JPH03107639A - 振動防止型位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば投影露光装置のウェハ走査機構部分に
応用されて好適な、ステージ基盤の振動発生を抑制する
機構を備えた振動防止型位置決め装置に関する。

［従来の技術］ 試料を保持したステージを走査して試料の位置決めを行
ういくつかの工作機械や半導体製造装置において、ステ
ージ停止時に発生する振動は、位置決めの終了したステ
ージをずらせて位置決め精度を損なわせ、またステージ
動作後に振動減衰期間を必要とする等、近年ますます要
求される高速度で高精度な位置決めに対する大きな阻害
要因の一つであり、より小さな、またはより減衰された
振動であることが望ましい。

第３図は、投影露光装置のクエへのステップ移動機構に
応用された、ステージを走査する従来の位置決め装置の
一例を示す。

ここで、床面１と基盤３の間の振動絶縁を行う防振器２
に支持された基盤３は、所定の減衰係数を有する上下お
よび左右に振動可能な振動系を形成している。基盤３上
には、モータ１２と軸受部材１６が固定され、モータ１
２の駆動軸に連結されたボールネジ１３には、図示しな
い軌道上に移動可能に支持されたステージ６に設けられ
た酸ネジ１４が噛み合っている。また制御装置１１は、
所定のプログラムと図示しないステージ位置計測系から
のフィードバックに従フてモータ１２を動作させてステ
ージ６の加速と減速を制御する。

さて、ウェハ１５を載置したステージ６は、複数定めら
れた停止位置に向って基盤３に対する所定距離の移動と
位置決め停止とを繰返すが、このときのステージ６の加
速と減速に伴う反力Ｆが基盤３に作用する。例えば、停
止状態のステージ６が左方向に８勤して停止したとすれ
ば、基盤３にはステージ６を含む移動体の質量と加速度
に応じた反力Ｆが、加速期間に右方向、減速期間に左方
向に作用する。基盤３は、この反力Ｆにより安定な所定
位置から変位するが、反力Ｆの変化に伴い変位量を変え
ると同時に振動を開始する。

第４図は、ステージ６が左方向に移動を行った一例の場
合のステージ６の速度■の絶対値と基盤３に作用する反
力Ｆどの時間的な変化を示し、制御装置１１によるステ
ージ６の加速と減速の制御を説明するためのものである
。

第３図のステージ６は、第４図（ａ）に示されるように
Ｔｌ＋からＴ１２まで一定の加速度で加速を行った後に
等速度で移動し、Ｔ１３からＴ１４まで減速を行って停
止する。これに応じて基盤３には、右方向を正として第
４図（ｂ）に示されるようにＴｌ＋からＴＩ２まで一定
の正方向、またＴＩ３からＴＩ４まで一定の負方向の反
力Ｆが作用している。

ところで、基盤３の振動は、反力Ｆの変化量に応じた振
幅でスタートするから、ステージ６の減速時の加速度を
調整して、基盤３を安定な位置にゆっくり戻し、または
ステージ６停止時の反力Ｆの変化量を小さくすれば、ス
テージ６停止時の振動発生を緩和できる。例えば、第４
図（ａ）　に点線文で示すようにステージ６の停止直前
の速度■を二次曲線に沿って制御した場合、基盤３に作
用する反力Ｆは第４図（ｂ）の点線ｍのように変化して
ステージ６停止時の振動が緩和される。

［発明が解決しようとする課題］ 基盤３に作用する反力Ｆが変化するそれぞれの時点で基
盤３には振動が発生するが、特にステージ６停止時、第
４図の１”＋ａにおける振動は、位置決めの終了したス
テージ６をずらせたり、ステージ位置計測系や他の機構
系に外乱を与えて位置決め精度を損なわせる場合がある
。また、引続いて露光動作等の次動作を行うには、ステ
ージ６停止後に振動減衰に必要な時間だけ待つ必要があ
るため、特に多数回移動と停止を繰返す投影露光装置の
ような場合、合計の待ち時間が膨大となりシステム全体
の能率向上の阻害要因となる。

一方、ステージ６停止時の振動を緩和するために基盤３
を安定な位置にゆっくり戻す場合は減速期間が長時間と
なり、また第４図（ｂ）に点線ｍで示されるようなステ
ージ６停止時の反力Ｆの変化量を小さくする場合、振幅
は緩和されるものの依然ステージ６停止時に振動が発生
する。

本発明は、ステージ停止時における振動が小さく能率的
に位置決め動作を遂行できる振動防止型位置決め装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る振動防止型位置決め装置は、土台からの振
動を緩衝して保持した基盤と、基盤上に直線運動可能に
支持されたステージとを有し、基盤上に定めた目標位置
に向って直線運動を制御してステージの停止位置で基盤
に対するステージの位置決めを行う位置決め装置におい
て、基盤上にステージの重心移動の方向に移動可能に支
持されたバランス部材と、バランス部材をステージの運
動期間中に前記ステージの運動と逆方向に加速するとと
もにステージの停止に至る期間中に減速してステージと
同時に停止させる制御駆動装置とを備えたものである。

［作用］ 本発明に係る振動防止型位置決め装置においてステージ
を支持する基盤は、振動を緩衝する部材を介して土台上
に振動可能に保持されている。すなわち、この振動を緩
衝する部材の復元力と減衰力とに応じたバネ係数と減衰
係数を持つ、基盤を含む質量からなる振動系を形成する
。この基盤上に定めた目標位置に向って、ステージは直
線運動による基盤との相対移動を行うように制御、駆動
され、その停止位置において基盤に対するステージの位
置決めが行われる。ここで、ステージの加速と減速に伴
い基盤には反力が作用するから、基盤は上記バネ定数に
応じた変位を起すとともに反力の変化に伴い振動を発生
する。この振動は、発生時の振幅と上記減衰係数とに応
じた期間継続する可能性を有する。

本発明に係る振動防止型位置決め装置においてステージ
とは独立して基盤に対する移動を行うバランス部材は、
少なくともステージの停止に至る所定期間、ステージが
基盤に与える反力を打ち消す方向に別の反力を発生する
。これにより、ステージ停止時の基盤に作用する反力の
変化と、基盤に発生する振動の振幅が小さくなる。また
、制御駆動装置は、ステージの重心移動の延長線に沿っ
た直線上において、バランス部材をステージとは逆方向
に加速した後に減速させる。制御駆動装置によりバラン
ス部材は、ステージの運動期間中の適当な時期に加速を
開始して必要な速度を与えられるとともに、ステージの
停止に至る所定期間中に、ステージの減速状態と関連さ
せた減速を行うように制御され、ステージと同時に停止
するように駆動される。また、ステージ停止以前に基盤
に振動が発生している場合において、バランス部材の減
速期間中にバランス部材に与える加速度を基盤の振動が
減衰するように変化させれば、ステージ停止以前にこの
振動を停止させることも可能である。

［発明の実施例］ 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る振動防止型位置決め装置を投影
露光装置のステージ走査機構に応用したもので、従来例
で説明した位置決め装置に、バランス部材（ウェイト７
）と制御駆動装置とからなる防振機構を備えさせたもの
である。

ここで、床面１と基１１１３の間の振動絶縁を行う防振
器２に支持された基盤３は、所定の減衰係数を有する上
下および左右に振動可能な振動系を形成している。基盤
３上には、モータ１２と軸受部材１６が固定され、モー
タ１２の駆動軸に連結されたボールネジ１３には、図示
しない軌道上に移動可能に支持されたステージ６に設け
られた雌ネジ１４が噛み合っている。また制御装置１１
は、所定のプログラムと図示しないステージ位置計測系
からのフィードバックに従ってモータ１２を動作させて
ステージ６の加速と減速を制御する。

一方、基盤３上に固定されたモータ９の駆動軸に連結さ
れた送りネジ８には、図示しない軌道上に移動可能に支
持されたウェイト７に形成された雌ネジが噛み合ってい
る。また、防振制御装置ＩＯは、制御装置１１からのス
テージ６駆動条件に応じた信号に従ってウェイト７の駆
動条件を算出してモータ９を動作させる。

さて、ウェハ１５を載置したステージ６は、複数定めら
れた停止位置に向って基盤３に対する所定距離の移動と
位置決め停止とを繰返すが、このときのステージ６の加
速と減速に伴う反力Ｆが基盤３に作用する。そこで、本
実施例ではウェイト７を、ステージ６の運動量と絶対値
が等しく逆方向の運動量を持つまで加速した後、ステー
ジ６の減速率と等しい減速率で減速することにより、両
者の運動量の絶対値が等しくなった後、ステージ６が停
止するまで基盤３に作用する反力を互いに打消し合わせ
るものとした。

第２図は、本実施例においてステージ６が左方向に移動
を行った場合のステージ６とウェイト７との速度Ｖの絶
対値の時間的な変化と、両者により基盤３に作用する反
力Ｆの時間的な変化を示すもので、防振制御装置１０に
よるウェイト７の加速と減速の制御を説明している。

第１図のステージ６は、第２図（ａ）に実線Ｖ。

で示すようにＴ１からＴ２まで一定の加速度で加速を行
い等速度運動に移行して移動した後にＴ４からＴ６まで
減速を行って停止する。一方、ウェイト７は、防振制御
装置１ｏからのｍ勅信号に従って実線Ｖ、で示されるよ
うにＴ３からＴ、まで一定の加速度で加速を行った後に
Ｔ６まで減速を行って停止する。これに応じて基盤３に
は、右方向を正として第２図（ｂ）に示されるようにＴ
ＩからＴ２まで一定の正方向、またＴＳからＴ、まで階
段状の負方向の反力Ｆが作用するが、ステージ６停止に
至るＴＳからＴ６までの期間における反力Ｆは０である
。この期間中、ウェイト７による斜線部ｐの反力Ｆとス
テージ６による斜線部ｑの反力Ｆとが互いに打消し合う
。従って、この期間に１２時点の基盤３の振動が十分に
減衰されればステージ６停止時における基盤３の振動は
ごく小さなものとなる。また、Ｔ、におけるウェイト７
の反転により発生する基盤３の振動は、例えば反転部分
の速度変化を緩和し、またはウェイト７の減速期間中の
加速度を変化させて減衰することも可能である。

本実施例は、ステージ６の停止に至る所定期間中の基盤
３上の運動体の運動量変化が０となるように前もってウ
ェイト７が運動量を蓄積し、蓄積後はウェイト７とステ
ージ６とが等しい減速率で減速されるため、ステージ６
が不規則な減速を行う場合にも容易にウェイト７を制御
して両者の停止時期を揃えることが可能である。

本実施例は、１軸の位置決め装置を説明しているが２軸
や３軸の装置への応用も可能である。また、ウェイト７
とその駆動機構は基盤３上に分散させて複数組設けても
良く、ソレノイドや油圧装置等を利用してウェイト７を
駆動、またはこれと等しい効果、すなわち基盤に対し反
力Ｆを達成しても良い。さらに、ウェイト７にステージ
６の減速とは無関係な単純な減速を行わせて両者の停止
時期をほぼ一致させる簡単な制御としたり、ステージ６
の加速度を検出または計測してウェイト７の加速度を制
御することも可能である。

［発明の効果］ 本発明に係る振動防止型位置決め装置においてはバラン
ス部材が、少なくともステージの停止に至る所定期間、
ステージが基盤に与える反力を打ち消す方向に別の反力
を発生するから、ステージ停止時において基盤に発生す
る振動の振幅が小さくなる。また、バランス部材の減速
期間中にバランス部材に与える加速度を変化させれば、
ステージ停止以前に発生した基盤の振動をステージ停止
以前に減衰させることも可能である。従って、ステージ
を高速移動して急速に減速させて、また停止後の振動減
衰期間も短縮することにより位置決め装置における位置
決めに係る時間を大幅に短縮できる。さらに、基盤の振
動による停止位置のずれや他の計測系等への悪影響も減
少するから、位置決め装置における位置決め精度、およ
び装置システム全体の信頼性の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の位置決め装置の概略な構成
を示す模式図である。 第２図（ａ）は、本発明の実施例の位置決め装置におけ
るステージ６およびウェイト７の速度Ｖの変化を示す線
図であり、第２図（ｂ）は、反力Ｆの変化を示す線図で
ある。 第３図は、従来の位置決め装置の概略な構成を示す模式
図である。 第４図（ａ）は、従来の位置決め装置におけるステージ
６の速度Ｖの変化を示す線図であり、第４図（ｂ）は、
反力Ｆの変化を示す線図である。 ［主要部分の符号の説明］ １・・・床面　　　　　　　２・・・防振器３・・・基
盤　　　　　　　６・・・ステージ７・・・ウェイト　
　　　　８・・・送りネジ９・・・モータ　　　　　　
１ｏ・・・防振制御装置１１・・・制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 土台からの振動を緩衝して保持した基盤と、この基盤上
   に直線運動可能に支持されたステージとを有し、前記基
   盤上に定めた目標位置に向って前記直線運動を制御して
   前記ステージの停止位置で前記基盤に対する前記ステー
   ジの位置決めを行う位置決め装置において、 前記基盤上に前記ステージの重心移動の方向に移動可能
   に支持されたバランス部材と、 該バランス部材を、前記ステージの運動期間中に前記ス
   テージの運動と逆方向に加速し、前記ステージの停止に
   至る期間中に減速して前記ステージと同時に停止させる
   制御駆動装置とを備えたことを特徴とする振動防止型位
   置決め装置。