JP2007115720A

JP2007115720A - ステージ装置

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Publication number: JP2007115720A
Application number: JP2005302316A
Authority: JP
Inventors: Masahito Into; 雅人因藤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2025-10-17
Also published as: JP4451374B2

Abstract

【課題】位置決めを簡単な構成で行なえるステージ装置を提供する。
【解決手段】Ｙステージ１２の前端中央には、光検出器３２が取り付けられている。また、ガントリ部１４の中間位置にはレーザ光を光検出器３２に照射するレーザ発光器３４が取り付けられている。光検出器３２とレーザ発光器３４とは、Ｙ軸に対する位置ずれを計測する計測手段を構成しており、Ｙステージ１２が基準位置にあるときレーザ発光器３４から出射されるレーザ光の光軸がＹステージ１２の移動方向（Ｙ方向）と一致するように設けられている。光軸位置検出部は、第１乃至第４の受光部から出力された検出信号を比較して光強度分布から光軸の直交する方向への位置ずれ量を検出する。また、光軸位置検出部は、光検出器３２の中心とレーザ発光器３４のＹ方向光軸との相対位置が一致するとＹステージ１２が基準位置にあることを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明はステージ装置に係り、特にステージの移動状態を計測してステージまたは横架部の何れかのヨー角度制御を行なうよう構成されたステージ装置に関する。

例えば、液晶モニタに用いられるガラス基板の表面処理を行う工程では、ガラス基板をステージ上の吸着盤に吸着させた状態でステージを一定速度でＹ方向に移動させながらステージ上を横架するガントリ部（横架部材）に装着された加工ユニットにより所定の加工を施すように構成されたステージ装置を用いて作業が進められている。この種のステージ装置では、ガラス基板の大型化に対応することが要望されている。そのため、ガラス基板が載置される吸着盤をガラス基板の大きさに応じた寸法に拡大すると共に、吸着盤を移動させるステージ及びステージを駆動するリニアモータ（駆動手段）及びステージの位置を測定するリニアスケールも移動方向に延長させることになる。

一方、ステージを移動させる際には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回りの揺動をできるだけ抑制するようにリニアモータの制御を行う。そして、各軸回りの揺動を検出する検出手段としては、一対のレーザ干渉計によりステージまでの距離を測定し、２点の距離差からステージの傾きを検出するようにしている。このレーザ干渉計は、固定側に配置されレーザ光を発光するレーザ発光部と、可動側に設けられたミラーと、ミラーから反射した光を受光する受光部とから構成されており、ミラーから反射して光の波長の変化から距離を精密に測定するものである。

ここで、ステージをガラス基板の大型化に伴ってＸ方向及びＹ方向に拡大すると、レーザ干渉計のミラーを移動距離に応じて延長することになる。しかしながら、ミラーの平面度に精密さが要求されるため、その平面度を維持したままミラーの長さを延長するにも限界がある。そのため、ステージの側面に複数のミラーを上下にずらした位置に交互に配置すると共に、複数のレーザ発光部を設け、ステージ移動位置に合わせてレーザ光を照射するミラーの高さ位置に合わせてレーザ発光部を切り替えるように構成したものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
特許３２８２２３３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された装置では、ステージの移動に合わせてミラーの高さ位置に対応したレーザ発光部に切り替えるように制御するため、構成が複雑になるばかりか、レーザ干渉計の切り替え制御が難しいといった問題がある。

そこで、本発明は上記事情を鑑みステージの大型化に対応する計測手段を簡単な構成で実現できるように構成されたステージ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

請求項１記載の発明は、ステージと、該ステージの上方を横架された横架部と、前記ステージまたは横架部の何れかを移動させる駆動手段と、前記横架部材と前記ステージとの相対位置を計測する計測手段と、該計測手段により計測された値に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを有するステージ装置において、前記計測手段は、前記横架部または前記ステージの何れか一方に設けられたレーザ発光手段と、前記横架部または前記ステージの何れか他方に設けられ前記レーザ発光手段からのレーザ光を受光し、受光したレーザ光の強度分布の変化に応じた検出信号を出力する光検出手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記光検出手段が、受光面が４分割された第１乃至第４の受光部を有する受光素子と、前記第１乃至第４の受光部から出力された検出信号を比較して光強度分布から光軸の直交する方向への位置を検出する光軸位置検出手段とを有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、前記制御手段が、前記レーザ発光手段からのレーザ光が光軸と直交する方向にずれた場合に前記レーザ光を前記受光素子の中心で受光するように前記駆動手段を制御することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記光軸位置検出手段が、前記レーザ発光手段からのレーザ光の光軸が前記受光素子の中心に一致したとき前記ステージが基準位置にあることを検出することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、前記駆動手段が、前記ステージまたは横架部の何れかを両側から一方向に駆動するように一対設けられ、前記制御手段が、前記光軸位置検出手段により検出された光軸のずれに応じて前記一対の駆動手段の駆動制御を個別に行なって前記ステージまたは横架部の何れかのヨーレイト制御を行なうことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、前記ステージと前記横架部材との相対的距離を計測する移動方向計測手段を有し、前記制御手段が、前記移動方向計測手段による計測位置に応じて前記レーザ発光手段からのレーザ光が前記受光素子の中心で受光されるように前記駆動手段を制御することを特徴とする。

本発明によれば、計測手段が横架部またはステージの何れか一方に設けられたレーザ発光手段と、横架部またはステージの何れか他方に設けられレーザ発光手段からのレーザ光を受光し、受光したレーザ光の強度分布の変化に応じた検出信号を出力する光検出手段と、を備えたため、ミラーが不要になるので、横架部またはステージの移動距離が延長されても容易に対応することができると共に、構成の簡略化を図ることもできる。

また、光検出手段が、受光面が４分割された第１乃至第４の受光部を有する受光素子と、第１乃至第４の受光部から出力された検出信号を比較して光強度分布から光軸の直交する方向への位置を検出する光軸位置検出手段とを有するため、ステージと横架部材との相対移動に伴うＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸回りの揺動による位置ずれを正確に測定することが可能になる。

また、制御手段が、レーザ発光手段からのレーザ光が光軸と直交する方向にずれた場合にレーザ光を受光素子の中心で受光するように駆動手段を制御することにより、ステージの位置決めを高精度に行なえると共に、ステージが各軸回りに揺動することを抑制してステージの水平移動をより安定的に行なうことが可能になる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明によるステージ装置の実施例１を示す斜視図である。図２は実施例１のステージ装置の側面図である。図１及び図２に示されるように、ステージ装置１０は、Ｙステージ１２をＹ方向にのみ移動させる構成であり、Ｙステージ１２の上方を横架するガントリ部１４には加工ユニットまたは検査ユニット（共に図示せず）が搭載されている。Ｙステージ１２は、左右両側に一対のＹ軸リニアモータ（駆動手段）１６によりＹ方向の推力を得て一定速度で移動する。また、Ｙステージ１２の下方には、石定盤１８が架台２０により支持されており、Ｙステージ１２は下面に設けられた静圧パッド（図示せず）により石定盤１８に対して空気層を介して浮上し、低摩擦で移動することができる。

また、Ｙステージ１２は、石定盤１８上に突出するガイドレール２４の側面に対向する静圧パッド（図示せず）を有すると共に、石定盤１８との間にはＹ方向移動距離を測定するＹリニアスケール２８が設けられている。

Ｙステージ１２の上面には、基板２９を吸着するための吸着盤３０が固定され、さらにＹ方向のＹステージ１２の前端中央には、光検出器（光検出手段）３２が取り付けられている。また、ガントリ部１４の中間位置にはレーザ光を光検出器３２に照射するレーザ発光器（レーザ発光手段）３４が取り付けられている。光検出器３２とレーザ発光器３４とは、Ｙ軸に対する位置ずれを計測する計測手段を構成しており、互いに同一高さに設けられ、且つＹステージ１２が基準位置にあるときレーザ発光器３４から出射されるレーザ光の光軸がＹステージ１２の移動方向（Ｙ方向）と一致するように設けられている。

制御部３６は、予め設定されて制御側に基づいて一対のリニアモータ１６を駆動制御しており、Ｙステージ１２がＹ方向へ一定の速度で移動するように一対のリニアモータ１６を並進させるように制御する。また、本実施例では、Ｙステージ１２がＡ点（基点）にあるときは、光検出器３２の中心とレーザ発光器３４のＹ方向光軸との相対位置が一致するように調整されている。そして、制御部３６は、Ｙステージ１２がＡ点（基点）からＢ点へ移動する過程で光検出器３２の中心とレーザ発光器３４のＹ方向光軸との相対位置がずれないようにＹステージ１２を移動させるように制御する。

図３は光検出器３２を拡大して示す図である。図３に示されるように、光検出器３２は、レーザ光を受光する受光素子４０を有しており、受光素子４０は受光されたレーザ光の光軸位置を検出する光軸位置検出部４２に接続されている。受光素子４０は、例えば、受光面が４分割された第１乃至第４の受光部４０ａ〜４０ｄを有するCCDイメージセンサに代表される平面形状の素子からなる。本実施例においては、光検出器３２の中心とレーザ発光器３４のＹ方向光軸との相対位置が一致したときは、受光素子４０の光強度分布Ｉが受光部４０ａ〜４０ｄのどの領域でも均等となるように設定されている。そして、光軸位置検出部４２は、第１乃至第４の受光部４０ａ〜４０ｄから出力された検出信号を比較して光強度分布から光軸の直交する方向への位置ずれ量を検出する。

尚、光検出器３２としては、受光素子４０の代わりにミラーを設ける構成とし、ミラーから反射したレーザ光を別の場所（例えば、基台２０に支持された支持部等）に設置された受光素子に導くようにしても良い。

また、光軸位置検出部４２は、比較器４４から得られたピーク値の差を制御部３６に出力しており、光検出器３２の中心とレーザ発光器３４のＹ方向光軸との相対位置が一致するとＹステージ１２が基準位置にあることを検出する。そして、制御部３６では、光強度分布のピーク値が一致するように一対のリニアモータ１６に供給する駆動電圧を制御する。従って、レーザ干渉計を用いてＹステージ１２の位置決めを行なう場合には、基板の大型化に応じてミラーの全長を延長する必要があるが、本発明のように光検出器３２とレーザ発光器３４との相対位置によってＹステージ１２の位置ずれを正確に検出できるので、平面度が要求されるミラーが不要になり、構成の簡略化を図れる。

図４は光軸位置検出部４２の構成を示すブロック図である。図４に示されるように、光軸位置検出部４２は、受光素子４０の受光部４０ａ〜４０ｄから得られた光強度分布のピーク値を検出するピーク位置検出部４３と、ピーク位置検出部４３から得られたピーク値を比較する比較器４４と、リニアスケール２８により側定されたＹ方向位置（基点からの移動距離）に対応させて比較器４４による比較結果を記憶するメモリ（記憶手段）４６と、を有する。

図５に示されるように、Ｙステージ１２がＡ点（基点）からＹ方向に移動してＢ点（移動位置）に到るときにＹステージ１２がZ軸回りにθz方向に揺動した場合、Ｂ点での受光素子４０の光強度分布ＩＩが受光部４０ａ〜４０ｄの何れかに偏った場合には、Ａ点での受光素子４０の光強度分布Ｉに対して破線で示すようにずれることになる。この光強度分布ＩとＩＩとのピーク値の差δがＸ方向のずれとなり、このＸ方向のずれ量がＹステージ１２のヨー角θに対応している。すなわち、光強度分布ＩとＩＩとのピーク値の差δがゼロであれば、ヨー角θもゼロとなる。

ここで、受光部４０ａ〜４０ｄでの光強度分布の検出パターンについて説明する。図６（Ａ）はレーザ発光器３４から出射されたレーザ光の光軸が受光素子４０の中心と一致した場合の光強度分布Ｉを示している。この検出パターンでは、受光部４０ａ〜４０ｄの受光量が均等であるので、各受光部４０ａ〜４０ｄの検出値を比較することで可動側となるＹステージ１２と固定側となるガントリ部１４との相対変位はゼロとなる。

図６（Ｂ）はレーザ発光器３４から出射されたレーザ光の光軸が受光素子４０の中心よりＸ方向にずれた場合の光強度分布ＩＩを示している。この検出パターンでは、光強度分布ＩＩに傾きがないので、円形パターンのままＸ方向に平行移動していることが分る。この場合、受光素子４０の左側に配置された受光部４０ａ，４０ｂの受光量が同じで、受光素子４０の右側に配置された受光部４０ｃ，４０ｄの受光量が共にゼロとなる。

図６（Ｃ）はレーザ発光器３４から出射されたレーザ光の光軸が受光素子４０の中心よりZ方向にずれた場合の光強度分布ＩＩＩを示している。この検出パターンでは、光強度分布ＩＩＩに傾きがないので、円形パターンのままZ方向に平行移動していることが分る。この場合、受光素子４０の上側に配置された受光部４０ａ，４０ｄの受光量が同じで、受光素子４０の下側に配置された受光部４０ｂ，４０ｃの受光量が共にゼロとなる。

図６（Ｄ）はレーザ発光器３４から出射されたレーザ光の光軸が受光素子４０の中心よりＸＹ平面でθz軸回りにずれた場合の光強度分布ＩＶを示している。この検出パターンでは、Ｘ方向の楕円形パターンであるので、光強度分布ＩＶに傾きがあり、Ｙステージ１２がθz軸回り（ヨーイング）にずれていることが分る。この場合、受光素子４０の受光部４０ａと４０ｂとの受光量、受光部４０ｃと４０ｄとの受光量が同じであるが、受光素子４０の対角方向に配置された受光部４０ａ，４０ｃの受光量の差と、受光部４０ｂ，４０ｄの受光量の差から光強度分布ＩＶの傾きを求めることができる。

図６（Ｅ）はレーザ発光器３４から出射されたレーザ光の光軸が受光素子４０の中心よりZＹ平面でθＸ軸回りにずれた場合の光強度分布Ｖを示している。この検出パターンでは、Ｘ方向の楕円形パターンであるので、光強度分布Ｖに傾きがあり、Ｙステージ１２がθＸ軸回り（ピッチング）にずれていることが分る。この場合、受光素子４０の受光部４０ａと４０ｄとの受光量、受光部４０ｂと４０ｃとの受光量が同じであるが、受光素子４０の対角方向に配置された受光部４０ａ，４０ｃの受光量の差と、受光部４０ｂ，４０ｄの受光量の差から光強度分布Ｖの傾きを求めることができる。

このように、受光部４０ａ〜４０ｄの受光量を比較することによりＹステージ１２がどの方向にずれているかを正確に検出することが可能になり、Ｙステージ１２の位置決めを高精度に行なえる。さらに、４分割された受光部４０ａ〜４０ｄの受光量の比較結果を制御部３６に供給することにより、制御部３６では、受光部４０ａ〜４０ｄの受光量が均等になるように制御することでＹステージ１２のヨーイング動作を抑制することが可能になり、Ｙステージ１２の移動をより安定的に行なうことが可能になる。

また、Ｙステージ１２がピッチング動作した場合には、例えば、ガントリ部１４に設けられたZ軸アクチュエータ（図示せず）を駆動制御することによりピッチング動作によるＹステージ１２の揺動も抑制することができる。

図７は実施例２のステージ装置を示す斜視図である。図８は実施例２のステージ装置の平面図である。尚、図７及び図８は、実施例２のステージ装置を簡略化して図示しており、図７及び図８において、上記実施例１と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

図７及び図８に示されるように、実施例２のステージ装置６０は、Ｙステージ１２の上面にＸステージ６２がＸ方向に移動可能に設けられている。光検出器３２はＸステージ６２の前端中央に固定されている。レーザ発光器３４は、ガントリ部１４の中央に固定された加工ユニット取付部６４の前面に取り付けられている。

また、ステージ装置６０では、Ｙステージ１２のＹ方向移動量を測定するＹリニアスケール６６と、Ｘステージ６２をＸ方向に移動させるＸ軸リニアモータ６８と、Ｘステージ６２のＸ方向移動量を測定するＸリニアスケール７０と、Ｙステージ１２の移動距離を測定する一対のＹ軸レーザ干渉計７２とを有する。Ｙ軸レーザ干渉計７２は、レーザ光を照射するレーザ発光部７４と、Ｙステージ１２の周縁部に設けられたミラー７６と、ミラー７６からの反射光を受光する受光部（図示せず）とからなり、反射光の波長からＹステージ１２のＹ方向位置を検出する。そして、一対のＹ軸レーザ干渉計７２により検出された距離差からZ軸回りのヨー角（θz方向角度）を求める。

ステージ装置６０では、レーザ発光器３４から出射されたレーザ光が光検出器３２により受光されることでＸステージ６２上の吸着盤３０に吸着された基板２９の基準位置を設定することができる。すなわち、光検出器３２において、図６（Ａ）に示されるように、レーザ発光器３４から出射されたレーザ光の光軸が受光素子４０の中心と一致し、受光部４０ａ〜４０ｄの受光量が均等になる位置を基準位置として認識することができる。

また、光検出器３２において、図６（Ｂ）に示されるように、レーザ発光器３４から出射されたレーザ光の光軸が受光素子４０の中心よりＸ方向にずれていることが検出された場合には、Ｘ軸リニアモータ６８を駆動制御してＸステージ６２をＸ方向に移動させてレーザ光の光軸が受光素子４０の中心と一致するようにＸ方向の位置決め制御を行なう。

さらに、ステージ装置６０では、一対のＹ軸レーザ干渉計７２によりＹステージ１２のヨー角を検出すると共に、レーザ発光器３４と受光素子４０によりＸステージ６２のヨー角を検出する。また、レーザ発光器３４から出射されたレーザ光の光軸が受光素子４０の中心と一致させることで、Ｘステージ６２を基準位置に正確に位置決めすることができ、ステージアライメントを短時間で行なうことができる。従って、Ｘステージ６２をＸ方向に移動させる際は、受光素子４０の中心にレーザ光が照射された位置を基準位置として記憶し、この基準位置からの移動距離をＸリニアスケール７０により測定する。このように、基準位置をレーザ発光器３４と受光素子４０とからなる計測手段により位置決めできるので、基板交換後のアライメントを効率良く行なえる。

上記実施例では、固定側にレーザ発光器３４を設け、可動側に受光素子４０を設けた構成を一例として挙げたが、これに限らず、可動側にレーザ発光器３４を設け、固定側に受光素子４０を設けた構成としても良いのは勿論である。

また、上記実施例では、Ｘ，Ｙステージを移動させる構成を一例として挙げたが、これに限らず、例えば、Ｙステージを固定側とし、ガントリ部をＹ方向に移動させる構成のものにも本発明が適用できるのは勿論である。

本発明によるステージ装置の実施例１を示す斜視図である。実施例１のステージ装置の側面図である。光検出器３２を拡大して示す図である。光軸位置検出部４２の構成を示すブロック図である。Ｙステージの移動位置に応じた光強度分布のずれを示すグラフである。受光部４０ａ〜４０ｄでの光強度分布の検出パターンを模式的に示す図である。実施例２のステージ装置を示す斜視図である。実施例２のステージ装置の平面図である。

符号の説明

１０，６０ステージ装置
１４ガントリ部
１６Ｙ軸リニアモータ
３２光検出器
３４レーザ発光器
３６制御部
４０ａ〜４０ｄ受光部
４０受光素子
４２光軸位置検出部
４３ピーク位置検出部
４４比較器
６２Ｘステージ
６４加工ユニット取付部
６８Ｘ軸リニアモータ
７０Ｘリニアスケール

Claims

ステージと、該ステージの上方を横架された横架部と、前記ステージまたは横架部の何れかを移動させる駆動手段と、前記横架部材と前記ステージとの相対位置を計測する計測手段と、該計測手段により計測された値に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段とを有するステージ装置において、
前記計測手段は、
前記横架部または前記ステージの何れか一方に設けられたレーザ発光手段と、
前記横架部または前記ステージの何れか他方に設けられ前記レーザ発光手段からのレーザ光を受光し、受光したレーザ光の強度分布の変化に応じた検出信号を出力する光検出手段と、
を備えたことを特徴とするステージ装置。
前記光検出手段は、
受光面が４分割された第１乃至第４の受光部を有する受光素子と、
前記第１乃至第４の受光部から出力された検出信号を比較して光強度分布から光軸の直交する方向への位置を検出する光軸位置検出手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記制御手段は、前記レーザ発光手段からのレーザ光が光軸と直交する方向にずれた場合に前記レーザ光を前記受光素子の中心で受光するように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記光軸位置検出手段は、前記レーザ発光手段からのレーザ光の光軸が前記受光素子の中心に一致したとき前記ステージが基準位置にあることを検出することを特徴とする請求項２に記載のステージ装置。
前記駆動手段は、前記ステージまたは横架部の何れかを両側から一方向に駆動するように一対設けられ、
前記制御手段は、前記光軸位置検出手段により検出された光軸のずれに応じて前記一対の駆動手段の駆動制御を個別に行なって前記ステージまたは横架部の何れかのヨー角度制御を行なうことを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。
前記ステージと前記横架部材との相対的距離を計測する移動方向計測手段を有し、
前記制御手段は、前記移動方向計測手段による計測位置に応じて前記レーザ発光手段からのレーザ光が前記受光素子の中心で受光されるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。