JP5002613B2

JP5002613B2 - Ｘｙステージ装置

Info

Publication number: JP5002613B2
Application number: JP2009085648A
Authority: JP
Inventors: 登小林; 信孝菊入; 憲一高原
Original assignee: Toshiba Corp; NEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; NEC Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010238933A

Description

本発明は、レーザー干渉計による位置測長機能を有するＸＹステージ装置に関する。

一般的に大気中で運用されるレーザー干渉計測長器は気圧、温度、湿度あるいは空気揺らぎなどの環境の変化で測長誤差を生ずることが知られている。気圧、温度、湿度のような長期的かつ緩やかな環境変化にはＥＤＬＥＮの公式を用いた補償方法があるが、空気揺らぎのような比較的速い環境変化の補償性に欠ける。特に運動中においても高精度な位置測長が要求されるＸＹステージなどはこの空気揺らぎの影響が無視できない。

この問題を解決する技術として、ステージ位置を測長するレーザー干渉計と固定位置を測長する参照用レーザー干渉計を設け、各レーザー干渉計における空気揺らぎなど環境変化が同一であるものとみなし、参照用レーザー干渉計の測長値を基にステージ位置の測長誤差を補正する方式が提案されている（特許文献１）。また、特許文献１ではレーザー干渉計の測長光路を筒状の治具で保護し、空気揺らぎによる測長誤差を低減する方法も示されている。

特開２０００−１００７０４号公報

もっとも、この特許文献１の技術では参照用レーザー干渉計を設けるため複雑な光学系を要する。また、複数のレーザー干渉計の測長光路を理想的に隣接させる構造は難しく、同一測長環境とは必ずしも言えないため測長誤差補正の安定性に欠ける。また、レーザー干渉計の測長光路を筒状の治具で保護する提案は、干渉計側の固定筒で測長光路の一部を保護する方法に留まるもので空気揺らぎによる測長誤差の低減は必ずしも十分ではない。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、レーザー干渉計による位置測長部位がＸＹ方向に運動するＸＹステージにおいて、空気揺らぎと気圧、温度、湿度を含めた環境の変化による測長誤差を補正できるＸＹステージ装置を提供することにある。

本発明の一態様のＸＹステージ装置は、ステージ定盤と、前記ステージ定盤上に設けられ、前記ステージ定盤に対しＹ方向に移動するＹステージと、前記Ｙステージに支持され、前記ステージ定盤に対しＸＹ方向に移動するＸステージと、前記Ｘステージ上に設けられるワーク部と、前記ワーク部のＸ方向の位置を測長するためのＸレーザー干渉計と、前記ワーク部のＹ方向の位置を測長するためのＹレーザー干渉計と、前記ワーク部と前記Ｘレーザー干渉計間のＸ測長光路の少なくとも一部を覆うＸ測長光路筒機構と、前記ワーク部と前記Ｙレーザー干渉計間のＹ測長光路の少なくとも一部を覆うＹ測長光路筒機構と、前記Ｘ測長光路筒機構内または前記Ｙ測長光路筒機構内に設けられた波長トラッカーと、を備え、前記Ｘ測長光路筒機構は、前記Ｘ測長光路の前記Ｘレーザー干渉計側に設けられ、前記Ｘレーザー干渉計に固定されるＸ固定筒と、前記Ｘ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記Ｘ測長光路の前記ワーク部側に設けられ、前記Ｘステージの移動と連動して運動するＸ可動筒と、前記Ｘ可動筒を保持し、前記Ｙ方向の前記Ｘステージの移動を許容し、前記Ｘステージに固定される第１スライダ機構と、前記Ｘ可動筒を保持し、前記Ｘ方向の前記Ｘステージの移動を許容し、前記ステージ定盤に固定される第２スライダ機構と、を有し、前記Ｘ固定筒または前記Ｘ可動筒の一方の端部が他方の端部に挿入され、前記Ｙ測長光路筒機構は、前記第Ｙ測長光路の前記Ｙレーザー干渉計側に設けられ、前記Ｙレーザー干渉計に固定されるＹ固定筒と、前記Ｙ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記Ｙ測長光路の前記ワーク部側に設けられ、前記Ｙステージに固定されるＹ可動筒と、を有し、前記Ｙ固定筒または前記Ｙ可動筒の一方の端部が他方の端部に挿入されることを特徴とする。

上記態様のＸＹステージ装置において、前記波長トラッカーが、前記Ｘ測長光路筒機構内および前記Ｙ測長光路筒機構内に設けられることが望ましい。

上記態様のＸＹステージ装置において、前記Ｘ固定筒と前記Ｘ可動筒により前記Ｘ測長光路の略全域が覆われ、前記Ｙ固定筒と前記Ｙ可動筒により前記Ｙ測長光路の略全域が覆われていることが望ましい。

上記態様のＸＹステージ装置において、前記一方の端部と前記他方の端部が互いに非接触で挿入されることが望ましい。

本発明によれば、レーザー干渉計による位置測長部位がＸＹ方向に運動するＸＹステージにおいて、空気揺らぎと気圧、温度、湿度を含めた環境の変化による測長誤差を補正できるＸＹステージ装置を提供することが可能となる。

実施の形態のＸＹステージ装置の上面図である。実施の形態のＸ測長光路筒機構の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

本発明の実施の形態のＸＹステージ装置は、ＸＹ方向に移動するステージと、ステージの位置を測長するためのレーザー干渉計と、ステージとレーザー干渉計間の測長光路の少なくとも一部を覆う測長光路筒機構と、測長光路筒機構内に設けられた波長トラッカーと、を有する。

測長光路筒機構は、測長光路のステージ側に設けられ、ステージの移動と連動して運動する可動筒と、測長光路のレーザー干渉計側に設けられ、レーザー干渉計に固定される固定筒により構成されている。そして、固定筒内に、レーザー波長の変動を検知する検知器として波長トラッカーが、測長光路と一体で覆われて設置されている。

この測長光路筒機構は、固定筒または可動筒の一方の端部が他方の端部に非接触で挿入されるテレスコピックな構造となっている。また、固定筒と可動筒の挿入部の筒外径は、反射鏡面の外形寸法を超えない範囲で固定筒の波長トラッカーを覆う部分の固定筒の筒外径より小さい形状の固定筒と可動筒を備えている。

図１は、本実施の形態のＸＹステージ装置の上面図である。本実施の形態のＸＹステージ装置１０は、ステージ定盤面１２にＹステージ１４、Ｙステージ１４上にＸステージ（またはＸＹステージ）１６を搭載したスタック構造のＸＹステージを供えている。

Ｙステージ１４は、ステージ定盤面１２に固定されるＹエアガイド１８に沿ってＹ方向に運動する。また、Ｘステージ１６は、Ｙステージ１４に固定されるＸエアガイド２０に沿ってＸ方向に移動する。これらの機構によりＸステージ１６上のワーク部２２は、ステージ定盤面１２に対しＸＹ方向に移動することが可能となる。

移動するワーク部２２のＸおよびＹ方向の位置の測長は、レーザー干渉計とワーク部２２近傍に固定される反射鏡を用いて行われる。Ｘ方向の測長は、Ｘレーザー干渉計２４から発射されるレーザー光がＸ反射鏡２６によって反射され、発射光と反射光の干渉波を観測することにより、Ｘ測長光路２８の光路長を測長する。Ｙ方向の測長も同様に、Ｙレーザー干渉計３０から発射されるレーザー光がＹ反射鏡３２によって反射され、発射光と反射光の干渉波を観測することにより、Ｙ測長光路３４の光路長を測長する。

このようなレーザー干渉計２４、３０による位置測長機能を有するＸＹステージ装置１０には、Ｘ測長光路２８、Ｙ測長光路３４それぞれの略全域を機械的限界まで覆うＸ測長光路筒機構３６とＹ測長光路筒機構３８がそれぞれ設けられている。空気揺らぎの影響を最大限に抑制するためには、このように測長光路の略全域を測長光路筒機構で覆うことが望ましい。

Ｘ測長光路筒機構３６は、Ｘステージ１６とレーザー干渉計２４間のＸ測長光路２８を覆い、Ｘ測長光路２８のレーザー干渉計２４側に設けられ、レーザー干渉計２４に対し、相対的に固定されるＸ固定筒４０を有する。

ここで、Ｘ固定筒４０内には、Ｘ測長光路２８の光軸方向とＸ波長トラッカー測長光路６２の光軸方向とを合わせて、Ｘ測長光路２８の上部にＸ波長トラッカー６０が備えられている。そして、Ｘ測長光路２８とＸ波長トラッカー６０とを一体で覆う構造としている。

また、Ｘ測長光路２８を覆い、Ｘ測長光路２８のＸステージ１６側、すなわち、Ｘステージ１６のワーク部２２近傍に固定したＸ反射鏡２６側に設けられるＸ可動筒４２を備える。また、Ｘ測長光路筒機構３６は、Ｘステージ１６に固定される第１スライダ機構４４とステージ定盤１２に固定される第２スライダ機構４６を備えている。

第１スライダ機構４４は、Ｘ固定筒４０またはＸ可動筒４２が存在しても、Ｘステージ１６がＸ測長光路２８と垂直方向に移動することを許容する。また、第２スライダ機構４６は、Ｘステージ１６がＸ測長光路２８と平行方向に移動することを許容する。

ここで、Ｘ固定筒４０の端部が、Ｘ可動筒４２の端部に非接触に挿入されている。そして、Ｘ可動筒４２が第１スライダ機構４４と第２スライダ機構４６の双方で保持される。より具体的には、第１スライダ機構４４のＹスライダ部４８と、第２スライダ機構４６のＸスライダ部５０の２箇所に固定され保持される。

このように、Ｘ固定筒４０の端部が、Ｘ可動筒４２の端部に非接触に挿入されていることが、筒の相対運動をスムーズに実現できるため望ましい。また、ステージへ不要な振動を与えることを抑制できることからも望ましい。

Ｘステージ１６の運動時、すなわちワーク部２２がＸ測長光路方向に平行方向であるＸ方向に動く場合、Ｘ可動筒４２は第１スライダ機構４４のスライド方向と垂直方向の力の伝達によってＸステージ１６と一体で運動する。そして、その運動方向を許容する第２スライダ機構４６によって、Ｘ固定筒４０に対する動作を安定に支えている。

Ｙステージ１４の運動時、すなわちワーク部２２がＹ方向に動く場合、第１スライダ機構４４によって、Ｘ可動筒４２に干渉することなくその運動方向が許容される。このスライダ機構４４、４６を設けた構造によりＸ可動筒４２の端面をＸ反射鏡２６の近傍にまで配置することができる。そして、Ｘ固定筒４０をＸレーザー干渉計カバー５２と一体で固定することとによって測長範囲のＸ測長光路２８のほぼ全域を機械的限界まで覆うことを実現している。ここでの機械的限界まで覆うとは、Ｘ可動筒４２の端面とＸ反射鏡２６の距離を、互いが相対移動する際に接触しないぎりぎりの距離にすることである。

一方、Ｙ測長光路筒機構３８はＸ測長光路筒機構３６と同様にＹレーザー干渉計３０側に配置するＹ固定筒５４と、ワーク部２２付近に固定したＹ反射鏡３２側に配置するＹ可動筒５６をそなえる。ここで、Ｙ固定筒５４は、Ｘ固定筒４０と同様にＹ測長光路３４の光軸方向とＹ波長トラッカー測長光路６６の光軸方向とを合わせて、Ｙ測長光路３４の上部にＹ波長トラッカー６４を備え、Ｙ測長光路３４とＹ波長トラッカー６４とを一体で覆う構造としている。そして、Ｙステージ１４に固定したＹ可動筒保持具５８によりＹ可動筒５６を固定しＹ固定筒５４をＹレーザー干渉計カバー５９と一体で固定することによって、Ｘ測長光路筒機構３６のようなスライダ機構を設けることなく比較的容易にＹ測長光路３４のほぼ全域を機械的限界まで覆うことを実現している。

本実施の形態のＸＹステージ装置によれば、ＸＹ独立に、波長トラッカーと、測長光路のほぼ全域を機械的限界まで測長光路筒で覆う。これにより、測長光路と波長トラッカーとをほぼ同一大気環境にすることができる。このため、ＸＹステージの運動中においてもレーザー干渉計の空気揺らぎと気圧、温度、湿度を含めた環境の変化による測長誤差を適正に補正できる。したがって、位置測長の信頼性を向上させたＸＹステージ装置を提供することができる。

図２は、実施の形態のＸ測長光路筒機構の断面図である。上述したように、Ｘ固定筒４０内には、Ｘ測長光路２８の光軸方向とＸ波長トラッカー測長光路６２の光軸方向とを合わせて、Ｘ測長光路２８の上部にＸ波長トラッカー６０が備えられている。そして、Ｘ測長光路２８とＸ波長トラッカー６０とを一体で覆う構造としている。Ｙ測長光路筒機構３８も同様の構造を有する。

Ｘ固定筒４０またはＸ可動筒４２の一方の端部が他方の端部に挿入された挿入部のＸ固定筒４０およびＸ可動筒４２の筒外径が、Ｘ反射鏡２６面の外形寸法を超えない範囲でＸ波長トラッカー６０が設けられた部分のＸ固定筒４０の外径よりも小さいことが望ましい。すなわち、図２において、Ｒ_１＜Ｒ_３、Ｒ_２＜Ｒ_３の関係が成立することが望ましい。

このように、挿入部の筒外径が絞られていることによって、システムの小型化と筒内の環境の変化を一層抑制することが可能だからである。この筒外径の関係については、Ｙ測長光路筒機構３８についても同様の議論が成り立つ。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。

例えば、実施の形態では、スタック構造のＸＹステージを例に説明したが、スタック構造のＸＹステージに限定することなく定盤滑走型ＸＹステージ等にも応用できる。

また、Ｘ測長光路筒機構は、図１のように２つのスライダ機構を用いたものでなくとも、測長光路を覆るのであれば、例えば、第２スライダ機構４６にかえて蛇腹式の筒を設ける形態であっても構わない。

また、測長光路の上部に波長トラッカーを設ける構成を例に実施の形態では説明したが、波長トラッカーの位置は、測長光路とほぼ同一の環境におかれるのであれば、必ずしも測長光路の上部以外の場所に設けられても構わない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのＸＹステージ装置は、本発明の範囲に包含される。

１０ＸＹステージ装置
１２ステージ定盤面
１４Ｙステージ
１６Ｘステージ
１８Ｙエアガイド
２０Ｘエアガイド
２２ワーク部
２４Ｘレーザー干渉計
２６Ｘ反射鏡
２８Ｘ測長光路
３０Ｙレーザー干渉計
３２Ｙ反射鏡
３４Ｙ測長光路
３６Ｘ測長光路筒機構
３８Ｙ測長光路筒機構
４０Ｘ固定筒
４２Ｘ可動筒
４４第１スライダ機構
４６第２スライダ機構
４８Ｙスライダ部
５０Ｘスライダ部
５２Ｘレーザー干渉計カバー
５４Ｙ固定筒
５６Ｙ可動筒
５８Ｙ可動筒保持具
５９Ｙレーザー干渉計カバー
６０Ｘ波長トラッカー
６２Ｘ波長トラッカー測長光路
６４Ｙ波長トラッカー
６６Ｙ波長トラッカー測長光路

Claims

ステージ定盤と、
前記ステージ定盤上に設けられ、前記ステージ定盤に対しＹ方向に移動するＹステージと、
前記Ｙステージに支持され、前記ステージ定盤に対しＸＹ方向に移動するＸステージと、
前記Ｘステージ上に設けられるワーク部と、
前記ワーク部のＸ方向の位置を測長するためのＸレーザー干渉計と、
前記ワーク部のＹ方向の位置を測長するためのＹレーザー干渉計と、
前記ワーク部と前記Ｘレーザー干渉計間のＸ測長光路の少なくとも一部を覆うＸ測長光路筒機構と、
前記ワーク部と前記Ｙレーザー干渉計間のＹ測長光路の少なくとも一部を覆うＹ測長光路筒機構と、
前記Ｘ測長光路筒機構内または前記Ｙ測長光路筒機構内に設けられた波長トラッカーと、
を備え、
前記Ｘ測長光路筒機構は、前記Ｘ測長光路の前記Ｘレーザー干渉計側に設けられ、前記Ｘレーザー干渉計に固定されるＸ固定筒と、前記Ｘ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記Ｘ測長光路の前記ワーク部側に設けられ、前記Ｘステージの移動と連動して運動するＸ可動筒と、前記Ｘ可動筒を保持し、前記Ｙ方向の前記Ｘステージの移動を許容し、前記Ｘステージに固定される第１スライダ機構と、前記Ｘ可動筒を保持し、前記Ｘ方向の前記Ｘステージの移動を許容し、前記ステージ定盤に固定される第２スライダ機構と、を有し、前記Ｘ固定筒または前記Ｘ可動筒の一方の端部が他方の端部に挿入され、
前記Ｙ測長光路筒機構は、前記第Ｙ測長光路の前記Ｙレーザー干渉計側に設けられ、前記Ｙレーザー干渉計に固定されるＹ固定筒と、前記Ｙ測長光路の少なくとも一部を覆い、前記Ｙ測長光路の前記ワーク部側に設けられ、前記Ｙステージに固定されるＹ可動筒と、を有し、前記Ｙ固定筒または前記Ｙ可動筒の一方の端部が他方の端部に挿入されることを特徴とするＸＹステージ装置。
前記波長トラッカーが、前記Ｘ測長光路筒機構内および前記Ｙ測長光路筒機構内に設けられることを特徴とする請求項１記載のＸＹステージ装置。
前記Ｘ固定筒と前記Ｘ可動筒により前記Ｘ測長光路の略全域が覆われ、前記Ｙ固定筒と前記Ｙ可動筒により前記Ｙ測長光路の略全域が覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＸＹステージ装置。
前記一方の端部と前記他方の端部が互いに非接触で挿入されることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載のＸＹステージ装置。