JP3834433B2 - XY stage - Google Patents
XY stage Download PDFInfo
- Publication number
- JP3834433B2 JP3834433B2 JP23814998A JP23814998A JP3834433B2 JP 3834433 B2 JP3834433 B2 JP 3834433B2 JP 23814998 A JP23814998 A JP 23814998A JP 23814998 A JP23814998 A JP 23814998A JP 3834433 B2 JP3834433 B2 JP 3834433B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- slider
- axis direction
- slider portion
- teeth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70716—Stages
- G03F7/70725—Stages control
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70758—Drive means, e.g. actuators, motors for long- or short-stroke modules or fine or coarse driving
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物の2次元位置を位置決めするXYステージに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
XYステージは、例えばプローバ等の半導体製造装置に用いられる。
図6はXYステージの従来例の構成図である。
図6で、スライダ部1には位置決め対象物が載せられている。ガイドバー2,3はプレート4上に引かれていて、X軸方向に延びている。支持部材5はスライダ部1をガイドバー2,3に移動自在に支持する。モータ6の出力軸にはねじ7が連結されている。部材8にねじ7が螺合されている。部材8はスライダ部1に固定されている。モータ6が回転駆動することによって、スライダ部1はX軸方向に移動する。
【0003】
ガイドバー9,10はプレート11に引かれていて、Y軸方向に延びている。支持部材12はプレート4をガイドバー9,10に移動自在に支持する。モータ13の出力軸にはねじ14が連結されている。部材15にねじ14が螺合されている。部材15はプレート4に固定されている。モータ13が回転駆動することによって、プレート4はY軸方向に移動する。
【0004】
このようにモータ6,13の回転駆動によって、スライダ部1はX,Y軸方向に位置決めされる。
スライダ部1には位置決め対象物として例えばウエハが載せられる。スライダ部31が2次元方向に移動すると、位置固定されたプロープがウエハの各チップに順番に当てられ、各チップの検査が行われる。
【0005】
しかし、図6の従来例では次の問題点があった。
【0006】
(問題点1)
図7に示すように、加工誤差によりガイドバー9,10に曲がりがあると、プレート4はガイドバー9,10に沿って移動したときにb方向に回転ずれが生じる。これをヨーイングとする。
ヨーイングによる角度ずれをΔθ、スライダ部1の支点からスライダ部1がある位置までのアーム長をLとすると、スライダ部1の位置ずれΔY=L・Δθになる。このように、ヨーイングによる角度ずれがアーム長で増幅されてスライダ部1に位置誤差が生じる。
【0007】
例えば、L=500mm,Δθ=5秒(ここでいう「秒」は角度の単位である)とすると、位置ずれΔYは次のとおりになる。
ΔY=500×(5/360×60×60)×2π
=12μm
【0008】
(問題点2)
ガイドバー、支持部材等からなる機械的支持部があるため、構成が大型化する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、スライダ部の中心に対して対称な位置にX軸方向の位置フィードバック制御部をそれぞれ設け、これらの位置フィードバック制御系に同一の指令位置を与えてスライダ部を位置制御するとともに、圧縮空気を用いてスライダ部を支持することによって、ヨーイングによる位置誤差を除去でき、機械的支持部を省いて装置を小型化できるXYステージを実現することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は次のとおりの構成になったXYステージである。
【0012】
(1)対象物の2次元位置を位置決めするXYステージにおいて、
X軸方向及びY軸方向に沿って一定ピッチで歯が形成された格子プラテンと、
前記対象物が載せられたスライダ部と、
このスライダ部と格子プラテンの間に圧縮空気を流すことによってエアベアリングを構成し、スライダ部を前記格子プラテン上に浮揚させる浮揚手段と、
前記スライダ部に搭載され、Y軸方向に沿って一定ピッチで歯が形成され、この歯と格子プラテンの歯との間に磁気吸引力を生じさせてスライダ部をY軸方向に移動させるY軸モータと、
前記スライダ部に搭載され、X軸方向に沿って一定ピッチで歯が形成され、この歯と格子プラテンの歯との間に磁気吸引力を生じさせてスライダ部をX軸方向に移動させる第1及び第2のX軸モータと、
格子プラテンの側面に装着され、X軸方向に鏡面が形成されたY軸ミラーと、
格子プラテンの側面に装着され、Y軸方向に鏡面が形成されたX軸ミラーと、
前記スライダ部に搭載され、前記Y軸ミラーに光を照射し、その反射光を受け、光の干渉を利用してスライダ部のY軸方向の位置を検出するY軸センサと、
前記スライダ部に搭載され、前記X軸ミラーに光を照射し、その反射光を受け、光の干渉を利用してスライダ部のX軸方向の位置をそれぞれ検出する第1及び第2のX軸センサと、
前記Y軸センサの検出位置をもとに前記Y軸モータを位置フィードバックするための制御信号を出力し、スライダ部のY軸方向の位置をフィードバック制御するY軸制御部と、
前記第1及び第2のX軸センサの検出位置をもとに前記第1及び第2のX軸モータを位置フィードバックするための制御信号を出力し、スライダ部のX軸方向の位置をフィードバック制御するとともに、前記第1及び第2のX軸モータを位置フィードバックするための制御信号によりスライダ部を回転方向に制御し、前記格子プラテン上に浮揚しているスライダ部のヨーイングによる回転ずれを補正する第1及び第2のX軸制御部と、
を具備したことを特徴とするXYステージ。
【0013】
(2)前記第1及び第2のX軸モータは、スライダ部の中心に対して対称な位置に搭載されていることを特徴とする(1)記載のXYステージ。
【0014】
(3)前記第1及び第2のX軸制御部についてそれぞれ設けられ、スライダ部の位置とスライダ部のヨーイングを除去するための補正量を対応させた補正テーブルを保持し、与えられた指令位置をもとに前記補正テーブルから補正量を読み出し、読み出した補正量で前記第1及び第2のX軸制御部に与える指令位置を補正する第1及び第2の補正手段を具備したことを特徴とする(1)または(2)に記載のXYステージ。
【0015】
(4)前記Y軸制御部、第1及び第2のX軸制御部は、モータの位置フィードバック制御、速度フィードバック制御及びモータのコイルに流れる電流の転流制御を行うことを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載のXYステージ。
【0016】
(5)前記第1及び第2のX軸制御部に与える指令位置に対して、一方の指令位置に所定値を加算し、他方の指令位置に所定値を減算することによってスライダ部の回転位置を制御する回転制御部を有することを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載のXYステージ。
【0017】
(6)第1及び第2のX軸センサはそれぞれの検出位置の差をもとにスライダ部の回転角度を検出することを特徴とする(1)乃至(5)のいずれかに記載のXYステージ。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図1は本発明の一実施例を示す構成図である。図1で前出の図と同一のものは同一符号を付ける。
【0019】
図1で、格子プラテン30はX軸方向及びY軸方向に沿って一定ピッチで歯が形成されている。図では簡略化のため一部の歯だけを示している。このような格子プラテン30は、平坦面に格子状に溝を切ることによって形成される。格子プラテン30は磁性体で構成されている。
スライダ部31には位置決めの対象物が載せられる。
【0020】
浮揚手段32は、スライダ部31を格子プラテン30上に浮揚させる。スライダ部31の格子プラテン30と対向する面にはノズルが設けられていて、このノズルから浮揚手段32が圧縮空気を噴出させることによって、浮上力を得ている。スライダ部31と格子プラテン30の間をノズルから噴出した空気が流れることによって、エアベアリングを構成している。スライダ部31と格子プラテン30とのギャップは数十μm程度である。
【0021】
Y軸モータ33は、スライダ部31に搭載され、コア331の格子プラテン30と対向する面にはY軸方向に一定ピッチで歯332が形成されている。Y軸モータ33は、歯332と格子プラテン30の歯301との間に磁気吸引力を生じさせてスライダ部をY軸方向に移動させる。コイル333はコア331に巻かれている。
【0022】
X軸モータ34,35は、スライダ部31の中心に対して対称な位置にそれぞれ搭載されている。X軸モータ34,35は、コア341,351の格子プラテン30と対向する面にはX軸方向に一定ピッチで歯342,352が形成されている。X軸モータ34,35は、歯342,352と歯301との間に磁気吸引力を生じさせてスライダ部をX軸方向に移動させる。コイル343,353はコア341,351に巻かれている。
【0023】
連結部材311,312はY軸モータ33とX軸モータ34,35を連結する。
【0024】
X軸ミラー36は、格子プラテン30の側面に装着され、Y軸方向に鏡面が形成されている。Y軸ミラー37は、格子プラテン30の側面に装着され、X軸方向に鏡面が形成されている。
【0025】
Y軸センサ38は、Y軸モータ33に搭載されていて、スライダ部31のY軸方向の位置を検出する。Y軸センサ38は、Y軸ミラー37に光を照射し、その反射光を受け、光の干渉を利用してスライダ部31のY軸方向の位置を検出する干渉計である。
【0026】
X軸センサ39及び40は、X軸モータ34及び35にそれぞれ搭載されていて、スライダ部31のX軸方向の位置をそれぞれ検出する。X軸センサ39及び40は、X軸ミラー36に光を照射し、その反射光を受け、光の干渉を利用してスライダ部31のY軸方向の位置を検出する干渉計である。
【0027】
Y軸制御部41は、Y軸センサ38の検出位置をもとにスライダ部31の位置をフィードバック制御する。
X軸制御部42及び43は、X軸センサ39及び40の検出位置をもとにスライダ部31の位置をそれぞれフィードバック制御する。
【0028】
補正手段44及び45は、X軸制御部42及び43についてそれぞれ設けられ、スライダ部の位置とスライダ部のヨーイングを除去するための補正量を対応させた補正テーブル46及び47を保持している。補正手段44及び45は、与えられた指令位置をもとに補正テーブル46及び47から補正量を読み出し、読み出した補正量でX軸制御部42及び43に与える指令位置を補正する。補正テーブル46及び47のデータはキャリブレーションによって得たデータである。
補正手段44及び45は、X軸ミラー36とY軸ミラー37の機械的誤差による曲がりを補正するために設けられている。X軸ミラー36とY軸ミラー37の曲がりが位置検出に影響しない程度の曲がりであれば、補正手段44と45は設けなくてもよい。
【0029】
図2はスライダ部31の格子プラテン30と対向する面の構成図である。図3は図2のA−A´部分の断面図である。これらの図ではX軸モータ34の例を示している。他のモータも同様な構成になっている。
溝344は対向面に形成されている。ノズル345は溝344の中に形成されていて、浮揚手段32から供給された圧縮空気を噴出する。埋込部材346は歯342の凹部に埋め込まれている。埋込部材346は非磁性体の材料で構成されている。対向面にコーティングを施すことによって、歯342の凹部に埋込部材346を形成することができる。
【0030】
ノズル345から噴出した圧縮空気は溝344に沿って流れ、圧縮空気の圧力によりコア341を浮揚させる。埋込部材346は歯342の凹部を伝わって圧縮空気が外に漏れることを防いでいる。
【0031】
図4は図1の制御部の構成例を示した図である。図4ではX軸制御部42の例を示しているが、X軸制御部43とY軸制御部41も同様な構成になっている。図4で、フォトダイオードアレイ(PDAとする)420は、X軸センサ39にできた干渉縞の明暗を検出する。信号処理回路421はPDA420の検出信号に演算処理を行う。コンパレータ422,423は信号処理回路421の演算信号からA相パルスとB相パルスを生成する。
【0032】
方向判別回路424は、A相パルスとB相パルスの位相関係からスライダ部31の移動方向を判別し、判別結果に応じてアップパルスまたはダウンパルスを発生する。
アップダウンカウンタ425はアップパルスまたはダウンパルスに応じてアップカウントまたはダウンカウントを行う。アップダウンカウンタ425のカウントがスライダ部31の検出位置になる。初期状態ではX軸モータ34の各相コイルに既知電流を流したときにモータのロータとステータの歯の位相がどれだけずれるかが予め分っている。この時のアップダウンカウンタ425の値を基準値、例えば0に設定する。スライダ部31の移動に伴ってアップダウンカウンタ425は基準値からアップカウントまたはダウンカウントを行って位置を検出する。このようにしてインクリメンタル方式に位置検出をする。
【0033】
減算器426は、位置指令値X0とアップダウンカウンタ425のカウントX1(検出位置)の偏差を求める。位置制御手段427は減算器426でとった偏差をもとにX軸モータ34を位置フィードバック制御するための制御信号を出力する。速度演算手段428はアップダウンカウンタ425のカウントX1の変化速度からスライダ部31の移動速度を検出する。速度演算手段428は、例えばF/V変換器である。
【0034】
減算器429は位置制御手段427の制御信号と速度演算手段428の偏差をとる。速度制御手段430は減算器429でとった偏差をもとにX軸モータ34を速度フィードバック制御するための制御信号を出力する。
【0035】
sinテーブル431にはアップダウンカウンタ425のカウントとsin値が対応して格納されている。X軸モータ34が3相モータである場合は、アップダウンカウンタ425のカウントが与えられると、sinテーブル431からはsin(θ+120°)とsin(θ−120°)の値が読み出される。θはアップダウンカウンタ425のカウントに応じて変わる角度である。
【0036】
マルチプライング・デジタル・アナログ変換器(MDAとする)432,4334は、速度制御部430によって得られた信号をアナログ入力信号、sinテーブル431から読み出したsin(θ+120°)とsin(θ−120°)の値をゲイン設定信号としてIsin(θ+120°)とIsin(θ−120°)なる電流指令値(Iは電流振幅)を出力する。ここで、2つの指令値の位相が120°ずれているのは、モータが3相モータであるためである。相数が異なる場合は位相ずれは他の値になる。
【0037】
電流センサ434,435はX軸モータ34のコイルL1,L2に流れるコイルの電流を検出する。
減算器436及び437は、Isin(θ+120°)及びIsin(θ−120°)と電流センサ434及び435の偏差をそれぞれとる。
パルス幅変調回路(PWM回路とする)438及び439は電流センサ434及び435でとった偏差をもとにモータコイルの励磁電流をフィードバック制御するためのパルス幅変調信号(PWM信号とする)を生成して出力する。減算器440はPWM回路438と439のPWM信号を減算する。PWM回路441は減算器440の減算信号からPWM信号を生成する。
駆動回路442は、ブリッジ形のインバータ回路であり、PWM回路438,439,441の3相のPWM信号をもとにX軸モータ34を駆動する。
【0038】
図4の回路で、電源投入時に、X軸モータ34の各コイルに既知の電流を流し、モータのロータの歯とステータの歯を既知の位相関係に設定する。このようにして設定した位相関係を転流角の原点とする。このときのアップダウンカウンタ425のカウントを基準値、例えば0にする。以後、スライダ部31の移動に伴ってX軸センサ39の検出値が変わり、アップダウンカウンタ425のカウントが変化するのに応じて電流指令値Isin(θ+120°)及びIsin(θ−120°)のθの値を変え、転流制御を行う。
【0039】
図5は図1のセンサの構成例を示した図である。図1のY軸センサ38、X軸センサ39,40は同様な構成になっている。X軸センサ39を例に説明する。図5で、レーザ光源391はレーザ光を出射する。レーザ光源391の出射光の光路には、ミラー392,393、ハーフミラー394、偏向ビームスプリッタ(PBSとする)395、λ/4板396、コーナーキューブ397が配置されている。
【0040】
レーザ光源391から出た光には、ハーフミラー394、ミラー393、ミラー392、ハーフミラー394の経路で進み、図のa方向に進む光がある。この光を▲1▼の光とする。
また、レーザ光源391から出た光には、ハーフミラー394、PBS395、λ/4板396、X軸ミラー36、λ/4板396、PBS395、コーナーキューブ397、λ/4板396、X軸ミラー36、λ/4板396、PBS395、ハーフミラー394の経路で進み、図のa方向に進む光がある。この光を▲2▼の光とする。
【0041】
前述した▲1▼の光と▲2▼の光が干渉して干渉縞Sを作る。PDA398は干渉縞Sを検出する。PDA398は4個のフォトダイオード398A〜398Dからなる。4個のフォトダイオード398A〜398Dは干渉縞Sの1ピッチ内に配置されている。各フォトダイオード398A〜398DはP/4(Pは干渉縞のピッチ)ずつずらして配置されている。
【0042】
減算器399は、(フォトダイオード398Aの検出信号)−(フォトダイオード398Cの検出信号)なる演算を行う。
減算器400は、(フォトダイオード398Bの検出信号)−(フォトダイオード398Dの検出信号)なる演算を行う。
減算器399と400で図1の信号処理回路421を構成している。
【0043】
スライダ部31が移動すると干渉縞が図3のd−d´方向に動く。干渉縞が動くと各フォトダイオード398A〜398Dに当る干渉縞の明暗部分が動き、フォトダイオード398A〜398Dの検出値が変化する。これをもとにスライダ部31の位置を検出する。
【0044】
干渉縞がd方向に移動したときは、フォトダイオードの出力VA〜VDは次のとおりになる。
VA=K[1+msin{x・2π/(λ/4)}]+Kn
VB=K[1+mcos{x・2π/(λ/4)}]+Kn
VC=K[1−msin{x・2π/(λ/4)}]+Kn
VD=K[1−mcos{x・2π/(λ/4)}]+Kn
x:検出対象の距離、K,m:係数、Kn:ノイズ成分
【0045】
減算器399と400の減算信号は次のとおりになる。
VA−VC=2mKsin{x・2π/(λ/4)}
VB−VD=2mKcos{x・2π/(λ/4)}
減算の結果、外乱光により発生した直流のノイズ成分Knがキャンセルされる。
信号VA−VCとVB−VDが前述したA相パルスとB相パルスに変換される。
干渉縞がd´方向に動いたときは、信号VA−VCとVB−VDの位相関係は逆転する。
【0046】
図1のXYステージの動作を説明する。
電源投入時に、X軸モータ34の各コイルに既知の電流を流し、スライダ部31を基準位置に位置決めする。基準位置からX軸方向及びY軸方向にスライダ部31が移動したときに、X軸センサ39.40及びY軸センサ38により2次元位置をインクリメンタル方式に検出する。
【0047】
X軸ミラー36とY軸ミラー37の曲がりが位置検出に影響しないときは、補正手段44と45は設けられていない。このときは、X軸制御部42と43には同一の指令位置が与えられる。このため、X軸制御部42と43のフィードバック制御によりX軸モータ34と35はスライダ部31を等しいX軸位置に位置決めする。これによって、スライダ部31のヨーイングが除去される。
【0048】
X軸ミラー36とY軸ミラー37の曲がりが位置検出に影響する場合について説明する。このときは、補正手段44と45は設けられている。
位置決め動作を行う前にXYステージのキャリブレーションを行っておく。キャリブレーションにおいてスライダ部31を座標(X1,Y1)に位置決めしたときに、XYステージの機械的誤差等が原因でスライダ部31にヨーイングが発生し、X軸センサ39と40の検出値がそれぞれX1+ΔX1とX2−ΔX2であるとする。このときは、補正テーブル46には(X1,Y1)と−ΔX1を対応させて格納し、補正テーブル47には(X1,Y1)と+ΔX2を対応させて格納しておく。
他の位置にもスライダ部31を位置決めして補正量を求める。このようにして補正テーブルを作成する。
【0049】
実際の位置決め動作において、スライダ部31を座標(X1,Y1)に位置決めしたときに、補正手段44はX軸制御部42に与える指令位置を−ΔXだけ補正し、補正手段45はX軸制御部43に与える指令位置を+ΔXだけ補正する。これによって、スライダ部31のヨーイングが除去される。
このようにしてミラー面の曲がりによるスライダ部31のθ軸方向の回転ずれが補正される。
【0050】
なお、X軸制御部に与える指令位置に対して、一方の指令位置に所定値を加算し、他方の指令位置に所定値を減算することによってスライダ部の回転位置を制御する回転制御部を設けた構成にしてもよい。
【0051】
また、2つのX軸センサはそれぞれの検出位置の差をもとにスライダ部の回転角度を検出してもよい。
【0052】
また、ミラーをスライダ部に搭載し、X軸センサとY軸センサを位置固定した構成にしてもよい。
【0053】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果が得られる。
【0054】
請求項1及び請求項2の発明によれば、X軸方向、Y軸方向及びθ軸方向の3軸制御を行っているため、スライダ部のヨーイングを補正し、高精度な位置決めを実現できる。
また、圧縮空気を用いてスライダ部を支持しているため、機械的支持部が不要になり、装置を小型化できる。
さらに、位置センサとして干渉計を用いているため、機構部分を少なくし、装置を小型化できる。
【0056】
請求項3の発明によれば、X軸ミラーとY軸ミラーの曲がりによる影響を除去して高精度な位置決めを実現できる。
【0057】
請求項4の発明によれば、位置フィードバック制御、速度フィードバック制御及び転流制御を併用しているため、高度な制御を実現できる。
【0058】
請求項5及び6の発明によれば、第1及び第2のX軸制御部に与える指令位置に対して、一方の指令位置に所定値を加算し、他方の指令位置に所定値を減算することによってスライダ部の回転位置を制御している。また、第1及び第2のX軸センサはそれぞれの検出位置の差をもとにスライダ部の回転角度を検出している。これによって、X軸方向、Y軸方向の位置決めだけでなくθ軸方向(回転方向)にも位置決めをすることができる。
【0059】
以上説明したように本発明によれば、ヨーイングによる位置誤差を除去でき、機械的支持部を省いて装置を小型化できるXYステージを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の要部構成図である。
【図3】本発明の要部構成図である。
【図4】本発明の要部構成図である。
【図5】本発明の要部構成図である。
【図6】XYステージの従来例の構成図である。
【図7】XYステージの従来例の構成図である。
【符号の説明】
30 格子プラテン
31 スライダ部
32 浮揚手段
33 Y軸モータ
34,35 X軸モータ
36 X軸ミラー
37 Y軸ミラー
38 Y軸センサ
39,40 X軸センサ
41 Y軸制御部
42,43 X軸制御部
44,45 補正手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an XY stage for positioning a two-dimensional position of an object.
[0002]
[Prior art]
The XY stage is used in a semiconductor manufacturing apparatus such as a prober.
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional example of an XY stage.
In FIG. 6, a positioning object is placed on the slider unit 1. The
[0003]
The
[0004]
Thus, by the rotational drive of the
For example, a wafer is placed on the slider unit 1 as a positioning object. When the slider unit 31 moves in the two-dimensional direction, the probe whose position is fixed is applied to each chip of the wafer in turn, and each chip is inspected.
[0005]
However, the conventional example of FIG. 6 has the following problems.
[0006]
(Problem 1)
As shown in FIG. 7, if the
When the angle deviation due to yawing is Δθ and the arm length from the fulcrum of the slider part 1 to the position where the slider part 1 is L is L, the positional deviation of the slider part 1 becomes ΔY = L · Δθ. As described above, the angular deviation due to yawing is amplified by the arm length, and a position error occurs in the slider unit 1.
[0007]
For example, when L = 500 mm and Δθ = 5 seconds (here, “second” is a unit of angle), the positional deviation ΔY is as follows.
ΔY = 500 × (5/360 × 60 × 60) × 2π
= 12μm
[0008]
(Problem 2)
Since there is a mechanical support portion composed of a guide bar, a support member, etc., the configuration becomes large.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
[0010]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. A position feedback control unit in the X-axis direction is provided at a position symmetric with respect to the center of the slider unit, and the same position feedback control system is provided. By providing a command position to control the position of the slider, and supporting the slider using compressed air, a position error due to yawing can be eliminated, and an XY stage that can reduce the size of the device by eliminating the mechanical support is realized. The purpose is to do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is an XY stage configured as follows.
[0012]
(1) In an XY stage for positioning a two-dimensional position of an object,
A lattice platen in which teeth are formed at a constant pitch along the X-axis direction and the Y-axis direction;
A slider portion on which the object is placed;
An air bearing is constituted by flowing compressed air between the slider portion and the lattice platen, and a levitation means for levitating the slider portion on the lattice platen;
Mounted on the slider portion, teeth are formed at a constant pitch along the Y-axis direction, and a magnetic attractive force is generated between the teeth and the teeth of the lattice platen to move the slider portion in the Y-axis direction. A motor,
Mounted on the slider portion, teeth are formed at a constant pitch along the X-axis direction, and a magnetic attraction force is generated between the teeth and the teeth of the lattice platen to move the slider portion in the X-axis direction. And a second X-axis motor;
A Y-axis mirror mounted on the side surface of the grating platen and having a mirror surface in the X-axis direction;
An X-axis mirror mounted on the side surface of the grating platen and having a mirror surface in the Y-axis direction;
A Y-axis sensor mounted on the slider unit, irradiating the Y-axis mirror with light, receiving the reflected light, and detecting the position of the slider unit in the Y-axis direction using light interference;
First and second X-axes mounted on the slider unit for irradiating the X-axis mirror with light, receiving the reflected light, and detecting the position of the slider unit in the X-axis direction using light interference A sensor,
A Y-axis control unit that outputs a control signal for position feedback of the Y-axis motor based on the detection position of the Y-axis sensor, and feedback-controls the position of the slider unit in the Y-axis direction;
A control signal for position feedback of the first and second X-axis motors is output based on the detection positions of the first and second X-axis sensors, and the position of the slider portion in the X-axis direction is feedback-controlled. In addition, the slider portion is controlled in the rotational direction by a control signal for position feedback of the first and second X-axis motors, and the rotational deviation due to yawing of the slider portion floating on the lattice platen is corrected. First and second X-axis control units;
An XY stage characterized by comprising:
[0013]
(2) The XY stage according to (1 ), wherein the first and second X-axis motors are mounted at positions symmetrical with respect to the center of the slider portion.
[0014]
(3) A correction table is provided for each of the first and second X-axis control units, and stores a correction table that associates the position of the slider unit with a correction amount for removing yawing of the slider unit, and is provided with a given command position. And a first correction unit for correcting a command position to be supplied to the first and second X-axis control units with the read correction amount. The XY stage according to (1) or (2).
[0015]
(4) The Y-axis control unit, the first and second X-axis control units perform motor position feedback control, speed feedback control, and commutation control of current flowing in the motor coil (1). XY stage in any one of (3) thru | or.
[0016]
(5) The rotational position of the slider unit is obtained by adding a predetermined value to one command position and subtracting the predetermined value from the other command position with respect to the command position given to the first and second X-axis control units. The XY stage according to any one of (1) to (4), further including a rotation control unit that controls the rotation.
[0017]
(6) The XY according to any one of (1) to (5), wherein the first and second X-axis sensors detect a rotation angle of the slider portion based on a difference between the respective detection positions. stage.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals are assigned to the same parts as those in the previous figure.
[0019]
In FIG. 1, the lattice platen 30 has teeth formed at a constant pitch along the X-axis direction and the Y-axis direction. In the figure, only a part of the teeth is shown for simplification. Such a lattice platen 30 is formed by cutting grooves in a lattice shape on a flat surface. The lattice platen 30 is made of a magnetic material.
An object to be positioned is placed on the slider portion 31.
[0020]
The levitation means 32 levitates the slider portion 31 on the lattice platen 30. A nozzle is provided on the surface of the slider portion 31 that faces the grid platen 30, and the levitation force is obtained by the levitation means 32 ejecting compressed air from the nozzle. Air blown from the nozzle flows between the slider portion 31 and the lattice platen 30 to constitute an air bearing. The gap between the slider portion 31 and the grating platen 30 is about several tens of μm.
[0021]
The Y-axis motor 33 is mounted on the slider portion 31, and
[0022]
The X-axis motors 34 and 35 are mounted at positions symmetrical with respect to the center of the slider portion 31. In the X-axis motors 34 and 35,
[0023]
The connecting
[0024]
The X-axis mirror 36 is mounted on the side surface of the grating platen 30 and has a mirror surface in the Y-axis direction. The Y-axis mirror 37 is mounted on the side surface of the grating platen 30 and has a mirror surface in the X-axis direction.
[0025]
The Y-axis sensor 38 is mounted on the Y-axis motor 33 and detects the position of the slider portion 31 in the Y-axis direction. The Y-axis sensor 38 is an interferometer that irradiates the Y-axis mirror 37 with light, receives the reflected light, and detects the position of the slider portion 31 in the Y-axis direction using light interference.
[0026]
X-axis sensors 39 and 40 are mounted on the X-axis motors 34 and 35, respectively, and detect the position of the slider portion 31 in the X-axis direction. The X-axis sensors 39 and 40 are interferometers that irradiate the X-axis mirror 36 with light, receive the reflected light, and detect the position of the slider portion 31 in the Y-axis direction using light interference.
[0027]
The Y-axis control unit 41 feedback-controls the position of the slider unit 31 based on the detection position of the Y-axis sensor 38.
The
[0028]
The correction means 44 and 45 are provided for the
The correcting means 44 and 45 are provided for correcting a bending due to a mechanical error between the X-axis mirror 36 and the Y-axis mirror 37. If the bends of the X-axis mirror 36 and the Y-axis mirror 37 do not affect the position detection, the correcting
[0029]
FIG. 2 is a configuration diagram of a surface of the slider portion 31 that faces the lattice platen 30. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. In these drawings, an example of the X-axis motor 34 is shown. Other motors have the same configuration.
The
[0030]
The compressed air ejected from the
[0031]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the control unit in FIG. Although FIG. 4 shows an example of the X-axis control unit 42, the
[0032]
The
The up / down counter 425 counts up or down according to the up pulse or the down pulse. The count of the up / down
[0033]
The
[0034]
The subtractor 429 takes the deviation of the control signal from the position control means 427 and the speed calculation means 428. The speed control means 430 outputs a control signal for speed feedback control of the X-axis motor 34 based on the deviation taken by the subtractor 429.
[0035]
In the sin table 431, the count of the up / down
[0036]
Multiplexing digital-analog converters (MDAs) 432 and 4334 are analog input signals obtained from the
[0037]
The current sensors 434 and 435 detect the coil current flowing in the coils L1 and L2 of the X-axis motor 34.
Pulse width modulation circuits (referred to as PWM circuits) 438 and 439 generate pulse width modulation signals (referred to as PWM signals) for feedback control of the excitation current of the motor coil based on deviations taken by the current sensors 434 and 435. And output. A
The drive circuit 442 is a bridge-type inverter circuit, and drives the X-axis motor 34 based on the three-phase PWM signals of the
[0038]
In the circuit of FIG. 4, when the power is turned on, a known current is passed through each coil of the X-axis motor 34, and the rotor teeth of the motor and the teeth of the stator are set to a known phase relationship. The phase relationship set in this way is set as the origin of the commutation angle. At this time, the count of the up / down
[0039]
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the sensor of FIG. The Y-axis sensor 38 and the X-axis sensors 39 and 40 in FIG. 1 have the same configuration. The X-axis sensor 39 will be described as an example. In FIG. 5, the laser light source 391 emits laser light.
[0040]
The light emitted from the laser light source 391 includes light that travels in the path of the half mirror 394, the
The light emitted from the laser light source 391 includes half mirror 394,
[0041]
The light of (1) and (2) interfere with each other to form an interference fringe S. The
[0042]
The
The
The
[0043]
When the slider portion 31 moves, the interference fringes move in the direction dd ′ in FIG. When the interference fringes move, the light and dark portions of the interference fringes that hit the
[0044]
When the interference fringes move in the d direction, the photodiode outputs V A to V D are as follows.
V A = K [1 + msin {x · 2π / (λ / 4)}] + K n
V B = K [1 + mcos {x · 2π / (λ / 4)}] + K n
V C = K [1-msin {x · 2π / (λ / 4)}] + K n
V D = K [1-mcos {x · 2π / (λ / 4)}] + K n
x: distance to be detected, K, m: coefficient, K n : noise component
The subtraction signals of the
V A −V C = 2 mKsin {x · 2π / (λ / 4)}
V B −V D = 2mK cos {x · 2π / (λ / 4)}
As a result of the subtraction, the DC noise component K n generated by the disturbance light is canceled.
Signals V A -V C and V B -V D are converted into the aforementioned A-phase pulse and B-phase pulse.
When the interference fringe moves in the d ′ direction, the phase relationship between the signals V A −V C and V B −V D is reversed.
[0046]
The operation of the XY stage in FIG. 1 will be described.
When the power is turned on, a known current is passed through each coil of the X-axis motor 34 to position the slider portion 31 at the reference position. When the slider unit 31 moves in the X-axis direction and the Y-axis direction from the reference position, the two-dimensional position is detected incrementally by the X-axis sensor 39.40 and the Y-axis sensor 38.
[0047]
When the bending of the X-axis mirror 36 and the Y-axis mirror 37 does not affect the position detection, the correcting
[0048]
A case where the bending of the X-axis mirror 36 and the Y-axis mirror 37 affects the position detection will be described. At this time, correction means 44 and 45 are provided.
Before performing the positioning operation, the XY stage is calibrated. When the slider unit 31 is positioned at the coordinates (X 1 , Y 1 ) during calibration, yawing occurs in the slider unit 31 due to mechanical errors of the XY stage, and the detected values of the X-axis sensors 39 and 40 are Let X 1 + ΔX 1 and X 2 −ΔX 2 respectively. At this time, (X 1 , Y 1 ) and −ΔX 1 are stored in correspondence in the correction table 46, and (X 1 , Y 1 ) and + ΔX 2 are stored in correspondence in the correction table 47. .
The slider portion 31 is positioned at other positions to determine the correction amount. In this way, a correction table is created.
[0049]
In the actual positioning operation, when the slider unit 31 is positioned at the coordinates (X 1 , Y 1 ), the correction unit 44 corrects the command position given to the X-axis control unit 42 by −ΔX, and the
In this way, the rotational deviation in the θ-axis direction of the slider portion 31 due to the bending of the mirror surface is corrected.
[0050]
A rotation control unit is provided for controlling the rotational position of the slider unit by adding a predetermined value to one command position and subtracting the predetermined value from the other command position with respect to the command position given to the X-axis control unit. A configuration may be used.
[0051]
Further, the two X-axis sensors may detect the rotation angle of the slider portion based on the difference between the detection positions.
[0052]
Further, a configuration may be adopted in which a mirror is mounted on the slider portion and the positions of the X-axis sensor and the Y-axis sensor are fixed.
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
[0054]
According to the first and second aspects of the invention, since the three-axis control in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θ-axis direction is performed, the yawing of the slider portion is corrected and high-precision positioning can be realized.
Moreover, since the slider part is supported using compressed air, a mechanical support part becomes unnecessary and the apparatus can be miniaturized.
Further, since the interferometer is used as the position sensor, the mechanism portion can be reduced and the apparatus can be miniaturized.
[0056]
According to the invention of
[0057]
According to the invention of
[0058]
According to the fifth and sixth aspects of the present invention, a predetermined value is added to one command position and a predetermined value is subtracted from the other command position with respect to the command positions given to the first and second X-axis control units. Thus, the rotational position of the slider portion is controlled. The first and second X-axis sensors detect the rotation angle of the slider part based on the difference between the detection positions. Thereby , not only positioning in the X-axis direction and Y-axis direction but also positioning in the θ-axis direction (rotation direction) can be performed.
[0059]
As described above, according to the present invention, it is possible to realize an XY stage that can eliminate the position error due to yawing and can reduce the size of the apparatus by omitting the mechanical support portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a main part of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a main part of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a main part of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a main part of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional example of an XY stage.
FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional example of an XY stage.
[Explanation of symbols]
30 Grid platen 31
Claims (6)
X軸方向及びY軸方向に沿って一定ピッチで歯が形成された格子プラテンと、
前記対象物が載せられたスライダ部と、
このスライダ部と格子プラテンの間に圧縮空気を流すことによってエアベアリングを構成し、スライダ部を前記格子プラテン上に浮揚させる浮揚手段と、
前記スライダ部に搭載され、Y軸方向に沿って一定ピッチで歯が形成され、この歯と格子プラテンの歯との間に磁気吸引力を生じさせてスライダ部をY軸方向に移動させるY軸モータと、
前記スライダ部に搭載され、X軸方向に沿って一定ピッチで歯が形成され、この歯と格子プラテンの歯との間に磁気吸引力を生じさせてスライダ部をX軸方向に移動させる第1及び第2のX軸モータと、
格子プラテンの側面に装着され、X軸方向に鏡面が形成されたY軸ミラーと、
格子プラテンの側面に装着され、Y軸方向に鏡面が形成されたX軸ミラーと、
前記スライダ部に搭載され、前記Y軸ミラーに光を照射し、その反射光を受け、光の干渉を利用してスライダ部のY軸方向の位置を検出するY軸センサと、
前記スライダ部に搭載され、前記X軸ミラーに光を照射し、その反射光を受け、光の干渉を利用してスライダ部のX軸方向の位置をそれぞれ検出する第1及び第2のX軸センサと、
前記Y軸センサの検出位置をもとに前記Y軸モータを位置フィードバックするための制御信号を出力し、スライダ部のY軸方向の位置をフィードバック制御するY軸制御部と、
前記第1及び第2のX軸センサの検出位置をもとに前記第1及び第2のX軸モータを位置フィードバックするための制御信号を出力し、スライダ部のX軸方向の位置をフィードバック制御するとともに、前記第1及び第2のX軸モータを位置フィードバックするための制御信号によりスライダ部を回転方向に制御し、前記格子プラテン上に浮揚しているスライダ部のヨーイングによる回転ずれを補正する第1及び第2のX軸制御部と、
を具備したことを特徴とするXYステージ。In an XY stage for positioning a two-dimensional position of an object,
A grating platen having teeth formed at a constant pitch along the X-axis direction and the Y-axis direction;
A slider portion on which the object is placed;
An air bearing is constituted by flowing compressed air between the slider portion and the lattice platen, and a levitation means for levitating the slider portion on the lattice platen;
Mounted on the slider portion, teeth are formed at a constant pitch along the Y-axis direction, and a magnetic attractive force is generated between the teeth and the teeth of the lattice platen to move the slider portion in the Y-axis direction. A motor,
Mounted on the slider portion, teeth are formed at a constant pitch along the X-axis direction, and a magnetic attraction force is generated between the teeth and the teeth of the lattice platen to move the slider portion in the X-axis direction. And a second X-axis motor;
A Y-axis mirror mounted on the side surface of the grating platen and having a mirror surface in the X-axis direction;
An X-axis mirror mounted on the side surface of the grating platen and having a mirror surface formed in the Y-axis direction;
A Y-axis sensor mounted on the slider unit, irradiating the Y-axis mirror with light, receiving the reflected light, and detecting the position of the slider unit in the Y-axis direction using light interference;
First and second X-axes mounted on the slider unit for irradiating the X-axis mirror with light, receiving the reflected light, and detecting the position of the slider unit in the X-axis direction using light interference A sensor,
A Y-axis control unit that outputs a control signal for position feedback of the Y-axis motor based on the detection position of the Y-axis sensor, and feedback-controls the position of the slider unit in the Y-axis direction;
A control signal for position feedback of the first and second X-axis motors is output based on the detection positions of the first and second X-axis sensors, and the position of the slider portion in the X-axis direction is feedback-controlled. In addition, the slider portion is controlled in the rotational direction by a control signal for position feedback of the first and second X-axis motors, and the rotational deviation due to yawing of the slider portion floating on the lattice platen is corrected. First and second X-axis control units;
An XY stage characterized by comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23814998A JP3834433B2 (en) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | XY stage |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23814998A JP3834433B2 (en) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | XY stage |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000065970A JP2000065970A (en) | 2000-03-03 |
JP3834433B2 true JP3834433B2 (en) | 2006-10-18 |
Family
ID=17025927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23814998A Expired - Fee Related JP3834433B2 (en) | 1998-08-25 | 1998-08-25 | XY stage |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3834433B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003025178A (en) * | 2001-07-11 | 2003-01-29 | Yaskawa Electric Corp | Synchronous controller |
JP4443891B2 (en) | 2003-10-23 | 2010-03-31 | 住友重機械工業株式会社 | Stage equipment |
JP4678204B2 (en) * | 2005-02-18 | 2011-04-27 | 横河電機株式会社 | XY stage |
JP4756459B2 (en) * | 2005-09-09 | 2011-08-24 | 株式会社安川電機 | XY positioning device |
JP4840727B2 (en) * | 2006-08-04 | 2011-12-21 | 横河電機株式会社 | Planar positioning device |
CN103036390B (en) * | 2012-09-28 | 2015-07-29 | 深圳大学 | Mixing magnetic flow two-dimensional planar motor |
-
1998
- 1998-08-25 JP JP23814998A patent/JP3834433B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000065970A (en) | 2000-03-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20010032211A (en) | High-speed precision positioning apparatus | |
JP4678204B2 (en) | XY stage | |
US11169009B2 (en) | Encoder apparatus, robot apparatus, and method for measuring gap | |
JP3834433B2 (en) | XY stage | |
JP2001116869A (en) | Sample inspection and/or process device | |
JP3543701B2 (en) | 2D positioning device | |
JP4595554B2 (en) | Planar motor | |
JP2001147719A (en) | Positioning device and stopping method therefor | |
JP2006245484A (en) | Stage device | |
JP2006287098A (en) | Positioning device | |
JP2001154737A (en) | Positioning device and its origin restoring method | |
US6603562B1 (en) | Two-dimensional positioning apparatus and method for measuring laser light from the apparatus | |
JP2008039543A (en) | Plane positioning apparatus | |
JP3849596B2 (en) | Positioning device | |
JP2002157017A (en) | Positioning device | |
JP2005009952A (en) | Xy stage | |
JP2003250295A (en) | Positioner | |
JP2777931B2 (en) | Exposure equipment | |
JP2002354865A (en) | Positioning device | |
JP5587040B2 (en) | Positioning device | |
JP2006203979A (en) | Flat motor | |
JPH09308292A (en) | Drive unit of brushless motor and positioning table using this | |
JP2010266330A (en) | Planar motor | |
JP3473685B2 (en) | Semiconductor manufacturing equipment | |
JP2005284867A (en) | Drive control device and method, and aligner |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060616 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060724 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100728 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110728 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110728 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120728 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130728 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140728 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |