JPH07226354A - 位置決め装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 - Google Patents
位置決め装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法Info
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Abstract
度に行なうことのできる位置決め装置及びそれを用いた
半導体素子の製造方法を得ること。 【構成】 位置合わせすべき物体を載置し、XY平面内
で移動するXYステージを第1レーザ干渉計を利用して
位置決めを制御手段で制御する際、光路中の温度分布を
測定する為の第1温度測定手段を設け、該XYステージ
と略同一の空調がなされている場所に第2レーザ干渉計
を設け、該第2レーザ干渉計の光路中に該光路中の温度
分布を測定する為の第2温度測定手段を設け、該制御手
段は第1,第2温度測定手段と第2レーザ干渉計で得ら
れた信号を利用して該第1レーザ干渉計で得られた信号
に含まれる発振波長の変化の影響を算出し該算出結果に
基づいて該XYステージの位置を補正して該第1レーザ
干渉計からの発振波長の変化の影響を少なくしているこ
と。
Description
決め装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法に関
し、特にウエハとレチクルとの位置合わせを行った後に
レチクル面上のパターンをウエハ面上に投影光学系を介
して又は直接密着して転写する際に、該ウエハを載置す
るXYステージ又はXYステージ上のステージを2次元
平面内に又は3次元的において所定の位置に移動させる
為のものである。
をウエハ上に投影するステッパ等の投影露光装置では、
レチクルとウエハとの位置合わせを行う機能が備えられ
ており、それにより位置合わせを行った後に露光を行っ
ている。
は、投影すべきパターンが描かれたレチクル等の原板と
ウエハ等の被露光体とのズレ量を計測し、その結果に基
づいて被露光体を載置したXYステージをレーザ干渉計
による測長制御により移動したり、又は原板と被露光体
とを移動したりすることにより行われている。
軸に関して、それぞれレーザ光を利用して測長を行うレ
ーザ干渉計により位置決めを行っている。
している為に空気中では空気の屈折率の変化によって測
長誤差が生じ、測長が不安定になったりする。
差を補正している。
等から成る固定長をレーザ干渉計によりディファレンシ
ャル計測し、レーザ干渉計の出力変化分を空気の屈折率
の変化と見なしてステージの位置検出用のレーザ干渉計
の値を補正している。この固定長は多くの場合、ステー
ジの位置検出用のレーザ干渉計の光路の近くや、ステー
ジ上に搭載されている。
湿度等によって変化する。中でも温度と気圧に対しては
敏感で、これらの変化によりレーザ干渉計は測長誤差を
生じる。そこで従来は温度と気圧を装置上の所定の代表
点でモニタしてレーザ干渉計の測長誤差を補正してい
る。
エハの位置決めを行う際、XY方向に移動するXYステ
ージの上にZ方向に移動,X軸回りの回転(以下「ωX
方向」と称する),Y軸回りの回転(以下「ωY 方向」
と称する),Z軸回りの回転(以下「ωZ 方向」と称す
る)するステージを搭載した分離型の位置決め装置を用
いて行っている。
に、例えば特開平3−142136号公報ではXステー
ジとYステージを共に2本のリニアモータで駆動して行
っている。
用いて測長し位置決めする方法のうち前述の(1−1)
の方法では次のような問題点があった。
定長を非常に長くしなければならない。しかしながらス
テージ上に長い固定長を設けることは製造上、コスト
上、非常に困難である。
ると位置決め誤差となってくる。
問題点があった。
ニタであるが為にレーザ干渉計の光路全域の温度・気圧
変化を補正することはできず、補正誤差が比較的大き
い。
とした温度・気圧変化をモニタして補正している。
装置では、周囲の温度は例えば約1分周期で変動する場
合もあるし、気圧も1分間で0.5mbar程度変化す
る場合もある。従って、このような場合は良好なる補正
が難しい。
投影露光装置等においてウエハを載置するXYステージ
からレーザ干渉計に至る光路中の温度分布が一定でなく
ても、又周囲の気圧が種々と変化しても、これらの環境
変化に悪影響を受けずにXYステージの移動制御、即ち
位置決めを高精度に行うことのできる位置決め装置及び
それを用いた半導体素子の製造方法の提供にある。
ステージの各移動方向に対してガイドやアクチュエータ
を支持する構造物を設けている。
決め装置ではXステージがX方向とωZ 方向の駆動を兼
ねているが、Xステージ全体をωZ 方向に回転させてい
る為に前述の(2−5)や(2−6)等の問題点があっ
た。
ージの重心で駆動するのが難しく、特にωZ 方向の回転
(振動)誤差が生じ、位置決め精度が低下してくるとい
った問題点があった。
エハを載置するステージを駆動制御する為の各要素を適
切に構成することにより、装置全体の簡素化を図りつ
つ、ウエハを所定位置に高精度に位置決めすることので
きる位置決め装置及びそれを用いた半導体素子の製造方
法の提供にある。
面内で移動するXYステージの一部にミラーを設け、該
ミラーに第1レーザ干渉計からのレーザ光を入射させ、
該ミラーを介したレーザ光を利用して該XYステージの
位置決めを制御手段で制御する際、該第1レーザ干渉計
から該ミラーに至る光路中に該光路中の温度分布を測定
する為の第1温度測定手段を設け、該XYステージと略
同一の空調がなされている場所に第2レーザ干渉計を設
け、該第2レーザ干渉計の光路中に該光路中の温度分布
を測定する為の第2温度測定手段を設け、該制御手段は
該第2レーザ干渉計と該第2温度測定手段からの信号を
用いて、温度の影響を除いた該第2レーザ干渉計からの
発振波長の変化を算出し、該算出結果と該第1温度測定
手段からの信号を用いて該第1レーザ干渉計で得られた
信号に含まれる発振波長の変化の影響を算出し、該算出
結果に基づいて該XYステージの位置を補正して、該第
1レーザ干渉計からの発振波長の変化の影響を少なくし
ていることを特徴としている。
第2温度測定手段は前記XY方向の少なくとも一方向に
設けられていることを特徴としている。
置し、XY平面内で移動するXYステージの一部にミラ
ーを設け、該ミラーに第1レーザ干渉計からのレーザ光
を入射させ、該ミラーを介したレーザ光を利用して該X
Yステージの位置決めを制御手段で制御する際、該第1
レーザ干渉計から該ミラーに至る光路中に該光路中の温
度分布を測定する為の第1温度測定手段と気圧分布を測
定する為の第1気圧測定手段を、該XYステージと略同
一の空調がなされている場所に第2レーザ干渉計を、該
第2レーザ干渉計の光路中に、該光路中の温度分布を測
定する為の第2温度測定手段と気圧分布を測定する為の
第2気圧測定手段を各々設け、該制御手段は該第2レー
ザ干渉計と該第1,第2温度測定手段と該第1,第2気
圧測定手段からの信号を用いて該第1レーザ干渉計で得
られた信号に含まれる発振波長の変化の影響を算出し、
該算出結果に基づいて該XYステージの位置を補正し
て、該第1レーザ干渉計からの発振波長の変化の影響を
少なくしていることを特徴としている。
第2温度測定手段そして前記第1,第2気圧測定手段は
前記XY方向の少なくとも一方向に設けられていること
を特徴としている。
を有するベース、該ベースの平面部上に静圧ガス軸受に
よって支持され、第1ガイド手段によってY方向に該平
面部に沿って移動する第1ステージ、該第1ステージを
駆動する第1駆動手段、該第1ステージに設けた第2ガ
イド手段によって該平面部に沿ってX方向に移動可能で
かつ該第1ステージと共にY方向に移動可能の該ベース
の平面部上に静圧ガス軸受によって支持された第2ステ
ージ、第3ガイド手段によって該第2ステージに対して
Z方向及びX軸,Y軸,Z軸方向に回転可能な第3ステ
ージ、該第1ステージに設けられ該第1ステージに対し
て該第2ステージをX軸方向の移動及びZ軸回りの回転
を行う第2駆動手段、そして該第2ステージ上に設けら
れ該第2ステージに対して該第3ステージをZ軸方向の
移動及びX軸とY軸回りの回転を行う第3駆動手段とを
利用して該第3ステージ上に設けた対象物の位置決めを
行ったことを特徴としている。
行で前記対象物に対してアッベ誤差が略零となるように
配置した位置検出手段、前記第3ステージに設けた該位
置検出手段用の検出ターゲット、そして該検出ターゲッ
トの角度を検出する角度検出手段とを有していることを
特徴としている。
記角度検出手段はレーザ干渉計より成り、前記検出ター
ゲットは反射ミラーより成っていることを特徴としてい
る。
記位置検出手段が検出する場所以外の位置を検出してお
り、該位置と該位置検出手段によって検出される位置と
の差より角度を算出していることを特徴としている。
前記ベース上にY方向に設けたガイド部材と前記第1ス
テージに設けた静圧ガス軸受によって構成していること
を特徴としている。
材料より成り、前記第1ステージに設けた磁石によって
吸引力が働くように構成していることを特徴としてい
る。
記第1ステージの重心を挟み、X方向にオフセットした
2カ所を各々制御可能な2つのアクチュエータを用いて
Y方向に駆動していることを特徴としている。
前記第1ステージ上にX方向に設けたガイド部材と前記
第2ステージに設けた静圧ガス軸受によって構成してい
ることを特徴としている。
前記第3ステージに固定されZ方向とZ軸回りの回転を
案内する円筒状の第1ガイド部材、該第1ガイド部材と
相対する第2ガイド部材、該第1ガイド部材又は第2ガ
イド部材の一方に設け、他方を支持する静圧ガス軸受、
該第2ガイド部材と前記第2ステージとを少なくともX
方向又はY方向に剛に連結する弾性部材とを有している
ことを特徴としている。
面に略平行でZ方向,X軸回り,Y軸回りに柔軟な板バ
ネであることを特徴としている。
と前記第2ステージとの間にZ方向のダンパーが挿入さ
れていることを特徴としている。
は軸方向に剛性で他方向に柔軟性の棒状部材又は棒状部
材に複数のくびれ部分を備えるヒンジ部材を複数有して
おり、該ヒンジ部材の軸を通る各仮想直線がXY平面に
略平行な面内で前記第3ステージのXYセンターを中心
とした放射状に配置されており、該ヒンジ部材の一端を
前記第2ステージに、他端を前記第3ステージに固定
し、該第2ステージに対して該第3ステージをX方向と
Y方向に剛性となり、Z方向,X軸回り,Y軸回り,Z
軸回りに柔軟性となるように連結していることを特徴と
している。
前記第3ステージに重心を挟み、かつY方向にオフセッ
トした2カ所を各々制御可能な2つのアクチュエータを
用いてX方向とZ軸回りに回転駆動していることを特徴
としている。
はリニアモータであることを特徴としている。
ピエゾ素子と該ピエゾ素子の伸縮方向両端に取り付け、
該伸縮方向と直交する方向の軸回りの回転が柔軟性のヒ
ンジ部材とから成るアクチュエータを前記第2ステージ
と第3ステージとの間に、該アクチュエータの伸縮方向
が略Z方向に向くように3カ所配置し、前記第3ステー
ジと第2ステージに対してZ方向,X軸回り,Y軸回り
に駆動していることを特徴としている。
がリニアモータであることを特徴としている。
3カ所のZ方向位置を検出する位置センサーを設けるか
又は該第3ステージのZ方向,X軸回り,Y軸回りを検
出する1つの位置センサーと2つの角度センサーを設け
ることにより該第3ステージのZ軸方向,X軸回り,Y
軸回りの位置決めを行っていることを特徴としている。
Z方向に剛性で他方向に柔軟性の支持手段により支持し
ていることを特徴としている。
ルバネ又は磁石の反発力を利用していることを特徴とし
ている。
は、 (3−2−1)レチクルとウエハとの相対的な位置検出
を行った後に、レチクル面上のパターンをウエハ面に転
写し、該ウエハを現像処理工程を介して半導体素子を製
造する際、該ウエハを載置し、XY平面内で移動するX
Yステージの一部にミラーを設け、該ミラーに第1レー
ザ干渉計からのレーザ光を入射させ、該ミラーを介した
レーザ光を利用して該XYステージの位置決めを制御手
段で制御する際、該第1レーザ干渉計から該ミラーに至
る光路中に該光路中の温度分布を測定する為の第1温度
測定手段を、該XYステージと略同一の空調がなされて
いる場所に第2レーザ干渉計を、そして該第2レーザ干
渉計の光路中に、該光路中の温度分布を測定する為の第
2温度測定手段を各々設け、該制御手段は該第2レーザ
干渉計と該第2温度測定手段からの信号を用いて、温度
の影響を除いた該第2レーザ干渉計からの発振波長の変
化を算出し、該算出結果と該第1温度測定手段からの信
号を用いて該第1レーザ干渉計で得られた信号に含まれ
る発振波長の変化の影響を算出し、該算出結果に基づい
て該XYステージの位置を補正して、該第1レーザ干渉
計からの発振波長の変化の影響を少なくしていることを
特徴としている。
的な位置検出を行った後に、レチクル面上のパターンを
ウエハ面に転写し、該ウエハを現像処理工程を介して半
導体素子を製造する際、該ウエハを載置し、XY平面内
で移動するXYステージの一部にミラーを設け、該ミラ
ーに第1レーザ干渉計からのレーザ光を入射させ、該ミ
ラーを介したレーザ光を利用して該XYステージの位置
決めを制御手段で制御する際、該第1レーザ干渉計から
該ミラーに至る光路中に該光路中の温度分布を測定する
為の第1温度測定手段と気圧分布を測定する為の第1気
圧測定手段を、該XYステージと略同一の空調がなされ
ている場所に第2レーザ干渉計を、該第2レーザ干渉計
の光路中に該光路中の温度分布を測定する為の第2温度
測定手段と気圧分布を測定する為の第2気圧測定手段を
各々設け、該制御手段は該第2レーザ干渉計と該第1,
第2温度測定手段と該第1,第2気圧測定手段からの信
号を用いて該第1レーザ干渉計で得られた信号に含まれ
る発振波長の変化の影響を算出し、該算出結果に基づい
て該XYステージの位置を補正して、該第1レーザ干渉
計からの発振波長の変化の影響を少なくしていることを
特徴としている。
は図1の一部分のY−Z断面図である。
ジに本発明を適用した場合を示している。
せすべき物体としてのウエハである。2はウエハチャッ
クでありウエハ1を保持している。3はXステージであ
り、ウエハチャック2を保持し、DCサーボモータ4に
よってX方向に駆動されている。5はYステージであ
り、Xステージ3を載置してDCサーボモータ6によっ
てY方向に駆動されている。Xステージ3とYステージ
5はXYステージの一要素を構成している。
計(第1レーザ干渉計)であり、Xステージ3上に固定
されたミラー9を測長ターゲットとして、Xステージ3
のX方向の位置、即ちXステージ3の移動状態を検出し
ている。10はレーザ干渉計8の想定した光軸である。
温度測定手段(第1温度測定手段)であり、光軸10の
近傍であって、ミラー9からレーザ干渉計8に至る光路
中の複数の領域での温度(温度分布)を測定することが
できるように配置している。
定手段(第1気圧測定手段)であり、光軸10の近傍で
あって、ミラー9からレーザ干渉計8に至る光路中の複
数の領域での気圧(気圧分布)を測定することができる
ように配置している。
構成されている。
固定されたミラー14を測長ターゲットとしてYステー
ジ5のY方向の位置を検出している。
,162 ,・・・・16n は光軸15の近傍であって、
ミラー14からレーザ干渉計13に至る光路中の複数の
領域での温度(温度分布)を測定している。
1 ,172 ,・・・・17n は光軸15の近傍であって、ミ
ラー14からレーザ干渉計13に至る光路中の複数の領
域での気圧(気圧分布)を測定している。
段)によりX方向とY方向の光路中の空気の温度分布
(気圧分布)を測定できるように光路近傍に複数点配置
されているが、温度測定手段(気圧測定手段)の個数は
温度分布(気圧分布)の大小又は必要測長精度の大小に
よっていくつあっても良い。又、X方向の温度分布(気
圧分布)とY方向の温度分布(気圧分布)が同様であれ
ば、どちらか一方の温度分布(気圧分布)を代表して用
いても良い。
2レーザ干渉計)を利用して、直接、空気の屈折率変化
やレーザからの発振波長の変化を測定している。測定手
段18はステージが収まる空間内に配置されている。
要部概略図である。
9上にアジャスタブルマウント21を介してレーザ干渉
計20を固定している。
ベース19に固定している。レーザ干渉計20はミラー
22の光学的変位を検出し、該ミラーの変位量は制御手
段(図1の26)に取り込まれる。ここで検出されるミ
ラー22の変位は空気の屈折率変化及びレーザ干渉計2
0からの発振波長の変化に起因してくる。
(ミラー22からレーザ干渉計20までの長さ)Lで割
って、屈折率Nの変化分ΔNを求めている。
化も式 N=λ0 /λ より求められる。但しλ0 は真空中での発振波長であ
る。
定した光軸であり、この近傍に光軸24に沿って複数の
温度測定手段(第2温度測定手段)25aと気圧測定手
段(第2気圧測定手段)25bとから成る環境測定手段
25を設けている。
率変化ΔNから環境測定手段25の計測結果から係る計
算式によって温度と気圧の影響を差し引き、それ以外の
温度やガス分圧等による屈折率変化分を求めている。
1の制御手段26によって行っている。
そしてレーザ干渉計8,13の出力を用いて制御手段2
6で後述する補正演算方法によってX,Yステージ3,
5の移動に関する補正量を求め、DCサーボモータ4,
6を駆動してウエハ1を正しい位置に位置決めしてい
る。
る。
長をλとし、所定時間経過後、波長がλ′になり、この
ときレーザ干渉計20からの出力がAになったとすると
レーザ干渉計20からミラー22までの距離をL1 、真
空中の発振波長をλ0 とすると
き、温度測定手段161 ,162 ・・・・16s の温度が
それぞれΔt1 からΔts 変化し、気圧測定手段171
,172 ・・・・17s の気圧が各々Δp1 からΔpn だ
け変化した場合、補正量を次のようにして求めている。
0)式から求まるBとなるようにYステージ5を駆動制
御すれば良い。X方向についても同様である。
・ガス分圧等から理論式によって求めている。又絶対精
度をあまり必要としない場合は、屈折率Nを厳密に求め
なくとも高い測長精度・安定性が得られる。
計8,13の光路全域の屈折率変化を捕らえ、係る補正
式により補正し、DCサーボモータ4,6を駆動してウ
エハ1を正しい位置に位置決めしている。補正用のレー
ザ干渉計20は環境測定手段25によってレーザ干渉計
13の光路との差が保証される為、レーザ干渉計13の
近傍に置かれる必要はなく、本実施例では投影レンズ
(不図示)を搭載するレンズ定盤(不図示)の裏面に設
けられている。本場所は概、ステージが収まる空間であ
る。
略図であり、図1のYZ断面図に相当している。
概略図であり、図1のYZ断面図に相当している。
素と同一要素には同符番を付している。
割された領域を想定し、該領域の略センターに温度測定
手段16と気圧測定手段17を配置している。
かは測長精度との兼ね合いによって決定される。
と雰囲気中をディファレンシャルで計測するZygo社
の波長コンペンセータやゼロジュールから成る部材の両
端面に固定されたミラーをディファレンシャルで計測す
るHP社の波長コンペンセータ等がある。
発振波長の変化も含めて位置検出用のレーザ干渉計8,
13の光路全域に渡る雰囲気の屈折率を正確に計測でき
るようになり、更に係る補正式により高精度な位置決め
の補正を可能としている。
は略零となり、測長安定性も飛躍的に向上する。そして
ステージの位置決め精度の高精度化・高安定化が可能と
なる。
のレーザ干渉計8,13の光路近傍に設ける必要がない
為、位置検出用のレーザ干渉計8,13の光路を短くで
き、装置全体の小型化が可能となる。
毎に補正を行うことで温度・気圧等の比較的急激な変化
にも対応できる等の特長がある。
7は図6のA−A断面図である。
平面に略平行な平面部を有している。102はベース1
01上に静圧ガス軸受103によって支持されたYステ
ージ(第1ステージ)である。104は静圧ガス軸受1
03に予圧を与える為の吸引磁石である。105はYガ
イド(第1ガイド手段)であり、ベース101に取り付
けられている。Yステージ102の側面の静圧ガス軸受
106と第1ガイド手段としてのYガイド105によっ
てYステージ102はY方向に移動可能である。Yステ
ージ102に設けたガイド面は第2ガイド手段を構成し
ている。
る為の吸引磁石である。Yステージ102はベース10
1に固定した2本のリニアモータ固定子108,108
aとYステージ102の両端に部材109,109aを
介して固定したリニアモータ固定子108,108aに
対応する2つのリニアモータ可動子110,110aに
よってY方向に駆動している。
a、リニアモータ可動子110,110aは第1駆動手
段の一要素を構成している。
ニアモータ可動子110,110aは第1駆動手段の一
要素を構成している。リニアモータ固定子108,10
8aとリニアモータ可動子110,110aは各々独立
に駆動制御可能となっている。
2本のリニアモーターのセンターからずれていても、又
後述するXステージ111と天板118のX方向への移
動によりYステージ102とXステージ(第2ステー
ジ)111と天板(第3ステージ)118の合計した重
心が2本のリニアモータのセンターからずれていても各
リニアモータの発生力を重心位置に応じて適切に配分す
ることでωZ 方向に回転させることなく略真直にYステ
ージ102をY方向へ駆動することができるようにして
いる。
のガイド剛性、即ち静圧ガス軸受106の剛性を必ずし
も高くする必要がないようにしている。
レーザ干渉計によって計測される天板118のX座標に
応じたものであり、X座標に対して2本のリニアモータ
の発生力の配分率を直線的に変化させるものであっても
良いし、又多項式近似式によって変化させても良い。
軸受112によってベース101上に支持されている。
113は静圧軸受112に予圧を与える吸引磁石であ
る。Xステージ111に設けられた静圧軸受112とX
ステージ111に固定された軸受ハウジング114に設
けられた静圧軸受115,116との間にYステージ1
02に設けられたX方向ガイド軸を挟み込んでいる。
102に対してX方向に移動可能でYステージ102と
共にY方向に移動可能である。Xステージ111がY方
向へ移動するには、Yステージ102のX方向ガイド軸
から静圧軸受力を受けるが、この駆動点と(静圧軸受が
複数ある場合はその合力が発生する点)Xステージ重心
位置が一致していないとXステージ111をY方向へ移
動したときωZ 方向へ不都合な回転を発生させる。
ない。Yステージ102については2本のリニアモータ
の発生力を配分することで解決しているが、Xステージ
111については静圧軸受115,116のXステージ
111に対する取付け位置を調整可能としておくこと
で、Xステージ111の重心を駆動できるようになり、
ωZ 方向への不都合な回転を発生せず、Y方向への移動
を可能としている。
と天板118に固定された部材119の間に、XY平面
に略平行な平面内で天板118の中心を中心として放射
状に第3ガイド手段としての弾性部材120を複数設け
ている。該弾性部材120は、軸方向には剛で他方向に
は柔な細い棒状部材でも良い。
くびれ部分をもたせ、軸方向に剛、他方向に柔の特性を
一層強く備えさせている。
1に対して天板118はZ方向,ωX ,ωY ,ωZ 方向
に移動可能である。
端に伸縮方向には剛で伸縮方向と直交する軸回りの回転
が柔なヒンジ部材122をそれぞれ設けている。
にくびれ部分を備えたものである。該ヒンジ部材122
の両端のうち一端をXステージ112に他端を天板11
8に固定する。
え、それぞれ独立して駆動可能としている。従って、X
ステージ112に対して天板118をZ,ωX ,ωY 方
向に剛で他のX,Y,ωZ 方向に柔に駆動可能である。
為、部材117,119の取付け面はそれぞれXY平面
に略平行に加工しておくのが良い。
(位置センサ)を3ケ設け、天板118に前記センサ1
23と対向した位置検出手段用の計測ターゲット(検出
ターゲット)124を配し、各Z方向変化からZ,ω
X ,ωY を算出している。
を用いて所望のZ,ωX ,ωY の位置に位置決め可能と
している。ピエゾアクチュエータ121とヒンジ部材1
22は第3駆動手段を構成している。
(固定子)125,125aが設けられ、それに対応す
る2ケのリニアモータ(可動子)126,126aは天
板118に固定されている。リニアモータ125,12
5a,126,126aは第2駆動手段の一要素を構成
している。
あり、Yステージ102に対して天板118をX,ωZ
方向に駆動可能である。2本のリニアモータのセンター
が天板118の重心と一致していなくとも、2本のリニ
アモータをYステージ102のときと同様それぞれ発生
力を配分することにより不都合なωZ 方向の回転が生じ
ないようにしている。
ニアモータ可動子126,126aの間には隙間がある
ため、天板118はZ,ωX ,ωY 方向にフリーであ
る。
a,126,126aとピエゾ121はそれぞれ互いに
干渉することなく天板118をX,Z,ωX ,ωY ,ω
Z 方向に駆動可能としている。
向に剛に連結されているためYステージ102をY方向
に駆動するとXステージ111、弾性ヒンジ120を介
してXステージ111とYステージ102と共にY方向
に駆動されている。Xステージ111は弾性ヒンジ12
0を介して天板118と共にX方向に駆動される。
位置決めの対象物128が載置されている。対象物12
8のXY,ωZ 方向の位置は天板118に固定されたミ
ラー(検出ターゲット)129,130とレーザ干渉計
131,132,133によって検出される。レーザ干
渉計131,132は位置検出手段の一要素を構成して
いる。レーザ干渉計131と132は角度検出手段の一
要素を構成している。
干渉計131,132の差分を求めることで検出され
る。尚ωZ 方向はディファレンシャルの測角干渉計を用
いて検出しても良い。ωX ,ωY 方向についてもミラー
129,130をZ方向にオフセットした2点を測角干
渉計によって計測することでも、求めても良い。
124は3組は必要なく、1組で良い。
き場合のZ,ωX ,ωY を計測する計測器を備えれば、
該計測器のZ,ωX ,ωY の位置情報と目標位置とのズ
レ分をωX ,ωY の測角干渉計と変位センサ1組又は変
位センサ3組の計測値上で駆動して、位置決めしてやれ
ば良い。
ジ回りの雰囲気に合わせた給気ガスを用いることができ
る。例えばN2 雰囲気中ならば給気ガスを窒素(N2 )
にすることもできる。
物に対して像面とレーザ光軸とのズレ、即ちアッベ誤差
が略零となるようにしている。
る。
121と弾性ヒンジ122から成るアクチュエータをリ
ニアモータに置き換えている。そしてリニアモータにサ
ーボをかけることにより駆動方向に適切なる剛性を設定
し、他の方向には柔軟性を与えている。
モータ(134,136)をXステージ111と天板1
18との間に設けている。134はリニアモータ可動子
であり、断熱剤135を介して天板118に固定してい
る。136はリニアモータ固定子であり、断熱剤137
を介してXステージ111に固定している。
本実施例では可動子134はコイル側で、固定子136
はマグネット側としているが、逆であっても良い。
慮し、断熱剤を介して固定しているが、更にXステージ
111や天板118の熱変形を抑えるには冷媒を用いて
温調するのが良い。又、リニアモータへの負荷や発熱を
減らす為にリニアモータへかかる定常的な力、つまり天
板の自重等は部材138上に設けられたZ方向に比較的
弱い剛性で他方向(X,Y,ωX ,ωY ,ωZ )に非常
に弱い剛性であるコイルバネ139によって天板118
を支持している。
り、位置決め対象物を基準高さ(Z,ωX ,ωY )に位
置決めしたときリニアモータへの負荷が最小となるよう
調節可能となっている。コイルバネ139が1つの場合
は、天板118の重心を支持するよう配置する方が良
い。
可能である。2つの磁石が反発しあうように一方を部材
138に、他方を天板118に固定する。これを1組と
して複数組設ける。
ωY 方向の調節ができるようにしている。1組を用いる
場合もコイルバネと同様である。このときコイルバネや
磁石の発生力は経時変化し得る為、発生力を外部から調
節できるようにしている。更にパルスモータ等の駆動手
段を搭載して自動で調節するようにしても良い。
動する時に有効でZ方向の変位とコイルバネ又は磁石の
剛性との兼ね合いで発生する力をキャンセルすることが
でき、リニアモータへの負荷を軽減している。
によってZ,ωX ,ωY 方向に大きく駆動し得るが、そ
の利点を充分生かす為にZ,ωZ 方向を静圧ガス軸受
(115,116)で案内し、ωX ,ωY 方向を板バネ
状の弾性部材で案内するのが良い。
(第1ガイド部材)140に対して、部材141は部材
(第2ガイド部材)141に設けられた静圧ガス軸受1
42によって支持している。
方向に移動可能である。更に部材141はXステージ1
11に固定された部材138にXY平面に略平行な平面
内で天板118のXYセンターを中心とした放射状にZ
方向に柔でXY方向に剛な板バネ143で連結されてい
る。Xステージ111に対して部材141はZ,ωX,
ωY 方向に移動可能である。
に対して天板118はZ,ωX ,ωY ,ωZ 方向に移動
可能となる。Z方向は静圧軸受142で支持されている
為、大きなストロークで動いても天板118を変形させ
る力は当然作用しない。Z方向に余裕が生まれた分、前
記板バネ143にZ方向のストロークを見込む必要がな
く、ωX ,ωY 方向のストロークを拡大できる。
能な為、位置決め動作中に振動する恐れがあるときは、
部材141のZ方向の振動を減衰させるダンパを設ける
ことが望ましい。
ジング114の中に制振ゴム144を挿入している。こ
れはダッシュポットでも置換可能である。
におけるXY剛性は静圧軸受142のシジアル剛性、モ
ーメント剛性、板バネ143のXY剛性等で主に決定さ
れるが、この剛性が充分でないとXステージ111と天
板118とのXY方向の相対的振動が問題になる。
にXY方向のダンパを設けるのが良い。又前述した部分
で剛性上充分でない部分にのみダンパを設けても良い。
クチュエータやガイド毎に必要だった構造物を削除可能
とし、ステージ重量の格段の軽量化を可能とし、それに
よって位置決め時間の短縮やアクチュエータからの発熱
量の低減を可能としている。
立して制御可能なアクチュエータを2本ずつ備え、発生
力を適切に配分することによって重心位置を駆動可能と
し、位置決め時間を延ばす回転(振動)を抑制すること
ができる。
ついては軸受取付位置を調節可能としておくことで、や
はりステージ重心を駆動することができ、それによって
位置決め時間の短縮が計れる等の特長を有している。
定することにより (4−1)半導体素子製造用の投影露光装置等において
ウエハを載置するXYステージからレーザ干渉計に至る
光路中の温度分布が一定でなくても、又周囲の気圧が種
々と変化しても、これらの環境変化に悪影響を受けずに
XYステージの移動制御、即ち位置決めを高精度に行う
ことのできる位置決め装置及びそれを用いた半導体素子
の製造方法を達成することができる。
るステージを駆動制御する為の各要素を適切に構成する
ことにより、装置全体の簡素化を図りつつウエハを所定
位置に高精度に位置決めすることのできる位置決め装置
及びそれを用いた半導体素子の製造方法を達成すること
ができる。
Claims (25)
- 【請求項1】 位置合わせすべき物体を載置し、XY平
面内で移動するXYステージの一部にミラーを設け、該
ミラーに第1レーザ干渉計からのレーザ光を入射させ、
該ミラーを介したレーザ光を利用して該XYステージの
位置決めを制御手段で制御する際、該第1レーザ干渉計
から該ミラーに至る光路中に該光路中の温度分布を測定
する為の第1温度測定手段を設け、該XYステージと略
同一の空調がなされている場所に第2レーザ干渉計を設
け、該第2レーザ干渉計の光路中に該光路中の温度分布
を測定する為の第2温度測定手段を設け、該制御手段は
該第2レーザ干渉計と該第2温度測定手段からの信号を
用いて、温度の影響を除いた該第2レーザ干渉計からの
発振波長の変化を算出し、該算出結果と該第1温度測定
手段からの信号を用いて該第1レーザ干渉計で得られた
信号に含まれる発振波長の変化の影響を算出し、該算出
結果に基づいて該XYステージの位置を補正して、該第
1レーザ干渉計からの発振波長の変化の影響を少なくし
ていることを特徴とする位置決め装置。 - 【請求項2】 前記第2レーザ干渉計と前記第1,第2
温度測定手段は前記XY方向の少なくとも一方向に設け
られていることを特徴とする請求項1の位置決め装置。 - 【請求項3】 位置合わせすべき物体を載置し、XY平
面内で移動するXYステージの一部にミラーを設け、該
ミラーに第1レーザ干渉計からのレーザ光を入射させ、
該ミラーを介したレーザ光を利用して該XYステージの
位置決めを制御手段で制御する際、該第1レーザ干渉計
から該ミラーに至る光路中に該光路中の温度分布を測定
する為の第1温度測定手段と気圧分布を測定する為の第
1気圧測定手段を、該XYステージと略同一の空調がな
されている場所に第2レーザ干渉計を、該第2レーザ干
渉計の光路中に、該光路中の温度分布を測定する為の第
2温度測定手段と気圧分布を測定する為の第2気圧測定
手段を各々設け、該制御手段は該第2レーザ干渉計と該
第1,第2温度測定手段と該第1,第2気圧測定手段か
らの信号を用いて該第1レーザ干渉計で得られた信号に
含まれる発振波長の変化の影響を算出し、該算出結果に
基づいて該XYステージの位置を補正して、該第1レー
ザ干渉計からの発振波長の変化の影響を少なくしている
ことを特徴とする位置決め装置。 - 【請求項4】 前記第2レーザ干渉計と前記第1,第2
温度測定手段そして前記第1,第2気圧測定手段は前記
XY方向の少なくとも一方向に設けられていることを特
徴とする請求項3の位置決め装置。 - 【請求項5】 レチクルとウエハとの相対的な位置検出
を行った後に、レチクル面上のパターンをウエハ面に転
写し、該ウエハを現像処理工程を介して半導体素子を製
造する際、該ウエハを載置し、XY平面内で移動するX
Yステージの一部にミラーを設け、該ミラーに第1レー
ザ干渉計からのレーザ光を入射させ、該ミラーを介した
レーザ光を利用して該XYステージの位置決めを制御手
段で制御する際、該第1レーザ干渉計から該ミラーに至
る光路中に該光路中の温度分布を測定する為の第1温度
測定手段を、該XYステージと略同一の空調がなされて
いる場所に第2レーザ干渉計を、そして該第2レーザ干
渉計の光路中に、該光路中の温度分布を測定する為の第
2温度測定手段を各々設け、該制御手段は該第2レーザ
干渉計と該第2温度測定手段からの信号を用いて、温度
の影響を除いた該第2レーザ干渉計からの発振波長の変
化を算出し、該算出結果と該第1温度測定手段からの信
号を用いて該第1レーザ干渉計で得られた信号に含まれ
る発振波長の変化の影響を算出し、該算出結果に基づい
て該XYステージの位置を補正して、該第1レーザ干渉
計からの発振波長の変化の影響を少なくしていることを
特徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項6】 レチクルとウエハとの相対的な位置検出
を行った後に、レチクル面上のパターンをウエハ面に転
写し、該ウエハを現像処理工程を介して半導体素子を製
造する際、該ウエハを載置し、XY平面内で移動するX
Yステージの一部にミラーを設け、該ミラーに第1レー
ザ干渉計からのレーザ光を入射させ、該ミラーを介した
レーザ光を利用して該XYステージの位置決めを制御手
段で制御する際、該第1レーザ干渉計から該ミラーに至
る光路中に該光路中の温度分布を測定する為の第1温度
測定手段と気圧分布を測定する為の第1気圧測定手段
を、該XYステージと略同一の空調がなされている場所
に第2レーザ干渉計を、該第2レーザ干渉計の光路中に
該光路中の温度分布を測定する為の第2温度測定手段と
気圧分布を測定する為の第2気圧測定手段を各々設け、
該制御手段は該第2レーザ干渉計と該第1,第2温度測
定手段と該第1,第2気圧測定手段からの信号を用いて
該第1レーザ干渉計で得られた信号に含まれる発振波長
の変化の影響を算出し、該算出結果に基づいて該XYス
テージの位置を補正して、該第1レーザ干渉計からの発
振波長の変化の影響を少なくしていることを特徴とする
半導体素子の製造方法。 - 【請求項7】 XY平面に略平行な平面部を有するベー
ス、該ベースの平面部上に静圧ガス軸受によって支持さ
れ、第1ガイド手段によってY方向に該平面部に沿って
移動する第1ステージ、該第1ステージを駆動する第1
駆動手段、該第1ステージに設けた第2ガイド手段によ
って該平面部に沿ってX方向に移動可能でかつ該第1ス
テージと共にY方向に移動可能の該ベースの平面部上に
静圧ガス軸受によって支持された第2ステージ、第3ガ
イド手段によって該第2ステージに対してZ方向及びX
軸,Y軸,Z軸方向に回転可能な第3ステージ、該第1
ステージに設けられ該第1ステージに対して該第2ステ
ージをX軸方向の移動及びZ軸回りの回転を行う第2駆
動手段、そして該第2ステージ上に設けられ該第2ステ
ージに対して該第3ステージをZ軸方向の移動及びX軸
とY軸回りの回転を行う第3駆動手段とを利用して該第
3ステージ上に設けた対象物の位置決めを行ったことを
特徴とする位置決め装置。 - 【請求項8】 XY平面に略平行で前記対象物に対して
アッベ誤差が略零となるように配置した位置検出手段、
前記第3ステージに設けた該位置検出手段用の検出ター
ゲット、そして該検出ターゲットの角度を検出する角度
検出手段とを有していることを特徴とする請求項7の位
置決め装置。 - 【請求項9】 前記位置検出手段と前記角度検出手段は
レーザ干渉計より成り、前記検出ターゲットは反射ミラ
ーより成っていることを特徴とする請求項8の位置決め
装置。 - 【請求項10】 前記角度検出手段は前記位置検出手段
が検出する場所以外の位置を検出しており、該位置と該
位置検出手段によって検出される位置との差より角度を
算出していることを特徴とする請求項9の位置決め装
置。 - 【請求項11】 前記第1ガイド手段は前記ベース上に
Y方向に設けたガイド部材と前記第1ステージに設けた
静圧ガス軸受によって構成していることを特徴とする請
求項7の位置決め装置。 - 【請求項12】 前記ガイド部材は磁性材料より成り、
前記第1ステージに設けた磁石によって吸引力が働くよ
うに構成していることを特徴とする請求項11の位置決
め装置。 - 【請求項13】 前記第1駆動手段は前記第1ステージ
の重心を挟み、X方向にオフセットした2カ所を各々制
御可能な2つのアクチュエータを用いてY方向に駆動し
ていることを特徴とする請求項7の位置決め装置。 - 【請求項14】 前記第2ガイド手段は前記第1ステー
ジ上にX方向に設けたガイド部材と前記第2ステージに
設けた静圧ガス軸受によって構成していることを特徴と
する請求項7の位置決め装置。 - 【請求項15】 前記第3ガイド手段は前記第3ステー
ジに固定されZ方向とZ軸回りの回転を案内する円筒状
の第1ガイド部材、該第1ガイド部材と相対する第2ガ
イド部材、該第1ガイド部材又は第2ガイド部材の一方
に設け、他方を支持する静圧ガス軸受、該第2ガイド部
材と前記第2ステージとを少なくともX方向又はY方向
に剛に連結する弾性部材とを有していることを特徴とす
る請求項7の位置決め装置。 - 【請求項16】 前記弾性部材はXY平面に略平行でZ
方向,X軸回り,Y軸回りに柔軟な板バネであることを
特徴とする請求項15の位置決め装置。 - 【請求項17】 前記第2ガイド部材と前記第2ステー
ジとの間にZ方向のダンパーが挿入されていることを特
徴とする請求項16の位置決め装置。 - 【請求項18】 前記第3ガイド手段は軸方向に剛性で
他方向に柔軟性の棒状部材又は棒状部材に複数のくびれ
部分を備えるヒンジ部材を複数有しており、該ヒンジ部
材の軸を通る各仮想直線がXY平面に略平行な面内で前
記第3ステージのXYセンターを中心とした放射状に配
置されており、該ヒンジ部材の一端を前記第2ステージ
に、他端を前記第3ステージに固定し、該第2ステージ
に対して該第3ステージをX方向とY方向に剛性とな
り、Z方向,X軸回り,Y軸回り,Z軸回りに柔軟性と
なるように連結していることを特徴とする請求項7の位
置決め装置。 - 【請求項19】 前記第2駆動手段は前記第3ステージ
に重心を挟み、かつY方向にオフセットした2カ所を各
々制御可能な2つのアクチュエータを用いてX方向とZ
軸回りに回転駆動していることを特徴とする請求項7の
位置決め装置。 - 【請求項20】 前記アクチュエータはリニアモータで
あることを特徴とする請求項19の位置決め装置。 - 【請求項21】 前記第3駆動手段はピエゾ素子と該ピ
エゾ素子の伸縮方向両端に取り付け、該伸縮方向と直交
する方向の軸回りの回転が柔軟性のヒンジ部材とから成
るアクチュエータを前記第2ステージと第3ステージと
の間に、該アクチュエータの伸縮方向が略Z方向に向く
ように3カ所配置し、前記第3ステージと第2ステージ
に対してZ方向,X軸回り,Y軸回りに駆動しているこ
とを特徴とする請求項7の位置決め装置。 - 【請求項22】 前記アクチュエータがリニアモータで
あることを特徴とする請求項21の位置決め装置。 - 【請求項23】 前記第3ステージの3カ所のZ方向位
置を検出する位置センサーを設けるか又は該第3ステー
ジのZ方向,X軸回り,Y軸回りを検出する1つの位置
センサーと2つの角度センサーを設けることにより該第
3ステージのZ軸方向,X軸回り,Y軸回りの位置決め
を行っていることを特徴とする請求項21の位置決め装
置。 - 【請求項24】 前記第3ステージをZ方向に剛性で他
方向に柔軟性の支持手段により支持していることを特徴
とする請求項21の位置決め装置。 - 【請求項25】 前記支持手段はコイルバネ又は磁石の
反発力を利用していることを特徴とする請求項24の位
置決め装置。
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JP17616693A JP2903958B2 (ja) | 1993-06-23 | 1993-06-23 | 位置決め装置及びそれを用いた半導体素子の製造方法 |
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1993
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