JP4263785B2 - チルトステージ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィゾー型干渉を用いたウエハ平面度測定や、その干渉縞をＣＣＤカメラで受け、設定された微少角度をもとに画像解析することにより、ウエハの平面度を測定するウエハ平面度検査装置等に使用されるチルトステージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のチルトステージは、図６、図７に示すように、Ｘ、Ｙ方向の円筒面を持ち、Ｘ、Ｙ方向独立してパルスモータで駆動され、オープンループで制御されていた。図６で１は回転駆動機構、２はＹ軸回転部、３はＹ軸駆動用モータ、４はＹ軸を回転させる駆動シャフト、５はＹ軸回転部２に回転力を与えるＹ軸動力駆動駒、６はＹ軸回転部２をスライドさせるＹ軸ローラガイド部である。また、１３はウエハステージ１６を取り付けるウエハステージ取り付け板、１６はウエハを真空吸着するウエハステージ、１７はウエハ、１８は制御機構、１９はウエハ面の中心で、回転角の回転中心である。図７で７はＹ軸回転部２上にあるＸ軸ベース板、８はＸ軸回転部、９はＸ軸駆動用モータ、１０はＸ軸を回転させる駆動シャフト、１１はＸ軸回転部８に回転力を与えるＸ軸動力駆動駒、１２はＸ軸用ベース板７とＸ軸回転部８をスライドさせるＸ軸ローラガイド部である。
【０００３】
一般にこの種のステージは回転中心がウエハ面の中心１９に来るように設計されている。従ってＹ軸ローラガイド部６とＸ軸ローラガイド部１２の曲率はウエハ面の中心１９を回転中心とする曲率で形成され、Ｙ軸上にＸ軸が乗った構造となっている。
【０００４】
これを動作させるためには、制御機構１８から、パルスをＹ軸駆動用モータ３あるいはＸ軸駆動用モータ９に送り駆動用モータを駆動させ、Ｘ、Ｙ軸の駆動シャフト４，１０を介して、その回転力によりＸ、Ｙ軸駆動駒５，１１を移動させて、Ｘ、Ｙ回転部２，８をローラガイド部６，１２に沿って回転させて回転角α、βを得る構造となっている。また、回転角α、βの大きさは、駆動用モータ３，９の回転数により設定され、オープンループで制御されている。従って、駆動用モータ（パルスモータ）３，９のパルス抜けが起こると、回転角αあるいはβは設定値と異なる角度になる可能性を秘めている。パルス抜けを改善するため、駆動用モータの軸上にエンコーダを取り付けて、パルス抜けを監視する方式も採用されている。しかし、ステージ上の回転角は駆動用モータ部では比較的精度良く設定される構造となっていても、駆動系に幾つかの連結部があり、その連結部、あるいはネジ部のバックラッシュにより、駆動用モータの回転角はウエハステージ１６上の正確な回転角とはなっていないのが現状である。とくに、回転角が０．０５度以下の精密チルトステージではオープンループ制御では精度が出せないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のチルトステージは以上のように構成されており、駆動用モータの回転をネジあるいは、歯車を介して動力を伝達し、オープンループで制御するため、ネジや歯車のわずかな隙間の影響を受けて、駆動用モータの動力を精度良く、ステージ上に伝達出来ず、結果的に精度の良い角度設定が出来ていない。
【０００６】
この発明は、以上のような問題を解消するためになされたものであり、ウエハステージ上のウエハ面の中心を回転中心とし、精度良く、さらに高い分解能で角度設定することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解消するために、本発明のチルトステージは、チルトステージベース上に、ウエハ面を構成するＸＹ平面に対し、Ｘ軸、Ｙ軸のまわりそれぞれに回転する回転角α、βの回転中心がウエハ面上にくるように設定された回転駆動機構を有し、該回転駆動機構上にウエハステージ取り付け板と、その上部に該ウエハを吸着固定するウエハステージを有する構造のチルトステージにおいて、該チルトステージベース上にリニアスケール支持棒によって固定され、該ウエハ面より下がった位置で該回転中心を中心とする回転円の接線方向に傾けられた状態で該ウエハステージ取り付け板に接触して取り付けられて該回転駆動機構のＸ軸、Ｙ軸まわりの回転角α、βをそれぞれ測定するリニアスケールを有し、該回転角α、βの測定値に基づいて該回転駆動機構を制御する制御機構を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明において、Ｘ、Ｙ方向にそれぞれ回転角α、βを与える回転機構と、その回転角を読みとるリニアスケールで構成され、回転角を直接測定しながら回転駆動機構を制御するため、精度の良い回転角が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
【実施例１】
本発明の一実施例を図１に示す。従来タイプのスイベルステージ（図６，図７参照）にリニアスケールを設置したもので、１は回転駆動機構、２はＹ軸回転部、３はＹ軸回転用モータ、４はＹ軸を回転させる駆動シャフト、５はＹ軸回転部２に回転力を与えるＹ軸動力駆動駒、６はＹ軸回転部２をスライドさせるＹ軸ローラガイド部である。また、２２はＹ軸リニアスケール、１３はウエハステージ１６を取り付けるウエハステージ取り付け板、１５はリニアスケールを取り付けるＹ軸リニアスケール支持棒、１６はウエハを真空吸着するウエハステージ、１７はウエハ、１８は制御機構、１９はウエハ面の中心でチルト回転中心である。ローラガイド部６の曲率は、回転中心がウエハ面の中心１９に来るように設定されている。Ｘ軸方向についても、Ｘ軸ベース板７がＹ軸回転部上にある点を除けば同様である。Ｘ軸リニアスケール２１’はＸ軸リニアスケール支持棒により支持されている。
【００１０】
これを動作させるためには、制御機構１８より設定された角度に応じてＹ軸回転用モータ３を駆動させ、ウエハステージ１６とウエハ１７をＹ軸上に回転させる。このとき、Ｙ軸リニアスケール２２により、モータによる移動量を常時測定する構造となっており、測定値が設定値となったところでＹ軸駆動モータ３の回転を停止させる。このように、回転角βをリニアスケール２２で常時監視しているため、分解能の高いチルトステージが得られる。また、Ｘ方向の回転角αを動作させる場合も同様である。角度設定精度は駆動用モータ３，９とリニアスケール２２，２２’の分解能により決まる。従って、精度の高いチルトステージを必要とする場合は駆動用モータ３，９に分解能の高いモータを使用し、さらに、リニアスケール２２，２２’にも精度１μｍ以下のものを使用する必要がある。もちろん、測定手段としてレーザ測長器を使用しても同様な効果が得られる。
【００１１】
【実施例２】
図２は、他の実施例で、２２はＹ軸リニアスケール、１５はリニアスケールを取り付けるＹ軸リニアスケール支持棒、２８はウエハ面の中心１９を軸とする回転円、１４、１４’は回転円２８とウエハ１７面上との交わる点である。一例としてＹ方向について述べる。チルトステージにおいて、構造上、点１４に接するようにＹ軸リニアスケール２２を垂直に設置することは困難である。従って、図１に示すように、Ｙ軸リニアスケール２２をウエハ面より下がった位置に取り付けざるを得ない。この場合、Ｙ軸リニアスケール２２の軸が回転円２８の接線方向にないため、回転角βが比較的大きくなった場合、Ｙ軸リニアスケール２２とウエハステージ取り付け板１３の接触面でずれを生じ、回転誤差となる可能性がある。
【００１２】
本実施例では、これを防止するため、ウエハ面の中心１９を中心とする回転円２８の接線方向にＹ軸リニアスケール２２を傾けて設置したものである。このように回転円２８の接線方向に角度を持たせて設置することにより、Ｙ軸リニアスケール２２とウエハステージ取り付け板１３の接触面でずれを小さくすることができる。
【００１３】
回転角が光学式測定器として使用する場合に使われる比較的大きい角度０．５度に対して、Ｙ軸リニアスケール２２の接触面で横方向のずれは０．０２μｍ以下となり誤差を最小にすることができる。Ｘ方向についても同様である。もちろん、測定手段としてレーザ測長器等を使用する場合は測定方向を接線方向に合わせればよく、同様な効果が期待できる。
【００１４】
【実施例３】
図３はさらに他の実施例の斜観図で、１６はウエハステージ、１７はウエハ、１８は制御機構、１９はウエハ面の中心、２０はチルトステージベース、２１はＹ軸回転用直動モータ、２２はＹ軸リニアスケール、２３はＹ軸回転用ベース板、２４はＸ軸回転用ベース板、２５はチルトステージベース２０とＹ軸回転用ベース板２３を結ぶＹ軸中心棒、２６は回転をスムーズにするボール軸受け、２７はＹ軸回転用ベース板２３を支える門柱である。ボール軸受２６のボール中心とウエハ面とは同一面上に設定されており、回転角βの回転中心はウエハ面の中心１９になる構成となっている。同様に、Ｘ方向でもＹ軸回転ベース板２３を中心にＸ軸中心棒、ボール軸受け、門柱があり、ウエハステージ１６はＸ軸、Ｙ軸まわりにそれぞれ独立に回転する構成となっている。
【００１５】
図４は本実施例のチルトステージをＹ方向、Ｘ方向からそれぞれ見たもので、図４（ａ）はＹ方向から見た場合、図４（ｂ）はＸ方向から見た場合である。図４（ｂ）において、２１’はＸ軸回転用直動モータ、２２’はＸ軸リニアスケール、２３はＹ軸回転用ベース板、２４はＸ軸回転用ベース板、２５’はＹ軸回転用ベース板２３とＸ軸回転用ベース板２４を結ぶＸ軸中心棒、２６’は回転をスムーズにするボール軸受け、２７’はＸ軸回転用ベース板２４を支える門柱である。ボール軸受２６’のボール中心とウエハ面とは同一面上に設定されており、回転角αの回転中心はウエハ面の中心１９になる構成となっている。
【００１６】
Ｘ軸、Ｙ軸の回転機構はそれぞれ独立した構造となっており、Ｙ方向ではＹ軸回転用直動モータ２１とＹ軸リニアスケール２２はチルトステージベース２０に固定されている。また、Ｘ軸回転用直動モータ２１’とＸ軸リニアスケール２２’はＹ軸回転用ベース板２３に取り付けられており、Ｘ軸を中心に角αだけ回転するときにはＹ軸に影響を与えることが無く、Ｙ軸を中心に角βだけ回転するときにはＸ軸に影響を与えることが無い構造となっている。また、Ｘ軸回転用直動モータ２１’とＸ軸リニアスケール２２’、あるいはＹ軸回転用直動モータ２１とＹ軸リニアスケール２２は、回転中心１９の対角線上にあり、常時回転角を測定できる構造となっている。
【００１７】
これらの動作について、一例としてＹ方向について述べる。回転角βを動作させる場合、制御機構１８より設定された角度に応じてＹ軸回転用直動モータ２１を駆動させ、ウエハステージ１６とウエハ１７をＹ軸上に回転させる。このとき、対角線上のＹ軸リニアスケール２２により、モータによる移動量を常時測定する構造となっているため、測定値が設定値となったところで 、モータの回転を停止させる。角度設定精度はＹ軸回転用直動モータ２１とＹ軸リニアスケール２２の分解能により決まる。Ｘ方向の回転角αを動作させる場合も同様に、角度設定精度はＸ軸回転用直動モータ２１’とＹ軸リニアスケール２２’の分解能により決まる。従って、精度の高いチルトステージを必要とする場合は、回転用直動モータ２１，２１’の分解能の高いモータを使用し、さらに、リニアスケール２２，２２’も精度１μｍ以下のものを使用する必要がある。もちろん、測定手段としてレーザ測長器を使用しても同様な効果が得られる。
【００１８】
【実施例４】
図５は、さらに他の実施例で、図５（ａ）はＹ方向から見た場合、図５（ｂ）はＸ方向から見た場合である。図５（ａ）のＹ方向から見た場合において、２８はウエハ面の中心１９を中心とするＸＺ面上の回転円、１４、１４’は回転円２８とウエハ面との交わる点、２３はＹ軸回転用ベース板、２４はＸ軸回転用ベース板である。図５（ｂ）図において、２８’はウエハ面の中心１９を中心とするＹＺ面上の回転円、２１’はＸ軸回転用直動モータ、２２’はＸ軸リニアスケールである。
【００１９】
チルトステージにおいて、構造上点１４、１４’点に接するようにＹ軸回転用直動モータ２１やＹ軸リニアスケール２２を垂直に設置することは構造上困難である。従って、図４に示すように、これらをウエハ面より下がった位置に取り付けざるを得ない。この場合、Ｙ軸回転用直動モータ２１とＹ軸リニアスケール２２の軸が回転円２８の接線方向にないため、回転角が比較的大きくなった場合、Ｙ軸回転用直動モータ２１とＹ軸回転用ベース板２３、及びＹ軸リニアスケール２２とＹ軸回転用ベース板２３の接触面でずれを生じ、回転誤差となる可能性がある。
【００２０】
本実施例では、これを防止するため、ウエハ面の中心１９を中心とする回転円２８の接線方向にＹ軸回転用直動モータ２１とＹ軸リニアスケール２２を傾けて設置したものである。このように回転円２８の接線方向に角度を持たせて設置することにより、Ｙ軸回転用ベース板２３の接触面でずれを小さくすることができる。
【００２１】
回転角が光学式測定器として使用する場合に使われる比較的大きい角度０．５度に対して、Ｙ軸回転用直動モータ２１とＹ軸リニアスケール２２の接触面で横方向のずれは０．０２μｍ以下となり誤差を最小にすることができる。図５（ｂ）のＸ方向についても同様である。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明に係るチルトステージは回転角を高精度高分解能のリニアスケールによって常時測定しながら、モータ駆動で回転角を設定するクローズドループ構造となっているため、バックラッシュの影響を補正することが可能であり、高い精度で回転角を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の構成図である。
【図２】本発明の実施例２の構成図である。
【図３】本発明の実施例３の構成図である。
【図４】本発明の実施例３のＹ方向から見た図とＸ方向から見た図である。
【図５】本発明の実施例４の構成図である。
【図６】従来技術によるチルトステージの例の構成図である。
【図７】従来技術によるチルトステージの例のＹ方向から見た図とＸ方向から見た図である。
【符号の説明】
１ 回転駆動機構
２ Ｙ軸回転部
３ Ｙ軸駆動用モータ
４ Ｙ軸を回転させる駆動シャフト
５ Ｙ軸回転部に回転力を与えるＹ軸動力駆動駒
６ Ｙ軸用ベース板とＹ軸回転部をスライドさせるＹ軸ローラガイド部
７ Ｙ軸回転部上にあるＸ軸ベース板
８ Ｘ軸回転部
９ Ｘ軸駆動用モータ
１０ Ｘ軸を回転させる駆動シャフト
１１ Ｘ軸回転部に回転力を与えるＸ軸動力駆動駒
１２ Ｘ軸用ベース板とＸ軸回転部をスライドさせるＸ軸ローラガイド部
１３ ウエハステージを取り付けるウエハステージ取り付け板
１４、１４’ 回転円２８とウエハ面との交わる点
１５ Ｙ軸リニアスケール支持棒
１６ ウエハステージ
１７ ウエハ
１８ 制御機構
１９ ウエハ面の中心でチルト回転中心
２０ チルトステージのチルトステージベース
２１ Ｙ軸駆動用直動モータ
２２ Ｙ軸リニアスケール
２３ Ｙ軸回転用ベース板
２４ Ｘ軸回転用ベース板
２５ チルトステージベースとＹ軸回転用ベース板を結ぶＹ軸中心棒
２６ 回転をスムーズにするボール軸受け
２７ Ｙ軸回転用ベース板を支える門柱
２８ ウエハ面の中心１９を中心とするＹ軸回転円
２１’ Ｘ軸駆動用直動モータ
２２’ Ｘ軸リニアスケール
２５’ Ｙ軸回転用ベース板とＸ軸回転用ベース板を結ぶＸ軸中心棒
２６’ 回転をスムーズにするボール軸受け
２７’ Ｘ軸回転用ベース板を支える門柱
２８’ ウエハ面の中心１９を中心とするＸ軸回転円

Claims (2)

1. チルトステージベース上に、ウエハ面を構成するＸＹ平面に対し、Ｘ軸、Ｙ軸のまわりそれぞれに回転する回転角α、βの回転中心がウエハ面上にくるように設定された回転駆動機構を有し、該回転駆動機構上にウエハステージ取り付け板と、その上部に該ウエハを吸着固定するウエハステージを有する構造のチルトステージにおいて、該チルトステージベース上にリニアスケール支持棒によって固定され、該ウエハ面より下がった位置で該回転中心を中心とする回転円の接線方向に傾けられた状態で該ウエハステージ取り付け板に接触して取り付けられて該回転駆動機構のＸ軸、Ｙ軸まわりの回転角α、βをそれぞれ測定するリニアスケールを有し、該回転角α、βの測定値に基づいて該回転駆動機構を制御する制御機構を有することを特徴とするチルトステージ。
2. 該制御機構はＸ軸、Ｙ軸駆動用直動モータを駆動することにより、該回転駆動機構を制御することを特徴とする請求項１記載のチルトステージ。

Images