JP2003163257A - 位置決め装置及びその製造方法 - Google Patents

位置決め装置及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御特性に優れ、高速・高精度の位置決めを
実現する。 【解決手段】 被移動物としてのウエハＷを保持するた
めの第一の板であるチャック１と、該チャック１を保持
する第二の板としての中空天板２とを有し、該中空天板
２の材質がセラミック材からなり、該中空天板２の構造
が同一種材質で形成され中空内部Ｈ２を有する一体中空
構造になっていて、中空内部Ｈ２には該中空天板２のね
じれモードに対する固有振動数を高めるリブ構造を有
し、中空天板２と外気を導通するための導通穴Ｈ２ａが
あり、前記リブ構造は、ウエハＷのＸＹ移動方向に沿っ
た断面四角形のリブと該断面四角形のリブに対し角度を
なして接合された断面ひし形のリブとを交互に入れる構
成である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子や液晶
表示素子等の製造方法及び素子等の製造装置に使用され
る、例えば、投影露光装置や各種精密加工装置または各
種精密測定装置において、半導体ウエハやマスクやレチ
クル等の基板を、高精度で高速移動させ、位置決めを可
能ならしめるためのステージなどの位置決め装置に関す
る。また、このような位置決め装置を用いた露光装置を
使って半導体デバイスなどを製造する方法にも適する。
【０００２】
【従来の技術】図１２は従来の位置決め装置であるとこ
ろのＸＹステージを示す構成斜視図であって、これは、
例えば特開平８−２２９７５９号公報に示されている。
【０００３】図中において、４２はステージ装置を支持
する基準面４３を有する定盤、３８は定盤４２に固定さ
れた固定Ｙガイドであり、側面を基準面としている。３
７は移動体としてのＹステージであり、その両側に固定
子３９と可動子４０を有するＹリニアモータ４１によっ
て、固定Ｙガイド３８に案内されてＹ方向に移動する。
３２はＸステージであり、不図示のＸリニアモータ可動
子を備え、Ｙステージ３７に設けられたＸガイド３３に
よってＸ方向に案内され、同じくＹステージ３７に設け
られたＸリニアモータ固定子３４によってＸ方向に推力
が与えられる。
【０００４】Ｘステージ３２を構成する天板３１は、図
１２に示すように、平板形状になっている。天板３１に
は、Ｘ方向及びＹ方向の位置計測のためＸ方向ミラー４
５及びＹ方向ミラー４６が設けられ、それぞれのミラー
にレーザビームが照射され、反射光からＸ方向及びＹ方
向の位置が計測される。
【０００５】また、このステージに図１６に示すθＺＴ
駆動機構を搭載することで、露光光軸と平行な方向であ
るＺ方向及びＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの方向（θｘ、θｙ、θ
ｚ）にも移動が可能となる。
【０００６】図１２におけるＸステージ３２の上部が、
図１６における台盤１５１に相当する。この台盤１５１
は、円筒状の固定部材２０２を有し、固定部材２０２に
保持された多孔質パッド２０７は、図示しないウエハ及
びウエハチャックを保持する天板３１に相当する天板２
０４と一体である案内部材２０３，２０３ａの内周面を
非接触で支持する。台盤１５１は、θリニアモータ２１
６によってその中心軸のまわりに回転可能であり、ま
た、周方向に等間隔で配設されたＺリニアモータ２１５
によって図示上下方向に往復移動可能である。
【０００７】図１３は従来の位置決め装置の各自由度に
おける制御ブロック図である。５７は位置決め装置の機
械特性Ｇｏであり、力ｆを入力すると変位ｘを生じる。
また５８は制御コントローラ特性Ｇｃであり、一般的な
コントローラＰＩＤ特性、アンプ特性及び各安定化フィ
ルタを含み、目標位置ｘｒから変位ｘを引いた値が入力
されると所定の力ｆを発生する。例えば、Ｘ，Ｙ方向の
位置決め制御時の変位ｘはレーザ干渉計の出力値とな
る。それぞれの自由度の目標位置に対し、高速、高精度
に追従することが、位置決め装置の性能の良否を決定す
る。
【０００８】図１４は従来の位置決め装置の制御系ゲイ
ン位相特性を表わす図である。図１４の表すこの特性
は、図１３の機械特性Ｇｏ及び制御コントローラ特性Ｇ
ｃを合成したものであり、一巡伝達特性と言われる。前
述した高速、高精度な追従性を得るには、位置決め装置
のゲイン特性は高い（ハイゲイン化）ほど望ましい。し
かし、機械特性Ｇｏは様々な固有振動数を有し、しかも
従来のような板形状のステージ構造部材３１においては
ピークの高い（減衰の悪い）固有振動数が周波数の低い
帯域（３００Ｈｚ〜）に生じてしまうことがある。
【０００９】ステージ構造部材の振動は、ステージに搭
載された位置計測ミラーの振動につながり、位置決め精
度の悪化を招く。
【００１０】また、高すぎるゲインは固有振動数におい
て発振を引き起こすため、そのままでは制御系のゲイン
特性（図１４においては、ハイゲインの尺度になるゼロ
クロス周波数は４０Ｈｚ程度）は限定されてしまう。
【００１１】そのため、従来では、ローパスフィルタや
ノッチフィルタといった安定化フィルタを多用し、高い
ピークを緩和するような補償をせざるをえなかった。あ
るいは固有振動数をより周波数の高い領域までもってい
くような機構設計をせざるをえなかった。
【００１２】そこで、例えば、特開平１１−１４２５５
５号公報に示されるように、ステージ構造部材を中空構
造にしているが、図１５に示すように、４１はＸステー
ジを構成する天板である。天板４１はセラミックで成形
され、図のように中空構造の成形体となっているが、こ
の中空構造４２は、二体ないしそれ以上に分割したセラ
ミック製の要素から形成され、下部に注入口４３を有し
ている。このように、一度、二体ないしそれ以上を焼成
した後、各要素は再焼結によって接合されるとされ、再
焼結で接合するための中間材質は、熱膨張係数の近いア
ルミナ系の硝子接合などが一般的であるが、天板４１の
熱変形を抑えるために、熱膨張係数小さい材料を使った
場合に熱膨張率差による接合面の接合強度に不安があっ
た。さらに、他の各要素の接合方法として接着剤を用い
ても、接着強度と接着信頼性に不安があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来例では、ウ
エハ等の基板を搭載した天板をＸ、Ｙ方向の所定の位置
に移動するため、レーザ干渉計で天板のＸＹ方向の位置
を管理しながら、ＸＹステージにより台盤がＸＹ方向に
移動する。そして天板は、台盤からラジアル空気軸受の
空気膜を介して駆動力を受け、所定の位置に移動する。
このとき、天板と台盤は一体的に移動することが望まし
い。しかし、実際には、台盤の移動に対して保持盤が受
ける駆動力は、静圧軸受の空気膜の圧縮性により位相遅
れが生じるという問題があった。
【００１４】そこで、ラジアル空気軸受をなくし、θＺ
Ｔ駆動機構に用いているローレンツ力アクチュエータ
（リニアモータ）を微動ＸＹに利用したとしても、天板
３１やその上に搭載されるウエハとウエハチャックの重
さと加速度に耐え得る力をローレンツ力アクチュエータ
（リニアモータ）に持たせることは、モータの大きさや
モータからの発熱面から非常に困難であった。
【００１５】さらに、特開平８−２２９７５９号公報に
示されるような従来の位置決め装置であるところのＸＹ
ステージの天板２０４は、一枚板で構成されて、板の固
有振動数が上がらないという問題があった。これを、特
開平１１−１４２５５５号公報に示すように、中空構造
４２にしても、接合部材のセラミック材と中空構造体の
材質の熱膨張差があると製作できない問題があるため
に、熱膨張係数小さい材料に適用できない問題があっ
た。そのために、接着剤を用いると接着のバラツキによ
って、同一形状であっても部品によって差があったり、
計算で求められる一体部品の固有振動数まで上がらない
という問題があった。
【００１６】また、従来方法では、熱膨張係数の小さい
材料の時には 一枚板であったために、必要な剛性を得
るために、板厚が厚くなり、剛性向上以上に天板を重く
していた。これによって、前述の加速用のリニアモータ
への負荷が増大する。同時に、この加速に耐える力を出
すために必要な電流は増え、リニアモータからの発熱
は、電流の二乗で増加してしまう。最後に、これが、ウ
エハ空間の環境を乱す原因となり、半導体素子の微細加
工を高速で処理することが要求されている現状におい
て、アライメント精度やステージ精度に悪影響を及ぼ
し、生産性を落とすという問題があった。
【００１７】本発明の目的は、半導体製造装置等の位置
決め装置において、制御特性に優れ、高速・高精度な位
置決めが実現できる移動体を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被移動物を移動させるための位置決め装
置において、被移動物を保持するための第一の板（チャ
ック）と、該第一の板を保持する第二の板（天板）とを
有し、該第二の板の材質が熱膨張率が１．０ｅ−６（１
／℃）以下の低熱膨張材または無機質繊維複合材または
ＳｉＣまたはＳｉＣとＳｉから形成されるＳｉＣのコン
ポジット材からなり、該第二の板の構造が同一種材質で
形成され中空内部を有する一体中空構造になっていて、
前記中空内部には該第二の板のねじれモードに対する固
有振動数を高めるリブ構造を有し、前記中空内部と外気
を導通するための穴があることを特徴とする。前記リブ
構造は、第二の板の上下の板に一体になっている。そし
て、第二の板の上下の板を囲むような外周の側板があっ
て、前記リブは側板と側板が接する隅部から離れた側板
の腹部から始まり図形対象位置関係をもつ別の側板の腹
部につなげる。すなわち、断面が四角形のリブと該断面
が四角形のリブに対し角度をなして接合された断面がひ
し形のリブとを交互に入れる構成であることが好まし
い。半導体露光装置の基板移動ステージである位置決め
装置において、被移動物は感光基板と感光パターンを有
する原版とのどちらであってもよい。
【００１９】また、ウエハチャックと天板とウエハ等の
被移動物の相対位置を知るための複数の光学ミラーは、
同じ材質でできていることが好ましく、いずれも中空構
造になっていることが好ましい。
【００２０】また、この一体中空天板は、６自由度に被
移動物を所定の位置に移動するために短ストロークの電
磁力を使ったアクチュエータと天板の重力方向を支持す
る機構を具備していることを特徴としてもよい。
【００２１】本発明に係る位置決め装置全体は、前記短
ストロークの電磁力アクチュエータとは別に長ストロー
クに天板をＸＹ移動させることができる長ストロークの
電磁力アクチュエータを具備することが好ましく、その
長ストロークの電磁力アクチュエータによって、移動さ
れるステージであるＸステージを具備し、前記短ストロ
ークの電磁力アクチュエータと天板の重力方向を支持す
る機構は、Ｘステージに支持されている。そして、前記
短ストローク電磁力アクチュエータとは、被移動物を水
平面方向とヨーイング方向に所定位置に制御させるため
に少なくとも３つ以上のローレンツ力アクチュエータを
具備することが好ましい。更に、水平面方向の被移動物
を移動させるための加速度を補う電磁石アクチュエータ
を具備することが好ましい。そして、ローレンツ力アク
チュエータと電磁石アクチュエータの力点と天板の重心
との差を小さくするために、電磁石アクチュエータの可
動側が取付けられる天板部分の裏面に掘り込みがある中
空天板構造になっていることが好ましい。前記ローレン
ツ力アクチュエータは、被移動物が露光位置にある時
に、最大推力定数の数％以内となるように、該アクチュ
エータのコイルと磁石を配置することが好ましい。
【００２２】また、被移動物を垂直方向とピッチング・
ローリング方向の所定位置に制御させるために少なくと
も３つ以上のローレンツ力アクチュエータを具備し、被
移動物を搬送させるために必要な前記第二の板の移動が
可能なストロークを具備することが好ましく、天板の重
力方向の荷重を支持するために、天板と天板に取付けら
れるウエハやチャックやミラーやローレンツ力アクチュ
エータ可動部や電磁石アクチュエータ可動部や自重補償
部可動部を合わせた重さに等しいかほぼ等しい力を発生
させる磁石の反発力・吸引力または、コイルバネ等で構
成される自重補償機構を具備していることが好ましい。
【００２３】天板に取付けられるアクチュエータは、ア
クチュエータによる発熱によって、天板やミラーやウエ
ハ等が変形することを低減させるために、アクチュエー
タのコイルがＸステージ側にあるように構成されている
ことを特徴としてもよい。また、Ｘステージの上板から
中空天板上に搭載される例えばチャック等に必要とされ
る電気・気体・液体を通すための配管等及び実装配線
が、中空天板の中央部又は最外周部にあって、配線・配
管による振動伝達率が、小さいことを特徴としてもよ
い。
【００２４】また、Ｘステージの上板は、ウエハを搬送
ハンドからチャックに移動させるために、ウエハを一時
保持するための受け渡し支持棒を具備していることが好
ましい。受け渡し支持棒は、最低３本から構成され、チ
ャックや中空天板を貫通している。中空天板が、Ｚ方向
のローレンツ力アクチュエータと自重補償機構の関係に
より上下すると、受け渡し支持棒がチャックの上面から
突出し、受け渡し支持棒が受け渡しのためのウエハを一
時支持することが可能となる。
【００２５】中空天板のある面を仕上げ加工する方法と
して、中空天板の中空内部と外気との導通穴を通して、
中空構造体の中空内部に粉体を入れてもよい。この粉体
を入れることで、粉体によって充填された前記中空内部
の重量が該中空内部を中空構造体の素材で充填した重量
に等しくなっていれば、ラップ時、面圧一定にすること
によって、高い面精度が得られるという特徴がある。ま
た、被移動物の相対位置を知るのに必要とされるミラー
面の製造工程は、前記中空天板に機械的な固定をした後
に行うことができる。
【００２６】要するに、本発明では、位置決め装置の移
動体である天板を熱膨張率が１．０ｅ−６（１／℃）以
下の低熱膨張材や無機質繊維複合材やＳｉＣやＳｉＣの
コンポジット材からなる一体中空構造体で構成し、熱変
形に強く、軽量、高強度、高剛性を実現する。この中空
構造体には、電磁継ぎ手やローレンツ力アクチュエータ
によって、制御特性に優れた位置決め装置を実現する。
さらに、中空構造体を製作する時、中空内部に粉体を入
れて、ラップ加工することにより、ラップ面の面圧が均
一になり高い面精度が実現する。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る位置決め
装置について、被移動物が感光基板としてのウエハであ
る場合を例として、図面を参照しながら詳細に説明す
る。本発明は被移動物が感光パターンを有する原版の場
合にも適用可能である。
【００２８】（第一の実施形態）図１は本発明の第一の
実施形態に係る位置決め装置を構成する天板及びその周
辺を示す概略上面図、図２はそのａ−ａ断面図、図３は
ｂ−ｂ断面図である。この位置決め装置は、第一の板と
してのチャック１とこのチャック１を保持する第二の板
としての中空天板２、ミラー３、電磁継ぎ手４、自重補
償機構６、及び受け渡し支持棒８を有し、中空天板２等
の位置を微調整するためのＸ方向微動リニアモータＬＭ
Ｘ、Ｙ方向微動リニアモータＬＭＹ及びＺ方向微動リニ
アモータＬＭＺ等を備え、これらをＸステージ上板５１
ａ上に配設して構成されている。
【００２９】図において、中空天板２は、焼結前に一体
中空構造としたものを焼結して形成したものである。こ
の中空天板２は、無機質繊維複合材やＳｉＣとＳｉから
形成されるＳｉＣのコンポジット材からなり、その全体
が同一種材質で焼結して形成されている。２体以上の部
品を接着剤や再焼結によるガラス接合のような異種材を
用いずに、焼結させるために、従来のような接合部での
剛性劣化がない。また、熱膨張率が１．０ｅ−６（１／
℃）以下の低熱膨張材やＳｉＣからなる場合では、中空
構造にするために同時に一体焼結できず、２体以上の部
品になる。このような場合であっても、熱膨張係数が合
わない接着剤やガラス接合のようなものではなく、熱膨
張率差を吸収するようにメタル接合を用いることによっ
て従来のような接合部での剛性劣化がない。これによっ
て、同一種材質で一体中空構造にすることができる。
【００３０】また、この中空天板２は、剛性を確保する
ために、図５や図６に示すようなリブ構造になってお
り、リブ構造で構成された中空内部Ｈ２を外気と導通さ
せるための導通穴Ｈ２ａを具備している。外気とは、例
えば、大気だけでなく、Ｎ2雰囲気やＨｅ雰囲気や真空
である。中空構造の製造時は不活性ガス雰囲気中で行わ
れるが、これと、ステージ搭載時や保管時の環境と異な
る。導通穴Ｈ２ａは、この中空天板２内に残留したガス
が前記雰囲気に漏れ出し、その漏れ出したガスによって
ステージ環境を汚し、真空度が上がらないということが
発生しないようにするために、設けられている。
【００３１】中空天板２の上面には、感光基板であるウ
エハＷを搭載するためにウエハチャック１があり、この
チャック１は、図示されないバキュームエアや機械的ク
ランプによって、天板２に固定されている。ウエハＷ
も、図示されないバキュームエアや静電気力によってチ
ャック１にクランプされている。
【００３２】さらに、ウエハＷの相対位置を計測するた
めに、ミラー３を持つ。このミラー３は、図２では、一
つしか示されていないが、６自由度を計測できるよう
に、複数存在する。図１では、ミラー３の上面図が本来
見えるはずであるが、省略している。ミラー３と中空天
板２の固定方法は、例えば、特開平５−１９１５７号公
報に示されている方法による。
【００３３】チャック１やミラー３も、中空天板２と同
じ材料で構成されており、熱膨張率及び熱伝導率が等し
い。これにより、露光熱やアクチュエータの熱により、
天板２の温度が変化しても、中空天板２とミラー３間や
中空天板２とチャック１間で、熱膨張率差による変形が
生じない。さらに、チャック１やミラー３も中空構造を
していて中空内部Ｈ１，Ｈ３があるため、軽量・高剛性
を実現することが可能となった。チャック１やミラー３
が軽量化することは、中空天板２を含めた可動体全体の
固有振動数を向上させる効果がある。
【００３４】中空天板２は、下面に、６自由度にウエハ
Ｗを所定の位置に移動するために電磁力を使ったアクチ
ュエータと、天板２の重力方向を支持する機構とを具備
している。電磁力を使ったアクチュエータには、二つの
タイプがある。一つはＸＹ方向の加速力を受け持つ電磁
継ぎ手４であり、他の一つは６自由度を制御するための
ローレンツ力アクチュエータとしての微動リニアモータ
ＬＭである。前記アクチュエータは、短ストロークであ
り、図１７に示すような長ストローク移動できるＸステ
ージ５１の上板５１ａの上に載っている。
【００３５】ここで、この長ストロークステージ部分と
して、Ｙステージ５４及びＸステージ５１について説明
する。Ｙステージ５４は、Ｙステージガイド５４ａの下
面側にある図示しない静圧空気軸受けに給気することに
より定盤５５から浮上され、その両側に配置された二つ
の駆動アクチュエータ５４ｃにより、定盤５５の片側に
設けられている固定ガイド５２と一方のＹステージガイ
ド５４ａの側面に図示しない静圧空気軸受けに給気する
ことにより固定ガイド５２に沿って水平方向に案内され
Ｙ方向に移動可能である。また、Ｘステージ５１は、Ｘ
ステージベース５１ｃの下面側にある図示しない静圧空
気軸受けに給気することにより、Ｙステージ５４と同様
に定盤５５から浮上され、Ｙステージ５４の側面５４ｂ
とＸステージガイド５１ｂに図示しない静圧空気軸受け
に給気することにより側面５４ｂに沿って水平方向に案
内され、駆動アクチュエータ５１ｄによりＸ方向に移動
可能である。このとき、Ｘステージ５１及びＹステージ
５４は、複数の与圧用磁石ユニットによって、常に一定
の姿勢となるように調整されている。この長ストローク
部分のステージには、不図示のレーザ干渉計が具備され
ている。この干渉計に対応するミラーは、従来の天板に
配置したような光学ミラーをＸステージ５１の上面に設
けても良いし、Ｙ方向はＹステージの部分５４ｄ上に各
々１個配置し、Ｘステージ５１の位置は、Ｙステージ５
４からＸステージ５１上の光学ミラーの位置を計測する
形で検出しても良い。この長ストロークの部分におい
て、長ストローク部分の制御のためにレーザ干渉計シス
テムを付加する以外は、特開平８−２２９７５９号公報
に開示のステージと共通であっても良い。
【００３６】従来は、ＸＹ方向の最終位置決め制御も、
ラジアル空気軸受けを介して、この長ストロークである
駆動アクチュエータ５４ｃや駆動アクチュエータ５１ｄ
でウエハＷの位置をコントロールしていた。本実施形態
では、ＸＹ方向の最終位置決め制御は、先に説明した中
空天板２の下面のローレンツ力アクチュエータである微
動リニアモータＬＭＸ，ＬＭＹによって行われる。その
ため、この長ストロークの制御性能を下げることが可能
であり、部品コストや調整コストも下げることが可能と
なった。さらに、従来は制御特性を重視するために、長
ストロークアクチュエータもローレンツ力アクチュエー
タである必要はなく、発熱や推力を重視した他のリニア
モータのタイプであっても良い。
【００３７】ここで、長ストロークアクチュエータが発
生した加速力を、中空天板２を含む微動可動部に伝達す
るのが電磁継ぎ手４である。電磁継ぎ手４は１ユニット
では、吸引力方向の力しか発生しないので、図２に示す
ように、Ｘ方向に二つ対向して配置される。図示されて
いないが、紙面の上下方向にＹ方向用に二つ対向して配
置される。電磁継ぎ手４は、Ｘステージ上板５１ａ上の
中央部に固定側４ｂが配置され、中空天板２側に可動側
４ａが配置される。発熱や実装の面から、電磁継ぎ手４
のコイルは、固定側（不図示）にある。可動側４ａも固
定側４ｂも電磁鋼板によって構成されている。固定側４
ｂの積層鋼板は、コイルを入れることができるように、
Ｅ型やＵ型の形状をしている。電磁継ぎ手４の可動側４
ａと固定側４ｂには、適当なギャップが存在する。この
ギャップ量は、対向する電磁継ぎ手４の面の加工・組立
精度と制御やウエハアライメントのために６自由度移動
するのに必要なストロークと加速時に長ストロークアク
チュエータによって制御されるＸステージ５１と微動可
動部の位置との差分（長ストローク側の制御残差）によ
って決定される。また、微動可動部がウエハＷを回転方
向に位置決めする時に、電磁継ぎ手４の部分も、Ｚ軸周
りに干渉しないように、対向する面は、円筒状になって
いる。
【００３８】上記の４つの電磁継ぎ手４で構成されたユ
ニットの対向する面の円弧の中心は、すべて同一であ
る。加工精度の面から同一半径であることが望ましい。
円弧のＸＹ平面内の中心は、中空天板２を含む微動可動
部の重心Ｇとできるだけ等しいことが望ましい。
【００３９】中空天板２の下面には、前述したように、
もう一つのアクチュエータとして６自由度に制御させる
ためにローレンツ力アクチュエータである微動リニアモ
ータＬＭを配置している。ＸＹ方向に微動させるための
微動リニアモータＬＭＸ，ＬＭＹは、電磁継ぎ手４の外
側に配置し、Ｘ軸上に二つのＹ方向の微動リニアモータ
ＬＭＹと、Ｙ軸上に二つのＸ方向の微動リニアモータＬ
ＭＸがある。ヨーイング方向の制御は、Ｙ方向微動リニ
アモータＬＭＹかＸ方向微動リニアモータＬＭＸのどち
らかのリニアモータによって行われる。その他の配置と
して、ＸＹ方向の微動リニアモータＬＭＸ，ＬＭＹのど
ちらかのリニアモータを１個として、微動可動部の重心
に配置することも可能である。ＸＹ方向微動リニアモー
タＬＭＸ，ＬＭＹは、いずれも発熱・実装の面から、可
動側ＬＭＸ１，ＬＭＹ１に磁石とヨークとを配置し、発
熱するコイルを固定側ＬＭＸ２，ＬＭＹ２にしている。
【００４０】Ｚ方向とピッチング・ローリング方向を制
御するために、図１に示すように３つのＺ方向微動リニ
アモータＬＭＺを天板２の下面の周辺に配置している。
図３は図１のｂ−ｂ矢視から見た側面図である。ＸＹ方
向微動リニアモータＬＭＸ、ＬＭＹと同様に、Ｚ方向微
動リニアモータＬＭＺも、発熱・実装の面から、可動側
ＬＭＺ１に磁石とヨークとを配置し、発熱するコイルを
固定側ＬＭＺ２にしている。
【００４１】さらに、中空天板２の下面には、自重補償
機構６が装備されている。この自重補償機構６は、その
発生する力が図３に示すように微動可動部の重量とほぼ
等しくなるようになっている。その力残差は、中空天板
２の上下位置により自重補償機構６より発生する力が変
化することによる。この力残差は、Ｚ方向の微動リニア
モータＬＭＺによって、完全に取り除かれる。この力残
差によって、定常的に大きな推力をＺ方向の微動リニア
モータＬＭＺが発生する必要があり、自重補償機構６が
発生する力は、微動リニアモータＬＭの発熱によって、
中空天板２の周りの環境が悪化することのないように調
整されている。発生する力変動を少なくするために、自
重補償機構６としては、吸引磁石６ａと圧縮バネ６ｂを
併用することにより実現している。これ以外にも、同様
の効果を発揮するベロフラムや磁石反発であっても良
い。
【００４２】この自重補償機構６は、Ｚ方向微動リニア
モータＬＭＺと同軸にすると、自重補償機構６で取りき
れない力残差を中空天板２に与えないので、同軸上にあ
る方が望ましい。
【００４３】電磁継ぎ手４の固定側から、ウエハＷの交
換時に、一時的にウエハＷを保持するための受け渡し支
持棒８は、３本具備している。ウエハＷがチャック１に
保持されているような露光等の時は、受け渡し支持棒８
の上面よりも、ウエハＷの下面やチャック１の上面が上
方にある状態になっている。受け渡し支持棒８自身には
上下する機能はなく、中空天板２全体が、Ｚ方向の微動
リニアモータＬＭＺによって下方に動くことによって、
図４に示すように、チャック１の上面より飛び出す。結
果として、支持棒８は、ウエハＷの裏面で、ウエハＷを
保持できる。ウエハＷを搬送するために搬送ハンド９が
出入できる隙間まで、中空天板２全体を下げることによ
って、ウエハＷの裏面とチャック１の上面の間隔を作
る。これによって、搬送ハンド９により、ウエハＷの交
換も可能である。
【００４４】さらに、ミラー３は、露光位置からウエハ
受け渡し等で、下方に中空天板２が下がった場合であっ
ても、レーザ干渉計で計測できるような高さになってい
る。
【００４５】ＸＹ方向微動リニアモータＬＭＸ，ＬＭＹ
とＺ方向微動リニアモータＬＭＺは、図４に示すよう
に、チャック１のクリーニングで、露光位置よりアップ
した場合や、ウエハＷの交換によってダウンした場合で
も、推力が発生するような磁石とコイル配置になってい
る。この時、ウエハＷの交換の時間が短く、発熱量とし
て小さいので、露光位置にいる時と同じ推力を出す必要
はなく、推力定数を露光位置の時に比べて、１０％程度
小さくすることによって、微動リニアモータＬＭはコン
パクトにする方が良い。どの位置でもむやみに同じ推力
を維持しようと大きい微動リニアモータＬＭにすると、
磁石も大きくなり微動可動部が重くなり、電磁継ぎ手４
が加速時に受け持つ負荷が増え、電磁継ぎ手４が発熱
し、その発熱で、環境に影響を与える。この発熱で天板
２の温度が上昇し、ウエハＷとミラー３間の距離が変化
してしまうという問題を起こす。また、粗動リニアモー
タの負荷も増える。さらに、比較的大きい微動リニアモ
ータＬＭによって、Ｚ方向にも大きくなると、微動可動
部重心Ｇが粗動リニアモータの駆動点（力点）よりも離
れてしまう。これによるモーメントを受ける図１７のＸ
ステージ５１の下面は静圧空気軸受けの負荷が増える。
単位面積当たりの静圧空気軸受けの負荷が決まっている
ので、Ｘステージ５１の下面を大きくすることになる。
これは、Ｘステージ５１を大きくすることになり、Ｘス
テージ５１を搬送するＸリニアモータやこれをさらに搬
送するＹステージ５４のリニアモータに負荷をかけるこ
とになる。このように、負荷を下流に向けて増大させる
傾向にあり、本実施形態の構成の場合、微動リニアモー
タＬＭをコンパクトすることは重要である。図２に示す
ように、微動リニアモータＬＭは、露光位置におけるコ
イルと磁石の関係が非対称位置（センタが一致してい
る）にあり、露光位置にいる時に最大推力定数の数％以
内にあるようにコイルと磁石を配置することを特徴とし
ている。
【００４６】露光時に最大推力定数でなく、最大推力定
数の数％以内に設定するのは、ウエハ交換によってダウ
ンした時の推力定数の低下が２０％を超えると、短時間
であっても、熱の影響を無視できないためである。
【００４７】本実施形態に係る中空天板２は、図２に示
すように、微動可動部と電磁継ぎ手４の力点を合わせる
ために、その中心部に掘り込みを持つことを特徴として
いる。例えば、距離αが１０ｍｍあって、天板２の重さ
が１０ｋｇ、Ｚ方向微動リニアモータＬＭＺの支持スパ
ンが１００ｍｍであり、１Ｇの加速度にてウエハＷを動
かそうとすると、距離αに基づくモーメントによって、
Ｚ方向微動リニアモータＬＭＺで１ｋｇｆの力を受け持
つ必要がある。Ｚ方向微動リニアモータＬＭＺからの発
熱を小さくするためにも、微動可動部の重心Ｇと電磁継
ぎ手４の力点との距離αはゼロが望ましい。逆に、電磁
継ぎ手４は、中空天板２に、ＸＹＺ方向の微動リニアモ
ータＬＭＸ，ＬＭＹ，ＬＭＺが取付けられる面と同じ面
に取付けると、距離αの増加に比例して、Ｚ方向微動リ
ニアモータＬＭＺが受け持つ力は増え、大きなサイズの
微動リニアモータＬＭＺが必要になる。これによって、
移動荷重も増え、ステージとしての成立が極めて困難に
なる。図２に示す図形は、説明のために意識的に大きな
差分を設けて表してある。
【００４８】次に、中空天板２の構造について説明す
る。中空天板２は、内部のリブによって、所定の強度や
剛性の補強の機能が与えられる。また、中空天板２は、
リブによって隔壁された部屋を外部の環境と等しくする
ために、図２に示すような導通穴Ｈ２ａを有する。
【００４９】さて、本実施形態に係る位置決め装置の制
御系において、高速で、高精度な追従性を得るために
は、位置決め装置のゲイン特性は高い（ハイゲイン化）
ほど望ましい。そのため、従来においてゲイン特性に限
界を与えていたステージの特性に代表される機械特性の
固有振動数の値を上げることが必要であり、本実施形態
に係る中空天板２は、中空内部とリブ構造によって、従
来よりも固有振動数が大幅に向上し、制御系のゲイン特
性が改善された。例えば、スキャン型の露光装置におい
て、ウエハＷとレチクルの同期精度を数ｎｍレベルにす
るためには、ステージ単体におけるゼロクロス周波数も
年々高い値を必要とされてきている。これを達成させる
ために必要とされる中空天板２のそれも比例して、従来
の数倍の値が必要となっている。本発明を適用すること
によって高い固有振動数を有する天板２が可能となっ
た。
【００５０】具体的なリブの構成を説明する。図５は中
空天板２のリブ構造を示す断面図である。中空天板２
は、中心部に掘り込みがない場合、そのリブの構成は、
図５に示すようになっている。
【００５１】図１８に示すように、リブ構造は、５つの
パターン（リブなし・ひし形リブ・十字リブ・丸型リブ
・Ｘ型リブ）について固有値解析し、評価してみると、
１次モードがねじれモードであり、このねじれモードに
対して強い順に固有振動数が高くなる。この中の順位
は、リブなし・十字リブ・丸型リブ・Ｘ型リブ・ひし形
リブの順に固有振動数が高くなる。定盤等でリブを入れ
る時に一般的に行われるＸ型リブよりもひし形リブの方
が、本発明で示すリブ構造が優れていることが分かる。
すなわち、リブ構造は、中空天板２の上下の板に一体に
なっている。そして、中空天板の上下の板を囲むような
外周の側板があって、このリブは側板と側板が接する隅
部から離れた側板の腹部から始まり図形対象位置関係を
もつ別の側板の腹部につながるように配置されればよ
い。
【００５２】これを、具体的に形状に示したのが図５で
ある。図５（ａ）に示すように、リブ構造は、前記ひし
形を繰り返し、あたかも断面がＸＹ微動方向に沿った四
辺からなる四角形□のリブＲ１と、これに対し断面がそ
れぞれ４５度の傾斜角度をなす四辺からなるひし形◇の
リブＲ２とを交互に、リブＲ１ａ内にリブＲ２ａ、その
内側にリブＲ１ｂ、さらにその内側へリブＲ２ｂを、そ
れぞれ入れる構造にすることによって、非常に高い固有
振動数を実現することができた。
【００５３】本実施形態では、中央部に電磁継ぎ手４を
配置することを特徴としている。これを適用したリブ構
造を図６に示す。このリブ構造は、電磁継ぎ手４の可動
部４ａの取り付け穴Ｈ２ｃをなす内接円の大きさが電磁
継ぎ手４の固定部の外径より干渉しない程度にやや大き
く、断面内周が円形の円リブの外接部が、ひし形◇の言
わば円形とひし形との組み合わせリブＲ３を有する構造
になっている。その外側は、図５と同じパターンである
断面が四角形□のリブと断面の各辺が４５度の角度をな
すひし形◇のリブとが交互に繰り返されて、四角形□の
リブＲ１ａ内にひし形◇のリブＲ２ａがあり、その内側
に四角形□のリブＲ１ｂがある。さらに、図５（ａ）の
発展系として、図５（ｂ）を示す。外側の四隅の三角部
分を軽くすることによって図５（ａ）は固有振動数を向
上させている。しかし、実際の構成では、ミラー３等の
質量が乗る。このような場合には図５（ｂ）のように側
板と側板が接する接点からリブを出すように対角線にリ
ブを入れるのではなく、ねじりに弱いところである腹Ｒ
ｗからリブを出すことが固有振動数向上に有効である。
【００５４】ここで、リブの厚みであるが、本実施形態
では、計算上は５ｍｍ程度が最適である。１０ｍｍに増
やしても、固有振動数は、わずかな向上にしかならな
い。材質をＳｉＣとＳｉから形成されるＳｉＣのコンポ
ジット材する場合では、中空構造にするために単品で事
前に焼結しないので、接合する面を確保するためや、単
品の焼結時における強度維持のために、リブ厚を厚く取
ることが不要である。本実施形態に係る中空天板２は、
最終の焼結をする前の段階で、リブ構造にしており、焼
結前の強度も中空構造にすることで確保できるという利
点がある。従来のように固有振動数の向上に寄与しない
にもかかわらず、接合面となる中空リブの厚みを取る必
要がないため、中空天板２は、必要以上に重くすること
がない。これによって、中空天板２は軽量化することが
でき、前述の加速用のリニアモータへの負荷は低減し、
この加速に耐える力を出すために必要な電流は同時に下
がり、リニアモータからの発熱は大幅に改善され、環境
に及ぼす影響が減り、位置決め精度が向上する。また、
無機質繊維複合材を用いた場合は、比剛性が高いので、
より軽量でかつ高剛性を実現できる。熱膨張率が１．０
ｅ−６（１／℃）以下の低熱膨張材を用いる場合、低熱
膨張材の材質がコージライト系である場合、ヤング率が
低く、天板として適用することができなかったが、本発
明のリブ構造の中空天板にすることによって、低熱膨張
材でも実現することが可能となった。また、ＳｉＣのコ
ンポジット材よりも高剛性を求めるためにヤング率が高
い材質であるＳｉＣを用いた場合であっても、同様の効
果が得られることは言うまでもない。
【００５５】（第二の実施形態）図７に示す第二の実施
形態として、中空天板２の側面に光学ミラーを接着固定
又はメカニカル固定されたミラー一体型中空天板２につ
いて説明する。この光学ミラー３の材質も、熱膨張率差
による中空天板２の変形を避けるために、中空天板２と
同じ材質である。同じ材質で一体構造になっているの
で、ミラー３がステージの移動時の加速で動くという問
題は発生しない。また、剛性の高い中空天板２に保持さ
れているために、ミラー３が変形する心配もないという
利点がある。
【００５６】Ｘステージ５１の上板５１ａから中空天板
２上に搭載されるチャック１や不図示のセンサ等に必要
とされる電気・気体・液体を通すための配管等及び実装
配線は、中空天板２の中央部又は最外周部にあって、配
線・配管による振動伝達率が、小さくできることを特徴
とする。小さい振動伝達率にするために、エア等の内圧
が掛かる比較的硬い配管は、図７に示すように、電磁継
ぎ手４の固定側の中央部の導入管１１を通って、上下を
つなぐ接続チューブ１３を経由し、電磁継ぎ手４の可動
側の中央部の導入管１５を経由し、さらに、天板２の中
央部を経由して、チャック１のウエハ吸着用真空溝１８
に供給される。この時、振動伝達率を決める要素は、接
続チューブ１３である。この実施形態は、チューブ１３
を中央部に配置することで、該チューブ１３による非対
称な干渉成分が発生しにくく、制御性が良いという特徴
をもつ。中央部が有利であるが、チューブ１３による影
響を小さくするために、この接続チューブ１３は細く、
長さは長く、螺旋状にするのが望ましい。比較的軟らか
い電気ケーブル等の実装ケーブル類１７は、振動に対す
る影響が小さいので、天板２の外周側が望ましい。特
に、信号ケーブルは、断線等の交換を容易するために
も、エア配管チューブのように内部に配置するよりも、
外周に配置する方が望ましい。
【００５７】次に、中空天板２を加工する方法を説明す
る。光学ミラー面を仕上げるために、まず、先に述べた
ように、中空天板２にミラー３の部材を固定し、図９に
示すように、中空天板２の外気との導通穴Ｈ２ａを通し
て、中空構造体の中空内部Ｈ２に粉体（球体・円筒）２
０を入れる。この粉体２０を入れることで、この粉体２
０によって充填された中空内部Ｈ２の重量が、該中空内
部を中空構造体の素材で充填した重量と等しくなるよう
にする。粉体２０は円筒状をして、整列するように並べ
る場合、ＳｉＣのコンポジット材の比重が３．０である
時、粉体２０の比重は、３．８となる。その材料として
アルミナセラミクスを用いれば良い。
【００５８】このように粉体２０を充填することによっ
て、研削やラップやポリシュする時に、部材の面圧は、
中実天板と同じになる。特に、ラップ盤２２のような高
精度な平面を出す時、面圧の差で加工量が異なってしま
うが、粉体２０を充填することで解決される。図１０
は、ミラー３の面をラップ加工している図である。図１
１は、チャック１が取付けられる中空天板２の面２ａを
仕上げている図である。このような手法は、中空天板２
のミラー３の面の加工をする場合だけに限定されるもの
ではなく、１μｍ以下の平面度を必要とする中空ガイド
等のその他の中空部材を仕上げる時にも適用されるもの
である。
【００５９】（第三の実施形態）図８は本発明の第三の
実施形態に係る位置決め装置を示す図である。図２で
は、電磁継ぎ手４の可動部４ａが中空天板２に取付けら
れる部分において、中空天板２側は、１枚板になってい
たが、電磁継ぎ手４が受ける加速力が大きいと、中空天
板２を変形させてしまう。この変形によって、ウエハチ
ャック１も変形してしまう。これによって、ウエハＷも
変形し、アライメントエラーの原因となる。そこで、第
三の実施形態では、中空天板２の強度を上げるために、
電磁継ぎ手４の可動部４ａが取付けられる中空天板２の
部分２ｂにおいても、単純に板の厚さを厚くするのでは
なく、中空構造にして、軽量高剛性を実現している。
【００６０】
【発明の効果】本発明では、ステージの構造部材おい
て、最も精度に影響を及ぼす天板を前記熱膨張率が１．
０ｅ−６（１／℃）以下の低熱膨張材または無機質繊維
複合材またはＳｉＣまたはＳｉＣとＳｉから形成される
ＳｉＣのコンポジット材からなる一体中空構造で、その
リブ構造が、天板の側板と側板が接する隅部から離れた
側板の腹部から始まり図形対象位置関係をもつ別の側板
の腹部につながるようにしたことによって、天板は、軽
量、高強度、及び高剛性を実現することができた。ま
た、電磁継ぎ手やローレンツ力アクチュエータによっ
て、制御特性に優れた位置決め装置を実現できる。
【００６１】さらに、中空天板の上下移動できるストロ
ークを持ったローレンツ力アクチュエータのストローク
位置により推力定数の配分を最適化することによって、
温度環境への影響を最小限にしたウエハ等の基板交換と
露光時フォーカス制御を実現した。
【００６２】中空構造体の内部に粉体を入れて、ラップ
加工することにより、ラップ面の面圧が均一になり高い
面精度を実現することができた。これらによって、高速
で、高精度に位置決めする位置決め装置を提供すること
ができ、露光装置において、高い生産性とアライメント
精度を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施形態に係る位置決め装置
の平面図である。
【図２】 図１におけるａ−ａ断面図である。
【図３】 図１におけるｂ−ｂ断面図である。
【図４】 本発明の第一の実施形態に係る位置決め装置
の動作説明用図であって、中心位置における断面図であ
る。
【図５】 （ａ）は本発明の実施形態に係る位置決め装
置の中空天板のリブ構造の例を示す断面図であり、
（ｂ）は本発明の実施形態に係る位置決め装置の中空天
板のリブ構造として（ａ）の発展系の例を示す断面図で
ある。
【図６】 本発明の実施形態に係る位置決め装置の中空
天板のリブ構造の他の例を示す断面図である。
【図７】 本発明の第二の実施形態に係る位置決め装置
の中心位置における断面図である。
【図８】 本発明の第三の実施形態に係る位置決め装置
の中心位置における断面図である。
【図９】 本発明の実施形態に係る中空天板を加工する
方法を説明するための図である。
【図１０】 本発明の実施形態に係る中空天板における
ミラー面をラップ加工している状態を示す図である。
【図１１】 本発明の実施形態に係る中空天板のチャッ
クが取付けられる面を仕上げている状態を示す図であ
る。
【図１２】 従来の位置決め装置の斜視図である。
【図１３】 従来の位置決め装置の各自由度における制
御ブロック図である。
【図１４】 従来の位置決め装置の制御系ゲイン位相特
性を表わす図である。
【図１５】 従来のステージ構造部材の中空構造を示す
斜視図である。
【図１６】 従来のステージに搭載したθＺＴ駆動機構
の断面図である。
【図１７】 長ストローク移動できるＸステージの斜視
図である。
【図１８】 中空天板のリブ構造の５つのパターン（リ
ブなし・ひし形リブ・十字リブ・丸型リブ・Ｘ型リブ）
を示す図である。
【符号の説明】
１：チャック（第一の板）、２：中空天板（第二の
板）、３：ミラー（第三の板を含む）、４：電磁継ぎ
手、４ａ：可動側、４ｂ：固定側、６：自重補償機構、
６ａ：吸引磁石、６ｂ：圧縮バネ、８：受け渡し支持
棒、９：搬送ハンド、１０：干渉ビーム、１１：導入
管、１３：接続チューブ、１５：導入管、１７：実装ケ
ーブル類、１８：ウエハ吸着用真空溝、２０：粉体、２
２：ラップ盤、５１：Ｘステージ、５１ａ：Ｘステージ
上板（第四の板）、５１ｂ：Ｘステージガイド、５１
ｃ：Ｘステージベース、５１ｄ：Ｘ駆動アクチュエー
タ、５２：固定ガイド、５４：Ｙステージ、５４ａ：Ｙ
ステージガイド、５４ｂ：Ｙステージの側面、５４ｃ：
Ｙ駆動アクチュエータ、５４ｄ：Ｙステージの部分、５
５：定盤、Ｈ１：中空内部、Ｈ２：中空内部、Ｈ２ａ：
導通穴、Ｈ２ｃ：取り付け穴、Ｈ３：中空内部、ＬＭ
Ｘ：Ｘ方向微動リニアモータ、ＬＭＸ１：可動側、ＬＭ
Ｘ２：固定側、ＬＭＹ：Ｙ方向微動リニアモータ、ＬＭ
Ｙ１：可動側、ＬＭＹ２：固定側、ＬＭＺ：Ｚ方向微動
リニアモータ、ＬＭＺ１：可動側、ＬＭＺ２：固定側、
Ｗ：ウエハ。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年６月１３日（２００２．６．１
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項７】 前記リブ構造は、断面が四角形のリブと
該断面が四角形のリブに対し角度をなして接合された断
面がひし形のリブとを交互に入れる構成であることを特
徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の位置決め装
置。
【請求項８】 前記第二板の材質は熱膨張率が１．０ｅ
−６（１／℃）以下の低熱膨張材または無機質繊維複合
材またはＳｉＣまたはＳｉＣとＳｉから形成されるＳｉ
Ｃのコンポジット材からなっていることを特徴とする請
求項１〜７のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項９】 半導体露光装置の基板移動ステージであ
る位置決め装置において、前記被移動物が感光基板と感
光パターンを有する原版とのどちらかであることを特徴
とする請求項１〜８のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１０】 前記第一板は前記第二板と同じ材質で
できており、前記第一板も中空構造になっていることを
特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の位置決め装
置。
【請求項１１】 前記第二板は、前記被移動物の相対位
置を知るための第三板として複数の光学ミラーを具備
し、前記第三板は、前記第二板と同一材質の中空構造に
なっており、前記第二板は、６自由度に前記被移動物を
所定の位置に移動するために電磁力を使ったアクチュエ
ータと前記第二板の重力方向を支持する機構を具備して
いることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載
の位置決め装置。
【請求項１２】 前記アクチュエータとは別に長ストロ
ークにて前記第一板をＸＹ移動させることができる長ス
トロークアクチュエータを具備し、その長ストロークア
クチュエータによって移動される第四板を具備し、前記
アクチュエータと前記第二板の重力方向を支持する機構
は、前記第四板に支持されていることを特徴とする請求
項１１に記載の位置決め装置。
【請求項１３】 前記アクチュエータは、前記被移動物
を水平方向とヨーイング方向に所定位置に制御させるた
めの少なくとも３つ以上のローレンツ力アクチュエータ
と、被移動物を移動させるための加速度を補うために同
心円上に配置された少なくとも４つ以上の電磁石アクチ
ュエータを有し、前記電磁石アクチュエータの可動側が
前記第二板に固定され、前記ローレンツ力アクチュエー
タと電磁石アクチュエータの力点と前記第二板の重心と
の差を小さくするために、少なくともアクチュエータが
取付けられる前記第二板は裏面に掘り込みがある中空板
構造であることを特徴とする請求項１１または１２に記
載の位置決め装置。
【請求項１４】 前記ローレンツ力アクチュエータは、
前記被移動物が露光位置にある時に、最大推力定数の数
％以内となるように、該アクチュエータのコイルと磁石
を配置することを特徴とする請求項１３に記載の位置決
め装置。
【請求項１５】 前記第四板は、前記被移動物を搬送ハ
ンドから前記第一板に移動させるために、前記被移動物
を一時保持するための受け渡し支持棒を具備し、前記受
け渡し支持棒は、少なくとも３本設けられ、前記第一板
及び第二板を貫通し、前記第二板が前記アクチュエータ
によって上下することで、前記第一板の上面から突出す
ることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載
の位置決め装置。
【請求項１６】 前記第四板から前記第二板に供給され
る電気・気体・液体を通すための配管及び実装配線が、
前記第二板の中央部及び最外周部のどちらかにあること
を特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載の位置
決め装置。
【請求項１７】 前記被移動物を垂直方向とピッチング
・ローリング方向の所定位置に制御させるために少なく
とも３つ以上のローレンツ力アクチュエータを備え、前
記被移動物を搬送させるために必要な前記第二板の移動
が可能なストロークを具備すること特徴とする請求項１
〜１６のいずれかに記載の位置決め装置。
【請求項１８】 前記第二板の重力方向の荷重を支持す
るために、前記第二板と前記第二板に機械的に固定され
る部品との重さに等しい力を発生させる自重補償機構を
有することを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記
載の位置決め装置。
【請求項１９】 １μｍ以下の仕上げ面を必要とする前
記中空構造を有する請求項１に記載の位置決め装置の製
造方法において、前記中空構造の中空内部に粉体を入れ
るための穴を具備し、前記粉体を入れる前記中空内部内
の重量が該中空内部内を前記第二板と同種の材質素材で
充填した場合の該中空内部内の重量に等しい状態にし
て、製造工程を行うことを特徴とする位置決め装置の製
造方法。
【請求項２０】 請求項１１〜１８のいずれかに記載の
位置決め装置の製造方法において、前記第三板は、前記
第二板に機械的な固定をした後に、被移動物の相対位置
を知るのに必要とされるミラー面の製造工程を行うこと
を特徴とする位置決め装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被移動物を移動させるための位置決め装
置において、前記被移動物を保持するための第一板と、
前記第一板を保持する第二板を有し、前記第二板の材質
がセラミック材料からなり、前記第二板は中空内部を有
する中空構造になっていて、前記中空内部にはリブ構造
が設けられ、前記第二板には前記中空内部と外部を導通
するための穴があることを特徴とする。例えば、本発明
は、被移動物を移動させるための位置決め装置におい
て、被移動物を保持するための第一板（チャック）と、
該第一板を保持する第二板（天板）とを有し、該第二板
の材質が熱膨張率が１．０ｅ−６（１／℃）以下の低熱
膨張材または無機質繊維複合材またはＳｉＣまたはＳｉ
ＣとＳｉから形成されるＳｉＣのコンポジット材からな
り、該第二板の構造が同一種材質で形成され中空内部を
有する一体中空構造になっていて、前記中空内部には該
第二板のねじれモードに対する固有振動数を高めるリブ
構造を有し、前記中空内部と外気を導通するための穴が
あることを特徴とする。前記リブは、第二板の上板と下
板に一体になっている。そして、第二板の上板と下板を
囲むような側板があって、前記リブは前記側板の隅部か
ら離れた側板の腹部のみから始まり前記側板の他の腹部
のみにつながる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】また、本発明は、被移動物を移動させるた
めの位置決め装置において、前記被移動物を保持するた
めの第一板と、前記第一板を保持する第二板を有し、前
記第二板の材質がセラミック材料からなり、該第二板は
リブ構造を有し、前記第二板を囲むような外周の側板が
あって、前記リブは前記側板の隅部から離れた側板の腹
部のみから始まり側板の他の腹部のみにつながることを
特徴としてもよいし、被移動物を移動させるための位置
決め装置において、前記被移動物を保持するための第一
板と、前記第一板を保持する第二板を有し、前記第二板
の材質がセラミック材料からなり、前記第二板は中空内
部を有する中空構造になっていて、前記中空内部にはリ
ブ構造が設けられ、前記リブは前記側板の隅部から離れ
た側板の腹部のみから始まり側板の他の腹部のみにつな
がることを特徴としてもよい。この場合も、前記リブ
は、前記第二板の上板と下板に一体になっていて、前記
第二板には前記中空内部と外部を導通するための穴があ
ることが好ましい。上記いずれの場合も、断面が四角形
のリブと該断面が四角形のリブに対し角度をなして接合
された断面がひし形のリブとを交互に入れる構成である
ことが好ましい。半導体露光装置の基板移動ステージで
ある位置決め装置において、被移動物は感光基板と感光
パターンを有する原版とのどちらであってもよい。ま
た、ウエハチャックと天板とウエハ等の被移動物の相対
位置を知るための複数の光学ミラーは、同じ材質ででき
ていることが好ましく、いずれも中空構造になっている
ことが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】また、被移動物を垂直方向とピッチング・
ローリング方向の所定位置に制御させるために少なくと
も３つ以上のローレンツ力アクチュエータを具備し、被
移動物を搬送させるために必要な前記第二板の移動が可
能なストロークを具備することが好ましく、天板の重力
方向の荷重を支持するために、天板と天板に取付けられ
るウエハやチャックやミラーやローレンツ力アクチュエ
ータ可動部や電磁石アクチュエータ可動部や自重補償部
可動部を合わせた重さに等しいかほぼ等しい力を発生さ
せる磁石の反発力・吸引力または、コイルバネ等で構成
される自重補償機構を具備していることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】（第一の実施形態）図１は本発明の第一の
実施形態に係る位置決め装置を構成する天板及びその周
辺を示す概略上面図、図２はそのａ−ａ断面図、図３は
ｂ−ｂ断面図である。この位置決め装置は、第一板とし
てのチャック１とこのチャック１を保持する第二板とし
ての中空天板２、ミラー３、電磁継ぎ手４、自重補償機
構６、及び受け渡し支持棒８を有し、中空天板２等の位
置を微調整するためのＸ方向微動リニアモータＬＭＸ、
Ｙ方向微動リニアモータＬＭＹ及びＺ方向微動リニアモ
ータＬＭＺ等を備え、これらをＸステージ上板５１ａ上
に配設して構成されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５１】図１８に示すように、リブ構造は、５つの
パターン（リブなし・ひし形リブ・十字リブ・丸型リブ
・Ｘ型リブ）について固有値解析し、評価してみると、
１次モードがねじれモードであり、このねじれモードに
対して強い順に固有振動数が高くなる。この中の順位
は、リブなし・十字リブ・丸型リブ・Ｘ型リブ・ひし形
リブの順に固有振動数が高くなる。定盤等でリブを入れ
る時に一般的に行われるＸ型リブよりもひし形リブの方
が、本発明で示すリブ構造が優れていることが分かる。
すなわち、リブは、中空天板２の上板と下板に一体にな
っている。そして、中空天板の上板と下板を囲むような
外周の側板があって、このリブは側板と側板が接する隅
部から離れた側板の腹部から始まり図形対象位置関係を
もつ別の側板の腹部につながるように配置されればよ
い。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６０】
【発明の効果】本発明では、ステージの構造部材におい
て、最も精度に影響を及ぼす天板がセラミック材料から
なる一体中空構造で、そのリブが側板の隅部から離れた
側板の腹部のみから始まり側板の他の腹部のみにつなが
ること等によって、天板は、軽量、高強度、及び高剛性
を実現することができた。また、電磁継ぎ手やローレン
ツ力アクチュエータによって、制御特性に優れた位置決
め装置を実現できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【符号の説明】 １：チャック（第一板）、２：中空天板（第二板）、
３：ミラー（第三板を含む）、４：電磁継ぎ手、４ａ：
可動側、４ｂ：固定側、６：自重補償機構、６ａ：吸引
磁石、６ｂ：圧縮バネ、８：受け渡し支持棒、９：搬送
ハンド、１０：干渉ビーム、１１：導入管、１３：接続
チューブ、１５：導入管、１７：実装ケーブル類、１
８：ウエハ吸着用真空溝、２０：粉体、２２：ラップ
盤、５１：Ｘステージ、５１ａ：Ｘステージ上板（第四
板）、５１ｂ：Ｘステージガイド、５１ｃ：Ｘステージ
ベース、５１ｄ：Ｘ駆動アクチュエータ、５２：固定ガ
イド、５４：Ｙステージ、５４ａ：Ｙステージガイド、
５４ｂ：Ｙステージの側面、５４ｃ：Ｙ駆動アクチュエ
ータ、５４ｄ：Ｙステージの部分、５５：定盤、Ｈ１：
中空内部、Ｈ２：中空内部、Ｈ２ａ：導通穴、Ｈ２ｃ：
取り付け穴、Ｈ３：中空内部、ＬＭＸ：Ｘ方向微動リニ
アモータ、ＬＭＸ１：可動側、ＬＭＸ２：固定側、ＬＭ
Ｙ：Ｙ方向微動リニアモータ、ＬＭＹ１：可動側、ＬＭ
Ｙ２：固定側、ＬＭＺ：Ｚ方向微動リニアモータ、ＬＭ
Ｚ１：可動側、ＬＭＺ２：固定側、Ｗ：ウエハ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F078 CA02 CA08 CB02 CB05 CB09 CB10 CB12 CB13 CC11 CC15 CC19 5F031 CA02 CA07 HA02 HA03 HA13 HA16 HA33 HA53 HA55 JA06 JA14 JA17 JA32 LA00 LA03 LA04 LA08 LA18 MA27 NA04 NA05 PA11 5F046 CC01 CC02 CC03 CC05 CC08 CC18 CD01 CD02 CD04 DB05 DB11

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被移動物を移動させるための位置決め装
    置において、被移動物を保持するための第一の板と、該
    第一の板を保持する第二の板とを有し、該第二の板の材
    質がセラミックからなる材料からなり、該第二の板の構
    造が同一種材質で形成され中空内部を有する中空構造に
    なっていて、前記中空内部には該第二の板のねじれモー
    ドに対する固有振動数を高めるリブ構造を有し、前記中
    空内部と外気を導通するための穴があることを特徴とす
    る位置決め装置。
  2. 【請求項２】 前記リブ構造は、前記第二の板の上下の
    板に一体になっていることを特徴とする請求項１に記載
    の位置決め装置。
  3. 【請求項３】 前記第二の板の上下の板を囲むような外
    周の側板があって、前記リブは側板と側板が接する隅部
    から離れた側板の腹部から始まり図形対象位置関係をも
    つ別の側板の腹部につながることを特徴とする請求項１
    に記載の位置決め装置。
  4. 【請求項４】 請求項３のリブ構造は、断面が四角形の
    リブと該断面が四角形のリブに対し角度をなして接合さ
    れた断面がひし形のリブとを交互に入れる構成であるこ
    とを特徴とする位置決め装置。
  5. 【請求項５】 前記第二の板の材質は熱膨張率が１．０
    ｅ−６（１／℃）以下の低熱膨張材または無機質繊維複
    合材またはＳｉＣまたはＳｉＣとＳｉから形成されるＳ
    ｉＣのコンポジット材からなっていることを特徴とする
    請求項１〜４のいずれかに記載の位置決め装置。
  6. 【請求項６】 半導体露光装置の基板移動ステージであ
    る位置決め装置において、被移動物が感光基板と感光パ
    ターンを有する原版とのどちらかであることを特徴とす
    る請求項１〜５のいずれかに記載の位置決め装置。
  7. 【請求項７】 前記第一の板は前記第二の板と同じ材質
    でできており、該第一の板も中空構造になっていること
    を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の位置決め
    装置。
  8. 【請求項８】 前記第二の板は、被移動物の相対位置を
    知るための第三の板として複数の光学ミラーを具備し、
    該光学ミラーを形成する第三の板は、前記第二の板と同
    一材質の中空構造になっており、前記第二の板は、６自
    由度に被移動物を所定の位置に移動するために電磁力を
    使ったアクチュエータと該第二の板の重力方向を支持す
    る機構を具備していることを特徴とする請求項１〜７の
    いずれかに記載の位置決め装置。
  9. 【請求項９】 前記アクチュエータとは別に長ストロー
    クにて前記第一の板をＸＹ移動させることができる長ス
    トロークアクチュエータを具備し、その長ストロークア
    クチュエータによって、移動される第四の板を具備し、
    前記アクチュエータと前記第二の板の重力方向を支持す
    る機構は、該第四の板に支持されていることを特徴とす
    る請求項８に記載の位置決め装置。
  10. 【請求項１０】 前記アクチュエータとは、被移動物を
    水平方向とヨーイング方向に所定位置に制御させるため
    の少なくとも３つ以上のローレンツ力アクチュエータ
    と、被移動物を移動させるための加速度を補うために同
    心円上に配置された少なくとも４つ以上の電磁石アクチ
    ュエータとであって、前記電磁石アクチュエータの可動
    側が前記第二の板に固定され、前記ローレンツ力アクチ
    ュエータと電磁石アクチュエータの力点と該第二の板の
    重心との差を小さくするために、少なくともアクチュエ
    ータが取付けられる該第二の板部分は裏面に掘り込みが
    ある中空板構造であることを特徴とする請求項８または
    ９に記載の位置決め装置。
  11. 【請求項１１】 前記ローレンツ力アクチュエータは、
    被移動物が露光位置にある時に、最大推力定数の数％以
    内となるように、該アクチュエータのコイルと磁石を配
    置することを特徴とする請求項１０に記載の位置決め装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記第四の板には、被移動物を搬送ハ
    ンドから前記第一の板に移動させるために、被移動物を
    一時保持するための受け渡し支持棒を具備し、該受け渡
    し支持棒は、最低３本から構成され、前記第一の板及び
    第二の板を貫通し、該第二の板が、前記アクチュエータ
    によって上下することで、前記第一の板の上面から突出
    することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載
    の位置決め装置。
  13. 【請求項１３】 前記第四の板から第二の板に供給され
    る電気・気体・液体を通すための配管及び実装配線が、
    前記第二の板の中央部及び最外周部のどちらかにあるこ
    とを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の位置
    決め装置。
  14. 【請求項１４】 被移動物を垂直方向とピッチング・ロ
    ーリング方向の所定位置に制御させるために少なくとも
    ３つ以上のローレンツ力アクチュエータを備え、被移動
    物を搬送させるために必要な前記第二の板の移動が可能
    なストロークを具備すること特徴とする請求項１〜１３
    のいずれかに記載の位置決め装置。
  15. 【請求項１５】 前記第二の板の重力方向の荷重を支持
    するために、該第二の板と該第二の板に機械的に固定さ
    れる部品との重さに等しい力を発生させる自重補償機構
    を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに
    記載の位置決め装置。
  16. 【請求項１６】 １μｍ以下の仕上げ面を必要とする前
    記中空構造を有する請求項１〜１５のいずれかに記載の
    位置決め装置の製造方法において、前記中空構造の中空
    内部に粉体を入れるための穴を具備し、前記粉体を入れ
    る前記中空内部内の重量が該中空内部内を前記第二の板
    と同種の材質素材で充填した場合の該中空内部内の重量
    に等しい状態にして、製造工程を行うことを特徴とする
    位置決め装置の製造方法。
  17. 【請求項１７】 請求項８〜１５のいずれかに記載の位
    置決め装置の製造方法において、前記第三の板は、前記
    第二の板に機械的な固定をした後に、被移動物の相対位
    置を知るのに必要とされるミラー面の製造工程を行うこ
    とを特徴とする位置決め装置の製造方法。
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