JP2017181923A

JP2017181923A - Positioning stage device

Info

Publication number: JP2017181923A
Application number: JP2016071495A
Authority: JP
Inventors: 憲太郎野本; Kentaro Nomoto; 大輔矢島; Daisuke Yajima
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2017-10-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positioning stage device that is preferably used particularly in such uses requiring high positioning accuracy.SOLUTION: A reflector plate 322 is attached on a stage 2 that is provided to be movable in XY direction on a base board 1, and an interferometer main body 321 of an interferometer 32 is attached to the base board 1 via a holder 323 as a positional sensor for detecting the position of the stage 2 by irradiating a laser beam to the reflector plate 322 and capturing reflection light thereof. The holder 323 is fixed to the base board 1 at one end of a measurement direction, while holding the interferometer main body 321 at the other end. The length and linear thermal expansion coefficient in the measurement direction of the holder 323 are defined to cancel changes in the distance between the interferometer main body 321 and the reflector plate 322 caused by changes in environmental temperatures.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本願の発明は、露光装置等に使用される位置決めステージ装置に関するものである。 The invention of the present application relates to a positioning stage device used in an exposure apparatus or the like.

処理の対象物（以下、ワークという）をステージ上に載置して所定の位置に位置決めする位置決めステージ装置は、各種処理装置において盛んに使用されている。例えば、微細回路の形成等の目的で使用される露光装置は、露光のための光学系に対してワークを所定の位置に配置するため、位置決めステージ装置を搭載している。この種の用途の位置決めステージ装置は、露光するパターンの微細化の高精細化により高い位置決め性能が要求される。
特に、近年、二つのレーザー光をワーク上で重ね合わせて干渉させながら露光する二光束干渉露光装置が検討されている（特許文献２）。この種の露光装置では、ステップアンドリピートで干渉縞パターンの露光を行うため、サブミクロンからナノオーダー程度の特に高い位置決め性能が要求される。 2. Description of the Related Art Positioning stage devices that place an object to be processed (hereinafter referred to as a workpiece) on a stage and position it at a predetermined position are widely used in various processing apparatuses. For example, an exposure apparatus used for the purpose of forming a fine circuit or the like is equipped with a positioning stage device in order to place a workpiece at a predetermined position with respect to an optical system for exposure. A positioning stage device for this type of application is required to have high positioning performance due to high definition of the pattern to be exposed.
In particular, in recent years, a two-beam interference exposure apparatus that performs exposure while overlapping two laser beams on a workpiece to cause interference has been studied (Patent Document 2). In this type of exposure apparatus, since the interference fringe pattern is exposed step by step, a particularly high positioning performance from the submicron to the nano order is required.

特開２００２−３３３９２３号公報JP 2002-333923 A 特開２０１５−１７０７８０号公報JP2015-170780A

上記のように特に高いアライメント精度が要求されるようになると、機構を構成する部材の僅かな熱膨張も問題となり得る。このような用途の装置の場合、装置はクリーンルーム内に配置され、クリーンルームは温度制御されていて摂氏数度以内の範囲の温度に保たれているが、それでも不十分であり、クリーンルーム内に恒温チャンバーを設け、恒温チャンバー内に装置を配置している。恒温チャンバー内は、高性能の温度制御装置により僅か±０．２〜０．３℃以内の温度に制御されている。それでも、装置の動作時等に生じるごく僅かな熱による温度変化により、機構の構成部材の寸法がごく僅かに変化し、これが位置あわせ性能に影響を与える。
本願の発明は、このような課題を解決するために為されたものであり、上記のような特に高い位置合わせ精度が要求される用途において好適に使用される位置決めステージ装置を提供することを目的としている。 As described above, when particularly high alignment accuracy is required, slight thermal expansion of the members constituting the mechanism may be a problem. In the case of a device for such an application, the device is placed in a clean room, and the clean room is temperature controlled and kept at a temperature in the range of several degrees Celsius, but it is still insufficient and a constant temperature chamber is placed in the clean room. And the apparatus is placed in a constant temperature chamber. The inside of the constant temperature chamber is controlled to a temperature of only ± 0.2 to 0.3 ° C. by a high-performance temperature control device. Nevertheless, temperature changes due to very little heat generated during the operation of the device, etc., cause the dimensions of the structural members to change only slightly, which affects the alignment performance.
The invention of the present application has been made to solve such a problem, and an object of the invention is to provide a positioning stage device that is suitably used in the above-described applications requiring particularly high alignment accuracy. It is said.

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、
ベース盤と、
ベース盤上で少なくとも一方向に移動可能に設けられたステージと、
ステージの当該一方向での位置を検出する位置センサと、
ホルダーと
を備えており、
位置センサは、波動を放出するセンサ本体と、放出された波動を反射させてセンサ本体に戻す反射部とを有するものであって、センサ本体がベース盤に取り付けられていて反射部がステージに設けられているか、又はセンサ本体がステージに取り付けられていて反射部がベース盤に設けられており、
ホルダーは前記一方向の一端で固定され、前記一方向の他端でセンサ本体又は反射部を保持しており、
ホルダーの前記一方向の長さ及びホルダーの前記一方向の線熱膨張係数は、環境温度の変化によるセンサ本体と反射部との距離の変化をキャンセルするよう定められているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記位置センサは、センサ本体内に前記反射部とは別の参照用反射部を備えたレーザー干渉計であり、
前記ホルダーは、環境温度の変化により前記ベース盤が前記一方向に熱膨張する際の向きの手前側で固定され、先端側で前記センサ本体又は前記反射部を保持しているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記位置センサは、前記反射部として計測用反射部と参照用反射部とを前記センサ本体外に有するディファレンシャル型レーザー干渉計であり、
前記センサ本体は前記ベース盤に取り付けられており、
前記ホルダーは参照用反射部を保持していて計測用反射部はステージに設けられており、
前記ホルダーは、環境温度の変化により前記ステージが前記一方向に熱膨張する際の向きの手前側で前記ベース盤に固定され、先端側で参照用反射部を保持しているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記ホルダーは、線熱膨張係数の異なる材料を前記一方向において繋ぎ合わせて形成されたものであるという構成を有する。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 of the present application is
A base board,
A stage provided to be movable in at least one direction on the base board;
A position sensor for detecting the position of the stage in the one direction;
With a holder,
The position sensor has a sensor main body that emits a wave and a reflection part that reflects the emitted wave and returns it to the sensor main body. The sensor main body is attached to the base board and the reflection part is provided on the stage. Or the sensor body is attached to the stage and the reflecting part is provided on the base board,
The holder is fixed at one end in the one direction, and holds the sensor body or the reflection part at the other end in the one direction.
The length of the holder in one direction and the linear thermal expansion coefficient in the one direction of the holder are determined so as to cancel the change in the distance between the sensor body and the reflecting portion due to the change in the environmental temperature.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 2 is the laser interference apparatus according to claim 1, wherein the position sensor includes a reference reflecting portion different from the reflecting portion in the sensor body. And
The holder has a configuration in which the base board is fixed on the near side in the direction of thermal expansion in the one direction due to a change in environmental temperature, and the sensor main body or the reflecting portion is held on the tip side.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 3 is the configuration according to claim 1, wherein the position sensor includes a measurement reflection part and a reference reflection part as the reflection part outside the sensor body. A differential laser interferometer having
The sensor body is attached to the base board,
The holder holds a reference reflection part, and the measurement reflection part is provided on the stage,
The holder has a configuration in which the stage is fixed to the base board on the front side when the stage is thermally expanded in the one direction due to a change in environmental temperature, and the reference reflecting portion is held on the tip side.
In order to solve the above-mentioned problem, according to a fourth aspect of the present invention, in the structure according to any one of the first to third aspects, the holder is formed by joining materials having different linear thermal expansion coefficients in the one direction. It has the composition that it is.

以下に説明する通り、本願発明によれば、環境温度の変化によるセンサ本体と反射部との距離の変化がホルダーの熱膨張によってキャンセルされるので、熱膨張の影響でステージの位置を誤って判断してしまうエラーが無くなる。
また、請求項３の発明によれば、ディファレンシャル型レーザー干渉計が使用されているので、ベース盤の熱膨張の影響を考慮する必要がなくなる。このため、環境温度の変化による熱膨張の影響をキャンセルする設計が容易となる。
また、請求項４の発明によれば、線熱膨張係数の異なる異種材料の部材を繋ぎ合わせることでホルダーが形成されているので、環境温度の変化による熱膨張の影響をキャンセルする設計がより容易となる。 As described below, according to the present invention, since the change in the distance between the sensor body and the reflecting portion due to the change in the environmental temperature is canceled by the thermal expansion of the holder, the stage position is erroneously determined due to the influence of the thermal expansion. There is no error.
According to the invention of claim 3, since the differential laser interferometer is used, it is not necessary to consider the influence of the thermal expansion of the base board. For this reason, the design which cancels the influence of the thermal expansion by the change of environmental temperature becomes easy.
According to the invention of claim 4, since the holder is formed by joining members of different materials having different linear thermal expansion coefficients, it is easier to design to cancel the influence of thermal expansion due to changes in environmental temperature. It becomes.

第一の実施形態の位置決めステージ装置の正面断面概略図である。It is a front section schematic diagram of the positioning stage device of a first embodiment. 図１の位置決めステージ装置の平面概略図である。FIG. 2 is a schematic plan view of the positioning stage device of FIG. 1. 第一の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダー３１３，３２３の技術的意義について示した概略図である。It is the schematic shown about the technical significance of the holders 313,323 in the positioning stage apparatus of 1st embodiment. ホルダー３１３，３２３の長さの選定について示したグラフである。It is the graph shown about selection of the length of holder 313,323. 第一の実施形態の位置決めステージ装置の効果を確認した実験の結果を示した図である。It is the figure which showed the result of the experiment which confirmed the effect of the positioning stage apparatus of 1st embodiment. 第二の実施形態の位置決めステージ装置の正面断面概略図である。It is a front section schematic diagram of the positioning stage device of a second embodiment. 第二の実施形態の位置決めステージ装置の平面概略図である。It is a plane schematic diagram of the positioning stage apparatus of a second embodiment. 第二の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダー３３４，３４４の技術的意義について示した概略図である。It is the schematic shown about the technical significance of the holders 334 and 344 in the positioning stage apparatus of 2nd embodiment. 第二の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダーの設計例について示した図である。It is the figure shown about the design example of the holder in the positioning stage apparatus of 2nd embodiment. 第二の実施形態の位置決めステージ装置の効果について確認した実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the experiment confirmed about the effect of the positioning stage apparatus of 2nd embodiment. 第三の実施形態の位置決めステージ装置の主要部の概略図である。It is the schematic of the principal part of the positioning stage apparatus of 3rd embodiment. 第三の実施形態の技術的意義を示した図である。It is the figure which showed the technical significance of 3rd embodiment.

次に、本願発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、第一の実施形態の位置決めステージ装置の正面断面概略図であり、図２は図１の位置決めステージ装置の平面概略図である。図１に示す位置決めステージ装置は、前述したような露光装置に搭載されて露光対象であるワークＷの位置決めを行う装置となっている。したがって、図１には、露光装置全体の概略構成が示されている。但し、本願発明の位置決めステージ装置は、この用途に限定されるものではない。 Next, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described.
FIG. 1 is a schematic front sectional view of the positioning stage device of the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic plan view of the positioning stage device of FIG. The positioning stage apparatus shown in FIG. 1 is an apparatus that is mounted on the exposure apparatus as described above to position the workpiece W that is an exposure target. Therefore, FIG. 1 shows a schematic configuration of the entire exposure apparatus. However, the positioning stage device of the present invention is not limited to this application.

図１において、露光装置は、クリーンルーム内に設置された恒温チャンバー内に配置されている。図１に示すように、露光装置は、露光光学系６と、露光光学系６により所定のパターンの光が照射されている位置にワークＷを位置決めする位置決めステージ装置とを備えている。露光光学系６による所定のパターンの光照射位置は、所定の基準点に対して設定されている。以下、この基準点を露光中心と呼び、図１にＥで示す。
実施形態の位置決めステージ装置は、ベース盤１と、ベース盤１上で少なくとも一方向に移動可能に設けられたステージ２と、ステージ２の当該一方向での位置を検出する位置センサとを備えている。 In FIG. 1, the exposure apparatus is arranged in a constant temperature chamber installed in a clean room. As shown in FIG. 1, the exposure apparatus includes an exposure optical system 6 and a positioning stage device that positions a workpiece W at a position where a predetermined pattern of light is irradiated by the exposure optical system 6. The light irradiation position of a predetermined pattern by the exposure optical system 6 is set with respect to a predetermined reference point. Hereinafter, this reference point is referred to as an exposure center and is indicated by E in FIG.
The positioning stage device of the embodiment includes a base board 1, a stage 2 provided on the base board 1 so as to be movable in at least one direction, and a position sensor for detecting the position of the stage 2 in the one direction. Yes.

ベース盤１は、恒温チャンバーの床に設置された不図示の防振台上に搭載されている。ベース盤１は、いわゆる定盤となっており、歪み等が生じないように内部応力を十分に緩和させた部材である。この実施形態では、ベース盤１は、石製のもの（石定盤）となっている。この他、鋳物のような金属製の部材が使用されることもある。
ステージ２は、露光されるワークＷが上面に載置される部材である。ステージ２は、上面が光軸Ａに対して垂直となる姿勢で配置されている。上面には、ワークＷを吸着（真空吸着又は静電吸着）する機構が設けられている。 The base board 1 is mounted on an anti-vibration table (not shown) installed on the floor of the constant temperature chamber. The base plate 1 is a so-called surface plate, and is a member that sufficiently relaxes the internal stress so that distortion or the like does not occur. In this embodiment, the base board 1 is made of stone (stone surface board). In addition, a metal member such as a casting may be used.
The stage 2 is a member on which the workpiece W to be exposed is placed on the upper surface. The stage 2 is arranged in a posture in which the upper surface is perpendicular to the optical axis A. A mechanism for adsorbing the workpiece W (vacuum adsorption or electrostatic adsorption) is provided on the upper surface.

この実施形態では、ステージ２は、光軸Ａに対して垂直な面内において互いに直交する二つの方向（ＸＹ方向）に移動するものとなっており、ステージ２にはＸＹ移動機構４が付設されている。ＸＹ移動機構４は、Ｘ方向移動ガイド４１と、Ｙ方向移動ガイド４２とを含んでいる。例えば図１の紙面に垂直な方向をＸ方向とすると、Ｘ方向移動ガイド４１の上にＹ方向移動ガイド４２が搭載され、Ｙ方向移動ガイド４２の上にステージ２が搭載されている。Ｘ方向移動ガイド４１及びＹ方向移動ガイド４２は、例えばリニアモータを内蔵した構成とされる。Ｘ方向移動ガイド４１は、リニアモータによりＹ方向移動ガイド４２及びステージ２をＸ方向に移動させ、Ｙ方向移動ガイド４２はリニアモータによりステージ２をＹ方向に移動するよう構成される。 In this embodiment, the stage 2 moves in two directions (XY directions) perpendicular to each other in a plane perpendicular to the optical axis A, and the stage 2 is provided with an XY moving mechanism 4. ing. The XY movement mechanism 4 includes an X direction movement guide 41 and a Y direction movement guide 42. For example, assuming that the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 is the X direction, the Y direction movement guide 42 is mounted on the X direction movement guide 41, and the stage 2 is mounted on the Y direction movement guide 42. The X-direction movement guide 41 and the Y-direction movement guide 42 are configured to incorporate a linear motor, for example. The X direction movement guide 41 is configured to move the Y direction movement guide 42 and the stage 2 in the X direction by a linear motor, and the Y direction movement guide 42 is configured to move the stage 2 in the Y direction by a linear motor.

尚、この実施形態では、露光中心Ｅは露光光学系６の光軸Ａ上に設定されている。ＸＹ移動機構は、ステージ２のワーク載置面が露光中心Ｅを通り光軸Ａに垂直な面内で移動するようステージ２を移動させる機構となっている。
また、図２に示すように、露光装置はコントローラ５を備えている。コントローラ５は、ステージ２が位置すべき位置に従ってＸＹ移動機構４に制御信号に送り、ステージ２上のワークＷの位置決めを行う。即ち、コントローラ５は、ステージ２を露光中心に対して所定の位置に位置決めするための制御信号をＸＹ移動機構４に送る。ＸＹ移動機構４は、制御信号に従って駆動し、ステージ２を所定の位置に位置させる。 In this embodiment, the exposure center E is set on the optical axis A of the exposure optical system 6. The XY movement mechanism is a mechanism that moves the stage 2 so that the work placement surface of the stage 2 moves in a plane that passes through the exposure center E and is perpendicular to the optical axis A.
Further, as shown in FIG. 2, the exposure apparatus includes a controller 5. The controller 5 sends a control signal to the XY moving mechanism 4 according to the position where the stage 2 should be positioned, and positions the workpiece W on the stage 2. That is, the controller 5 sends a control signal for positioning the stage 2 to a predetermined position with respect to the exposure center to the XY movement mechanism 4. The XY moving mechanism 4 is driven according to the control signal, and positions the stage 2 at a predetermined position.

位置センサは、このような位置決めの監視、位置決めの精度をより高くする目的で配置されている。位置センサは、波動を放出して対象物に照射して反射させ、戻ってきた波動を捉えて位置を検出するセンサであり、センサ本体と、放出された波動を反射させてセンサ本体に戻す反射部とを有する。
より具体的には、この実施形態では、位置センサとしてレーザー干渉計３１，３２が使用されている。レーザー干渉計３１，３２は、干渉計本体３１１，３２１と、反射部としての反射板３１２，３２２とを有している。この実施形態では、レーザー干渉計３１，３２は、干渉計本体３１１，３２１内に参照用反射部を有する通常のタイプのものとなっている。反射板３１２，３２２は計測用であり、この実施形態では板状のものとなっている（以下、計測用反射板という）。 The position sensor is arranged for the purpose of monitoring the positioning and increasing the positioning accuracy. The position sensor is a sensor that emits a wave, irradiates and reflects the object, detects the position of the wave that has returned, and reflects the returned wave to the sensor body by reflecting the emitted wave. Part.
More specifically, in this embodiment, laser interferometers 31 and 32 are used as position sensors. The laser interferometers 31 and 32 have interferometer main bodies 311 and 321 and reflecting plates 312 and 322 as reflecting portions. In this embodiment, the laser interferometers 31 and 32 are of a normal type having a reference reflecting portion in the interferometer main bodies 311 and 321. The reflection plates 312 and 322 are for measurement, and in this embodiment are plate-shaped (hereinafter referred to as measurement reflection plates).

位置センサは、位置決めの監視及び位置決め精度向上の目的を達成するものであり、図２に示すようにＸ方向及びＹ方向にそれぞれ設けられている。以下、Ｘ方向用の干渉計本体３１１、計測用反射板３１２をＸ方向干渉計本体、Ｘ方向計測用反射板と呼び、Ｙ方向用の干渉計本体３２１、計測用反射板３２２をＹ方向干渉計本体、Ｙ方向計測用反射板という。
図１及び図２に示す装置において、ワークＷがステージ２上に載置された状態で、コントローラ５はＸＹ移動機構４に制御信号を送り、ステージ２をＸ方向及び又はＹ方向に逐次移動して所定位置に位置させる。この逐次移動は、ウエハのようなワークＷの場合、１個のチップを産出する領域に１回の露光を行うための逐次移動の他、二光束干渉露光の場合のように干渉縞のパターンをステップアンドリピートでワークＷの表面の全域に転写するための逐次移動の場合もある。
いずれにしても、コントローラ５は、各回の露光の合間にＸＹ移動機構４に制御信号を送り、次の露光を行うワークＷ内の領域が露光中心に対して所定の位置に位置するようＸＹ移動機構４を動作させる。ＸＹ移動機構４による逐次移動が終了した後、次の露光が行われる。 The position sensor achieves the purpose of monitoring the positioning and improving the positioning accuracy, and is provided in each of the X direction and the Y direction as shown in FIG. Hereinafter, the X-direction interferometer body 311 and the measurement reflector 312 are referred to as the X-direction interferometer body and the X-direction measurement reflector, and the Y-direction interferometer body 321 and the measurement reflector 322 are referred to as the Y-direction interference. It is called a meter body and a reflector for Y direction measurement.
In the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the controller 5 sends a control signal to the XY moving mechanism 4 in a state where the workpiece W is placed on the stage 2, and sequentially moves the stage 2 in the X direction and / or the Y direction. To place it at a predetermined position. In the case of a workpiece W such as a wafer, this sequential movement is not limited to a sequential movement for performing one exposure on an area where one chip is produced, but also an interference fringe pattern as in the case of two-beam interference exposure. There may be a case of sequential movement for transferring to the entire surface of the workpiece W by step-and-repeat.
In any case, the controller 5 sends a control signal to the XY movement mechanism 4 between each exposure and moves the XY so that the area in the workpiece W where the next exposure is performed is located at a predetermined position with respect to the exposure center. The mechanism 4 is operated. After the sequential movement by the XY movement mechanism 4 is completed, the next exposure is performed.

上記ＸＹ移動機構４による逐次移動の際、レーザー干渉計３１，３２は、位置決めの監視及び位置決め精度向上の目的を果たす。即ち、各干渉計本体３１１、３２１の出力はコントローラ５に入力される。ＸＹ移動機構４及び各レーザー干渉計３１，３２は、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれについてクローズドループの制御系を構成している。コントローラ５は、ＸＹ移動機構４に制御信号を送った後、Ｘ方向干渉計３１からの出力に従ってＸ方向においてステージ２が正しい位置に位置しているかどうか判断し、位置していなければ、位置するようにさらに制御信号を送ってフィードバック制御する。また、Ｙ方向についても、Ｙ方向干渉計３２からの出力に従って正しい位置に位置しているか判断し、同様にフィードバック制御する。 During the successive movement by the XY movement mechanism 4, the laser interferometers 31 and 32 serve the purpose of monitoring the positioning and improving the positioning accuracy. That is, the outputs of the interferometer bodies 311 and 321 are input to the controller 5. The XY moving mechanism 4 and the laser interferometers 31 and 32 constitute a closed loop control system in each of the X direction and the Y direction. After sending a control signal to the XY moving mechanism 4, the controller 5 determines whether or not the stage 2 is positioned at the correct position in the X direction according to the output from the X direction interferometer 31, and if not, it is positioned. In this way, a control signal is further sent for feedback control. In the Y direction as well, it is determined whether it is located at the correct position according to the output from the Y direction interferometer 32, and feedback control is performed in the same manner.

このようなフィードバック制御が行われる実施形態の位置決めステージ装置は、前述したごく僅かな熱膨張によっても生じ得る位置決め精度低下の問題を解決する特別の構成を備えている。具体的に説明すると、実施形態において、レーザー干渉計３１，３２は、ベース盤１に固定されたホルダー３１３，３２３により保持されている。ホルダー３１３，３２３の形状や材質、固定構造等は、ベース盤１の熱膨張の問題を効果的に解決するよう最適化されている。以下、この点について詳説する。 The positioning stage apparatus according to the embodiment in which such feedback control is performed has a special configuration that solves the above-described problem of deterioration in positioning accuracy that may occur even with a slight thermal expansion. More specifically, in the embodiment, the laser interferometers 31 and 32 are held by holders 313 and 323 fixed to the base board 1. The shape, material, and fixing structure of the holders 313 and 323 are optimized so as to effectively solve the problem of thermal expansion of the base board 1. Hereinafter, this point will be described in detail.

図３は、第一の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダー３１３，３２３の技術的意義について示した概略図である。このうち、図３（１）は、ホルダー無しにレーザー干渉計が取り付けられている場合の問題を概略的に示し、図３（２）は、ホルダーによってベース盤１の熱膨張がキャンセルされる様子を概略的に示す。図３は、図１と同様、Ｙ方向に沿った断面図であり、したがって一例としてＹ方向干渉計本体３２１を保持したホルダー３２３の技術的意義を示す。
位置決めステージ装置が配置された雰囲気の温度が僅かに上昇し、この結果、ベース盤１の温度も僅かに上昇したとする。この場合、図３（１）に示すように、ベース盤１がＹ方向に僅かに熱膨張するため、Ｙ方向干渉計本体３２１もＹ方向に僅かに変位する。この結果、コントローラ５に誤った信号が出力され、Ｙ方向について誤った位置に位置決めをしてしまう。 FIG. 3 is a schematic view showing the technical significance of the holders 313 and 323 in the positioning stage device of the first embodiment. Of these, FIG. 3 (1) schematically shows the problem when the laser interferometer is attached without a holder, and FIG. 3 (2) shows how the thermal expansion of the base panel 1 is canceled by the holder. Is shown schematically. FIG. 3 is a cross-sectional view along the Y direction as in FIG. 1, and thus shows the technical significance of the holder 323 holding the Y-direction interferometer body 321 as an example.
It is assumed that the temperature of the atmosphere in which the positioning stage device is arranged slightly increases, and as a result, the temperature of the base board 1 also slightly increases. In this case, as shown in FIG. 3A, the base board 1 is slightly thermally expanded in the Y direction, so that the Y-direction interferometer body 321 is also slightly displaced in the Y direction. As a result, an incorrect signal is output to the controller 5 and positioning is performed at an incorrect position in the Y direction.

即ち、コントローラ５がＹ方向に＋ΔＤだけ移動するよう制御信号を送り（紙面上右側を＋とする）、ＸＹ移動機構４が＋ΔＤだけＹ方向にステージ２を移動させてステージ２が正しい位置に位置したとする。この場合、移動前のＹ方向干渉計本体３２１とＹ方向反射板３２２の距離がＤだとすると、熱膨張がない場合、Ｙ方向干渉計３２は、Ｄ＋ΔＤの距離を計測している場合、正しい位置に位置していると判断がされることになる。しかしながら、ベース盤１が当該移動の向きに熱膨張しており、その長さはＹ方向干渉計本体３２１の固定位置においてΔＤ’だとすると、Ｙ方向干渉計３２の計測値は、Ｄ＋ΔＤ＋ΔＤ’ということになる。この場合、この計測値が出力されたコントローラ５は、位置が間違っていると判断し、計測値がＤ＋ΔＤの値で一定になるようにＸＹ移動機構４に制御信号を送る。この結果、ステージ２は、Ｙ方向の図３の紙面上右側にΔＤ’だけ進むように移動し、この分だけ誤った位置に位置してしまうことになる。 In other words, the controller 5 sends a control signal so that the controller 5 moves by + ΔD in the Y direction (the right side on the page is +), and the XY moving mechanism 4 moves the stage 2 in the Y direction by + ΔD, so that the stage 2 is positioned at the correct position. Suppose that In this case, assuming that the distance between the Y-direction interferometer body 321 and the Y-direction reflector 322 before movement is D, the Y-direction interferometer 32 is in the correct position when measuring the distance D + ΔD when there is no thermal expansion. It will be judged that it is located. However, if the base board 1 is thermally expanded in the direction of movement and its length is ΔD ′ at the fixed position of the Y-direction interferometer body 321, the measured value of the Y-direction interferometer 32 is D + ΔD + ΔD ′. Become. In this case, the controller 5 to which the measurement value is output determines that the position is wrong, and sends a control signal to the XY movement mechanism 4 so that the measurement value becomes constant at the value of D + ΔD. As a result, the stage 2 moves so as to advance by ΔD ′ to the right on the paper surface of FIG. 3 in the Y direction, and is thus positioned at an incorrect position.

一方、実施形態の位置決めステージ装置では、ホルダー３２３を介してＹ方向干渉計本体３２１がベース盤１に取り付けられており、ホルダー３２３はベース盤１に固定されている。ホルダー３２３は、Ｙ方向の＋側の端部においてベース盤１に対して例えばネジ止めで固定されている。したがって、ホルダー３２３のＹ方向の熱膨張は実質的に−側のみとなる。ベース盤１がＹ方向に＋ΔＤ’だけ熱膨張した際、ホルダー３２３も熱膨張するがその向きは−側である。したがって、ホルダー３２３の熱膨張が｜ΔＤ’｜になるようにしておけば、ベース盤１の熱膨張は結果的にキャンセルされ、Ｙ方向干渉計の計測値は、ベース盤１の熱膨張によらずに正しいＤ＋ΔＤの距離ということになる。 On the other hand, in the positioning stage apparatus of the embodiment, the Y-direction interferometer main body 321 is attached to the base board 1 via the holder 323, and the holder 323 is fixed to the base board 1. The holder 323 is fixed to the base board 1 by, for example, screws, at the + side end in the Y direction. Therefore, the thermal expansion in the Y direction of the holder 323 is substantially only on the negative side. When the base board 1 is thermally expanded by + ΔD ′ in the Y direction, the holder 323 is also thermally expanded, but its direction is the − side. Therefore, if the thermal expansion of the holder 323 is set to | ΔD ′ |, the thermal expansion of the base board 1 is canceled as a result, and the measured value of the Y-direction interferometer depends on the thermal expansion of the base board 1. This is the correct distance D + ΔD.

ここで、ホルダー３２３のＹ方向の長さをａ、ホルダー３２３の線熱膨張係数をα_ａ、予想される温度変化をΔＴとした場合、ホルダー３２３のＹ方向の熱膨張は、ａ×α_ａ×ΔＴとなるから、これがΔＤ’に等しくなるように、ａ及びα_ａを定めれば良い。実際には、使用するホルダー３１３，３２３の材質によりα_ａは既知（カタログ値又は実測値）であるから、α_ａに従ってａを定めることになる。尚、ａは、厳密には、ベース盤１に対するホルダー３２３の固定箇所とホルダー３２３に対するＹ方向干渉計本体３２１の固定箇所とを結んだ線分（この線分はＹ方向に向いている）の距離である。 Here, when the length of the holder 323 in the Y direction is a, the linear thermal expansion coefficient of the holder 323 is α _a , and the expected temperature change is ΔT, the thermal expansion of the holder 323 in the Y direction is a × α _a since × a [Delta] T, which is to be equal to [Delta] D ', may be determined a and alpha _a. Actually, α _a is known (catalog value or measured value) depending on the material of the holders 313 and 323 to be used, and therefore a is determined according to α _a . Strictly speaking, a is a line segment connecting a fixing position of the holder 323 with respect to the base board 1 and a fixing position of the Y-direction interferometer main body 321 with respect to the holder 323 (this line segment is oriented in the Y direction). Distance.

上記計算は、ステージ２の膨張分は無視している。図２から解るようにステージ２の熱膨張はＹ方向干渉計３２による計測距離を縮めるよう作用するから、ΔＴにおけるステージ２の熱膨張をΔＳであるとすると、実際のＹ方向干渉計３２の計測値は、Ｄ＋ΔＤ＋ΔＤ’−ΔＳということになる。したがって、ステージ２の熱膨張も加味した場合、ホルダー３２３の熱膨張が｜ΔＤ’−ΔＳ｜になるようにホルダー３２３の材質及び長さを選定する。 In the above calculation, the expansion of stage 2 is ignored. As understood from FIG. 2, the thermal expansion of the stage 2 acts to shorten the measurement distance by the Y-direction interferometer 32. Therefore, assuming that the thermal expansion of the stage 2 at ΔT is ΔS, the actual measurement by the Y-direction interferometer 32 is performed. The value is D + ΔD + ΔD′−ΔS. Therefore, when the thermal expansion of the stage 2 is also taken into consideration, the material and length of the holder 323 are selected so that the thermal expansion of the holder 323 becomes | ΔD′−ΔS |.

このように、実施形態の位置決めステージ装置は、ホルダー３１３，３２３がベース盤１の熱膨張と逆向きに熱膨張するように取り付けられており、その熱膨張量がベース盤１の熱膨張に見合うようにホルダー３１３，３２３の材質と長さが選定されているので、ベース盤１の熱膨張がキャンセルされ、熱膨張の影響でステージ２の位置を誤って判断してしまうエラーが無くなる。上記説明ではＹ方向を例にしたが、Ｘ方向についても同様である。即ち、Ｘ方向干渉計本体３１１は別のホルダー３１３によってベース盤１に取り付けられており、ホルダー３１３はＸ方向の＋側（ベース盤１が熱膨張する向き）の端部においてベース盤１に固定され、ホルダー３１３の材質及び長さは、Ｘ方向のベース盤１の熱膨張をキャンセルするように選定されている。 As described above, the positioning stage device of the embodiment is attached so that the holders 313 and 323 thermally expand in the opposite direction to the thermal expansion of the base board 1, and the thermal expansion amount corresponds to the thermal expansion of the base board 1. Thus, since the materials and lengths of the holders 313 and 323 are selected, the thermal expansion of the base board 1 is canceled, and the error of erroneously determining the position of the stage 2 due to the thermal expansion is eliminated. In the above description, the Y direction is taken as an example, but the same applies to the X direction. That is, the X-direction interferometer main body 311 is attached to the base board 1 by another holder 313, and the holder 313 is fixed to the base board 1 at the end on the + side in the X direction (direction in which the base board 1 is thermally expanded). The material and length of the holder 313 are selected so as to cancel the thermal expansion of the base board 1 in the X direction.

次に、ホルダー３１３，３２３の長さの選定についてより具体的に説明する。図４は、ホルダー３１３，３２３の長さの選定について示したグラフである。
ホルダー３１３，３２３の材質及び長さは、ベース盤１の熱膨張をキャンセルするように定めると説明したが、ベース盤１の熱膨張量、特にホルダー３１３，３２３を固定した部分の熱膨張による変位量ΔＤ’は、ベース盤１の大きさ、取り付け構造、及び温度変化幅によって異なる。この場合、ベース盤１の材質の線熱膨張係数に従って変位量ΔＤ’を計算により求めることもできるが、ホルダー３１３，３２３の固定箇所にセンサを設けて実際に計測することもできる。 Next, the selection of the lengths of the holders 313 and 323 will be described more specifically. FIG. 4 is a graph showing selection of the lengths of the holders 313 and 323.
Although it has been described that the material and length of the holders 313 and 323 are determined so as to cancel the thermal expansion of the base board 1, the amount of thermal expansion of the base board 1, particularly the displacement due to the thermal expansion of the portion to which the holders 313 and 323 are fixed. The amount ΔD ′ varies depending on the size of the base board 1, the mounting structure, and the temperature change width. In this case, the displacement amount ΔD ′ can be obtained by calculation according to the linear thermal expansion coefficient of the material of the base board 1, but it can also be actually measured by providing a sensor at a fixed location of the holders 313 and 323.

図４において、計算又は測定により求めたベース盤１の熱膨張の一例が示されている。この例では、温度変化ΔＴが０．１℃、０．２℃、０．４℃の各場合を示している。また、図４の横軸はホルダー３１３，３２３の長さ（ｍｍ）であり、縦軸は、全体の熱膨張変位である。全体の熱膨張変位量とは、ホルダー３１３，３２３の熱膨張をΔＨとすると、ΔＤ’−ΔＨである（ステージ２の熱膨張を加味する場合には、ΔＤ’−ΔＳ−ΔＨ）。
図４においてホルダー３１３，３２３の長さが０の場合（縦軸上）の熱膨張変位量は、ホルダー３１３，３２３がない場合（従来例）の誤差量を示しており、ΔＴが０．１℃の場合には４４０ｎｍ程度、０．２℃場合には９００ｎｍ程度である。 FIG. 4 shows an example of thermal expansion of the base board 1 obtained by calculation or measurement. In this example, the case where the temperature change ΔT is 0.1 ° C., 0.2 ° C., and 0.4 ° C. is shown. Further, the horizontal axis of FIG. 4 is the length (mm) of the holders 313 and 323, and the vertical axis is the overall thermal expansion displacement. The total amount of thermal expansion displacement is ΔD′−ΔH where ΔH is the thermal expansion of the holders 313 and 323 (ΔD′−ΔS−ΔH when the thermal expansion of the stage 2 is taken into account).
In FIG. 4, the thermal expansion displacement amount when the length of the holders 313 and 323 is 0 (on the vertical axis) indicates the error amount when the holders 313 and 323 are not present (conventional example), and ΔT is 0.1. In the case of ° C., it is about 440 nm and in the case of 0.2 ° C., it is about 900 nm.

この例では、ホルダー３１３，３２３の長さａが２００ｍｍのとき、全体の熱膨張変位量がゼロとなる計算結果となっている。仮に、例えば０．２℃の温度変化に対して９００ｎｍ変位する従来例の熱膨張誤差量に対してこれを１／２以下に減らすように設定する場合、図３中にハッチングして示すように、ホルダー３１３，３２３の長さａは１００〜２００ｍｍの範囲であれば良いことになる。また、０．４℃の温度変化に対して１／２以下に減らすのであれば、１５０〜２００ｍｍの範囲内で選定することになる。いずれにしても、恒温チャンバー内での想定し得る温度変化ΔＴの最大幅を考慮し、ホルダー３１３，３２３の長さａを選定する。 In this example, when the length a of the holders 313 and 323 is 200 mm, the calculation result is such that the total thermal expansion displacement amount becomes zero. If, for example, the thermal expansion error amount of the conventional example that is displaced by 900 nm with respect to a temperature change of 0.2 ° C. is set to be reduced to ½ or less, as shown by hatching in FIG. The length a of the holders 313 and 323 may be in the range of 100 to 200 mm. Moreover, if it reduces to 1/2 or less with respect to the temperature change of 0.4 degreeC, it will select within the range of 150-200 mm. In any case, the length a of the holders 313 and 323 is selected in consideration of the maximum width of the possible temperature change ΔT in the constant temperature chamber.

図５は、第一の実施形態の位置決めステージ装置の効果を確認した実験の結果を示した図である。この例では、ホルダー３１３，３２３の材質はアルミであり、ホルダー３１３，３２３の長さは１５０ｍｍとされた。図５の横軸は時間であり、１８００秒程度の時間内における温度変化が示されている（温度のスケールは縦軸右側）。この例では、１８００秒程度の測定スパンにおいて、ステージ２の位置を動かさずに干渉計本体から出力をモニタし、熱膨張誤差が発生しているかどうか（ベース盤１の熱膨張の影響で干渉計本体の位置が変位しているか）を調べた。図５の縦軸の左側が、熱膨張誤差量のスケール（ｎｍ）である。 FIG. 5 is a diagram showing a result of an experiment confirming the effect of the positioning stage device of the first embodiment. In this example, the material of the holders 313 and 323 is aluminum, and the length of the holders 313 and 323 is 150 mm. The horizontal axis in FIG. 5 is time, and the temperature change within the time of about 1800 seconds is shown (the temperature scale is on the right side of the vertical axis). In this example, in the measurement span of about 1800 seconds, the output from the interferometer body is monitored without moving the position of the stage 2, and whether or not a thermal expansion error has occurred (the interferometer is affected by the thermal expansion of the base panel 1). Whether the position of the main body is displaced). The left side of the vertical axis in FIG. 5 is the scale (nm) of the thermal expansion error amount.

図５には、従来例としてホルダー３１３，３２３を使用しないでベース盤１にそのまま干渉計本体を固定した場合と、第一の実施形態のようにホルダー３１３，３２３を使用して固定した場合の結果が示されている。ホルダー３１３，３２３の材質はアルミであり、ホルダー３１３，３２３の長さは１５０ｍｍとされた。
この例では、１８００秒程度のスパンで０．０２℃程度の環境温度の変化（温度上昇）が計測された。図５に示すように、ホルダー３１３，３２３の無い従来例の場合、温度変化に追従するようにして熱膨張誤差量が多くなっていっていることが確認された。０．０２℃上昇時の熱膨張誤差量は、４５ｎｍ程度であった。一方、実施形態のようにホルダー３１３，３２３を使用した場合、熱膨張誤差の発生は少なく抑えられており、０．０２℃上昇時でも１７ｎｍ程度であった。即ち、ホルダー３１３，３２３を使用することで熱膨張誤差量が半分以下に抑えられることが確認された。 FIG. 5 shows a case in which the interferometer body is fixed to the base panel 1 as it is without using the holders 313 and 323 as a conventional example, and a case in which the holders 313 and 323 are fixed as in the first embodiment. Results are shown. The material of the holders 313 and 323 is aluminum, and the length of the holders 313 and 323 is 150 mm.
In this example, an environmental temperature change (temperature increase) of about 0.02 ° C. was measured in a span of about 1800 seconds. As shown in FIG. 5, in the case of the conventional example without the holders 313 and 323, it was confirmed that the thermal expansion error amount was increased so as to follow the temperature change. The amount of thermal expansion error when rising by 0.02 ° C. was about 45 nm. On the other hand, when the holders 313 and 323 are used as in the embodiment, the occurrence of thermal expansion error is suppressed to a small extent, and is about 17 nm even when the temperature rises by 0.02 ° C. That is, it was confirmed that the use of the holders 313 and 323 can suppress the thermal expansion error amount to less than half.

次に、第二の実施形態の位置決めステージ装置について説明する。
図６及び図７は、第二の実施形態の位置決めステージ装置の概略図であり、図６は正面断面概略図、図７は平面概略図である。第二の実施形態の位置決めステージ２も、同様に、ベース盤１と、ベース盤１上で少なくとも一方向に移動可能に設けられたステージ２と、波動を放出して反射板に反射させることによりステージ２の当該一方向での位置を検出する位置センサとを備えている。そして、ステージ２はＸＹ移動機構４を備えていてＸＹ方向に移動可能となっており、ステージ２の移動量の制御及び移動後の位置の監視の目的でＸＹ方向についてそれぞれ位置センサが設けられている。 Next, the positioning stage apparatus of 2nd embodiment is demonstrated.
6 and 7 are schematic views of the positioning stage device of the second embodiment, FIG. 6 is a schematic front sectional view, and FIG. 7 is a schematic plan view. Similarly, the positioning stage 2 of the second embodiment also has a base board 1, a stage 2 provided on the base board 1 so as to be movable in at least one direction, and a wave is emitted and reflected by a reflecting plate. And a position sensor for detecting the position of the stage 2 in the one direction. The stage 2 includes an XY moving mechanism 4 and can move in the XY direction. For the purpose of controlling the moving amount of the stage 2 and monitoring the position after the movement, a position sensor is provided for each of the XY directions. Yes.

第二の実施形態が第一の実施形態と異なるは、各位置センサとしてディファレンシャル型レーザー干渉計３３，３４が使用されている点である。ディファレンシャル型レーザー干渉計は、参照用のレーザー光を外部に出射し、外部の任意の位置に配置された参照用反射板に反射させて戻ってきたレーザー光を参照用として利用するタイプの干渉計である。移動距離や位置を計測する計測用のレーザー光については、通常のレーザー干渉計と同様に対象物に取り付けた反射板（以下、計測用反射板）に反射させ、戻ってきた光を参照用レーザー光と干渉させる。尚、各ディファレンシャル型レーザー干渉計３３，３４は、干渉計本体３３１，３４１と、参照用反射板３３２，３４２と、計測用反射板３３３，３４３とを有している。 The second embodiment differs from the first embodiment in that differential laser interferometers 33 and 34 are used as the position sensors. The differential type laser interferometer is a type of interferometer that emits a reference laser beam to the outside and uses the laser beam that has been reflected back to the reference reflector disposed at an arbitrary external position as a reference. It is. Laser light for measurement that measures moving distance and position is reflected on a reflector (hereinafter referred to as measurement reflector) attached to the object in the same way as a normal laser interferometer, and the returned light is used as a reference laser. Interfere with light. Each of the differential laser interferometers 33 and 34 includes interferometer bodies 331 and 341, reference reflectors 332 and 342, and measurement reflectors 333 and 343.

第二の実施形態では、各参照用反射板３３２，３４２がホルダー３３４，３４４によりベース盤１に固定されている。各ホルダー３３４，３４４（以下、Ｘ方向ホルダー３３４、Ｙ方向ホルダー３４４という）は、図７に示すように平面視Ｌ字形のアーム状の部材である。そして、Ｘ方向参照用反射板３３２はＹ方向の中央の位置でＸ方向ホルダー３３４により保持され、Ｙ方向参照用反射板３４２はＹ方向の中央の位置でＹ方向用ホルダー３４４により保持されている。 In the second embodiment, the reference reflectors 332 and 342 are fixed to the base board 1 by holders 334 and 344. Each of the holders 334 and 344 (hereinafter referred to as the X-direction holder 334 and the Y-direction holder 344) is an L-shaped arm-shaped member as shown in FIG. The X-direction reference reflector 332 is held by the X-direction holder 334 at the center position in the Y direction, and the Y-direction reference reflector 342 is held by the Y-direction holder 344 at the center position in the Y direction. .

この実施形態でも、各ホルダー３３４，３４４は片持ち状態（一方の側の端部のみが固定された状態）となっている。各ホルダー３３４，３４４の固定先は、ステージ２以外の部材であれば（ステージ２と一体に移動しない状態であれば）特に限定されないが、各ホルダー３３４，３４４ともベース盤１に固定されている。図７に示すように、Ｘ方向ホルダー３３４はベース盤１のＸ方向の中央位置でベース盤１に固定され、Ｙ方向ホルダー３４４はベース盤１のＹ方向の中央位置でベース盤１に固定されている。 Also in this embodiment, each holder 334, 344 is in a cantilever state (a state in which only one end is fixed). The holders 334 and 344 are not particularly limited as long as they are members other than the stage 2 (if they are not moved together with the stage 2), but the holders 334 and 344 are also fixed to the base board 1. . As shown in FIG. 7, the X direction holder 334 is fixed to the base board 1 at the center position in the X direction of the base board 1, and the Y direction holder 344 is fixed to the base board 1 at the center position in the Y direction of the base board 1. ing.

また、各干渉計本体３３１，３４１は、ベース盤１に固定されている。図７に示すように、Ｘ方向干渉計本体３３１はベース盤１のＸ方向の端部に固定され、Ｙ方向干渉計本体３４１はベース盤１のＹ方向の端部に固定されている。ベース盤１は、周縁部が上方に突出していてその上部に各干渉計本体３３１，３４１が固定されているように描かれているが、周縁部に台座を設けて固定しても良い。 Further, the interferometer bodies 331 and 341 are fixed to the base panel 1. As shown in FIG. 7, the X-direction interferometer body 331 is fixed to the end of the base board 1 in the X direction, and the Y-direction interferometer body 341 is fixed to the end of the base board 1 in the Y direction. The base board 1 is drawn so that the peripheral edge protrudes upward and the interferometer bodies 331 and 341 are fixed on the upper part, but a base may be provided on the peripheral edge.

第二の実施形態においても、環境温度の変化による熱膨張を要因として各レーザー干渉計３３，３４の構成要素は変位する。しかしながら、ディファレンシャル型であるので、熱膨張による変位のうちベース盤１の熱膨張のよるものはキャンセルされる。そして、ステージ２の熱膨張の影響は残るが、ホルダー３３４，３４４の材質と長さを適宜選定することで、ステージ２の熱膨張もキャンセルされ、その結果、全体として熱膨張誤差量が十分に低減された位置決めが行える。この点について、図８を参照して詳説する。図８は、第二の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダー３３４，３４４の技術的意義について示した概略図である。 Also in the second embodiment, the constituent elements of the laser interferometers 33 and 34 are displaced due to thermal expansion caused by changes in environmental temperature. However, since it is a differential type, the displacement due to thermal expansion of the base board 1 among the displacement due to thermal expansion is canceled. Although the influence of the thermal expansion of the stage 2 remains, the thermal expansion of the stage 2 is canceled by appropriately selecting the material and length of the holders 334 and 344, and as a result, the amount of thermal expansion error is sufficient as a whole. Reduced positioning can be performed. This point will be described in detail with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic view showing the technical significance of the holders 334 and 344 in the positioning stage device of the second embodiment.

ディファレンシャル型レーザー干渉計において、参照用反射板は参照用の反射レーザー光を得るものであるので、本来的には変位してはいけないものである。しかしながら、干渉計本体も変位する場合、干渉計本体と参照用反射板とが同じ向きに同じ距離だけ変位するのであれば、参照用反射板が変位していないのと等価であり、問題はない。第二の実施形態の位置決めステージ装置は、ホルダー３３４，３４４の材質及び長さを選定することにより、これを達成するものとなっている。 In the differential laser interferometer, the reference reflector obtains a reflected laser beam for reference, and thus should not be displaced essentially. However, when the interferometer body is also displaced, if the interferometer body and the reference reflector are displaced by the same distance in the same direction, it is equivalent to the reference reflector not being displaced, and there is no problem. . The positioning stage device of the second embodiment achieves this by selecting the material and length of the holders 334 and 344.

同様に、Ｙ方向の位置決めを例にして説明する。図８は、Ｙ方向に沿った断面概略図となっている。図８において、ホルダー３４４の長さをａ、ステージ２のＹ方向の長さをｂ、ベース盤１の中心ＡからＹ方向干渉計本体３４１までの距離の２倍をｃとする。また、Ｙ方向参照用反射板３４２とＹ方向計測用反射板３４３とのＹ方向での離間距離をＬ、Ｙ方向干渉計本体３４１に対するＹ方向参照用反射板３４２の離間距離をＬ_ａ、Ｙ方向干渉計本体３４１に対するＹ方向計測用反射板３４３までの離間距離をＬ_ｂとする。
この場合、Ｌ、Ｌａ、Ｌｂとの間には、以下の式１の関係が成立する。

Similarly, positioning in the Y direction will be described as an example. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view along the Y direction. In FIG. 8, the length of the holder 344 is a, the length of the stage 2 in the Y direction is b, and the distance from the center A of the base board 1 to the Y direction interferometer body 341 is c. Further, the separation distance in the Y direction between the Y direction reference reflector 342 and the Y direction measurement reflector 343 is L, and the separation distance of the Y direction reference reflector 342 with respect to the Y direction interferometer body 341 is L _a , Y the distance to the Y-direction measurement reflector 343 and _{L b} with respect to the direction interferometer 341.
In this case, the relationship of the following formula | equation 1 is materialized among L, La, and Lb.

また、温度変化が生じて各部材が熱膨張（又は熱収縮）したときのＬａの変化量をΔＬａ、Ｌｂの変化量をΔＬｂとすると、ΔＬａ及びΔＬｂは、以下の式２で表される。式２において、α_ａはホルダー３４４の線熱膨張係数、α_ｂはステージ２の線熱膨張係数、α_ｃは、ベース盤１の線熱膨張係数である。

Ｙ方向参照用反射板３４２とＹ方向計測用反射板３４３との距離Ｌの熱膨張による変化をΔＬとすると、ΔＬは全体の熱膨張誤差量であり、このΔＬは、式２から以下の式３で表される。

Further, when the temperature change causes each member to undergo thermal expansion (or thermal contraction), the amount of change in La is ΔLa, and the amount of change in Lb is ΔLb. ΔLa and ΔLb are expressed by Equation 2 below. In Equation 2, α _a is a linear thermal expansion coefficient of the holder 344, α _b is a linear thermal expansion coefficient of the stage 2, and α _c is a linear thermal expansion coefficient of the base board 1.

When the change due to thermal expansion of the distance L between the Y direction reference reflector 342 and the Y direction measurement reflector 343 is ΔL, ΔL is the total thermal expansion error amount. It is represented by 3.

Ｙ方向計測用反射板３４３とＹ方向参照用反射板３４２とが同じ向きに同じ長さだけ熱膨張するということは、ΔＬ_ａとΔＬ_ｂとが等しくなることであり、全体の熱膨張誤差量ΔＬがゼロになるということである。即ち、ａ・α_ａと（ｂ／２）・α_ｂとが等しくなれば、熱膨張の影響を受けずに常に正しくステージ２の位置を計測することができる。そして、式３にベース盤１の熱膨張の項が存在していないことから明かなように、ベース盤１の熱膨張はキャンセルされる。つまり、ベース盤１の線熱膨張係数やＹ方向干渉計本体３４１の取り付け位置は考慮する必要がなく、ステージ２の大きさと線熱膨張係数α_ｂに応じてホルダー３４４の長さａと線熱膨張係数α_ａを選定すれば良い。このため、環境温度の変化による熱膨張をキャンセルするための設計が容易となる。 The fact that the Y direction measuring reflector 343 and the Y direction reference reflector 342 are thermally expanded by the same length in the same direction means that ΔL _a and ΔL _b are equal, and the total thermal expansion error amount. ΔL becomes zero. That is, if a · α _a and (b / 2) · α _b are equal, the position of the stage 2 can always be correctly measured without being affected by thermal expansion. Then, as apparent from the fact that the thermal expansion term of the base board 1 does not exist in the expression 3, the thermal expansion of the base board 1 is cancelled. That is, the mounting position of the base board 1 of linear thermal expansion coefficient and the Y direction interferometer 341 is not required to consider, the length a and the linear thermal holder 344 according to the size and linear thermal expansion coefficient alpha _b Stage 2 The expansion coefficient α _a may be selected. For this reason, the design for canceling the thermal expansion due to the change of the environmental temperature becomes easy.

次に、第二の実施形態の位置決めステージ装置の設計例（実施例）について説明する。図９は、第二の実施形態の位置決めステージ装置におけるホルダーの設計例について示した図である。この例では、ステージのベース盤の中心からの長さ（ｂ／２）は１５０ｍｍ、干渉計本体のベース盤の中心からの距離（ｃ／２）は７５０ｍｍ、ステージの線熱膨張係数α_ｂ、ベース盤の線熱膨張係数α_ｃはともにΔＴ＝０．２℃において８ｐｐｍであることを前提とした。
図９の横軸はホルダーの長さ（ｍｍ）、縦軸は全体の熱膨張誤差量ΔＬ（ｎｍ）である。図９中には、ホルダーの材質がチタン、スチール（ＳＳ４００）、アルミ、インバーとした場合が示されている。 Next, design examples (examples) of the positioning stage device according to the second embodiment will be described. FIG. 9 is a diagram showing a design example of a holder in the positioning stage device of the second embodiment. In this example, the length (b / 2) from the center of the base plate of the stage is 150 mm, the distance (c / 2) from the center of the base plate of the interferometer body is 750 mm, the linear thermal expansion coefficient α _{b of} the stage, It was assumed that the linear thermal expansion coefficient α _c of the base board was 8 ppm at ΔT = 0.2 ° C.
The horizontal axis in FIG. 9 is the length (mm) of the holder, and the vertical axis is the total thermal expansion error amount ΔL (nm). FIG. 9 shows the case where the holder is made of titanium, steel (SS400), aluminum, or invar.

図９に示すように、ホルダーの材質がチタン、スチール、アルミである場合のそれぞれについて、ホルダーの長さを適宜選定することで熱膨張誤差量ΔＬをゼロにすることができる。インバーについても、図９では描ききれていないが、同様にホルダーの長さを適宜選定することで熱膨張誤差量ΔＬをゼロにすることができる。尚、図９中の破線は、ディファレンシャル型ではない通常のレーザー干渉計を位置センサとして用いた場合を示す。この場合は、７５０ｍｍの位置に通常の干渉計本体が位置しているのみなので、９７０ｎｍ程度の熱膨張誤差量が発生する。 As shown in FIG. 9, the thermal expansion error amount ΔL can be made zero by appropriately selecting the holder length for each of the holders made of titanium, steel, and aluminum. Although invar is not drawn in FIG. 9, similarly, the thermal expansion error amount ΔL can be made zero by appropriately selecting the length of the holder. In addition, the broken line in FIG. 9 shows the case where the normal laser interferometer which is not a differential type is used as a position sensor. In this case, since the normal interferometer body is only located at a position of 750 mm, a thermal expansion error amount of about 970 nm occurs.

図１０は、このような第二の実施形態の位置決めステージ装置の効果について確認した実験の結果を示す図である。図１０も、図５と同様、１８００秒程度のスパンにおいて生じた温度変化（この例では０．０９℃程度）における熱膨張誤差量を示している。
図１０に示すように、ディファレンシャル型ではない通常のレーザー干渉計をベース盤に直付けした従来例の場合、０．０９℃程度の環境温度の変化において１００ｎｍ程度の熱膨張誤差が発生している。一方、第二の実施形態の位置決めステージ２の場合、温度変化にかかわらず熱膨張誤差はほぼゼロとなっている。尚、この例で使用されたホルダーの材質はチタンであり、ホルダーの長さは２７３ｍｍとされた。 FIG. 10 is a diagram showing a result of an experiment confirmed about the effect of the positioning stage device of the second embodiment. FIG. 10 also shows the thermal expansion error amount in the temperature change (in this example, about 0.09 ° C.) generated in the span of about 1800 seconds, as in FIG.
As shown in FIG. 10, in the case of a conventional example in which an ordinary non-differential laser interferometer is directly attached to the base panel, a thermal expansion error of about 100 nm occurs in a change in environmental temperature of about 0.09 ° C. . On the other hand, in the case of the positioning stage 2 of the second embodiment, the thermal expansion error is almost zero regardless of the temperature change. The material of the holder used in this example was titanium, and the length of the holder was 273 mm.

次に、第三の実施形態について説明する。
図１１は、第三の実施形態の位置決めステージ装置の主要部の概略図である。第三の実施形態の位置決めステージ装置は、第二の実施形態とほぼ同様であるが、ホルダー３３４，３４４の構造が異なっている。図１１には、一例としてＹ方向ホルダー３４４が示されている。図１１に示すように、第三の実施形態におけるＹ方向ホルダー３４４は、長さ方向（Ｙ方向）に沿った部位が二つの異なる材料の部材３４５，３４６を繋ぎ合わせることで形成されている。例えば、第一の部材３４５はアルミ製であり、第二の部材３４６はインバー製とされる。二つの部材３４５，３４６は、ろう付け又は共晶接合等の方法で繋ぎ合わされている。Ｘ方向ホルダー３３４も同様であり、長さ方向（Ｘ方向）に沿った部位が異種材料の二つの部材を繋ぎ合わせて形成されている。 Next, a third embodiment will be described.
FIG. 11 is a schematic view of a main part of the positioning stage device of the third embodiment. The positioning stage device of the third embodiment is substantially the same as that of the second embodiment, but the structures of the holders 334 and 344 are different. FIG. 11 shows a Y-direction holder 344 as an example. As shown in FIG. 11, the Y-direction holder 344 in the third embodiment is formed by joining two members 345 and 346 made of different materials along the length direction (Y direction). For example, the first member 345 is made of aluminum, and the second member 346 is made of Invar. The two members 345 and 346 are joined together by a method such as brazing or eutectic bonding. The same applies to the X direction holder 334, and a portion along the length direction (X direction) is formed by connecting two members of different materials.

図１２は、第三の実施形態の技術的意義を示した図である。
第三の実施形態のようにホルダー３３４，３４４を異種材料で形成することは、他の部材との関連で必要な長さを確保しつつ熱膨張誤差をゼロにすることを可能にする意義を有する。ホルダー３３４，３４４は、参照用反射板３３２，３４２を保持するためのものであり、参照用反射板３３２，３４２はステージ２の移動の邪魔にならない位置に配置される必要がある。そして、熱膨張量の計算や予測を容易にするためホルダー３３４，３４４の固定位置はＸ方向又はＹ方向で見た際のベース盤１の中心（熱膨張の中心）であることが望ましく、したがってある程度の長さが必要である。その一方、前述したように、熱膨張誤差量をゼロにできるホルダー３３４，３４４の長さは、ホルダー３３４，３４４の線熱膨張係数との関係で決まってしまう。つまり、参照用反射板３３２，３４２を適切な位置で保持することと熱膨張誤差量をゼロにすることの双方を満足することができない場合があり得る。 FIG. 12 is a diagram showing the technical significance of the third embodiment.
Forming the holders 334 and 344 with different materials as in the third embodiment has the significance of making it possible to eliminate the thermal expansion error while ensuring the necessary length in relation to other members. Have. The holders 334 and 344 are for holding the reference reflectors 332 and 342, and the reference reflectors 332 and 342 need to be arranged at positions that do not interfere with the movement of the stage 2. In order to facilitate calculation and prediction of the amount of thermal expansion, the fixing position of the holders 334 and 344 is preferably the center of the base board 1 (center of thermal expansion) when viewed in the X direction or Y direction. Some length is required. On the other hand, as described above, the length of the holders 334 and 344 that can reduce the thermal expansion error amount to zero is determined by the relationship with the linear thermal expansion coefficient of the holders 334 and 344. That is, it may not be possible to satisfy both of holding the reference reflectors 332 and 342 at appropriate positions and making the thermal expansion error amount zero.

第三の実施形態は、上記の点を考慮したものであり、ホルダー３３４，３４４を異種材料の部材を繋ぎ合わせて形成することで全体の線熱膨張係数を調整し、これによって参照用反射板３３２，３４２の適切な位置での保持と熱膨張誤差の解消とを両立させている。より具体的に説明すると、図１２は、図９と同様の図であり、ΔＴ＝０．２℃におけるホルダー３３４，３４４の長さと熱膨張誤差量との関係を示したものである。図１２において、インバーを使用した場合が示されているが、インバーの熱膨張誤差量が示されている。 In the third embodiment, the above-mentioned points are taken into consideration, and the overall linear thermal expansion coefficient is adjusted by forming the holders 334 and 344 by joining members made of different materials, thereby the reference reflector. Both holding at appropriate positions of 332 and 342 and elimination of thermal expansion error are achieved. More specifically, FIG. 12 is the same diagram as FIG. 9 and shows the relationship between the length of the holders 334 and 344 and the thermal expansion error amount at ΔT = 0.2 ° C. In FIG. 12, the case of using invar is shown, but the amount of thermal expansion error of invar is shown.

インバーを使用すると、熱膨張係数が非常に小さいので熱膨張誤差をゼロにする長さａは非常に長くなる。この場合、例えばアルミとインバーとを組み合わせ、アルミを３５ｍｍ程度、インバーを２６０ｍｍとして両者を繋ぎ合わせると、図１２に示すように、全体の長さ５９０ｍｍ程度で熱膨張誤差量をゼロにすることができる。したがって、ステージ２の大きさやステージ２の移動範囲との関係でホルダー３３４，３４４の長さが５９０ｍｍ程度の場合、この組み合わせが好適ということになる。容易に理解できるように、他の材料の組み合わせでも、適宜長さを選定して組み合わせれば、所望の全体の長さにおいて熱膨張誤差量をゼロにすることができる。したがって、熱膨張誤差量がゼロになる長さが、ステージ２の大きさやステージ２の移動範囲との関係で決まる長さとなるように材料の組み合わせと各長さを選定する。場合によっては、三つ以上の異なる材料の部材を繋ぎ合わせることもあり得る。 When the invar is used, the thermal expansion coefficient is very small, so the length a that makes the thermal expansion error zero becomes very long. In this case, for example, when aluminum and invar are combined, aluminum is about 35 mm, and invar is 260 mm, and the two are joined together, as shown in FIG. 12, the thermal expansion error amount can be made zero with an overall length of about 590 mm. it can. Therefore, this combination is preferable when the length of the holders 334 and 344 is about 590 mm in relation to the size of the stage 2 and the moving range of the stage 2. As can be easily understood, the amount of thermal expansion error can be reduced to zero in the desired overall length even when other materials are combined and the length is appropriately selected and combined. Therefore, the combination of materials and each length are selected so that the length at which the thermal expansion error amount becomes zero is determined by the relationship between the size of the stage 2 and the moving range of the stage 2. In some cases, three or more different materials can be joined together.

上記各実施形態では、位置センサとしてレーザー干渉計を使用したが、他の位置センサが使用される場合もある。本願発明が解決する問題は、波動を放出してその反射波が戻ってくる状況でステージ２の位置検出を行う場合に生じる問題であるから、超音波センサ等、上記の点で原理が共通している他の位置センサを用いる場合にも技術的意義が発揮される。
以上の説明において、位置決めステージ装置は各種露光装置に使用されると説明したが、本願発明の位置決めステージ装置は、他の用途でも使用され得る。例えば、ウエハを貼り合わせて積層構造を得る貼り合わせ装置に使用することができる。
尚、上記各実施形態において、ホルダーの長さはＸ方向とＹ方向とで異なる場合があり得る。ベース盤１が平面視で正方形ではなく、Ｘ方向、Ｙ方向で熱膨張量が異なる場合、それに応じて各ホルダーも適宜異なった長さとされる。 In each of the above embodiments, a laser interferometer is used as the position sensor, but other position sensors may be used. The problem to be solved by the present invention is a problem that occurs when the position of the stage 2 is detected in a situation in which a wave is emitted and the reflected wave returns, so that the principle is common in the above points such as an ultrasonic sensor. The technical significance is also exhibited when other position sensors are used.
In the above description, the positioning stage apparatus has been described as being used in various exposure apparatuses, but the positioning stage apparatus of the present invention can be used in other applications. For example, it can be used in a bonding apparatus that bonds wafers to obtain a laminated structure.
In each of the above embodiments, the length of the holder may be different between the X direction and the Y direction. When the base board 1 is not square in a plan view and the thermal expansion amounts are different in the X direction and the Y direction, the lengths of the holders are appropriately changed accordingly.

また、第二、第三の実施形態において、Ｘ方向ホルダー３３４の固定箇所はＸ方向ではベース盤１の中心と同じ位置とされ、Ｙ方向ホルダー３４４の固定箇所はＹ方向ではベース盤１の中心と同じ位置とされたが、これは、ベース盤１の熱膨張の中心（原点）がベース盤１の中心であることが前提となっている。ベース盤１の形状や取付構造によっては中心を原点として熱膨張しない場合もあり、その場合には熱膨張中心（又はその付近）と各方向で一致するように固定箇所が選定される。 In the second and third embodiments, the X-direction holder 334 is fixed at the same position as the center of the base board 1 in the X direction, and the Y-direction holder 344 is fixed at the center of the base board 1 in the Y direction. However, this is based on the premise that the center (origin) of the thermal expansion of the base board 1 is the center of the base board 1. Depending on the shape of the base board 1 and the mounting structure, there is a case where thermal expansion does not occur with the center as the origin, and in this case, the fixing location is selected so as to coincide with the thermal expansion center (or its vicinity) in each direction.

尚、第二、第三の実施形態において、ホルダー３３４，３４４の固定先はベース盤１でない場合もある。環境温度の変化により変位しない箇所又は変位が既知である箇所に対してホルダー３３４，３４４が固定されていても、前述した各式は成り立ち、同様に実施可能である。
また、上記各実施形態では、各反射部は反射板であったが、ベース盤１やホルダー３１３，３２３，３３４，３４４の表面に反射膜を蒸着して反射部としたり、表面を鏡面加工して反射部としたりすることもあり得る。 In the second and third embodiments, the holders 334 and 344 may not be fixed to the base board 1 in some cases. Even if the holders 334 and 344 are fixed to a place where the displacement is not caused by a change in environmental temperature or a place where the displacement is known, the above-described equations are established and can be similarly implemented.
In each of the above embodiments, each reflecting portion is a reflecting plate. However, a reflecting film is deposited on the surface of the base board 1 and the holders 313, 323, 334, and 344, or the surface is mirror-finished. It is possible to use it as a reflection part.

１ベース盤
２ステージ
３１レーザー干渉計
３１１干渉計本体
３１２計測用反射板
３１３ホルダー
３２レーザー干渉計
３２１干渉計本体
３２２計測用反射板
３２３ホルダー
３３ディファレンシャル型レーザー干渉計
３３１干渉計本体
３３２参照用反射板
３３３計測用反射板
３３４ホルダー
３４ディファレンシャル型レーザー干渉計
３４１干渉計本体
３４２参照用反射板
３４３計測用反射板
３４４ホルダー
４ＸＹ移動機構
５コントローラ
６露光光学系 1 Base panel 2 Stage 31 Laser interferometer 311 Interferometer body 312 Measurement reflector 313 Holder 32 Laser interferometer 321 Interferometer body 322 Measurement reflector 323 Holder 33 Differential laser interferometer 331 Interferometer body 332 Reference reflector 333 Measurement reflector 334 Holder 34 Differential laser interferometer 341 Interferometer body 342 Reference reflector 343 Measurement reflector 344 Holder 4 XY movement mechanism 5 Controller 6 Exposure optical system

Claims

A base board,
A stage provided to be movable in at least one direction on the base board;
A position sensor for detecting the position of the stage in the one direction;
With a holder,
The position sensor has a sensor main body that emits a wave and a reflection part that reflects the emitted wave and returns it to the sensor main body. The sensor main body is attached to the base board and the reflection part is provided on the stage. Or the sensor body is attached to the stage and the reflecting part is provided on the base board,
The holder is fixed at one end in the one direction, and holds the sensor body or the reflection part at the other end in the one direction.
The unidirectional length of the holder and the linear thermal expansion coefficient of the unidirectional holder are determined so as to cancel a change in the distance between the sensor main body and the reflecting portion due to a change in environmental temperature. Stage device.

The position sensor is a laser interferometer provided with a reference reflecting portion different from the reflecting portion in the sensor body,
The holder is fixed on the near side in a direction when the base board is thermally expanded in the one direction due to a change in environmental temperature, and holds the sensor body or the reflecting portion on a tip side. Item 4. The positioning stage device according to Item 1.

The position sensor is a differential laser interferometer having a measurement reflection part and a reference reflection part outside the sensor body as the reflection part,
The sensor body is attached to the base board,
The holder holds a reference reflection part, and the measurement reflection part is provided on the stage,
The holder is fixed to the base board on the near side in the direction when the stage is thermally expanded in the one direction due to a change in environmental temperature, and holds a reference reflecting portion on the tip side. Item 4. The positioning stage device according to Item 1.

The positioning stage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the holder is formed by joining materials having different linear thermal expansion coefficients in the one direction.