JP3542451B2 - 精密ＸＹθステージのθ位置合せ方法 - Google Patents
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として半導体製造装置および液晶露光装置等に使用される精密ＸＹθステージの内、ＸＹ方向にステージが移動するのに伴なって案内面精度により発生するθエラー等を計測した上、クローズドフィードバックでθステージを回転することによりθエラー補正を行なうことが可能な構造となっている静圧軸受精密ＸＹθステージのθ位置合せ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来精密ＸＹθステージにおいては、ＸＹ方向にステージが移動した場合のステージ位置をモニタするための測距対象面を、ＸＹステージ上に載置し、その上にθステージを設けることにより、θステージが回転しても測距対象面がθ回転しないような構造にしていた。
ところが、近年の半導体製造装置に用いる精密ＸＹθステージにおいては、その要求精度は年々高くなる一方であり、ステージが移動した際に案内面のメカ精度によりＸＹ軸に沿って移動した際に微小量発生するθ成分についても、無視することができないレベルに達している。
【０００３】
これを解決するため、最近ではθステージ上に上記ＸＹ方向の測距対象面を設け、ＸＹθの位置情報をモニタしてクローズドループ制御を行なう構造の精密ＸＹθステージが開発されている。
しかしながら、上記精密ＸＹθステージでは、θステージの回転により、測距対象面が回転してしまうため、装置の立ち上げ時に装置に固定した基準座標に対して測距対象面の回転位置を合わせる必要がある。
【０００４】
ＸＹステージを持つ装置では装置に固定された座標系としてステージの移動方向に一致した直交座標系を採用するのが一般的である。
このため、図４に示す通り、一軸を動かないようにサーボを切ってブレーキ等の手段でロックし、他の一軸を動かした時に測距対象面と装置上に固定した測距基準点の間の距離が変わらないようにθ軸を回転させる方法が取られている。
この方法ではステージに固定用追加機構が必要であると同時にステージ台盤の面積も大きくなる。
【０００５】
また、図５の通りθステージ上に少なくとも１ケの位置合わせ用ターゲットを設けるとともに、装置上に２ケ以上の基準位置を設け、ステージが一軸に基準位置のスパン分ステップ移動した時に上記２ケ以上の基準位置に対して上記θステージ上の位置合わせ用ターゲットの位置が予め各装置で定めた位置関係になるよう定めるといった方法に代表される、θステージ上に位置合わせターゲットを設ける方法もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上に紹介した方法は、いずれもステージ上に通常動作時には本来必要の無い構造を追加する必要が有り、ステージ自体の重量の増加や、製造コストの上昇を伴っていた。
【０００７】
そこで本発明は、通常動作時に不要となる機構および部品取付けを廃止し、ステージ外に簡単な機構を追加するのみで安価に測距対象面の回転位置を決定することを可能な手段を提供するものである。
【０００８】
本発明の第１の目的は、静圧軸受手段により非接触で案内面に対し支持されているＸＹθステージにおいて、そのＸＹ位置をステージ上に設けたθステージ上に載置された測定基準平面の傾きをステージの走りに対して測定する際に、ステージに余分な重量物を取付けることを不要とすることである。
【０００９】
本発明の第２の目的は、得られた基準平面の傾き分をθステージで回転補正することにより、ステージの走りを装置基準座標に対し合致させることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、静圧軸受手段により所定の案内面に対して非接触で支持され直交するＸ、Ｙの２軸方向に移動自在なＸＹステージ上に設けられ前記２軸と直交するＺ軸回りに回動可能なθステージ上に載置された基準平面までのある一定の基準位置からの距離を測定し、その測距信号に基づき前記ＸＹステージのＸＹ位置をクローズドループフィードバック制御により位置決めするＸＹθステージのθ位置合せ方法において、前記静圧軸受手段全体の内一部の静圧軸受手段に対して静圧の供給を停止することにより前記ＸＹステージを、前記Ｘ、Ｙ２軸の内、一方の軸方向には移動可能な状態のまま、他方の軸方向には固定状態とし、この状態で前記ＸＹステージを移動させ移動方向に対する前記基準平面の回転方向の傾き検出を行ない、検出された傾き量だけステージを回転させて傾き補正を行なうことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
上記装置において、静圧の供給を一部停止して、ＸＹ２軸の内１軸がメカ的に固定されることにより、１軸の固定はステージ上には本来の機能上必要な機構に対し、なんら追加および変更を行なうこと無しで行なわれることになり、ステージの軽量化およびコストの上昇を最小に抑えることが可能である。
【００１５】
また固定された側のクローズドループフィードバック制御系のセンサとして使用されていた測長センサは傾き測定用の測長センサとして使用可能となるため、この状態で固定されていない側の軸を往復移動した際、θステージ上の測定基準平面がＸＹステージの走りと合致していなければ固定された軸側の測長センサの計測値がステージの移動量に比例して変化する。ステージの移動量に対する測長センサの計測値の変化量を傾き量として求める。
【００１６】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例に係るＸＹθステージ装置を示す側面図、図２はそのステージ部の斜視図である。このＸＹθステージ装置は、図示しない支持盤上に固定された台盤１と、台盤１の両端にそれぞれ配設された第１の駆動手段である一対のＹリニアモータ２，３と、これらによって互いに直交する２軸（以下、それぞれ『Ｘ軸、Ｙ軸』という）の一方であるＹ軸の方向にヨーガイド８に沿って往復移動される、略Ｈ形の上面図形状をもつ枠体からなる第一の移動体であるＹステージ４と、Ｙステージ４に支持された第２の駆動手段である一対のＸリニアモータ５，６と、これらによってＸ軸の方向にＸガイド４ａに沿って往復駆動される第２の移動体であるＸステージ７、およびＸステージ７上に設けられた不図示の第３の駆動手段であるθ駆動モータと、これにより駆動される第３の移動体であるθステージ１４を持ち、そのθステージ上にＹステージの位置を測定するための測定対象面である反射鏡１５と、Ｘステージ位置を測定するための測定対象面１９を持つ。
【００１７】
θステージ１４の上には、図示しない吸着チャックなどのワーク保持盤が設けられる。９，１０ａ，１０ｂ．１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは静圧軸受用のエアパッド、１７は各エアパッドへの静圧流体を制御する圧力供給装置、１８は静圧流体を特定のパッドに対して遮断するためのバルブ、１３はθ回転用軸受、２０はＸ方向用センサである。反射鏡１５はＹ方向の相対位置測長ビーム用（測定対象面）であるとともにθ方向の相対位置測長ビーム用反射鏡を兼ねている。
【００１８】
反射鏡１５には、そのＹ方向位置を計測するビームとθ方向を計測するビームが反射しており、その位置はＸＹθステージが図示中央にある時は１６ａの位置となり、ステージが図示右方に移動すればその位置は１６ｂ、同様に左方で１６ｃとなる。
【００１９】
次に上記構成において、ステージのＸ方向走りに対してθステージ１４上の反射鏡１５の傾きを検出する方法を説明する。装置立上げ時まずバルブ１８を切換えると、ヨーガイド８に対する静圧軸受９への圧の供給は遮断され、Ｙステージは不図示の予圧手段により、ヨーガイド側に押しつけられ、Ｙ方向への移動は不能となる。
【００２０】
この後、反射鏡１５がθ回転位置不定のまま、その位置でサーボを掛け、θ方向へずれないようにする。なお、θ回転位置に対しサーボを行なわない場合は何らかのθロックを行なえば良い。Ｘ方向のイニシャライズを行なってＸ位置データを装置に登録した後、Ｘステージを左右に振り、この時のＹ方向位置計測を行なう。Ｙ方向位置計測値の左右での差とＸ方向移動量より、反射鏡１５の傾きを算出する。
反射鏡１５の傾きが判明した後、算出分だけθステージを回転させ、再び計測を繰り返せば、反射鏡１５の傾きが補正されたことが計測され、補正を終了する。θステージを回転させる代わりに、算出された反射鏡１５の傾き量だけθステージのθ基準位置を更新するようにしてもよい。
【００２１】
本実施例では、静圧流体の遮断をヨーガイド側静圧軸受９で行なったが、静圧軸受１０ａおよび１０ｂへの圧力の遮断でも同様の効果が得られる。但しこの場合は装置の微小な量の傾きにより、ヨーガイド部静圧軸受のギャップが変動している可能性があり、Ｙ方向ロックを行なう時にＸガイドの傾きに変動量が乗ってしまう可能性がある。
【００２２】
図３は本実施例の変形例であり、ＸＹステージのガイド面を２段重ねとしたものであるが、第１の実施例と同様に、ヨーガイド部静圧軸受９への静圧供給を遮断することにより、全く同様に反射鏡１５の傾きをステージＸ方向走りに対して合わせ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、静圧軸受を用いたＸＹθサーボ精密ステージに於て必要なθ方向の位置決めを行なうにあたり、以下のような効果を奏する。
（１）ステージ可動部に対して重量の増加が無い。
（２）ステージ上に基準となるマークを設ける等、高価な部品の追加が無い。
（３）台盤の面積をステージのストローク以上に大きくする必要が無い。
【００２４】
また、本発明によれば計測したθ方向の傾き量は装置内の演算装置によりステージがＸＹに移動した際自動補正されるのでθ傾きの調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るステージ装置の側面図である。
【図２】図１の装置のステージ部鳥瞰図である。
【図３】本発明の他の実施例に係るステージ装置の側面図である。
【図４】従来例のＸＹθステージにおいて移動軸に対しロックを行なう構造を示す図である。
【図５】従来例のＸＹθステージにおいてθ傾きを検出する構造を示す図である。
【符号の説明】１：ステージ台盤、２：Ｙリニアモータ、３：Ｙリニアモータ、４：Ｙステージ、５：Ｘリニアモータ（上）、６：Ｘリニアモータ（下）、７：Ｘステージ、８：ヨーガイド、９：ヨーガイド用静圧パッド、１０：Ｙ用静圧パッド、１１：Ｘ用静圧パッド、１２：ＸＹ用静圧パッド、１３：θ回転用ベアリング、１４：θステージ、１５：Ｙ測長用反射鏡、１６：測長センサ測定点、１７：圧力供給装置、１８：エアバルブ、１９：Ｘ測長用反射鏡、２０：Ｘ測長センサ、２１：ロック用吸着パッド、２２：投影光学系、２３：θ合わせ用マーク、２４：θ合わせ用基準マーク。
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として半導体製造装置および液晶露光装置等に使用される精密ＸＹθステージの内、ＸＹ方向にステージが移動するのに伴なって案内面精度により発生するθエラー等を計測した上、クローズドフィードバックでθステージを回転することによりθエラー補正を行なうことが可能な構造となっている静圧軸受精密ＸＹθステージのθ位置合せ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来精密ＸＹθステージにおいては、ＸＹ方向にステージが移動した場合のステージ位置をモニタするための測距対象面を、ＸＹステージ上に載置し、その上にθステージを設けることにより、θステージが回転しても測距対象面がθ回転しないような構造にしていた。
ところが、近年の半導体製造装置に用いる精密ＸＹθステージにおいては、その要求精度は年々高くなる一方であり、ステージが移動した際に案内面のメカ精度によりＸＹ軸に沿って移動した際に微小量発生するθ成分についても、無視することができないレベルに達している。
【０００３】
これを解決するため、最近ではθステージ上に上記ＸＹ方向の測距対象面を設け、ＸＹθの位置情報をモニタしてクローズドループ制御を行なう構造の精密ＸＹθステージが開発されている。
しかしながら、上記精密ＸＹθステージでは、θステージの回転により、測距対象面が回転してしまうため、装置の立ち上げ時に装置に固定した基準座標に対して測距対象面の回転位置を合わせる必要がある。
【０００４】
ＸＹステージを持つ装置では装置に固定された座標系としてステージの移動方向に一致した直交座標系を採用するのが一般的である。
このため、図４に示す通り、一軸を動かないようにサーボを切ってブレーキ等の手段でロックし、他の一軸を動かした時に測距対象面と装置上に固定した測距基準点の間の距離が変わらないようにθ軸を回転させる方法が取られている。
この方法ではステージに固定用追加機構が必要であると同時にステージ台盤の面積も大きくなる。
【０００５】
また、図５の通りθステージ上に少なくとも１ケの位置合わせ用ターゲットを設けるとともに、装置上に２ケ以上の基準位置を設け、ステージが一軸に基準位置のスパン分ステップ移動した時に上記２ケ以上の基準位置に対して上記θステージ上の位置合わせ用ターゲットの位置が予め各装置で定めた位置関係になるよう定めるといった方法に代表される、θステージ上に位置合わせターゲットを設ける方法もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上に紹介した方法は、いずれもステージ上に通常動作時には本来必要の無い構造を追加する必要が有り、ステージ自体の重量の増加や、製造コストの上昇を伴っていた。
【０００７】
そこで本発明は、通常動作時に不要となる機構および部品取付けを廃止し、ステージ外に簡単な機構を追加するのみで安価に測距対象面の回転位置を決定することを可能な手段を提供するものである。
【０００８】
本発明の第１の目的は、静圧軸受手段により非接触で案内面に対し支持されているＸＹθステージにおいて、そのＸＹ位置をステージ上に設けたθステージ上に載置された測定基準平面の傾きをステージの走りに対して測定する際に、ステージに余分な重量物を取付けることを不要とすることである。
【０００９】
本発明の第２の目的は、得られた基準平面の傾き分をθステージで回転補正することにより、ステージの走りを装置基準座標に対し合致させることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、静圧軸受手段により所定の案内面に対して非接触で支持され直交するＸ、Ｙの２軸方向に移動自在なＸＹステージ上に設けられ前記２軸と直交するＺ軸回りに回動可能なθステージ上に載置された基準平面までのある一定の基準位置からの距離を測定し、その測距信号に基づき前記ＸＹステージのＸＹ位置をクローズドループフィードバック制御により位置決めするＸＹθステージのθ位置合せ方法において、前記静圧軸受手段全体の内一部の静圧軸受手段に対して静圧の供給を停止することにより前記ＸＹステージを、前記Ｘ、Ｙ２軸の内、一方の軸方向には移動可能な状態のまま、他方の軸方向には固定状態とし、この状態で前記ＸＹステージを移動させ移動方向に対する前記基準平面の回転方向の傾き検出を行ない、検出された傾き量だけステージを回転させて傾き補正を行なうことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
上記装置において、静圧の供給を一部停止して、ＸＹ２軸の内１軸がメカ的に固定されることにより、１軸の固定はステージ上には本来の機能上必要な機構に対し、なんら追加および変更を行なうこと無しで行なわれることになり、ステージの軽量化およびコストの上昇を最小に抑えることが可能である。
【００１５】
また固定された側のクローズドループフィードバック制御系のセンサとして使用されていた測長センサは傾き測定用の測長センサとして使用可能となるため、この状態で固定されていない側の軸を往復移動した際、θステージ上の測定基準平面がＸＹステージの走りと合致していなければ固定された軸側の測長センサの計測値がステージの移動量に比例して変化する。ステージの移動量に対する測長センサの計測値の変化量を傾き量として求める。
【００１６】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例に係るＸＹθステージ装置を示す側面図、図２はそのステージ部の斜視図である。このＸＹθステージ装置は、図示しない支持盤上に固定された台盤１と、台盤１の両端にそれぞれ配設された第１の駆動手段である一対のＹリニアモータ２，３と、これらによって互いに直交する２軸（以下、それぞれ『Ｘ軸、Ｙ軸』という）の一方であるＹ軸の方向にヨーガイド８に沿って往復移動される、略Ｈ形の上面図形状をもつ枠体からなる第一の移動体であるＹステージ４と、Ｙステージ４に支持された第２の駆動手段である一対のＸリニアモータ５，６と、これらによってＸ軸の方向にＸガイド４ａに沿って往復駆動される第２の移動体であるＸステージ７、およびＸステージ７上に設けられた不図示の第３の駆動手段であるθ駆動モータと、これにより駆動される第３の移動体であるθステージ１４を持ち、そのθステージ上にＹステージの位置を測定するための測定対象面である反射鏡１５と、Ｘステージ位置を測定するための測定対象面１９を持つ。
【００１７】
θステージ１４の上には、図示しない吸着チャックなどのワーク保持盤が設けられる。９，１０ａ，１０ｂ．１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂは静圧軸受用のエアパッド、１７は各エアパッドへの静圧流体を制御する圧力供給装置、１８は静圧流体を特定のパッドに対して遮断するためのバルブ、１３はθ回転用軸受、２０はＸ方向用センサである。反射鏡１５はＹ方向の相対位置測長ビーム用（測定対象面）であるとともにθ方向の相対位置測長ビーム用反射鏡を兼ねている。
【００１８】
反射鏡１５には、そのＹ方向位置を計測するビームとθ方向を計測するビームが反射しており、その位置はＸＹθステージが図示中央にある時は１６ａの位置となり、ステージが図示右方に移動すればその位置は１６ｂ、同様に左方で１６ｃとなる。
【００１９】
次に上記構成において、ステージのＸ方向走りに対してθステージ１４上の反射鏡１５の傾きを検出する方法を説明する。装置立上げ時まずバルブ１８を切換えると、ヨーガイド８に対する静圧軸受９への圧の供給は遮断され、Ｙステージは不図示の予圧手段により、ヨーガイド側に押しつけられ、Ｙ方向への移動は不能となる。
【００２０】
この後、反射鏡１５がθ回転位置不定のまま、その位置でサーボを掛け、θ方向へずれないようにする。なお、θ回転位置に対しサーボを行なわない場合は何らかのθロックを行なえば良い。Ｘ方向のイニシャライズを行なってＸ位置データを装置に登録した後、Ｘステージを左右に振り、この時のＹ方向位置計測を行なう。Ｙ方向位置計測値の左右での差とＸ方向移動量より、反射鏡１５の傾きを算出する。
反射鏡１５の傾きが判明した後、算出分だけθステージを回転させ、再び計測を繰り返せば、反射鏡１５の傾きが補正されたことが計測され、補正を終了する。θステージを回転させる代わりに、算出された反射鏡１５の傾き量だけθステージのθ基準位置を更新するようにしてもよい。
【００２１】
本実施例では、静圧流体の遮断をヨーガイド側静圧軸受９で行なったが、静圧軸受１０ａおよび１０ｂへの圧力の遮断でも同様の効果が得られる。但しこの場合は装置の微小な量の傾きにより、ヨーガイド部静圧軸受のギャップが変動している可能性があり、Ｙ方向ロックを行なう時にＸガイドの傾きに変動量が乗ってしまう可能性がある。
【００２２】
図３は本実施例の変形例であり、ＸＹステージのガイド面を２段重ねとしたものであるが、第１の実施例と同様に、ヨーガイド部静圧軸受９への静圧供給を遮断することにより、全く同様に反射鏡１５の傾きをステージＸ方向走りに対して合わせ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、静圧軸受を用いたＸＹθサーボ精密ステージに於て必要なθ方向の位置決めを行なうにあたり、以下のような効果を奏する。
（１）ステージ可動部に対して重量の増加が無い。
（２）ステージ上に基準となるマークを設ける等、高価な部品の追加が無い。
（３）台盤の面積をステージのストローク以上に大きくする必要が無い。
【００２４】
また、本発明によれば計測したθ方向の傾き量は装置内の演算装置によりステージがＸＹに移動した際自動補正されるのでθ傾きの調整が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るステージ装置の側面図である。
【図２】図１の装置のステージ部鳥瞰図である。
【図３】本発明の他の実施例に係るステージ装置の側面図である。
【図４】従来例のＸＹθステージにおいて移動軸に対しロックを行なう構造を示す図である。
【図５】従来例のＸＹθステージにおいてθ傾きを検出する構造を示す図である。
【符号の説明】１：ステージ台盤、２：Ｙリニアモータ、３：Ｙリニアモータ、４：Ｙステージ、５：Ｘリニアモータ（上）、６：Ｘリニアモータ（下）、７：Ｘステージ、８：ヨーガイド、９：ヨーガイド用静圧パッド、１０：Ｙ用静圧パッド、１１：Ｘ用静圧パッド、１２：ＸＹ用静圧パッド、１３：θ回転用ベアリング、１４：θステージ、１５：Ｙ測長用反射鏡、１６：測長センサ測定点、１７：圧力供給装置、１８：エアバルブ、１９：Ｘ測長用反射鏡、２０：Ｘ測長センサ、２１：ロック用吸着パッド、２２：投影光学系、２３：θ合わせ用マーク、２４：θ合わせ用基準マーク。
Claims (1)
- 静圧軸受手段により所定の案内面に対して非接触で支持され直交するＸ、Ｙの２軸方向に移動自在なＸＹステージ上に設けられ前記２軸と直交するＺ軸回りに回動可能なθステージ上に載置された基準平面までのある一定の基準位置からの距離を測定し、その測距信号に基づき前記ＸＹステージのＸＹ位置をクローズドループフィードバック制御により位置決めするＸＹθステージのθ位置合せ方法において、前記静圧軸受手段全体の内一部の静圧軸受手段に対して静圧の供給を停止することにより前記ＸＹステージを、前記Ｘ、Ｙ２軸の内、一方の軸方向には移動可能な状態のまま、他方の軸方向には固定状態とし、この状態で前記ＸＹステージを移動させ移動方向に対する前記基準平面の回転方向の傾き検出を行ない、検出された傾き量だけステージを回転させて傾き補正を行なうことを特徴とする精密ＸＹθステージのθ位置合せ方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1960297A JP3542451B2 (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 精密ＸＹθステージのθ位置合せ方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1960297A JP3542451B2 (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 精密ＸＹθステージのθ位置合せ方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10207551A JPH10207551A (ja) | 1998-08-07 |
| JP3542451B2 true JP3542451B2 (ja) | 2004-07-14 |
Family
ID=12003767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1960297A Expired - Fee Related JP3542451B2 (ja) | 1997-01-20 | 1997-01-20 | 精密ＸＹθステージのθ位置合せ方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3542451B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR100780615B1 (ko) * | 2001-12-31 | 2007-11-29 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 노광장비의 요 가이드 휨 모니터링 장치 및 방법 |
| JP2010151322A (ja) * | 2010-04-01 | 2010-07-08 | Sigma Technos Kk | Ｘｙステージ |
| CN105108500B (zh) * | 2015-08-24 | 2017-06-16 | 中南大学 | 一种静压导轨 |
-
1997
- 1997-01-20 JP JP1960297A patent/JP3542451B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10207551A (ja) | 1998-08-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A521 | Written amendment |
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