JP2593483B2 - XYθテーブルの初期設定方法 - Google Patents

XYθテーブルの初期設定方法

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JP2593483B2
JP2593483B2 JP62216604A JP21660487A JP2593483B2 JP 2593483 B2 JP2593483 B2 JP 2593483B2 JP 62216604 A JP62216604 A JP 62216604A JP 21660487 A JP21660487 A JP 21660487A JP 2593483 B2 JP2593483 B2 JP 2593483B2
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/48Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs and rotating pairs
    • B23Q1/4852Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs and rotating pairs a single sliding pair followed perpendicularly by a single rotating pair
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、半導体製造装置に用いられウェハやマスク
等の試料を高精度に位置決めするXYθテーブルの初期設
定方法に関する。
(従来の技術) 半導体製造装置に用いられるXYテーブル装置において
は、位置決め精度として0.1μm以下が要求される。こ
のような超精密な位置決め装置では、ヨーイング変動と
呼ばれるテーブルの角度変動値も微小に抑える必要があ
る。通常、精度良くガイドを製作しても、コロガリ軸受
等の場合は、ヨーイング変動は5秒程度ある。いま、LS
Iのチップを20mm角とすれば、5秒のヨーイング変動の
場合、チップ端では次式のように 0.01[m]x5x5[μrad]=0.25[μm] となり、0.25μmの位置誤差が生じる。ここでの計算
は、チップ中央で回転するものとし、また1秒は5μra
dとしている。つまり、チップのある1点で(例えばチ
ップの中央部で)0.1μm以下の高精度で位置決めして
も5秒の角度変動があると、チップの端で0.25μmと大
きな位置誤差を生じることになる。
従来は、このヨーイング変動による位置誤差はガイド
の加工精度を経験的に上げることで小さくしていた。そ
のために、ガイドの製作に多大な時間とコストを要する
と共に、ヨーイング変動による位置誤差を半導体製造装
置に許容される範囲に抑えるのは極めて困難であった。
また、ヨーイング変動補正に関しては、XYテーブル上
にXY平面と直交する軸回りに回動可能なθテーブルを設
け、このθテーブルに設けられた反射ミラーを直線基準
とし、このミラーのある距離離れた2点間の移動距離の
差を2台のレーザ干渉計で測定し、この差がゼロとなる
ようにθテーブルの角度補正する方法が考えられる。し
かしながら、レーザ干渉計のような相対距離を測定する
計測器を用いて角度を検出しようとした場合、角度の変
動値は得られるが角度の絶対値は得られず、レーザ干渉
計の電源をONにしてレーザ干渉計をリセットした時を基
準に測長が行われる。すなわち、2台のレーザ干渉計で
測定し、移動距離の差がゼロとなるようにθテーブルの
角度補正を行なおうとしても、たとえば当初からθテー
ブルがある角度傾いており、その傾き角のまま進行軸に
沿ってθテーブルが移動するような場合には、移動距離
差がゼロとして観測され、θテーブルに対しての角度補
正制御は行なわれない。このように、初期時に角度誤差
(ヨーイング誤差)があるとこの誤差が常に残ることに
なり、確実なヨーイング補正を行うことは困難である。
(発明が解決しようとする問題点) このように従来、XYテーブルのヨーイング変動により
半導体製造装置に許容できない位置誤差が発生すると云
う問題があり、この位置誤差をなくすためにガイドの加
工精度を上げるには多大な時間とコストを要していた。
また、XYテーブル上にXY平面と直交する軸回りに回動可
能なθテーブルを設け、このθテーブルに設けられた反
射ミラーに対する2つのレーザ干渉計の検出出力の差か
らヨーイング変動補正を行っても、初期時にヨーイング
誤差が生じていると、これを補正することは困難であっ
た。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、ガイドの加工精度を極端に上げなく
ても、ヨーイング変動補正を確実に実行可能とするXYθ
テーブルの初期設定方法を提供することにある。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明は、互いに直交するXY方向に移動可能に設けら
れたXYテーブルと、このXYテーブル上にXY平面と直交す
る軸回りに回動可能に設けられたθテーブルと、このθ
テーブルを回動駆動するθ駆動機構と、X方向に直交す
るように前記θテーブルに取着されたXミラー及びY方
向に直交するように上記θテーブルに取着されたYミラ
ーと、このYミラーにレーザ光を照射しその反射光を検
出してYミラーの移動距離を測定する第1のレーザ干渉
計と、前記Xミラーに関して所定距離離れた各点にレー
ザ光を照射しその反射光をそれぞれ検出して各点の移動
距離を測定する第2のレーザ干渉計とを備えたXYθテー
ブルを初期設定するに当り、前記XYテーブルをX方向に
移動させ、このときの前記第1のレーザ干渉計の出力変
動値がゼロとなるように前記θ駆動機構による回動量を
設定して前記θテーブルの角度補正を行い、その後は前
記第2のレーザ干渉計の各出力変動値の差がゼロとなる
ように前記θ駆動機構により前記θテーブルの角度補正
を行うようにしたことを特徴としている。
(作用) 本発明方法では、XYθテーブルを使って、たとえば露
光工程等を実施する前の段階で、まずθテーブルの初期
ヨーイング誤差をなくす工程を実行する。すなわち、ま
ずXYテーブルをX方向に所定距離移動させ、これに伴わ
せて第1のレーザ干渉計によりYミラーとの間の距離変
動量と測定する。このとき、θテーブルに初期ヨーイン
グ誤差がなければ変動量はゼロとなるが、初期ヨーイン
グ誤差がある場合にはヨーイング量に応じて変動量が大
きくなる。そこで、第1のレーザ干渉計の出力変動値が
ゼロとなるようにθ駆動機構を制御してθテーブルの角
度補正を行なう。この工程によってθテーブルの初期ヨ
ーイング誤差をなくすことができる。すなわち、Yミラ
ーがX方向と平行するようにθテーブルの角度補正を行
なう。
このようにして、θテーブルの初期ヨーイング誤差を
なくし、その後、たとえば露光工程時には第2のレーザ
干渉計によりXミラーの所定距離離れた2点位置を測定
し、2点位置の移動距離差を検出してヨーイング変動を
求める。いま、レーザ干渉計の分解能を約0.01μmと
し、2点間の距離を60mmとすると、ヨーイング変動は約
0.2μradとなる。前述の20mm角のLSIチップで再度計算
してみると、チップの端では次式のように 0.01[m]x0.2[μrad]=0.002[μm] となり、約0.002μmの位置誤差にしかならない。つま
り、レーザ干渉計の分解能に近い精度でヨーイング変動
を補正すれば、ヨーイング変動による位置誤差を極めて
微小にすることができる。
(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
第1図は本発明の一実施例方法に使用したXYθテーブ
ル装置の概略構成を示す分解斜視図である。図中10は基
台であり、この基台10上にはXYステージ(テーブル)20
が設置されている。XYステージ20は、Y方向に移動可能
なYテーブル21上にX方向に移動可能なXテーブル22を
配置したもので、各テーブル21,22はモータ23及び駆動
軸24により移動されるものとなっている。
XYステージ20のXテーブル22上には、θ駆動機構30を
介してθテーブル40が配置されている。θ駆動機構30
は、Xテーブル22に固定された円環状の固定部31,θテ
ーブル40を固定し固定部31よりも大径の円環状の可動部
32,固定部31と可動部32とを接続する板バネ33及び可動
部32を押圧して回動せしめる圧電素子からなるアクチュ
エータ34等から構成されている。なお、アクチュエータ
34の圧電素子に印加するバイアス電圧はマイクロコンピ
ュータにより制御できるようになっており、このバイア
ス電圧によりθテーブル40とXYステージ20との傾きが調
整できるものとなっている。θテーブル40には、Y方向
に直交するYミラー41及びX方向に直交するXミラー42
が固定されている。そして、第1のレーザ干渉計51によ
りXYステージ20のY方向の移動量が測定され、第2のレ
ーザ干渉計52,53によりXYステージ20のX方向の移動量
が測定されるものとなっている。
ここで、レーザ干渉計51,52,53の構成及び配置関係は
第2図に示す如くなっている。第1のレーザ干渉計51
は、インタフェロメータ51a及びレシーバ51bからなるも
ので、レーザ光源60から放射されたレーザ光をビームス
プリッタ61,62及びビームベンダ63,64を介して入射す
る。そして、このレーザ光をYミラー41に対して直角に
入射し、その反射光を検出することにより、Yミラー41
に対する移動距離を測定している。また、第2のレーザ
干渉計52,53も同様にインタフェロメータ52a,53a及びレ
シーバ52b,53bからなるものであり、レーザ干渉計52に
はレーザ光源60から放射されたレーザ光がビームスプリ
ッタ61,62を介して入射し、レーザ干渉計53にはレーザ
光源60から放射されたレーザ光がビームスプリッタ61を
介して入射する。そして、レーザ干渉計52,53では、レ
ーザ光をXミラー42に対して直角に入射し、その反射光
を検出することにより、Xミラー42に対する移動距離を
測定している。
次に、上記構成されたXYθテーブルの初期設定方法お
よびヨーイング補正方法について説明する。
ヨーイング補正の精度を向上するために、装置の電源
を入れてシステムを立ち上げる時、XYミラー41,42とXY
ステージ20の移動軸とを平行にする。まず、初期設定時
にはXYミラー41,42とレーザ干渉計51,52,53との関係は
第3図(a)に示す如くなっている。この状態からレー
ザ干渉計51を立ち上げ、アクチュエータ34の圧電素子に
バイアス電圧を与える。ヨーイング補正しているレーザ
干渉計の測長ボード及び2つのUP/downカウンタ71a,71b
をリセットする(現在の測定しているヨーイングを0に
する)。次いで、ヨーイング補正サーボをONにする。XY
ステージ20の座標をレーザ干渉計51,52で読む。
次いで、XYステージ20のXテーブル22をX方向に例え
ば100mm移動する。このとき、XYステージ20のヨーイン
グ補正制御をOFFにしておく。これは、もし制御がONな
らば、XYステージ20が見掛けの補正をしてしまうからで
ある。XYステージ20の座標をレーザ干渉計51で読む。こ
のとき、ヨーイング誤差がないときは、Yミラー41はX
方向と平行に移動することになるので、第3図(b)に
示す如くレーザ干渉計51とYミラー41との距離は不変で
あり、レーザ干渉計51の出力は変動しない。
これに対し、ヨーイング誤差があると、Yミラー41は
X方向と僅かに傾いて移動することになるので、第3図
(c)に示す如くレーザ干渉計51とYミラー41との距離
が変わり、レーザ干渉計51の出力が変動する。この場
合、前記θ駆動機構30によりレーザ干渉計51の出力変動
が生じないように補正する。つまり、圧電素子の電圧−
変位特性から、X軸とYミラー41とを平行にするための
バイアス電圧を求め、この電圧を圧電素子に与える。こ
れにより、初期設定時におけるヨーイング補正がなされ
る。なお、1回の操作でヨーイング補正が確実でない場
合、上記操作を複数回繰返すことによりヨーイング誤差
を許容範囲に追い込む。
初期設定時にヨーイング補正を行ったのちは、第2の
レーザ干渉計52,53の各出力に基づいてヨーイング変動
補正を行う。即ち、XYステージ20を移動しながらレーザ
干渉計52,53の各出力(出力変動値)をリアルタイムで
比較し、これらの差がゼロとなるように前記θ駆動機構
30を制御する。これにより、第2のレーザ干渉計52,53
による検出2点の距離移動量が等しいものとなり、XYス
テージ20のヨーイング変動が補正される。
なお、ヨーイング変動補正の具体例を第4図のヨーイ
ング補正制御回路を参照してより詳しく説明する。ま
ず、レーザ干渉計52のUP,DOWNパルスをUP/DOWNカウンタ
71aで計数し、ラッチ72aに一時記憶する。同様に、レー
ザ干渉計53のUP,DOWNパルスをUP/DOWNカウンタ71bで計
数し、ラッチ72bに一時記憶する。ラッチ71a,72bの各デ
ータの減算器73で減算し、ヨーイング変動値を得る。こ
の値をラッチ74を経由してD/Aコンバータ75でアナログ
信号に変換する。このアナログ信号を増幅器76で増幅
し、ローパスフィルタ77で高域を減衰させ、電力増幅器
78で前記θ駆動機構30のアクチュエータ34を駆動する。
これにより、θテーブル40が回転し、ヨーイング変動が
補正されることになる。
かくして本実施例方法によれば、第2のレーザ干渉計
52,53の各出力の差に基づいてθ駆動機構30を制御する
ことにより、ヨーイング変動を補正することができる。
さらに、第1のレーザ干渉計51の出力に基づいて予めθ
駆動機構30を制御することにより、初期設定時における
ヨーイング誤差をなくすことができる。このため、XYス
テージ20のヨーイング誤差を確実に補正することがで
き、半導体製造装置の位置決め装置としての信頼性向上
をはかり得る。また、ガイドの加工精度を経験的に上げ
る手間が不要となり、ガイド製作の時間及びコストの低
減をはかることができる。
なお、本発明は上述した実施例方法に限定されるもの
ではななく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、ガイドの加工精
度を極端に上げなくても、ヨーイング誤差及びヨーイン
グ変動値を微小にすることができ、XYθテーブルによる
試料の位置決め精度の向上をはかり得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例方法に使用したXYθテーブル
装置の概略構成を示す分解斜視図、第2図はレーザ干渉
計の構成及び配置例を示す模式図、第3図は初期設定時
のヨーイング補正を説明するための模式図、第4図はヨ
ーイング変動補正のための回路例を示すブロック図であ
る。 10……基台、20……XYステージ、21……Xテーブル、22
……テーブル、30……θ駆動機構、31……固定部、32…
…可動部、33……板バネ、34……アクチュエータ、40…
…θテーブル、41……Yミラー、42……Xミラー、51…
…第1のレーザ干渉計、52,53……第2のレーザ干渉
計、60……レーザ光源、61,62……ビームスプリッタ、6
3,64……ビームベンダ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】互いに直交するXY方向に移動可能に設けら
    れたXYテーブルと、このXYテーブル上にXY平面と直交す
    る軸回りに回動可能に設けられたθテーブルと、このθ
    テーブルを回動駆動するθ駆動機構と、X方向に直交す
    るように前記θテーブルに取着されたXミラー及びY方
    向に直交するように上記θテーブルに取着されたYミラ
    ーと、このYミラーにレーザ光を照射しその反射光を検
    出してYミラーの移動距離を測定する第1のレーザ干渉
    計と、前記Xミラーに関して所定距離離れた各点にレー
    ザ光を照射しその反射光をそれぞれ検出して各点の移動
    距離を測定する第2のレーザ干渉計とを備えたXYθテー
    ブルを初期設定するに当り、 前記XYテーブルをX方向に移動させ、このときの前記第
    1のレーザ干渉計の出力変動値がゼロとなるように前記
    θ駆動機構による回動量を設定して前記θテーブルの角
    度補正を行い、その後は前記第2のレーザ干渉計の各出
    力変動値の差がゼロとなるように前記θ駆動機構により
    前記θテーブルの角度補正を行うことを特徴とするXYθ
    テーブルの初期設定方法。
  2. 【請求項2】前記θ駆動機構は、前記XYテーブルに固定
    された固定部と前記θテーブルに固定された可動部とを
    板バネにより接続し、庄電素子の伸縮により上記可動部
    を回動駆動するものであることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のXYθテーブルの初期設定方法。
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