JP2005203652A - Positioning device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mechanism system, its positioning control technology, and their initializing technology capable of realizing a high bandwidth control system in an X and Qz direction with regard to a positioning device of a semiconductor aligner. <P>SOLUTION: A control device of a moving body moving within a XY plane comprises a twin-fuselage linear motor in a Y direction, at least two reference planes in the X direction provided to a fixed part outside the moving body, at least two electromagnets arranged to the moving body in facing to the two X-directional reference planes and generating a force in an X direction between the moving body and the reference plane, and a position measuring means for measuring a position of at least XYQz three degrees of freedom of the moving body. The position control of the moving body in the X direction is conducted by at least two electromagnets. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体露光装置における位置決めステージ装置に関するものであり、特にレチクルステージの位置決め装置に好適なものである。   The present invention relates to a positioning stage device in a semiconductor exposure apparatus, and is particularly suitable for a reticle stage positioning device.

昨今の半導体デバイスの急速な発展は、これらデバイスを搭載した各種情報機器の性能の大幅な向上をもたらし、われわれの生活を劇的に変貌させつつある。こうした発展を支えているのが、半導体の製造技術であり、通常ステッパもしくはスキャナと呼ばれるウエハ露光装置はその中核をなす装置である。ステッパは、ステージ装置上の半導体ウエハを投影レンズ下でステップ移動させながら、レチクル上に形成されているパターン像を投影レンズでウエハ上に縮小投影し、1枚のウエハ上の複数箇所に順次露光していくものである。スキャナは、ウエハステージ上の半導体ウエハとレチクルステージ上のレチクルとを投影レンズに対して相対移動させ、走査移動中にスリット上の露光光を照射し、レチクルパターンをウエハに投影するものである。スキャナは、解像度および重ね合わせ精度の性能面から露光装置の主流と見られている。   Recent rapid development of semiconductor devices has led to a dramatic improvement in the performance of various information devices equipped with these devices, and is changing our lives dramatically. Supporting this development is semiconductor manufacturing technology, and a wafer exposure apparatus, usually called a stepper or scanner, is the core apparatus. The stepper moves the semiconductor wafer on the stage device stepwise under the projection lens, and reduces and projects the pattern image formed on the reticle onto the wafer with the projection lens, and sequentially exposes to multiple locations on a single wafer. It is something to do. The scanner moves the semiconductor wafer on the wafer stage and the reticle on the reticle stage relative to the projection lens, irradiates the exposure light on the slit during the scanning movement, and projects the reticle pattern onto the wafer. The scanner is regarded as the mainstream of the exposure apparatus in terms of performance of resolution and overlay accuracy.

図2にスキャナにおいて従来より用いられているレチクルステージの概観を示す。レチクルステージ本体には定盤1の上面及び側面であるXL、XR基準面との間に静圧パッドによる静圧案内が設けられており、Y方向に運動自由に支持されている。Qz方向については、側面静圧パッドによるばね剛性は存在するが、ギャップ分で規定されるQz方向の微小可動範囲内で回転が可能である。レチクルステージ2本体には不図示のレチクルチャックによりレチクルが搭載される。レチクルステージ2上には2つのコーナーキューブ10、11が設けられており、レーザ干渉計7、8からの計測光を反射し、レチクルステージ2の2点のY方向変位が計測され、これよりステージ重心位置のY方向およびQz方向の位置が算出される。   FIG. 2 shows an overview of a reticle stage conventionally used in a scanner. The reticle stage main body is provided with a static pressure guide by a static pressure pad between XL and XR reference planes which are the upper and side surfaces of the surface plate 1, and is supported freely in the Y direction. In the Qz direction, there is spring rigidity due to the lateral hydrostatic pad, but it can rotate within a small movable range in the Qz direction defined by the gap. A reticle is mounted on the reticle stage 2 body by a reticle chuck (not shown). Two corner cubes 10 and 11 are provided on the reticle stage 2, and the measurement light from the laser interferometers 7 and 8 is reflected to measure the Y-direction displacement of the reticle stage 2 at two points. The positions of the center of gravity in the Y direction and the Qz direction are calculated.

また、レチクルステージ2の両側には磁石から構成される可動子3、4が設けられ、ステージ定盤と同じ構造体に取り付けられているコイルから構成される固定子5、6とにより、ローレンツ力を用いたリニアモータが構成されている。これらの左右2つのリニアモータによりレチクルステージ2は基準面に沿ったY方向および基準面を中心とした微小Qz方向に駆動力が与えられる。不図示の位置制御系によりレチクルステージ2は基準面に沿ったY方向および基準面を中心とした微小Qz方向に高精度に位置決め制御される。   Further, movers 3 and 4 made of magnets are provided on both sides of the reticle stage 2, and Lorentz force is obtained by stators 5 and 6 made of coils attached to the same structure as the stage surface plate. A linear motor using is configured. By these two left and right linear motors, the reticle stage 2 is given a driving force in the Y direction along the reference plane and in the minute Qz direction around the reference plane. The reticle stage 2 is positioned and controlled with high accuracy in the Y direction along the reference plane and in the minute Qz direction around the reference plane by a position control system (not shown).

装置性能の指標の一つに1時間あたりのウエハ処理枚数で表されるスループットがある。高スループットを達成するために、ステージには高速移動が要求され、移動の際の加減速が大きくなってきている。図2の従来の空芯型のローレンツ力を用いたリニアモータでは加減速時に大推力を出すと、コイル部での発熱が非常に大きくなる。この発熱がステージ構造体に伝わってしまうと、ステージやレチクル自体が熱膨張をおこし、露光の重ねあわせ精度を悪化させてしまう。また、大電流を流すための電気系設備にも負担が大きくなる。   One index of apparatus performance is the throughput expressed by the number of wafers processed per hour. In order to achieve high throughput, the stage is required to move at high speed, and acceleration / deceleration during movement is increasing. In the conventional linear motor using the air-core type Lorentz force of FIG. 2, if a large thrust is generated during acceleration / deceleration, heat generation in the coil portion becomes very large. When this heat generation is transmitted to the stage structure, the stage and the reticle itself undergo thermal expansion, which deteriorates the exposure overlay accuracy. In addition, the burden on the electrical equipment for passing a large current also increases.

低発熱で大推力を発生できるリニアモータの構成として、図3に示すような鉄心型のリニアモータが提案されている。このリニアモータの固定子50は櫛歯状の珪素鋼薄板を積層にして構成された鉄心51にコイル52が巻かれている。可動子53は永久磁石54をその極性が交互になるように並べて構成されている。永久磁石54と鉄心51の間には吸引力が発生するので、これを相殺するために可動磁石54を上下から挟み込む形で固定子を配置している。この形のリニアモータでは、同程度の大きさのローレンツ型リニアモータにくらべて発熱量を数十分の1以下にすることが出来る。   As a configuration of a linear motor capable of generating a large thrust with low heat generation, an iron core type linear motor as shown in FIG. 3 has been proposed. In the stator 50 of this linear motor, a coil 52 is wound around an iron core 51 formed by laminating comb-like silicon steel thin plates. The mover 53 is configured by arranging permanent magnets 54 so that their polarities are alternately arranged. Since an attractive force is generated between the permanent magnet 54 and the iron core 51, the stator is arranged in such a manner that the movable magnet 54 is sandwiched from above and below in order to offset this. In this type of linear motor, the calorific value can be reduced to several tenths or less compared to a Lorentz type linear motor of the same size.

露光装置の加減速用リニアモータは可動磁石型となっている場合が多い。このような構成の場合、駆動用の電線は固定子(ステータ)側で良いため電線の部分にストレスがかからず断線の心配がなく、また発熱も固定子側なので冷媒による冷却等も容易であるという特徴があり、高い信頼性と精度が要求される半導体製造装置を含めた多様な分野で好適である。   The acceleration / deceleration linear motor of the exposure apparatus is often a movable magnet type. In such a configuration, the driving wire may be on the stator (stator) side, so there is no stress on the wire part and there is no fear of disconnection, and heat generation is also on the stator side, so cooling with refrigerant is easy. It is suitable for various fields including a semiconductor manufacturing apparatus that requires high reliability and accuracy.

また、半導体露光装置においては、スループット向上のため、原版を転写する基板であるところのウエハサイズの大型化と、リニアモータに要求される加速力および最大速度の向上が求められている。こうした背景から、ムーバのサイズに比べて長いストロークを必要とされるため、複数のコイル対が必要となる。その際、コイル対を全て同じ電流ドライバに接続すれば、推力を発生することが可能になるが、ムーバの磁界の及ばないコイルは推力を発生せずコイルの電気抵抗による損失(発熱)のみとなるため、モータの効率は極端に低いものとなってしまう。それを防ぐため、各コイル対にそれぞれ電流ドライバを接続し、各コイルに接続された電流ドライバの電流指令値を個別に与えられるようにして、ムーバの磁界の及ばないコイルには電流を流さない方法が考えられる。この方法は、コイル対の数だけ電流ドライバと指令値生成部が必要となり、コストがストロークに比例して増大する関係となるため、長いストロークの場合には採用できない。そこで、ムーバの磁界の範囲にあるコイルのみ選択的に電流を流すように各コイルにリレー等を介して電流ドライバを接続する技術を用いることによってこの問題を解決している(特許文献1、特許文献2)。   Further, in a semiconductor exposure apparatus, in order to improve throughput, an increase in wafer size, which is a substrate to which an original is transferred, and an improvement in acceleration force and maximum speed required for a linear motor are required. From such a background, a long stroke is required compared to the size of the mover, and thus a plurality of coil pairs are required. At that time, if all the coil pairs are connected to the same current driver, it becomes possible to generate a thrust, but a coil that does not reach the magnetic field of the mover does not generate a thrust and only a loss (heat generation) due to the electrical resistance of the coil. Therefore, the efficiency of the motor becomes extremely low. In order to prevent this, a current driver is connected to each coil pair so that the current command value of the current driver connected to each coil can be given individually, so that no current flows through the coil that does not reach the magnetic field of the mover. A method is conceivable. This method requires current drivers and command value generation units as many as the number of coil pairs, and the cost increases in proportion to the stroke. Therefore, this method cannot be employed in the case of a long stroke. Therefore, this problem is solved by using a technique in which a current driver is connected to each coil via a relay or the like so that only a coil in the range of the magnetic field of the mover selectively flows (Patent Document 1, Patent). Reference 2).

この際に問題となるのが位置計測手段の初期化方法である。露光装置のような高精度・長ストロークの位置計測手段としては、レーザ干渉計やエンコーダなどの分解能の高いインクリメンタル方式の位置計測手段を用いて制御系が構成される。この場合、初期状態やリセット直後の状態においては、位置検出手段によってステージ位置の変化量は検出できるが、ステージの絶対位置を知ることができない状態にある。通電コイル選択の必要のないシステムであれば、相対的な変位情報をもってステージを駆動せしめ、初期化を行うことが可能であるが、通電コイル選択を伴うシステムにおいては、絶対位置を測定し、通電すべきコイルを選択する必要がある。つまり選択・通電すべきコイルを決定できない状態ではステージを駆動することができない。   In this case, there is a problem with the initialization method of the position measuring means. As a high-precision, long-stroke position measuring unit such as an exposure apparatus, a control system is configured using an incremental type position measuring unit with high resolution such as a laser interferometer or an encoder. In this case, in the initial state or the state immediately after resetting, the change amount of the stage position can be detected by the position detecting means, but the absolute position of the stage cannot be known. If the system does not require electrifying coil selection, the stage can be driven with relative displacement information and initialization can be performed. However, in a system that involves electrifying coil selection, the absolute position is measured and energized. It is necessary to select a coil to be used. That is, the stage cannot be driven in a state where the coil to be selected / energized cannot be determined.

このような問題を解決する手段として特許文献3や特許文献4などの方法が開示されている。これらの技術によってステージの絶対位置を検出し、コイルを選択してステージを初期化することができる。
特開平6−284785号公報 特開平8−111998号公報 特開平5−64487号公報 特開平11−316607号公報
As means for solving such a problem, methods such as Patent Document 3 and Patent Document 4 are disclosed. With these techniques, the absolute position of the stage can be detected and the coil can be selected to initialize the stage.
JP-A-6-284785 Japanese Patent Laid-Open No. 8-1111998 JP-A-5-64487 JP-A-11-316607

しかしながら、上記従来のステージ位置決め装置においては、Qz方向の位置決め制御は、X方向の静圧ガイドによる拘束を受ける構成で実現されるため、Qz方向の位置制御系の動的な剛性は、静圧ガイドの剛性と、ステージの自重で決まる固有振動の影響を大きく受ける。レチクルサイズ大型化に伴うステージの大型化に伴い、固有振動数は下がる傾向にある。このため、従来技術ではQz方向に対して高精度な位置決め制御が行えない、という問題点があった。加えて、このような静圧パッドによる機構構成の場合、X方向の位置決め制御は不可能であり、X方向の位置決めが必要となる位置決め装置には用いることができないという点も問題であった。   However, in the above-described conventional stage positioning apparatus, since the positioning control in the Qz direction is realized by a configuration that is restrained by the static pressure guide in the X direction, the dynamic rigidity of the position control system in the Qz direction is static pressure. It is greatly affected by the natural vibration determined by the rigidity of the guide and the weight of the stage. The natural frequency tends to decrease with the increase in the size of the stage as the reticle size increases. For this reason, the conventional technique has a problem that high-precision positioning control cannot be performed in the Qz direction. In addition, in the case of such a mechanism configuration using a static pressure pad, positioning control in the X direction is impossible, and it cannot be used for a positioning device that requires positioning in the X direction.

また、上記従来の問題点を解決するために、X方向の静圧ガイドをなくし、代わりにX方向にもリニアモータを設けてX方向に位置決め制御を行う方法も考えられる。しかしながら、この方法ではレチクルサイズ大型化に伴うステージのY方向可動範囲の増加に対応するため、Y方向の全可動範囲をカバーする固定コイルもしくは固定磁石を配置する必要が出てくる。このため、長尺の固定子コイルもしくは固定子コイルが必要となる。したがって静圧パッド方式のようにコンパクトにステージ空間内に配置することが困難となり、ステージサイズの増加とステージ固有振動数の低下による制御帯域の低下を発生させる、という問題点があった。   In order to solve the above-mentioned conventional problems, a method of eliminating the static pressure guide in the X direction and providing a linear motor in the X direction instead to perform positioning control in the X direction is also conceivable. However, in this method, it is necessary to dispose a fixed coil or a fixed magnet that covers the entire movable range in the Y direction in order to cope with an increase in the movable range in the Y direction of the stage as the reticle size increases. For this reason, a long stator coil or a stator coil is required. Therefore, it is difficult to arrange in the stage space in a compact manner as in the static pressure pad method, and there is a problem that the control band is reduced due to the increase in the stage size and the decrease in the natural frequency of the stage.

また、高推力実現のために用いられる鉄心リニアモータは、ステージ位置に依存したコギング力を発生し、これによって位置決め特性の劣化をもたらす恐れがある。これに対しては、テーブル補正によって効果的にコギングの影響を除去可能である。しかし、露光装置においてさらなる高精度化が求められる中で、こうしたテーブル補正によるフィードフォワード的方法だけでは十分な精度が得にくくなってきている。フィードフォワード的方法と併用する形で、より効果的なフィードバック機構・制御系を構成し、さらなるコギング力の抑制が必要となってきている。   Further, the iron core linear motor used for realizing the high thrust generates a cogging force depending on the stage position, which may cause deterioration in positioning characteristics. For this, the influence of cogging can be effectively removed by table correction. However, as the exposure apparatus is required to have higher accuracy, it is difficult to obtain sufficient accuracy only by such a feedforward method using table correction. A more effective feedback mechanism / control system is constructed in combination with the feedforward method, and further suppression of cogging force is required.

また、従来技術で説明したレチクルステージにおけるY方向リニアモータのような、長ストローク移動を行う軸については、固定子コイル切り替えによる磁石稼動子型のリニアモータを用いることが多い。このような場合、前述のようにコイル切り替えを行わない方式に比べて絶対位置情報が必要なために、ステージの初期化が難しくなる。このためコイル切り替えを行う制御軸を含むステージの場合、そのステージ全体の初期化技術を確立することが重要となる。   In addition, for a shaft that performs long stroke movement, such as the Y-direction linear motor in the reticle stage described in the prior art, a magnet actuator type linear motor that switches stator coils is often used. In such a case, it is difficult to initialize the stage because absolute position information is required as compared with the method that does not perform coil switching as described above. For this reason, in the case of a stage including a control axis for switching coils, it is important to establish an initialization technique for the entire stage.

以上説明したように、従来のステージに比べて、X方向およびQz方向について、より高帯域の制御系が実現できる機構系およびその位置決め制御技術と、これに対する初期化技術の確立が求められていた。   As described above, compared with the conventional stage, there has been a demand for establishment of a mechanism system that can realize a higher-band control system in the X direction and the Qz direction, a positioning control technique thereof, and an initialization technique for the mechanism system. .

このような上記従来技術における課題に鑑み、本発明においては、以下の手段を用いる。   In view of such a problem in the prior art, the following means are used in the present invention.

1)可動体外の固定部に設けられた少なくとも2つのX方向の基準面と、前記2つのX方向基準面に対向して前記可動体に配置される、前記可動体および前記基準面との間にX方向の力を発生せしめる少なくとも2組の電磁石とを設け、可動体のX方向の位置制御を前記少なくとも2組の電磁石によって行うことによって、Qz方向のメカ共振の制約のない制御系を実現する。   1) Between at least two X-direction reference planes provided in a fixed portion outside the movable body and the movable body and the reference plane disposed on the movable body facing the two X-direction reference planes. Is provided with at least two sets of electromagnets that generate force in the X direction, and control of the position of the movable body in the X direction is performed by the at least two sets of electromagnets, thereby realizing a control system free from restrictions on mechanical resonance in the Qz direction. To do.

2)また、上記構成におけるQz方向の位置決め制御の冗長性(リニアモータもしくは電磁石のいずれか一方で位置決め制御を行えばよいため)を利用して、一方を位置決め制御に用い、残る一方をQz方向の速度制御を行うように制御系を構成することによって、さらに安定性および制御精度の高いQz方向の位置決め制御系を実現する。   2) Further, using the redundancy of positioning control in the Qz direction in the above configuration (because positioning control may be performed by either the linear motor or the electromagnet), one is used for positioning control, and the other is used in the Qz direction. By configuring the control system to perform the speed control, a positioning control system in the Qz direction with higher stability and control accuracy is realized.

3)さらに、可動体に対するX方向の位置計測手段の初期化を、前記電磁石の少なくとも1つによって前記X方向基準面に吸着させた状態で行い、その後に電磁石によってX方向のサーボをかけてX方向のガイドとして機能させた後に、Y方向の位置計測手段の初期化を行う。   3) Further, initialization of the position measuring means in the X direction with respect to the movable body is performed in a state of being attracted to the X direction reference plane by at least one of the electromagnets, and then the X direction servo is applied by the electromagnet. After functioning as a direction guide, the Y-direction position measuring means is initialized.

本発明によれば、従来一般的に用いられている一方向に長ストロークの移動を行う制御軸を含む2軸もしくは3軸タイプのステージ機構およびその制御機構に比べて、より高帯域の制御系が実現できる機構系およびその位置決め制御技術と、これに対する安定的な初期化技術を実現することが可能となる。   According to the present invention, a higher-band control system than a two-axis or three-axis type stage mechanism including a control axis that performs a long stroke movement in one direction generally used in the related art and its control mechanism. It is possible to realize a mechanism system capable of realizing the above, a positioning control technique thereof, and a stable initialization technique.

(第一の実施例)
図1に本発明の実施例に係るレチクルステージの平面図であり、この図において、1は定盤、2はステージ、3および4はYL、YRリニアモータ可動子、5および6はYL、YRリニアモータ固定子、7〜9はYL、YR、X干渉計、10、11はYL、YRコーナーキューブ、12、13はXL、XR基準面、14〜17はXL1、XR1、XL2、XR2電磁石、18はバーミラーであり、従来と同様のものには同一の符号を付している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view of a reticle stage according to an embodiment of the present invention. In this figure, 1 is a surface plate, 2 is a stage, 3 and 4 are YL and YR linear motor movers, and 5 and 6 are YL and YR. Linear motor stator, 7-9 are YL, YR, X interferometers, 10, 11 are YL, YR corner cubes, 12, 13 are XL, XR reference planes, 14-17 are XL1, XR1, XL2, XR2 electromagnets, Reference numeral 18 denotes a bar mirror, and the same reference numerals are given to the same ones as in the prior art.

次に本実施例において、レチクルステージ本体には定盤1の上面との間に不図示の静圧パッドによる静圧案内が設けられており、レチクルステージはXY平面内を拘束なく運動自由に支持されている。レチクルステージ本体には不図示のレチクルチャックによりレチクルが搭載される。レチクルステージ上には2つのコーナーキューブ10、11が設けられており、レーザ干渉計7、8からの計測光を反射し、レチクルステージ2の2点のY方向変位が計測される。X方向の計測はステージ上に搭載されたバーミラーとX方向のレーザ干渉計によって行う。これら計測手段によりステージ重心位置のX、Y方向およびQz方向の位置が算出される。   Next, in this embodiment, the reticle stage main body is provided with a static pressure guide by a static pressure pad (not shown) between the upper surface of the surface plate 1 and the reticle stage supports the XY plane freely without restriction. Has been. A reticle is mounted on the reticle stage body by a reticle chuck (not shown). Two corner cubes 10 and 11 are provided on the reticle stage, and the measurement light from the laser interferometers 7 and 8 is reflected to measure the Y-direction displacement at two points of the reticle stage 2. Measurement in the X direction is performed by a bar mirror mounted on the stage and a laser interferometer in the X direction. These measurement means calculate the positions of the center of gravity of the stage in the X, Y and Qz directions.

レチクルステージの両側には磁石から構成される可動子3、4が設けられ、ステージ定盤と同じ構造体に取り付けられているコイルから構成される固定子5、6とにより、ローレンツ力を用いたリニアモータが構成されている。これらの左右2つのリニアモータによりレチクルステージは基準面に沿ったY方向および基準面を中心としたQz方向に駆動力を与えることができる。これにより不図示の制御手段を用いてレチクルステージのYおよびQz方向の制御が可能となる。   Movers 3 and 4 made of magnets are provided on both sides of the reticle stage, and Lorentz force is used by stators 5 and 6 made of coils attached to the same structure as the stage surface plate. A linear motor is configured. With these two left and right linear motors, the reticle stage can apply a driving force in the Y direction along the reference plane and in the Qz direction centered on the reference plane. As a result, the Y and Qz directions of the reticle stage can be controlled using control means (not shown).

さらにレチクルステージには、ステージ定盤の2つのX方向基準側面に対向する形で、X方向に吸着力を発生する電磁石14〜17が設けられている。   Further, the reticle stage is provided with electromagnets 14 to 17 that generate an attracting force in the X direction so as to face the two X direction reference side surfaces of the stage surface plate.

電磁石自身は単純な一方向の吸着力を発生するだけなので、これをアクチュエータとして用いるために、2つの基準面に設けられた、対向する2つの電磁石によって1組のアクチュエータとして用いことになる。本実施例ではこのような電磁石が2組設けられており、2つのX方向アクチュエータとして機能する。この2組の電磁石により、不図示の制御手段を用いてレチクルステージのX方向およびQz方向の制御が可能となる。   Since the electromagnet itself generates only a simple unidirectional attracting force, in order to use it as an actuator, it is used as a set of actuators by two opposing electromagnets provided on two reference surfaces. In this embodiment, two sets of such electromagnets are provided and function as two X-direction actuators. The two sets of electromagnets enable control of the reticle stage in the X and Qz directions using a control means (not shown).

このような電磁石を用いた機構系においては、従来の静圧パッドを用いたガイド機構のような、機構系の剛性に起因した機械共振は発生しない。したがって、Qz方向のサーボ帯域は、従来の機構系に比べて高く設定することが出来、高精度な位置決めが可能となる。   In a mechanical system using such an electromagnet, mechanical resonance due to the rigidity of the mechanical system does not occur unlike a conventional guide mechanism using a static pressure pad. Therefore, the servo band in the Qz direction can be set higher than that of the conventional mechanism system, and positioning with high accuracy is possible.

また、リニアモータを用いてX方向のサーボ機構を実現する場合、Y方向に長ストローク移動するレチクルステージ機構の関係上、Qz方向のサーボ機構をX方向のリニアモータで実現することは困難であった。これに対して本発明によれば、Qz方向のサーボ機構としては、双胴型のYリニアモータで実現できるのに加え、X方向の電磁石によっても容易に実現できる。この冗長性を利用して、本発明においては、Y方向のリニアモータもしくはX方向の電磁石の一方でQz方向の位置をかけると同時に、残る一方でQz方向の速度制御をかけることが可能である。これによってQzサーボ機構として、速度フィードバックつきの位置サーボ機構を実現することが出来る。これにより、上記従来方法における課題の1つであったコギング力の一層の低減を可能とし、より高精度の位置決め機構が可能となると同時に、サーボ系の高帯域化が可能となる。   Further, when realizing a servo mechanism in the X direction using a linear motor, it is difficult to realize the servo mechanism in the Qz direction with a linear motor in the X direction because of the reticle stage mechanism that moves in a long stroke in the Y direction. It was. On the other hand, according to the present invention, the servo mechanism in the Qz direction can be easily realized by an electromagnet in the X direction in addition to being realized by a twin-barrel type Y linear motor. By utilizing this redundancy, in the present invention, it is possible to apply the position in the Qz direction while applying one of the Y-direction linear motor or the X-direction electromagnet and at the same time apply the speed control in the Qz direction. . As a result, a position servo mechanism with speed feedback can be realized as the Qz servo mechanism. As a result, the cogging force, which is one of the problems in the conventional method, can be further reduced, and a higher-accuracy positioning mechanism can be realized, and at the same time, the servo system can be increased in bandwidth.

さらに、X方向のサーボをX方向のリニアモータで実現した場合に比べて、よりコンパクトな寸法で機構系を実現できるため、機構系の高剛性化が実現出来る。   Furthermore, since the mechanism system can be realized with a more compact size than when the X-direction servo is realized by an X-direction linear motor, the mechanism system can be made highly rigid.

以上に述べた効果によって、本発明によって、より高精度かつロバストな位置決め制御が可能となる。   Due to the above-described effects, the present invention enables more accurate and robust positioning control.

次に本レチクルステージの初期化について説明する。   Next, initialization of the reticle stage will be described.

前章で説明したように、レチクルステージのY方向リニアモータのような、長ストローク移動を行う軸については、固定子コイル切り替えによる磁石稼動子型のリニアモータを用いることが多い。このような場合、前述のようにコイル切り替えを行わない方式に比べてステージの初期化が難しくなる。このためコイル切り替えを行う制御軸を含むステージの場合、そのステージ全体の初期化技術を確立することが重要となる。   As described in the previous chapter, a magnet actuating linear motor by switching a stator coil is often used for an axis that performs long stroke movement, such as a Y-direction linear motor of a reticle stage. In such a case, it is difficult to initialize the stage as compared with the method that does not perform coil switching as described above. For this reason, in the case of a stage including a control axis for switching coils, it is important to establish an initialization technique for the entire stage.

本実施例では、以下の手順によってこれを実現する。   In the present embodiment, this is realized by the following procedure.

(1)前記可動体のX方向の位置計測手段の初期化を、前記電磁石の少なくとも1つによって前記X方向基準面に吸着させた状態で行う。   (1) The X-direction position measuring unit of the movable body is initialized in a state where it is attracted to the X-direction reference plane by at least one of the electromagnets.

(2)前記可動体のX方向の位置計測手段の初期化後に、2組の電磁石で前記可動体のX方向の位置決めを行う。   (2) After the initialization of the position measuring means of the movable body in the X direction, the movable body is positioned in the X direction with two sets of electromagnets.

(3)さらに前記Y方向の位置計測手段の初期化を行う。   (3) Further, the position measuring means in the Y direction is initialized.

図4は、(1)の動作が完了した状態を示している。つまり、XR1、XR2の2つの電磁石によって、XR基準面にレチクルステージを吸着させた状態である。この状態で、Xレーザ干渉計による計測位置データを適切な初期値にセットすることによって、X方向の干渉計の初期化は完了する。   FIG. 4 shows a state in which the operation (1) is completed. That is, the reticle stage is attracted to the XR reference plane by two electromagnets XR1 and XR2. In this state, initialization of the X-direction interferometer is completed by setting the measurement position data by the X laser interferometer to an appropriate initial value.

その後、吸着状態を解除し、(2)の手順により対向するXR1、XL1の組およびXR2、XL2の組の2組の電磁石アクチュエータによって、レチクルステージとXR、XL基準面とのギャップを一定に保つようサーボ系を構成する。   Thereafter, the attracted state is released, and the gap between the reticle stage and the XR and XL reference planes is kept constant by the two sets of electromagnetic actuators XR1 and XL1 and XR2 and XL2 that face each other according to the procedure (2). The servo system is configured as follows.

この状態でレチクルステージは電磁石によるガイド機構により、Y方向に自由に移動可能な状態となっている。この段階で(3)に示すように、Y方向の位置計測手段の初期化を行う。Y方向の位置計測手段の初期化方法としては、公知の方法を用いることにより、容易に実現可能である。   In this state, the reticle stage is freely movable in the Y direction by an electromagnet guide mechanism. At this stage, as shown in (3), the position measuring means in the Y direction is initialized. As an initialization method of the position measuring means in the Y direction, it can be easily realized by using a known method.

なお、電磁石の吸着力は強いギャップに依存した非線形性を有するため、通常のリニアモータに比べて、サーボ系として安定して使えるストローク範囲が狭い。そこで、各々の電磁石位置におけるギャップ値を算出し、上記ギャップ依存の非線形性を補正することもできる。   In addition, since the attractive force of the electromagnet has nonlinearity depending on a strong gap, the stroke range that can be stably used as a servo system is narrower than that of a normal linear motor. Therefore, the gap value at each electromagnet position can be calculated to correct the gap-dependent nonlinearity.

ただし、このギャップ値を算出するには、ステージのXYQzの絶対位置情報が必要となるため、Y干渉計の干渉計の初期化が完了しない状態では、上記非線性の補正は行えず、初期化動作後に可能となる。   However, in order to calculate the gap value, the absolute position information of the XYQz of the stage is required. Therefore, in the state where the initialization of the interferometer of the Y interferometer is not completed, the non-linearity correction cannot be performed and the initialization is performed. It becomes possible after operation.

(その他の実施例)
上記第一実施例においては、レチクルステージのX方向の位置計測手段としてレーザ干渉計を用いていたが、静電容量センサなどのギャップセンサを用いても、全く同様にして本発明を実現可能である。
(Other examples)
In the first embodiment, the laser interferometer is used as the position measuring means in the X direction of the reticle stage. However, the present invention can be realized in exactly the same manner by using a gap sensor such as a capacitance sensor. is there.

なお、その場合には第一実施例で説明したギャップ計算は不要なため、前記ステージ初期化における手順(2)の段階から電磁石のギャップに依存した非線形性を補正し、よりロバストな制御系を構成しつつ初期化動作を行うことが可能となる。   In this case, since the gap calculation described in the first embodiment is unnecessary, the nonlinearity depending on the gap of the electromagnet is corrected from the step (2) in the stage initialization, and a more robust control system is realized. It is possible to perform the initialization operation while configuring.

本発明の第一の実施例に係るレチクルステージ装置の実施例の平面図である。It is a top view of the Example of the reticle stage apparatus based on the 1st Example of this invention. 従来技術に係るレチクルステージ装置の実施例の平面図である。It is a top view of the Example of the reticle stage apparatus based on a prior art. 鉄心型リニアモータを示す図である。It is a figure which shows an iron core type linear motor. ステージ初期化における吸着状態を示す図である。It is a figure which shows the adsorption | suction state in stage initialization.

符号の説明Explanation of symbols

1 定盤
2 ステージ
3 YLリニアモータ可動子
4 YRリニアモータ可動子
5 YLリニアモータ固定子
6 YRリニアモータ固定子
7 YL干渉計
8 YR干渉計
9 X干渉計干渉計
10 YLコーナーキューブ
11 YRコーナーキューブ
12 XL基準面
13 XR基準面
14 XL1電磁石
15 XR1電磁石
16 XL2電磁石
17 XR2電磁石
18 バーミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface plate 2 Stage 3 YL linear motor mover 4 YR linear motor mover 5 YL linear motor stator 6 YR linear motor stator 7 YL interferometer 8 YR interferometer 9 X interferometer interferometer 10 YL corner cube 11 YR corner Cube 12 XL reference plane 13 XR reference plane 14 XL1 electromagnet 15 XR1 electromagnet 16 XL2 electromagnet 17 XR2 electromagnet 18 Bar mirror

Claims (5)

XY平面内を移動する可動体に対する制御装置であって、
Y方向の双胴型のリニアモータと、可動体外の固定部に設けられた少なくとも2つのX方向の基準面と、前記2つのX方向基準面に対向して前記可動体に配置される、前記可動体および前記基準面との間にX方向の力を発生せしめる少なくとも2組の電磁石と、前記可動体の少なくともXYQz3自由度の位置を計測する位置計測手段とを有し、可動体のX方向の位置制御を前記少なくとも2組の電磁石によって行うことを特徴とする前記制御装置。
A control device for a movable body that moves in an XY plane,
A Y-coordinated linear motor, at least two X-direction reference planes provided on a fixed portion outside the movable body, and disposed on the movable body facing the two X-direction reference planes, And at least two sets of electromagnets that generate a force in the X direction between the movable body and the reference surface, and a position measuring unit that measures a position of at least XYQz3 degrees of freedom of the movable body, and the X direction of the movable body The position control is performed by the at least two sets of electromagnets.
前記可動体に対するQz方向の位置制御を前記少なくとも2組の電磁石によって行うことを特徴とする前記請求項1の制御装置。   2. The control device according to claim 1, wherein position control in the Qz direction with respect to the movable body is performed by the at least two sets of electromagnets. 前記Y方向の双胴型のリニアモータもしくは前記少なくとも2組の電磁石のいずれかによって前記可動体に対するQz方向の速度制御を行うことを特徴とする前記請求項1の制御装置。   2. The control device according to claim 1, wherein speed control in the Qz direction with respect to the movable body is performed by either the Y-direction double-bore type linear motor or the at least two sets of electromagnets. 前記可動体のX方向の位置計測手段の初期化を、前記電磁石の少なくとも1つによって前記X方向基準面に吸着させた状態で行うことを特徴とする前記請求項1の制御装置。   2. The control device according to claim 1, wherein initialization of the position measuring means in the X direction of the movable body is performed in a state where the movable body is attracted to the reference plane in the X direction by at least one of the electromagnets. 前記可動体のX方向の位置計測手段の初期化後に、前記X方向の少なくとも2組の電磁石で前記可動体の少なくともX方向の位置決めを行い、電磁石を少なくともX方向のガイドとして機能せしめた後に、前記Y方向の位置計測手段の初期化を行うことを特徴とする前記請求項4の制御装置。   After initializing the position measuring means in the X direction of the movable body, positioning the movable body with at least two sets of electromagnets in the X direction at least in the X direction, and allowing the electromagnet to function as at least a guide in the X direction, 5. The control device according to claim 4, wherein the Y-direction position measuring means is initialized.
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