JP2005307993A

JP2005307993A - 可変絞り静圧軸受を用いたステージ装置のキャリブレーション方法

Info

Publication number: JP2005307993A
Application number: JP2004121431A
Authority: JP
Inventors: Choshoku Sai; 長植崔
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-04-16
Filing date: 2004-04-16
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】構造体に加わる変動力を静圧軸受の絞り抵抗を制御することにより打ち消す可変絞り軸受において、可変絞り軸受に内蔵されたアクチュエータの初期設定位置が時間の経過に伴って変化することにより前記可変絞り静圧軸受と構造体とのすきまが変化してしまう。
【解決手段】移動体を非接触に支持し、構造体に加わる変動力を静圧軸受の絞り抵抗を制御することにより打ち消す可変絞り軸受において、可変絞り軸受に内蔵されたアクチュエータの初期設定位置が時間の経過に伴って変化することにより生じる前記可変絞り静圧軸受と構造体とのすきまの変化を随時、若しくは定期的に補正してほぼ初期設定の軸受すきまになるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種測定器、機械加工装置および半導体リソグラフィ工程で用いる投影露光装置などにおいてウエハもしくはレチクル等の基板を高速、高精度で移動、位置決めをするステージ装置に関するものである。特に真空内の使用にも好適なものである。

ステージ装置を高加速減速、且つ高精度で移動、位置決めするために、図１０のような可変絞り静圧軸受装置が提案されている。不図示の高圧気体源から供給される高圧気体はシャッター５５のすきまｈｓを通って静圧軸受５０の給気孔絞り５２に流れ、更に軸受すきまｈを通って周囲環境に放出される。シャッター５５はステージの加速減速に合わせて開閉され、これによってステージの慣性力を打ち消し、軸受すきまｈを常に必要な値に保つのである。シャッターの具体例として図１１のような従来例がある。バイモルフアクチュエータの先端を給気穴に非接触に対向させ、ステージの駆動パターンに合わせて図１１（ａ）のバイモルフアクチュエータを図面に垂直な方向に変位させる仕組みである。
特開平０８−０２８５６４号公報

しかしながら、上記従来例では以下のような問題の対策が開示されていない。シャッターとなっているアクチュエータはあるすきまｈｓを以って、給気穴に対向していて、且つステージの静止時、或いは等速移動時はある初期設定の位置に静止している。

しかし、図１２に示すように、時間の経過と共にアクチュエータはドリフトなどの原因で初期位置からずれてしまう現象が発生する。つまり、アクチュエータに初期設定位置に戻るように指令を出しても、時間の経過と共に初期位置からずれた位置に止まり、これによって、軸受すきまｈに流れる流量が変化し、結果的には軸受すきまｈが初期設定値より変わってしまう。軸受すきまｈの変化が大きくなると、ステージ全体の制御特性も変わってしまうので、所望の位置決め精度を出せなくなる恐れがある。

本発明はこれらの問題に鑑み、ステージ静止時、又は等速移動時のシャッター用アクチュエータの位置を随時、又は定期的にキャリブレーションする方法を提供することを目的としている。

本発明では、構造体に加わる変動力を静圧軸受の絞り抵抗を制御することにより打ち消す可変絞り軸受において、可変絞り軸受に内蔵されたアクチュエータの初期設定位置が時間の経過に伴って変化することにより生じる前記可変絞り静圧軸受と構造体とのすきまの変化を随時、若しくは定期的に補正してほぼ初期設定の軸受すきまになるようなキャリブレーション機能を備えさせる。

本発明によれば、シャッター型のアクチュエータを備えた可変絞り静圧気体軸受装置及びそれを用いたステージ装置の制御特性は経時変化の影響がほぼなくなり、常に安定した特性をもつ静圧軸受装置及びステージ装置を提供することができる。

以上説明したように、本発明のキャリブレーションの作業によって、本発明で使用される可変絞り静圧軸受装置は常に安定した制御特性をもち、従って位置きめ精度も劣化されることなく維持されるのである。

（第１実施例）
図１に本発明の可変絞り静圧軸受キャリブレーション方法の第１実施例を示す。

本発明の第１のキャリブレーション方法の主要部分は、シャッター型アクチュエータを内蔵した可変絞り静圧軸受２と、それに対向する部品１と、前記軸受の外周の適切な場所に取り付けた軸受すきまｈをモニターする非接触変位センサー３から構成される。

可変絞り軸受２には、高圧気体源から圧力計によって所望の圧力に調整され、流量計で消費流量をモニターされる。本実施例ではこの流量計を設置しなくてもよい。

本実施例のキャリブレーションの流れは図２に示す。非接触変位センサーから得られた軸受すきまｈの電気信号は変位信号アンプを通して変位値、若しくは変位値に相当する電圧に変換される。また、軸受の初期設定すきまｈｏ及び軸受すきまの変動許容値△ｈは予めて比較器に入力されていて、非接触変位センサーから得られた現在の時点での軸受すきまｈと比較され、その差（ｈ−ｈｏ）の絶対値が変位変動の許容値△ｈより大きければ、アクチュエータコントローラがアクチュエータに指令を出し、（ｈ−ｈｏ）≦△ｈになるようにアクチュエータの位置を調整する。

（第２実施例）
図３に本発明の可変絞り静圧軸受キャリブレーション方法の第２実施例を示す。

本発明の第２のキャリブレーション方法の主要部分は、シャッター型アクチュエータを内蔵した可変絞り静圧軸受２と、それに対向する部品１と、前記軸受の外周の適切な場所に取り付けた軸受すきまｈをモニターする非接触変位センサー３から構成される。

本実施例のキャリブレーションの流れは図４に示す。非接触変位センサーから得られた軸受すきまｈの電気信号は変位信号アンプを通して変位値、若しくは変位値に相当する電圧に変換される。また、軸受の初期設定すきまｈｏ及び軸受すきまの変動許容値△ｈは予めて比較器に入力されていて、非接触変位センサーから得られた現在の時点での軸受すきまｈと比較され、その差（ｈ−ｈｏ）の絶対値が変位変動の許容値△ｈより大きければ、圧力コントローラが圧力計に指令を出し、（ｈ−ｈｏ）≦△ｈになるように給気圧を調整することによって軸受すきまｈを初期値ｈｏの近傍に戻される。

（第３実施例）
図５に本発明の可変絞り静圧軸受キャリブレーション方法の第３実施例を示す。

本発明の第３のキャリブレーション方法の主要部分は、シャッター型アクチュエータを内蔵した可変絞り静圧軸受２と、それに対向する部品１と、前記軸受の消費流量をモニターし、且つ流量を制御できる流量計から構成される。

可変絞り軸受２には、高圧気体源から圧力計によって所望の圧力に調整され、流量計で消費流量をモニターされる。

本実施例のキャリブレーションの流れは図６に示す。給気圧が一定の場合における前記静圧軸受の消費流量Ｑと軸受すきまｈとの関係を、予め測定してデータテーブルを作成し、比較器に入力しておく。

流量計から得られた消費流量Ｑの電気信号は流量計信号アンプを通して比較器に入力される。そして、比較器の中で軸受の初期設定すきまｈｏ及び軸受すきまの変動許容値△ｈに対応する流量Ｑｏと比較され、その差（Ｑ−Ｑｏ）の絶対値が変位変動の許容値△Ｑより大きければ、流量コントローラが流量計に指令を出し、（Ｑ−Ｑｏ）≦△Ｑになるように軸受の消費流量を調整することによって軸受すきまｈを初期値ｈｏの近傍に戻される。

第３実施例では変位センサーを必要としないので、軸受装置周りのケーブルが少なくてすむといったメリットがある。

（第４実施例）
図７に本発明の可変絞り静圧軸受キャリブレーション方法の第４実施例を示す。

本発明の第４のキャリブレーション方法の主要部分は、シャッター型アクチュエータを内蔵した可変絞り静圧軸受２と、それに対向する部品１と、前記アクチュエータの位置をモニターする非接触変位センサーから構成される。ここで非接触変位センサーはアクチュエータの駆動方向に対向して配置する。

可変絞り軸受２には、不図示の高圧気体源から圧力計によって所望の圧力に調整される。消費流量をモニターする場合は給気通路における圧力計のあとに流量計が接続され、それから静圧軸受に給気される。

また、給気圧が一定の場合における前記静圧軸受のすきまｈと、非接触変位センサーからアクチュエータまでの距離Ｓとの関係、軸受すきまの変動許容値△ｈに対応するアクチュエータの位置変動の許容値△Ｓを予め測定してデータテーブルを作成し、比較器に入力しておく。

非接触変位センサーから得られたアクチュエータの位置情報Ｓの電気信号は変位信号アンプを通して変位値、若しくは変位値に相当する電圧に変換される。非接触変位センサーから得られた現在の時点でのアクチュエータの位置Ｓとアクチュエータの初期設定位置Ｓｏとが比較され、その差（Ｓ−Ｓｏ）の絶対値がアクチュエータの位置変動の許容値△Ｓより大きければ、アクチュエータコントローラがアクチュエータに指令を出し、（Ｓ−Ｓｏ）≦△Ｓになるようにアクチュエータの位置を調整する。この作業によって軸受すきまｈが初期設置すきまｈｏの近傍に戻される。

（第５実施例）
可変絞り静圧軸受を一軸方向に移動可能なステージ装置に適用した場合における本発明のキャリブレーション方法を第５実施例として図９に示す。

本実施例のステージ装置ではガイド用静圧軸受として可変絞り静圧軸受用い、ステージ定盤に対向する底パッド４個、横ガイドに対向する横パッド２個で構成されたシンプルなものを取り上げる。

底パッド４個はステージ定盤と対向するように可動体の下に配置され、所定のすきまｈｏ１を以って浮上している。同様に、横パッド２個は可動体の側面に配置され、横ガイドとの間に所定のすきまｈｏ２を以って浮上している。非接触変位センサーは底パッドのすきまモニター用に４個、横パッドのすきまモニター用に２個をそれぞれ可動体に取り付けてある。可動体は図９（ａ）で示すように、Ｙ方向のみで移動可能である。また、可動体の駆動には不図示の駆動装置で可動体に駆動力を作用させることによって実現するものとする。

時間の経過に伴い、可変絞りパッドの内部に設置してあるアクチュエータが初期設定値からずれると、軸受の消費流量が変化し、それによって軸受すきまが変化する。この変化を非接触変位センサーでピックアップし、その信号を変位計アンプに入力する。変位計アンプで変換された軸受すきまの値ｈ、もしくは軸受すきまに相当する電圧を比較器に入力し、すきまの初期設定値ｈｏ１、ｈｏ２と比較して、その差の絶対値がすきま変動の許容値△ｈより大きければ、すきまの変動の大きい可変絞り軸受ごとに、対応する指令値をアクチュエータコントローラからアクチュエータにそれぞれ出し、軸受すきまの変動量が許容値△ｈの範囲内に収まるように調整する。このようなきゃリブレーションによって軸受すきまは初期設定値の近傍に戻される。

ここで、キャリブレーションは可動体の静止中、若しくは移動中で行うことができる。

また、キャリブレーション精度をさらに高めるために、初期設定すきまを測定したときの可動体の位置に戻ってキャリブレーションを行う方が望ましい。これは可動体の位置によって、横ガイド、ステージ定盤の面精度、変形等の影響が異なるためで、いつも同じ位置でキャリブレーションを行うことによって、前記影響を同じくでき、キャリブレーション精度を高めうるのである。

第５の実施例のキャリブレーション方法は第１実施例をステージ装置に展開したものであり、当然ながら、第２−４の実施例のキャリブレーション方法もステージ装置に展開できる。

また、ステージ装置の形式及び用いた可変絞り静圧軸受の数量、配置等は第５の実施例で限定するものではない。

上述した実施例での非接触変位センサーは静電容量型変位計、渦電流型変位計、フォトニックス変位計などが使用可能である。

前記可変絞り静圧軸受装置のキャリブレーションは真空対応軸受にも適用できる。

本発明における第１実施例を示す図である。本発明における第１実施例のキャリブレーション流れを示す図である。本発明における第２実施例を示す図である。本発明における第２実施例のキャリブレーション流れを示す図である。本発明における第３の実施例を示す図である。本発明における第３実施例のキャリブレーション流れを示す図である。本発明における第４の実施例を示す図である。本発明における第４実施例のキャリブレーション流れを示す図である。本発明における第５の実施例を示す図である。従来例１を示す図である。従来例２を示す図である。本発明の課題を示す図である。

符号の説明

１軸受面に対向する部品
２可変絞り静圧軸受
３非接触変位センサー
４センサー保持部品
５軸受すきま
６給気穴
７バイモルフアクチュエータ
８非接触変位センサー
９可変絞り静圧軸受
１０可動体
１１ステージ定盤
１２横ガイド
５０静圧軸受
５２給気孔絞り
５５シャッター
６１給気通路
６２軸受部
６３給気穴
６４チップ
６５バイモルフアクチュエータ
６６シャッター
６７リード線
６８軸受隙間
６９軸受の対向面
７０初期位置
７１給気穴
７２アクチュエータ

Claims

移動体を非接触に支持し、構造体に加わる変動力を静圧軸受の絞り抵抗を制御することにより打ち消す可変絞り軸受において、可変絞り軸受に内蔵されたアクチュエータの初期設定位置が時間の経過に伴って変化することにより生じる前記可変絞り静圧軸受と構造体とのすきまの変化を随時、若しくは定期的に補正してほぼ初期設定の軸受すきまになるように制御することを特徴とするキャリブレーション方法。
請求項１に示す前記すきまの経時変化を制御する手段は、前記すきまの変化をモニターする非接触変位センサー等の測定手段を備え、且つその測定手段から得られた前期すきまの変化量に応じて前記アクチュエータの位置を適切に調整するように指令を出すアクチュエータコントローラを備えたことを特徴とするキャリブレーション方法。
請求項１に示す前記すきまの経時変化を制御する手段は、前記軸受すきまの変化をモニターする非接触変位センサー等の測定手段を備え、且つその測定手段から得られた前期すきまの変化量に応じて前記可変絞り静圧軸受の供給圧を適切に調整するように指令を出す圧力コントローラを備えたことを特徴とするキャリブレーション方法。
請求項１に示す前記すきまの経時変化を制御する手段は、前記可変絞り静圧軸受の消費流量をモニターにする流量計を前記可変絞り静圧軸受の給気通路に配置し、且つ前記流量計から得られた前記可変絞り静圧軸受の消費流量の変化量に応じて前記アクチュエータの位置を適切に調整するように指令を出す流量コントローラを備えたことを特徴とするキャリブレーション方法。
請求項１に示す前記すきまの経時変化を制御する手段は、前記アクチュエータの位置の変化をモニターする非接触変位センサー等の測定手段を備え、且つその測定手段から得られた前期アクチュエータの位置変化量に応じて前記アクチュエータの位置を適切に調整するように指令を出すアクチュエータコントローラを備えたことを特徴とするキャリブレーション方法。
請求項１〜５に示すキャリブレーション方法を用いた可変絞り静圧軸受装置を用いることを特徴とする位置決め用ステージ装置。
請求項６に示す位置決め用ステージ装置を用いることを特徴とする半導体露光装置。
請求項６に示す位置決め用ステージ装置を用いることを特徴とする機械加工装置。