JPH04351905A

JPH04351905A - レーザ測長装置を備えたｘｙステージ

Info

Publication number: JPH04351905A
Application number: JP3127651A
Authority: JP
Inventors: Fumio Tabata; 文夫田畑; Hidenori Sekiguchi; 英紀関口; Toru Kamata; 徹鎌田; Yuji Sakata; 裕司阪田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-05-30
Filing date: 1991-05-30
Publication date: 1992-12-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加工物等を支持するため
のＸＹステージに関し、さらに詳細にはレーザ測長装置
を備えたＸＹステージに関する。ＸＹステージは加工物
等を支持するために多くの分野で使用されている。例え
ば、ステッパー等の半導体製造装置はウエハを支持する
ためにＸＹステージを含む。ウエハはＸＹステージの可
動ステージ部に載置され、可動ステージ部を移動しつつ
位置決めすることによりウエハを精密に定められた位置
に配置する。精密な位置決めのためには、可動ステージ
部の位置を精密に計測することが必要である。

【０００２】最近、ＬＳＩの微細化に伴い、ステッパー
等の半導体製造装置には、１０万分の１ｍｍという非常
に高い位置決め精度が必要になってきており、可動ステ
ージ部の位置を計測する手段にも高精度の測定装置が求
められている。干渉式レーザ測長装置は高精度の測定が
可能であり、ウエハを載置する可動ステージ部の位置を
計測する手段としてますます使用されるようになってき
ている。

【０００３】

【従来の技術】干渉式レーザ測長装置は、測定光と参照
光の干渉を利用したものであり、従来、固定部に設けた
干渉計と、可動ステージ部に設けた反射ミラーとを含む
構成になっている。測長原理は種々の方式があるが、例
えばヘテロダイン干渉を用いたものが図６に示される。図６においては、ＸＹステージは、Ｘ軸方向に移動可能
な案内部１ａ　の上にＹ軸方向に移動可能に設けられた
可動ステージ部１を含み、可動ステージ部１の隣接する
２側面に反射ミラー２が取りつけられる。ＸＹステージ
の固定部には、各反射ミラー２に対向するように干渉計
３が配置される。レーザー光源４は測定光成分と参照光
成分を含むレーザ光を干渉計３に供給する。測定光は干
渉計３を通って反射面２に向かい、反射面２で反射し、
再び干渉計３を通ってレシーバ５に達する。参照光は干
渉計３に入るが反射面２には向かわず、反射してきた測
定光と干渉計３において一緒になってレシーバ５に達す
る。従って、測定光は干渉計３と反射面２との間の往復
距離を余計に進んでおり、測定光と参照光を重ねた干渉
波からその距離を求めることができる。

【０００４】一方、ステッパー等の半導体製造装置では
、ＬＳＩの生産性向上のために、使用するウエハのサイ
ズが大きくなりつつある。これに伴い、ステッパーのウ
エハを載置する可動ステージ部も大きくなり、且つその
可動範囲も大きくすることが要求されるようになってい
る。ステッパーの可動ステージ部の可動範囲が大きくな
ると、レーザ測長装置で可動ステージ部の移動量を測定
するためには、可動ステージ部に取りつける反射ミラー
を大きくすることが必要になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ステッパー
の可動ステージ部のように、高い精度の位置決めが必要
な支持装置では、反射ミラーの反射面の面精度は、λ／
２０（Ｈｅ−Ｎｅレーザの場合、λ＝０．６３２８μｍ
　）以上という厳しい値が要求される。このため、長い
距離を測長できるように反射ミラーを大きくすると、面
精度を維持するために反射ミラーの剛性を高く確保しな
ければならず、反射ミラーの厚さや幅も大きくしなけれ
ばならない。このため、反射ミラーの重量が大きくなり
、反射ミラーが可動ステージ部に搭載されていると可動
ステージ部の運動制御性能が低下する。反射ミラーの大
型化は、必然的に可動ステージ部の固有振動数を低下さ
せ、位置決め精度の低下や位置決め時間の低下を招くと
いう欠点がある。

【０００６】本発明は、反射ミラーを可動ステージ部の
外の固定部に固定し、干渉計の方を可動ステージ部に搭
載して、レーザ測長装置を構成することにより、反射ミ
ラーの重量の増加による可動ステージ部の性能の低下を
防止することのできるレーザ測長装置を備えたＸＹステ
ージを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の原理説明図であ
る図１を参照すると、本発明のＸＹステージ１０は、２
次元平面内の直交する少なくとも２軸方向（Ｘ、Ｙ）に
移動可能な可動ステージ部１２を有する。この可動ステ
ージ部１２には例えばウエハを載置する支持台（図示せ
ず）等を設けることができる。ＸＹステージ１０には可
動ステージ部１２の移動量をレーザ光の干渉を利用して
測長するレーザ測長装置１４が設けられる。各レーザ測
長装置１４は、可動ステージ部１２に搭載された干渉計
１６と、ＸＹステージ１０の固定部に設けられた反射ミ
ラー１８とからなる。レーザ光源（図示せず）がＸＹス
テージ１０の固定部に設けられる場合には、例えば光フ
ァイバによりレーザ光がレーザ光源から干渉計１６に供
給される。干渉計はビームスプリッタ等の偏光分離手段
を含み、レーザ光の一部分（測定光）と残りの部分（参
照光）に分離する。分離されたレーザ光の一部分（測定
光）は干渉計１６を通って反射ミラー１８で反射し、干
渉計１６に戻る。分離されたレーザ光の残りの部分（参
照光）は反射ミラー１８に向かわず、上記反射して戻っ
てきたレーザ光の一部分と干渉し、それによって、可動
ステージ部１２の位置を検出するようにしたものである
。

【０００８】

【作用】本発明では、図１のように、干渉計１６を可動
ステージ部１２に搭載して、そこに、レーザ光を導き、
可動ステージ部１２の移動量を測定する。反射ミラー１
８は固定の位置に設けられる。このため、可動ステージ
部１２の可動範囲が大きくなったら、それに応じて反射
ミラー１８の長さを長くすればよい。反射ミラー１８は
固定部にあるので、反射ミラー１８が大きくなっても可
動ステージ部１２の重量はそれによって増加しない。従
って、可動ステージ部１２の可動範囲が大きくなっても
、可動ステージ部１２の制御性能や位置決め精度の低下
、位置決め時間の増加等のＸＹステージの性能の低下が
起こらない。

【０００９】

【実施例】図２は本発明の第１実施例を示す図である。ＸＹステージ１０は固定のベース部２０と、このベース
部２０に設けられた可動ステージ部１２とを含む。Ｘ軸
リニアガイド２２がベース部２０に設けられ、ガイド部
２４がこのＸ軸リニアガイド２２に摺動可能に取りつけ
られる。このガイド部２４にはＹ軸リニアガイド２６が
設けられ、可動ステージ部１２はこのＹ軸リニアガイド
２６に摺動可能に取りつけられる。従って、可動ステー
ジ部１２は２次元平面内の直交する少なくとも２軸方向
（Ｘ、Ｙ）に移動可能である。このＸＹステージ１０が
ステッパー等の半導体製造装置で利用される場合には、
可動ステージ部１２の上に任意の形体でウエハの支持台
３０を設けることができる。

【００１０】レーザ測長装置１４は、可動ステージ部１
２に搭載された干渉計１６と、ＸＹステージ１０のベー
ス部２０に取りつけた固定ブロック３２に固定された反
射ミラー１８とからなる。干渉計１６はウエハの支持台
３０とほぼ同じ高さとなるように可動ステージ部１２の
直交する２辺に沿って配置され、反射ミラー１８は各干
渉計１６と対向して配置される。

【００１１】レーザチューブ３４がＸＹステージ１０の
ベース２０に配置され、光ファイバ３６がレーザチュー
ブ３４と各干渉計１６の間に延びる。実施例においては
、レーザチューブ３４は、偏光したレーザ光を発生する
光源と、各干渉計１６で干渉したレーザ光を受けて電気
的な信号に変換するレシーバとを含む。

【００１２】図３は図２の干渉計１６の詳細図である。図４は図３の光路を示し、（Ａ）は干渉計１６内での測
定光の光路を示し、（Ｂ）は参照光の光路を示す図であ
る。図３及び図４では、各光ファイバ３６は、レーザチ
ューブ３４から干渉計１６へレーザ光を供給する入力光
ファイバ３６ａと、干渉計１６からレーザチューブ３４
内のレシーバへ処理光を送る出力光を送る出力光ファイ
バ３６ｂとを含むように示してある。また、図３及び図
４には、反射ミラー１８も示されている。

【００１３】コリメートレンズ３８が、入力光ファイバ
３６ａの端部近くに配置され、入力光ファイバ３６ａか
ら供給されたレーザ光が平行光線となるようになってい
る。コリメートレンズ３８の先方にはビームスプリッタ４０
が設けられる。ビームスプリッタ４０は斜めの偏光面４
１を有し、レーザチューブ３４から供給されるレーザ光
を測定光と参照光に分離する。実施例においては、レー
ザチューブ３４は単一波長のレーザ光を供給するが、偏
光面に対しビームスプリッタ４０が４５°で交差する様
に配置して、従って、図４の（Ａ）、（Ｂ）に示される
ように、偏光面４１において、レーザ光の一部分（測定
光）が透過し且つ残りの部分（参照光）が反射する。

【００１４】ビームスプリッタ４０の透過方向の先方で
該ビームスプリッタ４０と反射ミラー１８との間には四
分の一波長板４２が配置される。さらに、ビームスプリ
ッタ４０の反射方向の先方には第１のコーナーキューブ
４４が配置され、さらに、このビームスプリッタ４０の
第１のコーナーキューブ４４とは反対側に第２のコーナ
ーキューブ４６が配置される。さらに、ビームスプリッ
タ４０の反射ミラー１８とは反対側の片隅に逆望遠鏡４
８が配置される。

【００１５】従って、図４の（Ａ）に示されるように、
ビームスプリッタ４０を透過したレーザ光は、四分の一
波長板４２を通る間にレーザ光の位相が９０°ずれて円
偏光となり反射ミラー１８に達し、反射ミラー１８で反
射して四分の一波長板４２を通る間にさらに位相は９０
度ずれる。従って、反射光は供給時の偏光面に対して９
０度回転してビームスプリッタ４０に戻る。そのため、
この反射光はビームスプリッタ４０を透過しなくなり、
ビームスプリッタ４０で反射して方向を変え、第２のコ
ーナーキューブ４６に入射する。この入射光は第２のコ
ーナーキューブ４６において２度反射してビームスプリ
ッタ４０に入射し、ビームスプリッタ４０で反射して、
再び四分の一波長板４２を通って反射ミラー１８に向か
う。このとき、光路は最初に反射ミラー１８に向かった
ときと平行であるが、ビームスプリッタ４０の上方から
下方にずれている。そして、このレーザ光は反射ミラー
１８で反射して、四分の一波長板４２を通ってビームス
プリッタ４０に戻る。このレーザ光は四分の一波長板４
２を２度通ることにより偏光面がさらに９０度回転して
おり、最初の供給時の偏光面に対して　１８０度回転し
て元に戻り、従って、ビームスプリッタ４０をそのまま
透過し、逆望遠鏡４８に至る。

【００１６】図４の（Ｂ）に示されるように、ビームス
プリッタ４０で反射したレーザ光は、第１のコーナーキ
ューブ４４に入射する。この入射光は第１のコーナーキ
ューブ４４において２度反射してビームスプリッタ４０
に入射し、ビームスプリッタ４０で反射して、最初の入
射方向とは逆方向にビームスプリッタ４０から出射する
。この参照光の出射光路は（Ａ）に示す測定光の出射光
路と重なり、逆望遠鏡４８に至る。こうして、測定光と
参照光は出力光ファイバ３６ｂを通ってレーザチューブ
３４内のレシーバへ送られ、そこで干渉波を電気信号に
変換して処理することにより干渉計１６と反射ミラー１
８との間の距離を計算することができる。

【００１７】図３及び図４に示す実施例においては、出
力光ファイバ３６ｂは複数の出力光ファイバ３６ｃで構
成され、逆望遠鏡４８と複数の出力光ファイバ３６ｃと
の間に補助的に幾つかの光学素子が配置されている。こ
れらの光学素子は、例えば、ビームスプリッタ　５０，
　５４，　６０　、直角プリズム　５６，　５８，　６
２　、並びに二分の一波長板５２、四分の一波長板６４
である。この構成は、測定光と参照光の間の位相ずれを
検出し、ミラーの直進方向と直進距離を検出する為の手
段である。

【００１８】図５は本発明の第２実施例を示す図である
。基本的な構成は図２の実施例とほぼ同様である。ＸＹ
ステージ１０は固定のベース部２０と、このベース部２
０に設けられた可動ステージ部１２とを含み、ガイド部
２４がＸ軸リニアガイド２２に設けられ、可動ステージ
部１２はＹ軸リニアガイド２６に摺動可能に取りつけら
れる。また、レーザ測長装置１４は、可動ステージ部１
２に搭載された干渉計１６と、固定ブロック３２に固定
された反射ミラー１８とからなる。可動ステージ部１２
の上に任意の形体でウエハの支持台（図示せず）を設け
ることができる。

【００１９】この実施例においては、レーザチューブ３
４から干渉計１６へレーザ光を導くために、ビームベン
ダ７０とビームスプリッタ７２が図２の光ファイバ３６
の代わりに設けられる。また、補助的なビームベンダ７
４，７６がベース部２０に設けられ、レーザチューブ３
４のレーザ光をビームベンダ７０へ送る。ビームベンダ
７０はガイド部２４に取りつけられ、ビームスプリッタ
７２は可動ステージ部１２に取りつけられて各干渉計１
６へレーザ光を供給する。このように、光ファイバ３６
を用いなくても、ビームベンダ７０やビームスプリッタ
７２等により固定のベース部２０上のレーザチューブ３
４から可動ステージ部１２上の干渉計１６へレーザ光を
導くことができる。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反射ミラーを固定の位置に設け、干渉計を可動ステージ
部に搭載して、そこに、レーザ光を導き、可動ステージ
部の移動量を測定するように構成したので、可動ステー
ジ部の可動範囲が大きくなっても、それに応じて反射ミ
ラーの長さを長くすればよく、可動ステージ部の重量は
それによって増加しないようにすることができ、可動ス
テージ部の制御性能や位置決め精度の低下、位置決め時
間の増加等のＸＹステージの性能の低下が起こらない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図である。

【図２】本発明の第１実施例を示す図である。

【図３】図２の干渉計の詳細図である。

【図４】図３の干渉計内での光路を示す図であり、（Ａ
）は測定光の光路を示し、（Ｂ）は参照光の光路を示す
図である。

【図５】本発明の第２実施例を示す図である。

【図６】従来技術を示す図である。

【符号の説明】

１０…ＸＹステージ１２…可動ステージ部１４…レーザ測長装置１６…干渉計１８…反射ミラー３４…レーザチューブ３６…光ファイバ４０…ビームスプリッタ４２…四分の一波長板４４，４６　…コーナーキューブ７０…ビームベンダ７２…ビームスプリッタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　固定部（２０）と、２次元平面内の直
交する少なくとも２軸方向に移動可能な可動ステージ部
（１２）と、該可動ステージ部の移動量をレーザ光の干
渉を利用して測長するレーザ測長装置（１４）とを備え
たＸＹステージにおいて、該レーザ測長装置（１４）は
、レーザ光源（３４）と、該ＸＹステージの該可動ステ
ージ部（１２）に搭載された干渉計（１６）と、該ＸＹ
ステージの固定部に設けられた反射ミラー（１８）とか
らなり、レーザ光源から該干渉計へ導かれたレーザ光の
一部分が該反射ミラーで反射して該干渉計に戻り、そし
て該反射ミラーへ向かわないレーザ光の残りの部分と干
渉するようにしたことを特徴とするレーザ測長装置を備
えたＸＹステージ。
【請求項２】　　該レーザ光源（３４）が該ＸＹステー
ジの固定部（２０）に設けられ、且つ光ファイバ（３６
）が該レーザ光源（３４）から該可動ステージ部（１２
）の該干渉計（１６）へレーザ光を導くために設けられ
ることを特徴とする請求項１に記載のレーザ測長装置を
備えたＸＹステージ。
【請求項３】　　該干渉計（１６）が、レーザ光の一部
分を透過させ且つ残りの部分を反射させて分離するビー
ムスプリッタ（４０）と、該レーザ光の透過方向の先方
で該ビームスプリッタと該反射ミラー（１８）との間に
配置される四分の一波長板（４２）と、該レーザ光の反
射方向の先方に配置される第一のコーナーキューブ（４
４）と、該ビームスプリッタの該第１のコーナーキュー
ブとは反対側に配置される第２のコーナーキューブ（４
６）とからなることを特徴とする請求項１又は２項に記
載のレーザ測長装置を備えたＸＹステージ。
【請求項４】　　複数の該干渉計（１６）及びビームス
プリッタ（７２）が該可動ステージ部（１２）に設けら
れ、該レーザ光源（３４）から該ビームスプリッタ（７
２）を介して複数の該干渉計（１６）にレーザ光を供給
するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のレー
ザ測長装置を備えたＸＹステージ。