JPH11327652A - 位置決め装置およびそれを用いた半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 粗微動ステージ構成の精密位置決め装置の静
止時における位置決めエラーのうち、粗動ステージの外
乱によるものを防止する。 【解決手段】 粗動ステージと、その上に載置された微
動ステージ及びこれの上に設けられた位置決め対象物保
持手段と、対象物の位置決め制御手段と、粗動ステージ
第１駆動手段と、微動ステージ第２駆動手段と、第１、
第２駆動手段の駆動量を検知する第１、第２検知手段
と、微動ステージの位置検知手段とを備えた位置決め装
置において、粗動ステージおよび微動ステージがどちら
も移動中ではないときに第２検知手段による出力が所定
の値になったら粗動ステージおよび微動ステージを補正
駆動する手段と、補正駆動を禁止する手段とをさらに備
え、補正駆動とは位置決め制御手段の位置決め指令値を
駆動前後で変えることなく微動ステージがそのストロー
クの中央に近寄る方向に駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる粗微動構
成のステージを用いた精密位置決め装置に関するもので
ある。特に半導体製造装置のウエハステージに好適な位
置決め装置およびこの位置決め装置を適用した半導体製
造装置を提供する。

【０００２】

【従来の技術】粗動ステージ上に微動ステージを載置し
た、いわゆる粗微動ステージ構成の精密位置決め装置
は、最終精度を決定する位置サーボを微動位置決め機構
のみで構成するものとそれ以外のものとに分類できる。

【０００３】前者の例としては特開平３−２８２９１２
号公報に示されるものが挙げられる。これは、位置決め
駆動時の高精度、高速化を目的としたものである。この
様な例では粗動ステージが熱変動等の外乱により位置ず
れを起こしても、位置サーボにより微動ステージが追従
し、対象物に位置ずれは生じない。微動ステージが追従
できる量は当然そのストロークの長さ以下である。

【０００４】後者の例としては特開平４−１７８５３５
号公報に示されるものが挙げられる。この例では、オー
プンループで位置決めを行っている。また、後者の例と
して粗動位置決め機構と微動位置決め機構の両方で同一
の位置サーボループを構成するものもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】粗微動ステージ構成の
精密位置決め装置で、最終精度を決定する位置サーボを
微動位置決め機構のみで構成するものについては、外乱
による粗動ステージの静止時の位置ずれが所定量より大
きい場合、微動ステージのストロークを使い切ってしま
い、それ以上は位置サーボが追従できなくなる。その結
果対象物の位置決め精度は著しく悪化してしまう。ま
た、対象物の測距手段出力によって位置決め判定（いわ
ゆるインポジション判定）を行っている場合には、エラ
ーが出力されて装置の処理が中断してしまう。インポジ
ション判定はハード的な故障検知の目的も兼ねている
が、ハード的な故障と外乱による位置決めエラーは分離
できないのが一般的である。したがって装置運転の上で
インポジションエラーが出力されることは望ましくな
い。

【０００６】また微動ステージのストロークオーバーを
防止する目的で、本発明で採用する補正駆動を常時行っ
たとすると、補正駆動中は位置決め精度が保証されない
ので、装置動作にとっては許されない。

【０００７】一方、粗微動ステージ構成の精密位置決め
装置で、最終精度を決定する位置サーボを粗動位置決め
機構と微動位置決め機構の両方で構成するものについて
は、上記のような微動ステージのストロークオーバーに
よる位置決め精度悪化は起きない。しかし、制御系が複
雑となり、粗動ステージ用と微動ステージ用のアクチュ
エータにも制約が加わる。

【０００８】本発明は、粗微動ステージ構成の精密位置
決め装置の静止時における位置決めエラーのうち、粗動
ステージの外乱によるものを防止することを目的とす
る。しかも位置決め装置を搭載している装置の精密位置
決めを必要とする動作には影響を及ぼさないことを合わ
せて目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】上記課題を解
決するため本発明の位置決め装置は、粗動ステージと、
粗動ステージ上に載置された微動ステージと、微動ステ
ージ上に設けられており位置決め対象物を保持可能な保
持手段と、位置決め対象物の位置決め制御を行う位置決
め制御手段と、粗動ステージを駆動する第１の駆動手段
と、微動ステージを駆動する第２の駆動手段と、第１駆
動手段の駆動量を検知する第１駆動量検知手段と、第２
駆動手段の駆動量を検知する第２駆動量検知手段と、微
動ステージの位置を検知する位置検知手段とを備え、粗
動ステージと微動ステージがどちらも移動中ではないと
きに前記第２駆動量検知手段による出力が所定の値にな
ったら粗動ステージと微動ステージを補正駆動する補正
駆動手段と、前記補正駆動を禁止する補正駆動禁止手段
とをさらに備え、前記補正駆動とは前記位置決め制御手
段の位置決め指令値を駆動前後で変えることなく微動ス
テージがそのストロークの中央に近寄る方向に駆動する
ことであることを特徴とする。

【００１０】つまり、粗動ステージと微動ステージがど
ちらも移動駆動中ではないとき等に、微動ステージ駆動
量検知手段による出力が所定の値になったら粗動ステー
ジと微動ステージを補正駆動することにより、対象物の
位置を変えることなく微動ステージのストロークを中央
付近に設定する。

【００１１】また補正駆動は装置動作のなかで影響を及
ぼさないタイミングで行う必要がある。つまり、精密位
置決めが必要とされる状態においては補正駆動を行って
はならない。補正駆動のタイミングを制御するために、
本発明においては補正駆動禁止手段を設け、この禁止手
段が「許可」を示しているときに補正駆動を行い、「禁
止」を示しているときには補正駆動を行わない。本発明
の位置決め装置は半導体製造装置等に適用することがで
きる。

【００１２】本発明の半導体製造装置は、上記本発明の
位置決め装置および半導体製造装置制御部を備え、前記
対象物とは露光基板または原版であり、前記補正駆動禁
止手段は露光時、露光基板若しくは原版の位置合わせ検
出時または半導体製造装置制御部が禁止した時に補正駆
動を禁止することを特徴とする。

【００１３】

【実施例】実施例１ 本発明の第１実施例を以下に説明する。図１は１軸の粗
微動ステージ構成の位置決め装置のブロック図である。
コンソール１０１は、装置動作の指令、情報をメインコ
ントローラ１０２との間でやり取りする。メインコント
ローラ１０２はステージコントローラ１０３および不図
示の対象物吸着手段等他のユニットに対して装置全体を
司る制御を行う。またメインコントローラ１０２はステ
ージコントローラ１０３に対して補正駆動禁止信号Ｓ１
０１を出力する。ステージコントローラ１０３は粗動ス
テージ、微動ステージヘ駆動や位置サーボの状態を指令
する。

【００１４】次に粗動位置決め機構の構成を説明する。
粗動コントローラ１０４はステージコントローラ１０３
からの指令を受け、粗動ステージの駆動、位置決めを行
う。ステージコントローラ１０３から指令された駆動量
にしたがって粗動ドライバー１０５に対して駆動パルス
Ｓ１０２を出力する。粗動ドライバー１０５は駆動パル
スに相当する分だけ粗動ステージ駆動用モータ１０６を
駆動する。粗動ステージ用エンコーダ１０７は粗動ステ
ージ駆動用モータ１０６と同軸に設けられており、粗動
ステージ駆動用モータ１０６の駆動量を検知する。検知
された駆動量は粗動エンコーダパルスＳ１０３として粗
動コントローラ１０４に入力される。粗動コントローラ
１０４はフィードバックされた粗動エンコーダパルスＳ
１０３が指令された駆動量相当になるように粗動ドライ
バー１０５に対してさらに駆動パルスＳ１０２を出力す
る。すなわち、粗動位置決め機構は指令された駆動量に
対してモーター軸のエンコーダをもとに位置決めをする
閉ループを構成している。

【００１５】図２において、粗動ステージ駆動用モータ
１０６の駆動力は、粗動ステージモータ軸２０１および
粗動ステージ連結部２０２のナットを介して粗動ステー
ジ駆動軸２０３のボールねじに伝達される。粗動ステー
ジ駆動軸２０３は粗動ステージカップリング２０４によ
り粗動ステージ用フレーム２０５に回転自由に固定さ
れ、粗動ステージ用フレーム２０５中を貫通する。粗動
ステージ２０６に対しては粗動ステージフローティング
コネクタ２０７により回転自由に固定される。粗動ステ
ージ駆動軸２０３が回転駆動することにより粗動ステー
ジ２０６は図２の左右方向に移動する。

【００１６】次に微動位置決め機構の構成を説明する。
図１においてサーボコントローラ１０８はステージコン
トローラ１０３からの指令を受け、微動ステージの位置
制御を行う。微動コントローラ１０９はサーボコントロ
ーラ１０８からの指令値にしたがって微動ドライバー１
１０に対して駆動パルスＳ１０４を出力する。微動ドラ
イバー１１０は駆動パルスに相当する分だけ微動ステー
ジ用圧電アクチュエータ１１１に対して駆動電圧Ｓ１０
５を出力する。また微動ドライバー１１０は駆動電圧モ
ニタ信号Ｓ１０６をステージコントローラ１０３に対し
て出力する。レーザー干渉計１１２は微動ステージ上の
対象物の位置を検出する。干渉計コントローラ１１３は
干渉計測距データＳ１０７をサーボコントローラ１０８
に対して出力する。サーボコントローラ１０８はフィー
ドバックされた干渉計測距データＳ１０７が目標値にな
るように微動コントローラ１０９に対してさらに駆動パ
ルスを出力する。すなわち、微動位置決め機構は指令さ
れた目標位置に対してレーザー干渉計１１２をもとに位
置決めをする閉ループを構成している。微動ステージ用
圧電アクチュエータ１１１は図２では概略図となってい
るが、図の左右方向に推力を発生するように構成してあ
る。

【００１７】以上の説明でわかるとおり、図２の対象物
２０８の位置決めに関しては最終精度はレーザー干渉計
１１２と微動ステージ２０９で構成される位置制御ルー
プで決定される。

【００１８】次に図２において粗動ステージの熱変動に
ついて説明する。熱変動は粗動ステージ駆動軸２０３、
粗動ステージ２０６、粗動ステージ用ガイド２１０およ
び２１１が温度変化により熱変形することが主な原因と
なる。ここでは粗動ステージ駆動軸２０３の熱変形につ
いて説明する。粗動ステージ２０６付近と粗動ステージ
駆動用モータ１０６付近では雰囲気温度が異なる。それ
は粗動ステージ駆動用モータ１０６の発熱によるところ
が大きい。したがって粗動ステージ駆動軸２０３は雰囲
気温度の違う領域を出たり入ったりすることになる。こ
れにより駆動するごとに粗動ステージ駆動軸２０３の熱
変形が起きる。特に粗動ステージのストロークの端に長
時間ステージを静止しておき、ストロークの反対側の端
まで一気に移動した直後は熱変動が最も大きくなる。そ
の量は構成により大きく左右されるが最大で数分間に１
０μｍ以上になる場合もある。

【００１９】本実施例では補正駆動に関する制御をステ
ージコントローラ１０３が行う。その動作を図１と図３
のフローチャートを用いて説明する。まず微動ステージ
の位置サーボがＯＮかどうかを判別する。サーボＯＦＦ
の場合は何もせずに戻る。サーボＯＮの場合は駆動電圧
モニタ信号Ｓ１０６により微動ステージ用圧電アクチュ
エータ１１１に印加している電圧を判別する。電圧が非
補正範囲内であれば何もせずに戻る。範囲外であれば補
正駆動禁止信号Ｓ１０１によって設定される補正禁止フ
ラグを判別する。なお、非補正範囲とは、微動ステージ
用圧電アクチュエータ１１１の可動範囲全体のなかで若
干のマージンを見込んだ電圧で図４に示すものである。
補正禁止フラグか禁止状態であれば、ステージコントロ
ーラ１０３はメインコントローラ１０２に対してワーニ
ングＳ１０８を出力する。ワーニングＳ１０８を受けた
メインコントローラ１０２はコンソール１０１を通じて
オペレータに警告を発する。補正禁止フラグが許可状態
であれば、ステージコントローラ１０３はメインコント
ローラ１０２に対して補正駆動中信号Ｓ１０９を「補正
駆動中」で出力し、補正駆動を開始する。補正駆動中信
号Ｓ１０９は補正駆動が完了するまで「補正駆動中」状
態を示す。「補正駆動中」状態の時メインコントローラ
１０２は精密位置決めが必要な動作を行わない。

【００２０】ステージコントローラ１０３は以下の手順
で補正駆動を行う。ステージコントローラ１０３は微動
ステージ用圧電アクチュエータ１１１の可動範囲全体の
印加電圧範囲の中点電圧と駆動電圧モニタ信号Ｓ１０６
の差分からその距離相当分を求める。粗動コントローラ
１０４に対して現在の指令値に差分の距離相当分を減じ
て指令値を設定する。微動ステージの位置サーボをＯＦ
Ｆして粗動ステージを駆動する。微動ステージを可動範
囲の中点に駆動して位置サーボをＯＮする。または粗動
ステージの駆動量から粗動ステージの最小分解能を考慮
して微動ステージを駆動し、位置サーボをＯＮする。位
置決めが安定に行われたらステージコントローラ１０３
はメインコントローラ１０２に対して補正駆動中信号Ｓ
１０８を「非補正駆動中」で出力する。

【００２１】実施例２ 第２の実施例として本発明を半導体製造装置のウエハス
テージに適用した例を以下に説明する。半導体製造装置
の動作において、露光時とマスクまたはウエハのアライ
メント時には高精度な位置決めが要求される。一般的に
は０．０１μｍ〜０．１μｍの位置決め精度が要求され
る。したがってこれらの時間中には実施例１における補
正駆動を行えない。実施例１におけるメインコントロー
ラ１０２は次の場合に補正禁止信号Ｓ１０９に「補正駆
動禁止」状態を出力する。すなわち、（１）ウエハ露光
中（２）ウエハとマスクのアライメント検出中（３）マ
スクのアライメント検出中（４）コンソールが特に要求
した場合、である。（１）〜（４）の場合以外にはメイ
ンコントローラ１０２は補正禁止信号Ｓ１０１に「補正
駆動許可」状態を出力する。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、粗微動ステージ構成の
精密位置決め装置の静止時における位置決めエラーのう
ち、粗動ステージの外乱によるものを防止することがで
きる。しかも位置決め装置を搭載している装置の精密位
置決めを必要とする動作には影響を及ぼさない。

【００２３】また、逆の見方をすれば粗動ステージの熱
変動等による変動分に対する許容量を見かけ上大きく見
積もることができる。すなわち粗動ステージの熱設計を
ある程度緩い条件で行うことができる。

【００２４】また、粗動ステージの替わりに変動分の許
容量を微動ステージに割り振ることもできる。その場合
微動ステージのストロークのうち、粗動の変動分のため
に確保してある量を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の位置決め装置のブロック
図。

【図２】 本発明の実施例１の位置決め装置の構成図。

【図３】 本発明の実施例１の位置決め装置の補正駆動
を表わすフローチャート。

【図４】 本発明の実施例１の位置決め装置の圧電アク
チュエータの印加電圧における補正範囲および非補正範
囲を表わす説明図。

【符号の説明】

１０１：コンソール、１０２：メインコントローラ、１
０３：ステージコントローラ、１０４：粗動コントロー
ラ、１０５：粗動ドライバー、１０６：粗動ステージ駆
動用モータ、１０７：粗動ステージ用エンコーダ、１０
８：サーボコントローラ、１０９：微動コントローラ、
１１０：微動ドライバー、１１１：微動ステージ用圧電
アクチュエータ、１１２：レーザー干渉計、１１３：干
渉計コントローラ、２０１：粗動ステージモータ軸、２
０２：粗動ステージ連結部、２０３：粗動ステージ駆動
軸、２０４：粗動ステージカップリング、２０５：粗動
ステージ用フレーム、２０６：粗動ステージ、２０７：
粗動ステージフローティングコネクタ、２０８：対象
物、２０９：微動ステージ、２１０および２１１：粗動
ステージ用ガイド、２１２：粗動ステージ駆動系用ハウ
ジング、２１３：対象物保持手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粗動ステージと、粗動ステージ上に載置
   された微動ステージと、微動ステージ上に設けられてお
   り位置決め対象物を保持可能な保持手段と、位置決め対
   象物の位置決め制御を行う位置決め制御手段と、粗動ス
   テージを駆動する第１の駆動手段と、微動ステージを駆
   動する第２の駆動手段と、第１駆動手段の駆動量を検知
   する第１駆動量検知手段と、第２駆動手段の駆動量を検
   知する第２駆動量検知手段と、微動ステージの位置を検
   知する位置検知手段とを備えた位置決め装置において、 粗動ステージと微動ステージがどちらも移動中ではない
   ときに前記第２駆動量検知手段による出力が所定の値に
   なったら粗動ステージと微動ステージを補正駆動する補
   正駆動手段と、前記補正駆動を禁止する補正駆動禁止手
   段とをさらに備え、前記補正駆動とは前記位置決め制御
   手段の位置決め指令値を駆動前後で変えることなく微動
   ステージがそのストロークの中央に近寄る方向に駆動す
   ることであることを特徴とする位置決め装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の位置決め装置および半導
   体製造装置制御部を備えた半導体製造装置において、 前記対象物とは露光基板または原版であり、前記補正駆
   動禁止手段は露光時、露光基板若しくは原版の位置合わ
   せ検出時または半導体製造装置制御部が禁止した時に補
   正駆動を禁止することを特徴とする半導体製造装置。