向移动的机构，所以在该方向也同样会发生Abbe误差。

图10、图11是说明平台的移动手段未使用滚珠丝杠时的在平面平台装置中的Abbe误差的图。在这种平台装置中也会发生Abbe误差。以下进行说明。

作为平面平台装置，可以例举出如专利文献1所示的在平面状的压板之上，使藉由空气漂浮的移动平台朝XY方向移动的称作浮动平台(ソ一ヤステ一ジ)的平台装置。

图10(a)是显示浮动平台的概略结构的图。

在压板15的表面，呈围棋盘格状设置有强磁性体的凸极。移动平台10藉由喷出空气(空气喷出口无图示)而从压板15浮上。在与移动平台10的压板15相对的一侧设有移动子16。移动子16具有与压板15的凸极的间隔设置为预定的间隔设置并可以变化磁场强度的多个磁极，藉由改变移动子16与压板15的凸极之间的磁力，使移动平台10移动。

在移动平台10之上，与图9相同，经由Z移动机构21，设有用于保持工件30的工件保持平台22，工件30藉由工件保持平台22被保持。

在这种平台中，若仅由设在移动平台10的下表面上的移动子16及压板15的凸极的关系(使移动子的磁极的磁场强度变化的次数)，控制移动平台10的位置的话，则主要因为压板15的表面精度，而产生上述Abbe误差的问题。

例如，如图10(b)所示，在压板15有微小的段差的情况时，由于移动平台10相对压板15以预定的间隔进行空中漂浮，所以会配合压板的段差倾斜，而会在工件30的表面位置产生Abbe误差。

并且，移动平台10因为相对压板15的表面平行地移动，所以如图11所示，当在压板15的表面有波纹起伏的情况时，对于基准面，即使控制位置是所期望的位置，但工件的表面位置到基准面的距离在S1上变短，在S2上变长。

如上所述的Abbe误差特别是在将工件分割成多个曝光领域并进行逐次曝光的连晒(STEP&REPEAT)式的曝光装置的工件平台中，会成为问题。

对于由连晒方式让工件曝光的曝光装置，工件是被分割成多个曝光领域，载置了工件的工件平台藉由依据该曝光领域的大小来反复步移(ステツプ移動)，使图案渐渐曝光。因此，若产生Abbe误差的话，则图案曝光的位置，会从预定的位置偏离，从而成为引起产品缺陷的原因。

因此，为了防止Abbe误差，曝光装置中的以往的平台是如图12的构造。此外，同图如图11所示，例示空中漂浮的移动平台移动在压板上的平面平台。

在被设置于工件平台的移动平台10的上部的工件保持平台22的表面，将平面镜41设置成如墙壁。该平面镜41是设置于工件保持平台22的平面2方向(XY方向)。

在工件平台外的基准位置上固定设置激光测长器42，从该激光测长器42，朝向上述工件保持平台22的镜41出射测长激光。将来自镜41的反射光入射至激光测长器42并测量距离。

图13是从第12图的平台装置上方所见的平面图。

一般市售的激光测长器42，是利用从其出射的激光、及从对象物反射回来的再入射的激光的相位之间的偏离，来测量至对象物为止的距离。所使用激光光源，主要是He-Ne激光。

反射测长激光的镜41因为是设置于工件保持平台22的表面，所以测长位置与实际欲进行控制的工件30的位置几乎一致。因此可以防止Abbe误差。

例如，在专利文献2中，如图12、图13所示，显示在工件平台安装有镜，使测长用的激光从与工件平台独立的位置对于上述镜出射的平台。

[专利文献1]日本特开平9-23689号公报

[专利文献2]日本特开平7-226354公报

[非专利文献1]桥田茂、海保文雄、小泉丰、田村哲司“平面伺服马达PLANESERV及其要素技术”“横河技报”Vol.45No.2(2001)，p83-86

但是，这种在工件保持平台上设置镜的方式中，有如以下问题。

设置于工件保持平台上的镜的长度需要加长正好为移动平台的行程(移动距离)。

另一方面，例如，进行曝光处理的工件是大型的印刷电路基板或液晶面板的情况时，与晶片相比较大，将其由连晒方式曝光的情况时，工件保持平台会变大，移动平台的移动距离也会变长。

因此，若在将大型的工件由连晒方式进行曝光的装置的工件保持平台上设置镜的话，则镜增加相应的长度从而变重，因此工件平台整体也变重。

若工件平台的重量变重的话，则工作台在连晒时的迅速移动、或迅速定位方面变得不利。且需要大型的移动机构或移动控制装置。

作为上述对策，也考虑使激光测长器及镜的设置位置相反，在工件保持平台的表面安装激光测长器，在工件平台外设置镜。如上结构，同样也可以进行距离的测量。

但是，使用于以往的激光测长器中的He-Ne激光的激光头，因为大且重，无法将其安装于移动体侧(工件平台侧)。

但是，近年来，使用半导体激光作为激光测长器用的光源。由于半导体激光比He-Ne激光轻很多，所以即使设置于移动体侧，重量的增加也少。因此，开发了一种平台装置，在移动平台具备以半导体激光为光源的激光测长器。

例如，在非专利文献1的图4中，显示将以半导体激光为光源的激光测长器设在移动体侧的平台的结构。

在图14显示使用一种平台装置作为曝光装置的工件平台时的结构例，所述平台装置在移动平台上具备以半导体激光为光源的激光测长器。同图是从侧面看平台装置的图。

移动平台10藉由空气而漂浮，藉由设置于移动平台10的下表面的移动机构(无图示)，依据来自控制部50的信号，在压板15上朝XY(θ)方向移动。

在移动平台10上，经由Z移动机构21设置工件保持平台22，工件30被载置于此工件保持平台22上，并被吸附保持。

以半导体激光为光源的激光测长器42设置于移动平台10的内部，测长用的激光从被设置于移动平台10的侧面的激光出射入射口43，向与工件平台20独立设置的镜41出射。

被出射的激光藉由镜41被反射，从激光出射入射口43再入射至激光测长器42。激光测长器42测量出射激光及入射激光的相位的偏离，来测量到镜41为止的距离。

测量到的距离数据被送至装置的控制部50。

又，在图14中，虽只显示激光测长器42测量图面左右方向的距离，但是实际上，也设置测量图面前后方向的距离的部件，来测量XY2方向的距离。

使用如上述的平台装置的话，反射镜41因为是设置于工件平台20外，所以没有工件平台20比长镜41重的问题。如上述，因为半导体激光轻，所以激光测长器也比以往轻，工件平台20的重量增加，会比设置镜41的情况少。

但是，因为激光的出射入射口43设置于移动平台10的侧面，所以藉由激光测量长度的位置、及原本欲进行控制的工件保持平台22的表面的位置(工件30的位置)，会在高度方向上不同。因此，前述Abbe误差会发生。

在图15，是显示由如图14的平台装置所产生的Abbe误差的例子。

制作如图15(a)所示的平面平台，从压板15表面直到被保持于工件保持平台22的工件30表面为止的高度是150mm，从压板至测长用激光出射入射口43为止的高度是75mm，从激光出射入射口43至工件表面为止的高度是75mm。

测量了工件平台20的俯仰后，如图15(b)所示，其角度是6角度秒(6/3600°)，在工件表面产生了约2μm的Abbe误差。

现状，在高精度基板的曝光装置中，要求±1μm以下的重叠精度。若考虑也会产生Abbe误差以外的误差的话，期望Abbe误差可减少至现状的1/10左右。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术的问题点而完成的，其目的在于，对于将以半导体激光为光源的激光测长器设置于移动平台并依据激光测长器的测量结果进行位置控制的平台装置，实现Abbe误差少的平台装置。

在本发明中，上述技术问题如下所述来解决。

一种平台装置，在可移动于平面内的移动平台上设置可出射入射测长用的激光的激光测长器，其中，在与设在上述移动平台上的工件保持平台相对的位置上设有反射从激光测长器出射的激光的反射面，在上述移动平台或是工件保持平台上安装有使来自设置在上述移动平台上的上述激光测长器的激光移动至工件保持平台的表面的光学部件。

上述光学部件具备2个镜，藉由该2个镜反射入射出射到激光测长器的激光从而折返，使激光的出射入射口的高度对准上述工件保持平台的位置，并与上述反射面相对。

在本发明，因为是将激光测长器设置于移动平台，将光学部件安装于移动平台或是工件保持平台，并使激光测长器的激光出射入射口的高度与反射该激光的反射面对准，所以可以防止Abbe误差，可以高精度地定位工件保持平台。

附图说明

图1是显示本发明的第1实施例的图。

图2是从上方看图1所示的平台装置的平面图。

图3是在图1的平台装置中，藉由Z移动机构使工件保持平台上下移动时的示意图。

图4是显示本发明的第2实施例的图。

图5是在图4的平台装置中，藉由Z移动机构使工件保持平台上

图6是显示本发明的第3实施例的图。

图7是显示移动体移动时的旋转的自由度的图。

图8是Abbe误差的说明图。

图9是在平台装置所产生的Abbe误差的说明图。

图10是在未使用滚珠丝杠的平面平台(浮动平台)中所产生的Abbe误差的说明图。

图11是在图10的平台装置中，在压板的表面发生波纹起伏的情况下所产生的Abbe误差的说明图。

图12是将激光测长器设在工件平台外，将镜设在工件平台上的以往的平台装置的结构例的示意图。

图13是从上方看图12的平台装置的平面图。

图14是将激光测长器设在移动平台上的平台装置的结构例的示意图。

图15是在图14的平台装置中所发生的Abbe误差的说明图。

具体实施方式

图1是显示本发明的第1实施例的图，显示从侧面看本实施例的平台装置的图。

移动平台10与前述图14相同，藉由空气而漂浮，藉由设置于移动平台10的下表面的移动机构(无图示)，依据来自控制部50的信号，在压板15上朝XY(θ)方向(X方向是例如同图的左右方向，Y方向是同图的前后方向，θ是以与XY平面垂直的轴为中心旋转)移动。在移动平台10上，经由Z移动机构21设置工件保持平台22，工件30被载置于此工件保持平台22上，并被吸附保持。

在移动平台10中，内藏有以半导体激光为光源的激光测长器42，从设置于移动平台10的侧面的激光出射入射口43，出射入射测长用的激光。

在本实施例中，在移动平台10的侧面，安装有激光反射单元44。激光反射单元44的结构如组合了2个全反射镜45a、45b的潜望镜，可将入射出射至激光出射入射口43的激光的光轴移动至工件保持平台22的表面的位置为止。

且，为了反射激光而设置于工件平台外的基准位置上的镜41，与工件保持平台22的表面的位置的高度及移动方向对准，设在与工件保持平台22相对的位置。

激光反射单元44包括2个全反射镜45a、45b，从激光测长器42出射的激光由全反射镜45a及全反射镜45b所反射，从而激光的光轴向上方移动了相当于上述全反射镜45a、45b的间隔的高度，并入射至设置在与全反射镜45b相对的位置上的镜41。而且，由镜41所反射的激光由全反射镜45b及全反射镜45a反射，并入射至激光测长器42。

即，激光反射单元44进行以下工作：使激光测长器42的激光出射入射口43的高度与被设在与工件保持平台22相对的位置的镜41的高度对准。

虽藉由激光反射单元44使激光的光路变长，但是因为只有从工件平台20出射的高度方向的位置变化，所以可以与以往同样地测量距离。

又，工件平台20虽增加激光反射单元44的重量，但是仅对应于激光出射入射口43分别设置一个即可，与依据移动距离设置长镜的情况相比，重量的增加较少。

图2是显示从上方看图1所示的平台装置的平面图。如同图所示，反射激光的镜41设置于工件平台20外的基准位置，且长度对应工件平台20的移动距离。

且，为了测量X方向、Y方向的位置，激光出射入射口43设置在2个方向，镜41也设置在X方向、Y方向的2个方向。

又，工件保持平台22有时藉由Z移动机构21在Z方向上下移动，因此，工件的高度方向的位置会变化。

若藉由Z移动机构21工件的高度方向的位置变化的话，则如图3(a)(b)所示，工件30的表面的位置、及测长用激光出射入射的位置不同。

但是，由于考虑到工件30的高度方向的变化，是由曝光投影像的成像位置调整等所引起的，最大也只有1-2mm程度，与图15所示的例如75mm相比的话因为非常小，所以对于Abbe误差的影响也小。

接着，回到第1图，说明本实施例的工件平台的动作。

控制部50将移动平台22朝原点位置移动。由此使工件平台20整体朝原点位置移动。

从移动平台10的侧面的激光出射入射43，出射测长用激光。来自出射入射口43的激光被激光反射单元44的镜45a所反射，从而上升至与工件平台20的表面的高度即工件平台20的高度对准设置的镜41的高度为止，并由镜45b从工件平台20出射。

出射后的激光由固定于工件平台20外的镜41反射，再度回到激光反射单元44，并由镜45a及镜45b所反射并回到激光测长器42。

激光测长器42依据出射激光及入射激光的相位的偏离，计算至镜41为止的距离，并且距离信号被送至控制部50。控制部50将该距离数据到原点位置上的镜41为止的距离加以存储。

欲移动工件平台20的距离输入到控制部50。控制部50依据输入的距离，使移动平台10移动。由此移动工件平台20。而且，移动后，与原点位置上的情况相同，藉由激光测长器42进行直到镜41为止的测长。

控制部50从当前的至镜41为止的距离中，减去所存储的到原点位置上的镜41为止的距离，求得工件平台20实际已移动的距离。

而且比较实际已移动的距离和被输入的欲移动的距离，若有差距的话就进行反馈控制，使工件平台20接近欲移动的距离。

将这种工件平台用于由连晒方式曝光的装置的工件平台的情况下，将工件30载置并保持于工件保持平台22上，藉由如上述反复进行移动及距离的控制，从而逐次曝光工件30的整个表面。

图4是显示本发明的第2实施例的图，同图显示从侧面看本实施例的平台装置的图。

本实施例中，将激光反射单元44安装于工件保持平台22上，其他的结构与前述图1相同。

如前述，在移动平台10中，内置有以半导体激光为光源的激光测长器42，从设置于移动平台10的侧面的激光出射入射口43，出射入射测长用的激光。

激光反射单元44具备2个全反射镜45a、45b，如前述将从激光出射入射口43出射的激光的光轴，移动至工件保持平台2、2的表面的位置为止。且，反射激光用的镜41设置在与从上述激光反射单元44出射的激光的位置相对的位置上。

本实施例的平台装置的动作与前述第1实施例相同，从移动平台10的侧面的激光出射入射口43出射的测长用激光由激光反射单元44的镜45a反射，并上升至与工件平台20的表面的高度即工件平台20的高度对准设置的镜41的高度为止，藉由镜45b从工件平台20出射。

出射后的激光由被固定于工件平台20外的镜41反射，再度回到激光反射单元44，由镜45a及镜45b反射，回到激光测长器42。

激光测长器42依据出射激光及入射激光的相位的偏离，计算至镜41为止的距离，控制部50依据该距离数据，控制工件平台20的位置。

即使在本实施例中，工件保持平台22也藉由Z移动机构21在2方向上上下移动，从而工件保持平台22的高度变化。

若工件保持平台22(工件30)的高度方向的位置变化的话，如图5(a)(b)所示，工件30的表面的位置、及测长用激光出射入射的位置会不同。但是，如前述，工件30的高度方向的变化，是依据曝光投影像的成像位置调整等所引起，最大也只有1-2mm左右，认为对于Abbe误差的影响很小。

又，在上述实施例中，说明了设有使工件保持平台22朝上下方向移动的Z移动机构21的情况，但是也有取代上述Z移动机构，而设置用于使上述工件保持平台22的倾斜变化的Z/倾斜机构的情况。

此情况下，若将激光反射单元44设在工件保持平台22上的话，则将工件保持平台22倾斜之后激光反射单元44也倾斜，到镜41的距离有微小变化。在此误差无法忽视的情况下，如前述第1实施例，希望将激光反射单元44设在移动平台上。

图6是显示本发明的第3实施例的图。同图显示从侧面看本实施例的平台装置的图，本实施例如前述图9所示，显示用滚珠丝杠使平台移动的情况的结构。

如同图所示，对于底基托板(基台)15，设有藉由滚珠丝杠11a及导向16a朝图面前后方向移动的Y平台10b。

在上述Y平台10b上，设有藉由滚珠丝杠11b及导向(无图示)朝图面左右方向移动的X平台10a。

在上述X平台10a上，设有在X方向测长用及Y方向测长用的2台前述以半导体激光为光源的激光测长器(同图中激光测长器无图示)。

且，在X平台10a上，经由Z移动机构21设置有工件保持平台22。

在X平台10a的侧面，设有激光出射入射口43、和X方向测长用及Y方向测长用的2个激光反射单元44，激光反射单元44如前述使测长用激光的出射入射位置移动至与被保持于工件保持平台22上的工件30的位置，即，工件保持平台22的高度对准设置的镜41的位置为止。

其他的结构与前述图1所示相同，来自激光测长器的测长用激光如前述，上升至工件平台20的表面的高度为止，并被镜41反射，再度回到激光反射单元44，由镜45a及镜45b所反射并回到激光测长器。

激光测长器依据出射激光及入射激光的相位的偏离，计算至镜41的距离，控制部(无图示)依据该距离数据，控制工件平台20的位置。

又，在图6中，虽显示将激光反射单元44安装于X平台10a上的情况，但是如前述图4所示，也可以将激光反射单元44安装于工件保持平台22。

且，在以上的实施例中，虽说明在激光反射单元设置2个全反射镜的情况，但是取代2个全反射镜而使用如棱镜等反射光的光学部件也同样可以实现。

Claims

1.一种平台装置，具备：

移动平台，具有出射入射测长用的激光的激光测长器，并在平面内移动；

工件保持平台，设置于上述移动平台上，并保持工件；

反射面，设在与上述工件保持平台相对的位置，反射从上述移动平台的激光测长器出射的激光；和

平台移动控制部，依据从激光测长器到反射面的距离，使上述移动平台移动，所述从激光测长器到反射面的距离藉由被上述反射面反射的激光入射至上述激光测长器来测长，

其特征为：在上述移动平台上安装有使来自设置在上述移动平台上的上述激光测长器的激光移动至工件保持平台的表面的光学部件。

2.一种平台装置，具备：

工件保持平台，设置于上述移动平台上，并保持工件；

其特征为：在上述工件保持平台上安装有使来自设置在上述移动平台上的上述激光测长器的激光移动至工件保持平台的表面的光学部件。