JP2887033B2 - 精密位置決め装置 - Google Patents

精密位置決め装置

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JP2887033B2
JP2887033B2 JP31028292A JP31028292A JP2887033B2 JP 2887033 B2 JP2887033 B2 JP 2887033B2 JP 31028292 A JP31028292 A JP 31028292A JP 31028292 A JP31028292 A JP 31028292A JP 2887033 B2 JP2887033 B2 JP 2887033B2
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伸二 涌井
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は精密位置決め装置に関す
るものであり、特に半導体装置の製造分野でマスク(レ
チクル)上の回路パターンを半導体ウェハ上に焼付ける
ために使用される所謂ステッパの位置決め制御系に好適
なものである。
【0002】
【従来の技術】精密位置決め装置、特に『ステッパ』の
位置決めにおいては、近年の半導体素子の急速な高集積
度化に伴い、要求される位置決め精度が高まりつつあ
る。現状の実用化レベルの位置決め精度はおよそ1/1
00ミクロン程度であるが、近い将来にはナノメータオ
ーダの位置決め精度の実用化が必要になると予測されて
いる。しかもスループット向上のため、上記高精度の位
置決めをより高速に行なわなければならない。
【0003】こうしたステッパにおいては、従来はその
ほとんどが搬送物体であるステージの案内手段にすべり
案内や転がり案内を用い、駆動手段にDCサーボモータ
の回転をボールねじを介して直進運動に変換する方法が
用いられてきた。
【0004】しかし、位置決め精度が高くなるほど摩擦
の影響が相対的に大きくなるため、摩擦摩耗や摩擦熱に
よる長期安定性の問題や、スティックスリップ現象・跳
躍現象などの不安定挙動などが問題になってくる。した
がって『接触式』の位置決め装置で高速・高精度化を図
るには限界があり、特にナノメータオーダの位置決めは
困難であった。
【0005】このような問題点を解決するため、近年、
案内面に空気軸受を用い、駆動手段に空気軸受を案内と
したリニアモータなどを用いる『非接触駆動方式』のス
テージが提案されている。
【0006】こうした非接触式の位置決め装置において
は、接触摩擦の影響を受けないという長所がある反面、
案内剛性が従来の接触式位置決め装置に比べて低いとい
う欠点がある。一般に、ステッパにおいては、ステージ
はXY2方向に移動することから、ステージの重心はそ
の位置に依存して大きく変動する。したがって非接触式
の位置決め装置においては、接触式位置決め装置に比べ
て、ステージの移動に伴ってステージの回転運動、特に
ヨーイング振動が生じやすい。
【0007】そこでこのヨーイング振動をできるだけ抑
えるために、リニアモータを左右対称に配置する『双胴
形』を採用し、さらにステージが移動し、重心が移動し
てもこの左右のリニアモータ推力の重心まわりのモーメ
ントをゼロに保つよう、ステージの位置に応じて左右の
リニアモータへの推力の分配比率を変える工夫が一般に
行われる。
【0008】図2は『H形』と呼ばれている従来の典型
的な非接触方式のステッパのステージ部分を示してお
り、この図において、1は非接触形の軸受によってx方
向に非接触に移動可能な双胴形のリニアモータ、2は非
接触形の軸受によってy方向に移動可能なリニアモー
タ、3は搬送物体であるステージ、4はレーザ干渉計な
どのx方向の位置計測手段、5はレーザ干渉計などのy
方向の位置計測手段、6は直列補償器、7は乗算形DA
変換器、8はROM、9は電流増幅器、10は速度制御
モードにおける補償器、11は位置制御モードにおける
補償器、12は速度制御モード/位置速度モードの切り
換えスイッチである。
【0009】上記構成において、ステージ3をx方向に
ステップ移動させる場合を考える。まずステージ3の現
在位置xSと目標位置RPとの偏差eXに応じて、直列補
償器6は速度制御モード補償器10と位置制御モード補
償器11を切り換えスイッチ12によって切り換える。
それぞれのモードの補償器はPID補償などの一般的な
直列補償器である。直列補償器6の出力である制御指令
uは、左右2つの乗算形DA変換器7の基準電圧Vref
となる。また、ステージ3のy方向の変位yに対応し
た、制御指令値uのx方向のリニアモータ1への左右の
分配率dL,dR(即ちdL+dR=1.0であり、なおか
つステージの重心まわりのモーメントがゼロとなる分配
率)は、左右それぞれに対応する2つのROM8に、ス
テージのy方向の位置ySに応じた値として記憶されて
いる。
【0010】そして乗算形DA変換器7によって左右の
分配率が直列補償器の制御指令uに乗ぜられ、制御指令
uは双胴形リニアモータ1の左右へそれぞれdLu,dR
uに分配されて供給されることにより、ステージ3の各
位置でヨーイング運動を生じないように構成されてい
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の非接触式の精密位置決め装置では、ステージのY方
向の変位情報ySに対応した、予めROM8に格納する
分配率によってのみ推力の分配を行っていたため、RO
M8に格納した分配率の誤差や、外部から加わる外乱な
どの影響によるヨーイング振動を完全に抑えることがで
きず、位置決め時間の増大や、位置決め精度の悪化を引
き起こすという問題点があった。
【0012】また、上記従来の非接触式の位置決め装置
では、ステージ2のステップ動作が完了した後に、リニ
アモータ1とは別のアクチュエータを用いてヨーイング
補正を行っていたため、このヨーイング補正の分だけ位
置決め時間が増加してしまう点や、装置構成が複雑にな
ってしまう問題があった。
【0013】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、その目的は、位置決め時間の短縮や、位置決め
精度の改善を可能にし、且つ装置構造を簡単にすること
ができる精密位置決め装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の精密位置決め装置は、記搬送物体の並進
変位情報に応じて駆動手段の各駆動源への制御指令値の
分配率を決定する推力分配手段と、搬送物体の重心まわ
りの回転変位を計測する計測手段によって得られる回転
変位情報を用いて推力分配手段の分配率を補正する補正
手段を有することを特徴としている。
【0015】
【実施例】図1は本発明の特徴を最も良く表す非接触方
式の精密位置決め装置の一実施例であり、この図におい
て、1は非接触形の軸受によってx方向に非接触に移動
可能な双胴形のリニアモータで、搬送物体であるステー
ジ3の両側にx方向に延びた2つの駆動源(リニアモー
タ)を有する。2は非接触形の軸受けによってy方向に
移動可能なリニアモータ、4はレーザ干渉計などのx方
向の第一位置計測手段、5はレーザ干渉計などのy方向
の位置計測手段、6は直列補償器、7は乗算形DA変換
器、8はROM、9は電流増幅器、10は速度制御モー
ドにおける補償器、11は位置制御モードにおける補償
器、12は速度制御モード/位置速度モードの切り換え
スイッチ、13はステージ3のヨーイングを検出するた
めのレーザ干渉計などのx方向の第二位置計測手段、1
4はヨーイング成分に対する補償器である。
【0016】つぎに上記構成においてステージ3をx方
向にステップ移動させる場合を考える。まずステージ3
の現在位置xSと目標位置RPとの偏差eXに応じて、直
列補償器6は速度制御モード補償器10と位置制御モー
ド補償器11を切り換えスイッチ12によって切り換え
る。それぞれのモードの補償器はPID補償などの一般
的な直列補償器である。直列補償器6の出力である制御
指令uは、リニアモータ1の左右の駆動源用の2つの乗
算形DA変換器7の基準電圧Vrefとなる。また、ステ
ージ3のy方向の変位yに対応した、制御指令値uのx
方向のリニアモータ1への左右の分配率dL,dR、(即
ちdL+dR=1.0であり、なおかつステージの重心ま
わりのモーメントがゼロとなる分配率)は、左右それぞ
れに対応する2つのROM8に、ステージのY方向の位
置ySに応じた値として記憶されている。
【0017】そして乗算形DA変換器7によって左右の
分配率が直列補償器の制御指令uに乗ぜられ、制御指令
uは双胴形リニアモータ1の左右の駆動源へそれぞれd
Lu,dRuに分配されて供給されることにより、ステー
ジ3の各位置でヨーイング運動を生じないように構成さ
れている。
【0018】しかし予めROM8に格納した分配率のみ
で推力分配を行うと、格納した分配率の誤差や、外部か
ら加わる外乱などの影響によって、ヨーイング振動を完
全に抑えることができない。
【0019】そこで、第一のx方向の検出手段4および
第二のx方向の位置検出手段13を用い、両者の偏差を
とることによって、分配誤差や外乱に起因したステージ
3のヨーイング変位成分θをリアルタイムに検出する。
【0020】そしてこのヨーイング変位成分θを補償器
14に入力してヨーイング制御指令
【0021】
【外1】 uθを得て、これを左右のリニアモータ1に対応するR
OM8の出力にヨーイング振動がキャンセルされるよう
に加減算して、分配率をリアルタイムに変更することに
よって、外部から加わる外乱や、ROM8の推力分配誤
差等に起因するヨーイング振動を抑える。
【0022】(他の実施例)図1に示した実施例は、所
謂『H形』ステージを対象としたものであるが、『T
形』ステージ等、他の双胴形のリニアモータを有する非
接触式の精密位置決め装置、例えば、特開平3−245
932号、特開平4−181017号等に示されるよう
な精密位置決め装置に対しても本実施例と何等変わりな
く本発明を実施することが可能である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
駆動手段への制御指令値の分配率を決定する推力分配手
段を有する精密位置決め装置において、推力分配手段に
よる分配誤差や、外部から加わる外乱によって生じる回
転振動を抑圧することが可能となるので、位置決め時間
の短縮や、位置決め精度の改善を実現することができ
る。更には、ヨーイング補正のアクチュエータを不要に
して装置の簡略化を実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の特徴を最も良く表す非接触方式の精密
位置決め装置の一実施例を示す図
【図2】従来の典型的な非接触方式の精密位置決め装置
の一例を示す図
【符号の説明】
1 非接触形の軸受によってx方向に非接触に移動可能
な双胴形のリニアモータ 2 非接触形の軸受によってy方向に移動可能なリニア
モータ 3 搬送物体であるステージ 4 レーザ干渉計などのx方向の第一の位置計測手段 5 レーザ干渉計などのy方向の位置計測手段 6 直列補償器 7 乗算形DA変換器 8 ROM 9 電流増幅器 10 速度制御モードにおける補償器 11 位置制御モードにおける補償器 12 速度制御モード/位置制御モード切り換えスイッ
チ 13 x方向の第二のx方向の位置計測手段 14 ヨーイング成分に対する補償器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−121741(JP,A) 特開 平4−186611(JP,A) 特開 平1−259405(JP,A) 特開 昭62−139013(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/68 H01L 21/027

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 搬送物体を非接触に案内する案内手段
    と、前記搬送物体の両側に駆動源が位置する駆動手段
    と、前記搬送物体の並進変位および重心まわりの回転変
    位を計測する計測手段と、前記搬送物体を所望の位置へ
    位置決め制御するための制御指令値を生成する制御手段
    と、前記搬送物体の並進変位情報に応じて前記駆動手段
    の各駆動源への制御指令値の分配率を決定する推力分配
    手段と、前記計測手段からの前記搬送物体の回転変位情
    報を用いて前記推力分配手段の分配率を補正する補正手
    段を有することを特徴とする精密位置決め装置。
  2. 【請求項2】 前記案内手段は空気軸受を有することを
    特徴とする請求項1に記載の精密位置決め装置。
  3. 【請求項3】 前記駆動手段の駆動源はリニアモータで
    あることを特徴とする請求項1記載の精密位置決め装
    置。
  4. 【請求項4】 前記計測手段は複数のレーザ測長器を有
    することを特徴とする請求項1に記載の精密位置決め装
    置。
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