JPH10293611A - 位置決め装置 - Google Patents

位置決め装置

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JPH10293611A
JPH10293611A JP9116007A JP11600797A JPH10293611A JP H10293611 A JPH10293611 A JP H10293611A JP 9116007 A JP9116007 A JP 9116007A JP 11600797 A JP11600797 A JP 11600797A JP H10293611 A JPH10293611 A JP H10293611A
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JP
Japan
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stage
displacement
axis
bearing
positioning
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JP9116007A
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English (en)
Inventor
Naoki Takizawa
直樹 瀧澤
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • 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)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い位置決め精度を達成しつつ、送り方向の
剛性を向上させる。 【解決手段】 軸受けパッドより噴出される圧縮流体に
よりガイドから非接触で支持されたステージと、ステー
ジの駆動手段であるリニアモータと、ステージの位置を
検出する位置検出手段と、前記位置検出手段で検出した
位置信号をもとにステージを位置決めするための制御装
置とで構成される位置決め装置において、ステージの軸
受け隙間を変動させステージを駆動する複数の能動型軸
受け装置と、軸受け隙間の変位を検出する複数の検出手
段と、前記ステージの位置検出手段と軸受け隙間の変位
を検出する変位検出手段によって検出された信号を受け
前記ステージの位置決め方向以外の振動を前記リニアモ
ータおよび前記軸受け隙間に力を発生させる駆動手段で
制御する制御装置とを設け、位置決め制御すると同時に
位置決め方向以外の振動をも制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置や
各種工作機械等に使用される位置決め装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体製造装置や工作機械等に使
用される位置決め装置として次に示す2つの例が知られ
ている。第1の例は、ガイドには各種べアリングを用
い、駆動系にサーボモータに代表される回転式モータと
送りネジを使用して移動体を駆動する位置決め装置であ
る。第2の例は、特開昭59−178507号公報に記
載されているような駆動系にリニアモータを用い、ガイ
ドに圧縮流体によって支持する非接触ガイドを用いた位
置決め装置である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
1の従来例では送りネジの摩擦等の非線形要素により位
置決め精度が悪化する。 位置決め精度を向上させようと
すると、制御系に摩擦補償等の非線形補償要素を追加す
るため制御系が複雑になり、同時に複雑になった制御装
置の調整が難しくなる。 また、使用していくと摩擦力が変化する等の、非線形要
素の変化が発生するため、制御系およびメカ部品の再調
整が必要になる。
【0004】上記第2の従来例では、移動体の送り方向
の剛性がリニアモータの駆動制御系のサーボ特性に依存
する。 このような位置決め装置では、移動体の駆動軸と
位置計測軸を同じ直線上に配置することはできないた
め、移動体の各振動モードが制御対象の特性に悪影響を
与える。 その結果、サ一ボ特性が制限を受け、送り方向
の剛性が向上できない。 本発明は、これらの問題に鑑みてなされたもので、高精
度の位置決め精度を達成しつつ、送り方向の剛性を向上
させる位置決め装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するため本発明では、圧縮流体軸受けによって支持
された移動体と、移動体を送り方向に駆動する駆動装置
と、移動体の位置を計測するための計測手段とで構成さ
れる位置決め装置において、軸受けの隙間方向に力を作
用させることのできる駆動手段を複数配置するととも
に、軸受け隙間方向の変位を検出する変位検出手段を複
数配置し、前記軸受け隙間方向の駆動手段と変位検出手
段を用いて移動体の送り方向以外の移動体の振動モード
を制御することで、移動体の送り方向への各振動モード
の影響を取り除き、送り方向のサーボ特性の向上を図る
ことで送り方向の剛性を向上させる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態では、軸受
けパッドより噴出される圧縮流体によりガイドから非接
触で支持されたステージと、ステージの駆動手段である
リニアモータと、ステージの位置を検出する位置検出手
段と、前記位置検出手段で検出した位置信号をもとにス
テージを位置決めするための制御装置とで構成される位
置決め装置において、ステージの軸受け隙間を変動させ
ステージを駆動する複数の能動型軸受け装置と、軸受け
隙間の変位を検出する複数の検出手段と、前記ステージ
の位置検出手段と軸受け隙間の変位を検出する変位検出
手段によって検出された信号を受け前記ステージの位置
決め方向以外の振動を前記リニアモータおよび前記軸受
け隙間に力を発生させる駆動手段で制御する制御装置と
を設け、位置決め制御すると同時に位置決め方向以外の
振動をも制御する。これにより、ステージの送り方向へ
の各振動モードの影響を取り除き、送り方向のサーボ特
性の向上を図り、もって送り方向の剛性を向上させてい
る。
【0007】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
【0008】図1〜3は本発明の一実施例に係るX−Y
ステージの構成を示す。図1はX−Yステージの全体
図、図2は図1のX−YステージをXステージとYステ
一ジに分解した時の図、図3はYステージの構成を説明
するための図である。 また、図4は前記X−Yステージ
を制御する制御装置の構成図である。
【0009】図1、図2および図3において、1は図上
のZ軸方向のガイドとなるベース、2aおよび2bは図
上のX軸方向のガイド、3aおよび3bはXステージの
両端に配置され、Xステ一ジを駆動するためのリニアモ
ータの可動子、4aおよび4bは前記可動子と対となっ
てリニアモータを構成する固定子、5aおよび5bは6
aと6bと7とで構成されるXステージとリニアモータ
の可動子とを連結する連結板、6aおよび6bおよび7
はX方向に移動するXステージで7は後述するYステー
ジのガイドの役割もする。8aおよび8bはYステージ
の両端に配置され、Yステージを駆動するためのリニア
モータの可動子、9aおよび9bは前記可動子8aおよ
び8bと対となってリニアモータを構成する固定子、1
0はY方向に移動するYステージ、11および11bお
よび11cおよび11dはYステージ10のZ軸方向の
変位を検出するための変位検出器、12aおよび12b
はXステージのX軸方向の変位をレーザ測長器によって
計測するための計測ミラー、13aおよび13bはYス
テージのY方向の変位をレーザ測長器によって計測する
ための計測ミラー、14aおよび14bおよび14cお
よび14d(一部図示されていない)は供給された圧縮
流体を噴出してガイド2aからXステージを非接触に支
持するための軸受けパッド、15a、15b、15cお
よび15dは14a〜14dと同様の軸受けパッドで、
ベース1からXステージを非接触で支持している。
【0010】16a、16b、16cおよび16d(一
部図示されていない)はYステージの底面に取り付けら
れた軸受けパッドで、前述した14a〜14dと同様に
構成されYステージ10をベース1から非接触で支持し
ている。17a、17b、17cおよび17d(一部図
示されていない)はYステージ10のΖ方向の軸受け隙
間に強制的に力を発生させるための駆動手段で本実施例
においては図5に示す軸受けパッド22とYステージ1
0との間に圧電素子21を挿入した装置で、圧電素子2
1の伸縮によって軸受け隙間を変動させることで力を発
生させている能動型軸受け装置である。
【0011】18は17a〜17dと同じ構造の能動型
軸受け装置で、Yステージ10のX軸方向の軸受け隙間
に強制的に力を発生させている。19aおよび19bは
能動型軸受け装置18もしくは外から加わった力によっ
て変化したYステージにおけるX軸方向の軸受け隙間を
検出するための変位検出器、20a、20b、20cお
よび20dは14a〜14dと同様の軸受けパッドでY
ガイド7からYステージ10をX方向に非接触で支持し
ている。
【0012】Xステージはベース1およびX軸ガイド2
aと2bに対して軸受けパッド14a〜14dおよび軸
受けパッド15a〜15dより噴出される圧縮流体によ
って非接触に支持されている。また、Yステージはベー
ス1とXステージから軸受けパッド16a〜16dおよ
び20a〜20d、ならびに能動型軸受け装置17a〜
17dおよび18により噴出される圧縮流体によって、
非接触に支持されている。
【0013】図1のX−YステージのXステージを計測
ミラー12aと12bで計測したX軸方向の位置データ
XaとXbを基にリニアモータ3aと4aおよび3bと
4bでX軸方向に、Yステージを計測ミラー13aと1
3bで計測したY軸方向の位置データYaとYbを基に
リニアモータ8aと9aおよび8bと9bでY軸方向に
位置決め制御しようとすると、個々のステージの位置決
め方向以外の軸方向への振動(X軸、Y軸、Z軸回りの
回転方向への振動)が起きる。 その振動は位置決め方向
の制御系を不安定にする原因となる。 そのため制御系は
制御の安定性を確保するために応答性を犠牲にしなけれ
ばならなくなる。 その結果として、位置決め方向(Xス
テージにおけるX軸方向およびYステージにおけるYス
テージにおけるY軸方向)の剛性が低くなる。
【0014】そこで、悪影響を及ぼす振動を起こさない
ために、位置決め方向以外の軸方向をも制御できるよう
な駆動手段と計測手段を配置し、位置決め方向以外の軸
方向も制御する。
【0015】XステージにおいてはX軸方向X1 の位置
決めを行なうと同時にミラー12aで計測した変位デー
タXaとミラー12bで計測した変位データXbとの差
を計算することで得られたΖ軸回りの回転角度Wz1を基
に、リニアモータ3aと4aおよび3bと4bの推力を
調整することで、Z軸回りの回転方向Wz1の振動をも制
御する。
【0016】また、YステージにおいてはXステージと
同様にY軸方向Yの位置決めと同時にミラー13aで計
測した変位データYaとミラー13bで計測した変位デ
ータYbとの差を計算することで得られたΖ軸回りの回
転角度Wz2を基に、Ζ軸回りの回転方向Wz2の振動をも
制御する。
【0017】さらに、Yステージについては変位検出手
段11a〜11dで検出したΖ軸方向の位置デー夕Za
〜Zdを計算することで得られるZ軸方向の変位Zおよ
びX軸回りの回転角度Wx およびY軸回りの回転角度W
y とを基に、能動型軸受け17a〜17dで発生させる
推力を制御することで、YステージのZ軸方向、X軸回
りの回転方向Wx およびY軸回りの回転方向Wy の振動
を制御する。
【0018】本実施例でYステージにおいてZ軸方向の
変位ZおよびX軸回りの回転方向Wx およびY軸回りの
回転方向Wy の制御までするのは、YステージがXステ
ージに対して大きさおよび重量等で小さいため、より位
置決め方向以外の振動の影響を受けやすいためである。
もちろんXステージでもYステージと同様にZ軸方向の
変位およびX軸回りの回転方向およびY軸回りの回転方
向の振動を制御することで同じ効果が期待できるが、そ
の効果はYステージに比べて顕著には現れない。
【0019】加えてYステージでは、X軸方向の軸受け
部の剛性を向上するために19aと19bにYステージ
のX軸方向の軸受け隙間の変位XcとXdを検出するた
めの変位検出器とX軸方向の軸受け隙間方向に力を発生
させるための能動型軸受け18を配置し、変位検出器1
9a,19bで検出した軸受け隙間の変位XcとXdを
基にYステージのX軸方向の軸受け隙間X2 を制御す
る。 このようにYステージのX軸方向の軸受け隙間を制
御し、YステージのX軸方向の剛性を向上させることで
XYステージ全体としてのX軸方向の剛性向上を図って
いる。
【0020】以上のような制御を図4の制御装置によっ
て制御している。Xステージの位置決め方向であるX1
と、XステージのΖ軸回りの回転方向であるWz1と、Y
ステージの位置決め方向であるYと、YステージのΖ軸
回りの回転方向であるWz2と、YステージのΖ軸方向で
あるZと、YステージのX軸回りの回転方向であるWx
と、YステージのY軸回りの回転方向であるWy と、Y
ステージのX軸方向の軸受け隙間であるX2 の変位もし
くは振動を、XYステージに設けられた複数の変位計測
器によって検出されたX軸、Y軸、およびΖ軸方向の変
位信号から制御装置で、前記した各軸(X1 、Wzl、
Y、Wz2、Z、Wx 、Wy 、X2 軸)方向の変位量もし
くは振動量を計算で求め、求めた変位量もしくは振動量
をフィードバックすることで、変位は目標の変位に、振
動はゼロになるように制御している。
【0021】
【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した位置決
め装置を用いる露光装置または露光方法を利用したデバ
イスの生産方法の実施例を説明する。図6は微小デバイ
ス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CC
D、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造のフロ
ーを示す。ステップ1(回路設計)ではデバイスのパタ
ーン設計を行なう。ステップ2(マスク製作)では設計
したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステ
ップ3(ウエハ製造)ではシリコンやガラス等の材料を
用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセ
ス)は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを
用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回
路を形成する。次のステップ5(組み立て)は後工程と
呼ばれ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて
半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダ
イシング、ボンディング)、パッケージング工程(チッ
プ封入)等の工程を含む。ステップ6(検査)ではステ
ップ5で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、
耐久性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半
導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)され
る。
【0022】図7は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン
打込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では上記説明したアライメント装置を
有する露光装置によってマスクの回路パターンをウエハ
に焼付露光する。ステップ17(現像)では露光したウ
エハを現像する。ステップ18(エッチング)では現像
したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19
(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となった
レジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行な
うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成
される。本実施例ではこの繰り返しの各プロセスにおい
て、上述した位置決め装置を用いたウエハを位置決めす
ることで、正確な位置合わせを可能としている。
【0023】本実施例の生産方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製造す
ることができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位置決め用に配置された駆動手段と位置決め方向の変位
を検出するための検出手段とともに、軸受け隙間に力を
発生させ得る駆動手段と変位計測手段を配置し、位置決
め方向の変位をフィードバック制御すると同時に位置決
め方向以外の振動をなくすようなフィードバック制御を
駆使することで、位置決め方向の制御の応答性の向上が
図れ、位置決め方向の剛性の向上も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明における一実施例を示すX−Yステー
ジの構成図である。
【図2】 図1におけるXステージとYステージの構成
を解り易くした図である。
【図3】 図1におけるYステージの構成図である。
【図4】 図1のX−Yステージを制御するための制御
装置のブロック構成図である。
【図5】 図1のX−Yステージにおけるアクティブ軸
受けの構成図である。
【図6】 微小デバイスの製造の流れを示す図である。
【図7】 図6におけるウエハプロセスの詳細な流れを
示す図である。
【符号の説明】
1:Z軸方向のガイドとなるベース、2a,2b:Y軸
方向のガイドとなるXステージのガイド、3a,3b:
Xステージを駆動するリニアモータの可動子、4a,4
b:Xステージを駆動するリニアモータの固定子、5
a,5b:Xステージと可動子3a〜3bを連結する連
結板、6a,6b:Xステージの一部、7:Xステージ
の一部であるYステージのガイド、8a,8b:Yステ
ージを駆動するリニアモータの可動子、9a,9b:Y
ステージを駆動するリニアモータの固定子、10:Yス
テージ、11a,11b,11c,11d:Yステージ
のΖ軸方向の軸受け隙間の変位を検出する変位検出器、
12a,12b:XステージのY方向の変位をレーザ測
長器で検出するためのミラー、13a,13b:Yステ
ージのY方向の変位をレーザ測長器で検出するためのミ
ラー、14a,14b,14c,14d:Xステージを
ガイド2a,2bからY方向に非接触で支持するための
軸受けパッド、15a,15b,15c,15d:Xス
テージをベース1からZ方向に非接触で支持するための
軸受けパッド、16a,16b,16c,16d:Yス
テージをベース1からΖ方向に非接触で支持するための
軸受けパッド、17a,17b,17c,17d:Yス
テージのΖ軸方向の軸受け隙間方向に力を発生させるた
めの能動型軸受け装置 18:YステージのX軸方向
の軸受け隙間方向に力を発生させるための能動型軸受け
装置、19a,19b:YステージのX軸方向の軸受け
隙間方向の変位を検出するための変位検出器、20a,
20b,20c,20d:Yステージをガイド7からX
方向に非接触で支持するための軸受けパッド、21:能
動型軸受け装置の一部で軸受け隙間を変動させるための
圧電素子、22:軸受けパッド。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮流体軸受けによって支持された移動
    体と、該移動体を送り方向に駆動する駆動装置と、該移
    動体の位置を計測するための計測手段とを備えた位置決
    め装置において、 軸受けの隙間方向に力を作用させることのできる駆動手
    段を複数配置するとともに、該軸受け隙間方向の変位を
    検出する変位検出手段を複数配置し、前記軸受け隙間方
    向の駆動手段と変位検出手段を用いて移動体の送り方向
    以外の移動体の振動モードを制御することを特徴とする
    位置決め装置。
  2. 【請求項2】 軸受けパッドより噴出される圧縮流体に
    よりガイドから非接触で支持されたステージと、ステー
    ジの駆動手段であるリニアモータと、ステージの位置を
    検出する位置検出手段と、前記位置検出手段で検出した
    位置信号をもとにステージを位置決めするための制御装
    置とで構成される位置決め装置において、 ステージの軸受け隙間を変動させステージを駆動する複
    数の能動型軸受け装置と、軸受け隙間の変位を検出する
    複数の検出手段と、前記ステージの位置検出手段と軸受
    け隙間の変位を検出する変位検出手段によって検出され
    た信号を受け前記ステージの位置決め方向以外の振動を
    前記リニアモータおよび前記軸受け隙間に力を発生させ
    る駆動手段で制御する制御装置とを設け、位置決め制御
    すると同時に位置決め方向以外の振動をも制御すること
    を特徴とする位置決め装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の位置決め装置
    を有する露光装置を用いて製造したことを特徴とする半
    導体デバイス。
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