JP3553350B2

JP3553350B2 - XY stage

Info

Publication number: JP3553350B2
Application number: JP36461497A
Authority: JP
Inventors: 和英渡辺
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: JPH11186156A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＸＹステージに係り、特に光リソグラフィのための描画装置等の半導体製造装置や半導体検査装置等の試料を載置するのに用いて好適な、精密な位置決めを行うことのできるＸＹステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置や検査装置等においては、その試料を通常ＸＹステージに載置して、その処理や観察等を行っている。
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離も狭くなりつつある。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、ステッパーの結像点を高精度に位置決めする必要があるが、しかも高速で移動位置決めをしないとスループットにも影響する。
【０００３】
しかしながら、従来のＸＹステージは、設置台に置かれたアクチュエータ、例えば、サーボモータにより、ボールネジ等を介して、Ｘ方向或いはＹ方向のフィードバック制御等により、試料を載置したテーブルが位置決め制御されていた。このように、機械的摩擦がある機構では、高速且つ高精度の位置合わせには必ずしも十分なものではなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、スキャンタイプのステッパでは、ＸＹステージを高速、高精度且つスムーズに移動させる必要がある。このように、半導体製造装置等においては、ＸＹステージ上の測定対象物、加工対象物等の搭載物を高速且つ高精度に位置決めする必要性がますます要求されている。電子顕微鏡でも同様であり、サブミクロンオーダの位置決めを、精度よく、且つ高速に行うことができることが望まれている。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、微細な位置決め動作を安定に且つ高速に行うことができるＸＹステージを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のＸＹステージは、搭載物を載置する上板と、下板と、該上板及び下板の四隅を結合した支柱とからなるステージと、前記ステージの下板に対面する磁極面を有して前記ステージを浮上支持する浮上用電磁石と、前記上板の下面に設けられたリニアモータの可動子に対面して前記ステージをＸＹ方向に非接触で位置決めするリニアモータ固定子とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
上述した本発明によれば、搭載物を載置するステージを浮上用電磁石により浮上支持し、ＸＹ方向の位置決め動作を同様にリニアモータにより非接触で行うことから、安定に且つ高速にステージの搭載物の位置決め動作を行うことができる。これにより電子顕微鏡等においては、高倍率の観察を安定に行うことが可能となり、又半導体製造装置等においては微細な位置合わせを精度よく行うことができる。従って、例えば半導体製品の製造歩留まり等に良好な影響をもたらすことができる。
【０００８】
また、前記ステージ下板と浮上用電磁石との相対変位を検出する変位センサと、該変位センサの信号に基づいて浮上用電磁石の磁力を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。これにより、フィードバック制御が可能となり、Ｚ方向等の目標浮上位置にステージを位置決めすることができる。
【０００９】
また、前記ステージのＸＹ方向位置を検出する位置センサと、該位置センサの信号に基づいて、前記リニアモータを駆動して前記ステージを位置決めする制御回路とを備えたことを特徴とする。これにより、同様に高精度のＸ，Ｙ方向等の位置決めが可能となる。
【００１０】
また、前記浮上用電磁石と、リニアモータとはそれぞれが隔壁によって密閉されていることを特徴とする。これにより、真空等の高清浄度雰囲気下においても、使用が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態のＸＹステージを示す。このＸＹステージ１１においては、試料を載置する上板１１ａと下板１１ｂとがそれぞれの四隅を支柱１１ｃにより結合されて構成されている。上板１１ａの上面には例えば半導体ウエハ等の搭載物１２が戴置される。ステージ１１は、固定脚１３ａにより支持された固定基台１３の電磁石により非接触で浮上支持されると共に、Ｘ，Ｙ方向に同様にリニアモータにより非接触で駆動され、位置決め制御される。
【００１３】
図２は、このＸＹステージの立面図である。固定基台１３の下面には、その四隅に浮上用電磁石１４を備えている。この浮上用電磁石１４の磁極面は、ステージ１１の下板１１ｂに対面しており、磁性体プレートである下板１１ｂに磁気吸引力を及ぼすことで、ステージ１１を非接触浮上支持する。
【００１４】
それぞれの電磁石１４の略中央部には変位センサを備え、磁性体プレートからなる下板１１ｂとの間隔が計測され、図３に示すようにこの変位信号に基づいて、図７のｚ，α，βの３自由度を制御回路により浮上用電磁石１４を励磁して制御し、下板１１ｂ、ひいては搭載物１２が戴置されたステージ１１の全体を所定の目標浮上位置に浮上支持する。
【００１５】
図４に示すように、固定基台１３の上面にはリニアモータの固定子１５ａを備えている。そして、ステージ１１の上板１１ａの下面にはリニアモータ用の可動子１５ｂを備えている。この可動子１５ｂは、例えば櫛の歯状の凹凸面を有する磁性材からなり、この凹凸面を有する磁極に対して固定基台１３のリニアモータ固定子１５ａが図７のＸ方向、Ｙ方向に磁気吸引力を及ぼすことで、ステージ１１を移動させて位置決めする。図５に示すように固定基台１３を固定しているベースにはレーザ干渉計１７ａを備え、ステージ１１の上板１１ａにレーザ干渉計用のミラー１７ｂを備え、レーザビームＢによりその精密な位置を検出する。従って、レーザ干渉計１７ａはミラー１７ｂの図７のＸ，Ｙ及びγ方向の位置信号を検出し、図６に示すように制御回路によりリニアモータの１次側１５ａを制御することにより、目標位置にステージ１１を移動させることができる。
【００１６】
これによりステージ１１は浮上用電磁石１４の磁気吸引力により浮上支持されつつ、リニアモータ１５ａ，１５ｂにより、Ｘ，Ｙ方向の任意の位置にステージ１１を駆動することにより、非接触で位置決め制御することができる。このように、このＸＹステージにおいては、位置決め制御が非接触で電磁的に行われるので、従来のギア等のメカニカルな機構を用いることなく、精密な且つ高速な位置決め動作が可能となる。
【００１７】
また、このＸＹステージにおいては、固定基台１３、モータ固定子（１次側）１５ａ、浮上用電磁石１４、変位センサ等はそれぞれキャンにより封止されている。従って、これらがキャン等の隔壁によって密閉されることで、真空雰囲気等の極めて清浄度の高い環境においても、ガスの発生等による高い清浄度の要求される搭載物に対する汚染等を防止することができる。
【００１８】
尚、上述した説明においては、固定基台下面に設けた浮上用電磁石１４により、ステージ１１の下板１１ｂを磁気吸引力により懸垂保持する構成としたが、下板１１ｂをアルミ板等により構成し、その下側に交番磁界を生成する電磁石の磁極面を配置することで、反発浮上支持するようにしてもよい。また、上板１１ａの下面にアルミ板等の金属板を配置することで、リニア誘導モータの可動子（２次側）とし、固定基台１３に固定された電磁石１５ａをリニア誘導モータの固定子（１次側）として、これにより駆動するようにしてもよい。
【００１９】
又、ステージ上板の下面に可動子の永久磁石を有し、固定基台１３に固定子のコイルを配置したリニア直流モータでステージを駆動してもよい。
【００２０】
更に又、ステージの上板に搭載物を載置する支持台を更に備え、この支持台を圧電素子等のアクチュエータで移動制御するようにしてもよい。これにより、リニアパルスモータを用いてラフな位置合わせを行い、更に圧電素子等のアクチュエータにより微細な位置合わせを行うこともできる。このように本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明のＸＹステージによれば、ステージを非接触で浮上支持しつつ、Ｘ，Ｙ方向に任意に位置決めが可能である。従って、高精度で且つ高速応答性に優れたＸＹステージを実現することができ、これにより半導体製造装置、或いは検査機器等の微細な位置決めを要する機器のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のＸＹステージの斜視図。
【図２】図１に示すＸＹステージの立面図。
【図３】磁気浮上制御系のブロック図。
【図４】固定基台を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図。
【図５】ステージの移動制御を示す説明図。
【図６】リニアモータによるステージの位置制御系のブロック図。
【図７】ステージの運動方向を示す図。
【符号の説明】
１１ステージ
１１ａ上板
１１ｂ下板（磁性材プレート）
１１ｃ支柱
１２搭載物
１３固定基台
１４浮上用電磁石
１５ａリニアモータ固定子（１次側）
１５ｂリニアモータ可動子（２次側）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an XY stage, and particularly to an XY stage capable of performing precise positioning suitable for mounting a sample such as a semiconductor manufacturing apparatus such as a drawing apparatus for optical lithography or a semiconductor inspection apparatus. About.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing apparatus, an inspection apparatus, or the like, the sample is usually placed on an XY stage, and processing, observation, and the like are performed.
In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices has increased, circuit wiring has become finer, and the distance between wirings has been decreasing. In particular, in the case of optical lithography of 0.5 μm or less, it is necessary to position the imaging point of the stepper with high precision.
[0003]
However, in the conventional XY stage, the positioning of the table on which the sample is mounted is controlled by feedback control in the X direction or Y direction via a ball screw or the like by an actuator placed on a mounting table, for example, a servomotor. Was. Thus, a mechanism having mechanical friction is not always sufficient for high-speed and high-accuracy alignment.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
For example, in the case of a scan type stepper, it is necessary to move the XY stage smoothly at high speed, with high accuracy, and smoothly. As described above, in a semiconductor manufacturing apparatus and the like, there is an increasing demand for a high-speed and high-accuracy positioning of a mounted object such as a measurement target and a processing target on an XY stage. The same applies to electron microscopes, and it is desired that positioning on the order of submicrons can be performed accurately and at high speed.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an XY stage that can perform a fine positioning operation stably and at high speed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The XY stage of the present invention includes an upper plate on which a load is placed, a lower plate, a stage including a column connecting four corners of the upper plate and the lower plate, and a magnetic pole surface facing the lower plate of the stage. A levitation electromagnet for levitation supporting the stage, and a linear motor stator for positioning the stage in the XY directions in a non-contact manner facing a mover of a linear motor provided on a lower surface of the upper plate. It is characterized by having.
[0007]
According to the present invention described above, the stage on which the object is placed is levitated and supported by the levitating electromagnet, and the positioning operation in the X and Y directions is similarly performed without contact by the linear motor, so that the stage can be stably and quickly mounted. An object positioning operation can be performed. This makes it possible to stably perform high-magnification observation in an electron microscope or the like, and to perform fine positioning with high accuracy in a semiconductor manufacturing apparatus or the like. Therefore, a favorable effect can be exerted on, for example, the production yield of semiconductor products.
[0008]
Further, a displacement sensor for detecting a relative displacement between the stage lower plate and the electromagnet for levitating, and a control circuit for controlling a magnetic force of the electromagnet for levitating based on a signal from the displacement sensor are provided. As a result, feedback control becomes possible, and the stage can be positioned at a target floating position in the Z direction or the like.
[0009]
Further, a position sensor for detecting a position of the stage in the X and Y directions and a control circuit for positioning the stage by driving the linear motor based on a signal from the position sensor are provided. This also enables highly accurate positioning in the X and Y directions and the like.
[0010]
The floating electromagnet and the linear motor are each hermetically sealed by a partition. Thereby, it can be used even in a high cleanliness atmosphere such as a vacuum.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0012]
FIG. 1 shows an XY stage according to an embodiment of the present invention. In the XY stage 11, an upper plate 11a on which a sample is placed and a lower plate 11b are connected to each other at four corners by pillars 11c. A load 12 such as a semiconductor wafer is placed on the upper surface of the upper plate 11a. The stage 11 is levitated and supported in a non-contact manner by the electromagnets of the fixed base 13 supported by the fixed legs 13a, and is similarly driven in a non-contact manner by linear motors in the X and Y directions to perform positioning control.
[0013]
FIG. 2 is an elevation view of the XY stage. The lower surface of the fixed base 13 is provided with floating electromagnets 14 at four corners thereof. The magnetic pole surface of the levitation electromagnet 14 faces the lower plate 11b of the stage 11, and applies a magnetic attractive force to the lower plate 11b, which is a magnetic plate, to support the stage 11 in a non-contact floating manner.
[0014]
A displacement sensor is provided at a substantially central portion of each of the electromagnets 14, and a distance from the lower plate 11b made of a magnetic plate is measured. As shown in FIG. 3, based on this displacement signal, z, α, The control circuit excites the levitation electromagnet 14 to control the three degrees of freedom of β, and levitates and supports the lower plate 11b and, consequently, the entire stage 11 on which the load 12 is placed at a predetermined target levitation position.
[0015]
As shown in FIG. 4, on the upper surface of the fixed base 13, a stator 15a of a linear motor is provided. A movable element 15b for a linear motor is provided on the lower surface of the upper plate 11a of the stage 11. The mover 15b is made of, for example, a magnetic material having a comb-shaped uneven surface, and the linear motor stator 15a of the fixed base 13 is moved in the X direction and the Y direction in FIG. The stage 11 is moved and positioned by applying a magnetic attraction force. As shown in FIG. 5, the base on which the fixed base 13 is fixed is provided with a laser interferometer 17a, the upper plate 11a of the stage 11 is provided with a mirror 17b for the laser interferometer, Is detected. Accordingly, the laser interferometer 17a detects the position signal of the mirror 17b in the X, Y and γ directions in FIG. 7 and controls the primary side 15a of the linear motor by the control circuit as shown in FIG. The stage 11 can be moved.
[0016]
Thus, while the stage 11 is levitated and supported by the magnetic attracting force of the levitating electromagnet 14, the linear motors 15 a and 15 b drive the stage 11 to an arbitrary position in the X and Y directions to perform non-contact positioning control. Can be. As described above, in the XY stage, since the positioning control is performed electromagnetically in a non-contact manner, a precise and high-speed positioning operation can be performed without using a mechanical mechanism such as a conventional gear.
[0017]
In the XY stage, the fixed base 13, the motor stator (primary side) 15a, the electromagnet 14 for floating, the displacement sensor, and the like are each sealed by a can. Therefore, since these are sealed by a partition wall such as a can, it is possible to prevent contamination and the like of a load requiring high cleanliness due to generation of gas even in an environment with extremely high cleanliness such as a vacuum atmosphere. it can.
[0018]
In the above description, the lower plate 11b of the stage 11 is suspended and held by magnetic attraction by the electromagnet 14 provided on the lower surface of the fixed base. However, the lower plate 11b is formed of an aluminum plate or the like. Alternatively, a magnetic pole surface of an electromagnet that generates an alternating magnetic field may be disposed below the magnetic pole to support repulsion and floating. In addition, a metal plate such as an aluminum plate is arranged on the lower surface of the upper plate 11a to be a movable element (secondary side) of the linear induction motor, and the electromagnet 15a fixed to the fixed base 13 is a stator of the linear induction motor. (Primary side) may be driven by this.
[0019]
Further, the stage may be driven by a linear DC motor having a permanent magnet of a mover on the lower surface of the upper plate of the stage and a coil of the stator arranged on a fixed base 13.
[0020]
Further, the stage may further include a support for mounting the object on the upper plate, and the movement of the support may be controlled by an actuator such as a piezoelectric element. Thus, rough positioning can be performed using a linear pulse motor, and fine positioning can be performed using an actuator such as a piezoelectric element. Thus, various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the XY stage of the present invention, the stage can be arbitrarily positioned in the X and Y directions while being levitated and supported in a non-contact manner. Therefore, it is possible to realize an XY stage with high accuracy and excellent high-speed response, thereby improving the throughput of a device requiring fine positioning such as a semiconductor manufacturing device or an inspection device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an XY stage according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an elevation view of the XY stage shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram of a magnetic levitation control system.
4A and 4B are views showing a fixed base, wherein FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing movement control of a stage.
FIG. 6 is a block diagram of a stage position control system using a linear motor.
FIG. 7 is a diagram showing a movement direction of a stage.
[Explanation of symbols]
11 Stage 11a Upper plate 11b Lower plate (magnetic material plate)
11c Column 12 Mount 13 Fixed base 14 Electromagnet for floating 15a Linear motor stator (primary side)
15b Linear motor mover (secondary side)

Claims

搭載物を載置する上板と、下板と、該上板及び下板の四隅を結合した支柱とからなるステージと、
前記ステージの下板に対面する磁極面を有して、前記ステージを浮上支持する浮上用電磁石と、前記上板の下面に設けられたリニアモータの可動子に対面して前記ステージをＸＹ方向に非接触で位置決めするリニアモータ固定子とを備えたことを特徴とするＸＹステージ。An upper plate on which the mounted object is placed, a lower plate, and a stage including a column connecting the four corners of the upper plate and the lower plate,
A levitation electromagnet having a magnetic pole surface facing the lower plate of the stage, and a levitation electromagnet for levitation supporting the stage, and moving the stage in the XY directions facing a movable element of a linear motor provided on the lower surface of the upper plate. An XY stage comprising: a linear motor stator that performs non-contact positioning.

前記ステージ下板と浮上用電磁石との相対変位を検出する変位センサと、該変位センサの信号に基づいて浮上用電磁石の磁力を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載のＸＹステージ。2. A displacement sensor for detecting a relative displacement between the stage lower plate and the electromagnet for floating, and a control circuit for controlling a magnetic force of the electromagnet for floating based on a signal from the displacement sensor. XY stage.

前記ステージのＸＹ方向位置を検出する位置センサと、該位置センサの信号に基づいて、前記リニアモータを駆動して前記ステージを位置決めする制御回路とを備えたことを特徴とする請求項１記載のＸＹステージ。2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a position sensor that detects a position of the stage in the X and Y directions, and a control circuit that drives the linear motor to position the stage based on a signal from the position sensor. XY stage.

前記浮上用電磁石と、リニアモータとはそれぞれが隔壁によって密閉されていることを特徴とする請求項１記載のＸＹステージ。The XY stage according to claim 1, wherein each of the levitating electromagnet and the linear motor is hermetically sealed by a partition.