(57)【特許請求の範囲】
【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駆動手段と、微動ステージを駆動する第２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、前記微動ステージのストロークオーバーを防止するための補正駆動を行うか否かを判別する判別手段とを備え、
前記判別手段は、補正駆動許可もしくは補正駆動禁止を示す補正駆動禁止信号を入力され、前記第２駆動量検知手段の結果が補正開始範囲内であり、かつ、補正駆動禁止信号が補正駆動許可状態である場合に限り前記補正駆動を行うことを決定することを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
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、微動ステージを駆動する駆動手段の駆動量を検知する検知手段と、前記微動ステージのストロークオーバーを防止するための補正駆動を行うか否かを判別する判別手段とを備え、
前記判別手段は、補正駆動許可もしくは補正駆動禁止を示す補正駆動禁止信号を入力され、前記検知手段の結果が補正開始範囲内であり、かつ、補正駆動禁止信号が補正駆動許可状態である場合に限り前記補正駆動を行うことを決定することを特徴とする位置決め装置。
【請求項３】
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、微動ステージを駆動する圧電アクチュエータへの印加電圧を検知する検知手段と、前記微動ステージのストロークオーバーを防止するための補正駆動を行うか否かを判別する判別手段とを備え、
前記判別手段は、補正駆動許可もしくは補正駆動禁止を示す補正駆動禁止信号を入力され、前記検知手段の結果が補正開始範囲内であり、かつ、補正駆動禁止信号が補正駆動許可状態である場合に限り前記補正駆動を行うことを決定することを特徴とする位置決め装置。
【請求項４】
前記補正駆動は、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請求項１、２または３に記載の位置決め装置。
【請求項５】
露光装置であって、
該露光装置を制御する主制御手段と、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、前記微動ステージ上に設けられており基板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、前記微動ステージを駆動する駆動手段の駆動量を検知する検知手段と、前記微動ステージのストロークオーバーを防止するための補正駆動を行うか否かを判別する判別手段とを備え、
前記判別手段は、補正駆動許可もしくは補正駆動禁止を示す補正駆動禁止信号を入力され、前記検知手段の結果が補正開始範囲内であり、かつ、補正駆動禁止信号が補正駆動許可状態である場合に限り前記補正駆動を行うことを決定することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記補正駆動禁止信号は、原版のパターンを基板に露光する露光時、前記原版と前記基板の位置合わせ検出時に、前記主制御手段から前記判別手段に入力されることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
粗動ステージと微動ステージを備える位置決め装置の制御方法であって、
前記微動ステージを駆動する駆動手段の駆動量が補正開始範囲内にある場合に、前記微動ステージのストロークオーバーを防止するための補正駆動を行い、前記補正開始範囲内にない場合に、前記補正駆動を行わないように判別する工程と、
補正駆動禁止信号が許可状態である場合に補正駆動を行い、前記補正駆動禁止信号が補正駆動禁止状態である場合に補正駆動を行わないように判別する工程とを備えることを特徴とする制御方法。
【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に係る第１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駆動手段と、微動ステージを駆動する第２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、前記微動ステージのストロークオーバーを防止するための補正駆動を行うか否かを判別する判別手段とを備え、前記判別手段は、補正駆動許可もしくは補正駆動禁止を示す補正駆動禁止信号を入力され、前記第２駆動量検知手段の結果が補正開始範囲内であり、かつ、補正駆動禁止信号が補正駆動許可状態である場合に限り前記補正駆動を行うことを決定することを特徴とする。
また、本発明に係る第２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、微動ステージを駆動する駆動手段の駆動量を検知する検知手段と、前記微動ステージのストロークオーバーを防止するための補正駆動を行うか否かを判別する判別手段とを備え、前記判別手段は、補正駆動許可もしくは補正駆動禁止を示す補正駆動禁止信号を入力され、前記検知手段の結果が補正開始範囲内であり、かつ、補正駆動禁止信号が補正駆動許可状態である場合に限り前記補正駆動を行うことを決定することを特徴とする。
本発明に係る第３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、微動ステージを駆動する圧電アクチュエータへの印加電圧を検知する検知手段と、前記微動ステージのストロークオーバーを防止するための補正駆動を行うか否かを判別する判別手段とを備え、前記判別手段は、補正駆動許可もしくは補正駆動禁止を示す補正駆動禁止信号を入力され、前記検知手段の結果が補正開始範囲内であり、かつ、補正駆動禁止信号が補正駆動許可状態である場合に限り前記補正駆動を行うことを決定することを特徴とする。
本発明の好ましい実施例において、前記補正駆動は、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。つまり、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。
本発明に係る位置決め装置の制御方法は、粗動ステージと微動ステージを備える位置決め装置の制御方法であって、前記微動ステージを駆動する駆動手段の駆動量が補正開始範囲内にある場合に、前記微動ステージのストロークオーバーを防止するための補正駆動を行い、前記補正開始範囲内にない場合に、前記補正駆動を行わないように判別する工程と、補正駆動禁止信号が許可状態である場合に補正駆動を行い、前記補正駆動禁止信号が補正駆動禁止状態である場合に補正駆動を行わないように判別する工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る露光装置は、該露光装置を制御する主制御手段と、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、前記微動ステージ上に設けられており基板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、前記微動ステージを駆動する駆動手段の駆動量を検知する検知手段と、前記微動ステージのストロークオーバーを防止するための補正駆動を行うか否かを判別する判別手段とを備え、前記判別手段は、補正駆動許可もしくは補正駆動禁止を示す補正駆動禁止信号を入力され、前記検知手段の結果が補正開始範囲内であり、かつ、補正駆動禁止信号が補正駆動許可状態である場合に限り前記補正駆動を行うことを決定することを特徴とする。
【００１１】
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、本発明に係る露光装置の実施例においては、原版のパターンを基板に露光する露光時、前記原版と前記基板の位置合わせ検出時に、前記主制御手段から前記判別手段に補正駆動禁止信号を入力する。
【００１２】
本発明によれば、判別手段および判別工程においては、補正駆動禁止信号が補正駆動許可状態であり、かつ、微動ステージを駆動する駆動手段の駆動量が補正開始範囲内にある場合に限り前記補正駆動を行うことを決定する。したがって、本発明では位置決め精度が必要なときに補正駆動を行うということがない。そのため、本発明によれば、位置決め精度を損なうことなく、ストロークオーバーを防止することができる。
【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Ｓ１０１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Ｓ１０３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１１０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Ｓ１０５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１０μｍ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ＯＦＦ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Ｓ１０９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Ｓ１０１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、１０３：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、１０８：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、２０２：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。
【図１】
0003805104.tif 000002
【図２】
0003805104.tif 000003
【図３】
0003805104.tif 000004
【図４】
0003805104.tif 000005