JP2006339263A - Z-axis adjustment mechanism and micromotion stage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Z軸調整機構及びそのZ軸調整機構を利用した微動ステージ装置に関するものである。 The present invention relates to a Z-axis adjustment mechanism and a fine movement stage device using the Z-axis adjustment mechanism.
半導体ウエハ等を加工する電子ビーム露光装置などでは、マスクに対するウエハの配置関係を3次元的に調整するためにステージ装置が採用されている。ステージ装置は、ウエハの位置決めをするための搬送やチップ間の移動時に動作する粗動ステージ装置上に、数nm〜10nm程度の位置決めを行う微動ステージ装置が配設されて構成されている。この微動ステージ装置は、高真空(10―4Pa)で動作し非磁性な材質のもので構成されている必要があるため、駆動機構としてピエゾアクチュエータが利用されている。 2. Description of the Related Art In an electron beam exposure apparatus that processes a semiconductor wafer or the like, a stage apparatus is employed for three-dimensionally adjusting the positional relationship of the wafer with respect to the mask. The stage apparatus is configured such that a fine movement stage apparatus that performs positioning of about several nanometers to 10 nm is disposed on a coarse movement stage apparatus that operates during transfer for wafer positioning or movement between chips. Since this fine movement stage device needs to be made of a non-magnetic material that operates at high vacuum (10 −4 Pa), a piezo actuator is used as a drive mechanism.
微動ステージ装置には、水平面内でのウエハの位置調整と共に、Z軸方向でのウエハのマスクに対する位置調整の機能を要するが、電子ビーム露光装置では、マスクからウエハ間の距離が規定されているため、Z軸方向の高さが制限されている一方、ウエハ位置の調整のために大きな変位量を要するためストローク長の長いアクチュエータが求められている。 The fine movement stage device requires not only the wafer position adjustment in the horizontal plane but also the function of adjusting the position of the wafer relative to the mask in the Z-axis direction. In the electron beam exposure apparatus, the distance between the mask and the wafer is specified. Therefore, while the height in the Z-axis direction is limited, an actuator having a long stroke length is required because a large amount of displacement is required for adjusting the wafer position.
このような要求を満たす微動ステージ装置として、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。図6に示すように、特許文献1に記載のZ軸調整機構111〜113では、ベースプレート100上に横向きに配置されたピエゾアクチュエータP5の伸縮を直交変換機構120でZ軸方向に変換している。これによって、ピエゾアクチュエータP5の伸縮に応じて、直交変換機構120上に設けられたチルトヒンジHの高さを調整し、チルトヒンジHで支持するステージの高さ及びあおりを調整する。このようにピエゾアクチュエータP5を横向きに置くことによって大きな移動ストロークを得られる一方、Z軸方向の小型化を図っている。
ところで、微動ステージ装置では、ピエゾアクチュエータの駆動ストロークがステージに伝達される経路上の各要素の剛性が、微動ステージ装置のZ軸方向の剛性に影響する。従来の微動ステージ装置では、図6に示すように、ベースプレート100上にピエゾアクチュエータP5を横置きにして直交変換機構を介しているため、直交変換機構に含まれる構成要素(45°の傾斜面を有する一対のガイド、コロ、及びそれらを収容する構造体など)がZ軸方向の剛性に影響することになる。その結果として、Z軸方向の剛性が低下し、ウエハ搭載用ステージの停止安定性も低下する虞がある。
In the fine movement stage device, the rigidity of each element on the path through which the drive stroke of the piezo actuator is transmitted to the stage affects the rigidity of the fine movement stage device in the Z-axis direction. In the conventional fine movement stage device, as shown in FIG. 6, since the piezo actuator P5 is placed horizontally on the
そこで、本発明は、Z軸方向の剛性の向上が図られたZ軸調整機構及びそれを利用した微動ステージ装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a Z-axis adjusting mechanism in which the rigidity in the Z-axis direction is improved and a fine movement stage device using the same.
本発明に係るZ軸調整機構は、ベースプレート上に配置されるステージを支持すると共に、ベースプレートの主面に直交するZ軸方向でのステージのベースプレートに対する配置関係を調整するZ軸調整機構であって、ベースプレートに縦置きされており、Z軸方向に伸縮するピエゾアクチュエータと、Z軸方向に延在するガイド部を有すると共に、主面に固定されるベース部材と、ピエゾアクチュエータの先端部に取り付けられステージを支持すると共に、ガイド部にZ軸方向にスライド可能に取り付けられる支持部材と、を備えることを特徴とする。 A Z-axis adjustment mechanism according to the present invention is a Z-axis adjustment mechanism that supports a stage arranged on a base plate and adjusts the arrangement relationship of the stage with respect to the base plate in the Z-axis direction orthogonal to the main surface of the base plate. The piezo actuator is vertically placed on the base plate and has a piezo actuator that expands and contracts in the Z-axis direction, a guide portion that extends in the Z-axis direction, a base member that is fixed to the main surface, and is attached to the tip of the piezo actuator. And a support member that supports the stage and is slidably attached to the guide portion in the Z-axis direction.
上記構成では、ピエゾアクチュエータは、Z軸方向に縦置きされておりZ軸方向に伸縮することから、ピエゾアクチュエータの伸縮に応じて支持部材は、ガイド部に沿ってZ軸方向にスライドする。これによって、支持部材によって支持されるステージのベースプレートの配置関係を調整することが可能である。このようにピエゾアクチュエータの伸縮方向とZ軸方向とがほぼ一致するため、例えば、伸縮方向をZ軸方向に変換する機構を要しない。その結果として、Z軸調整機構におけるZ軸方向の剛性の向上を図ることが可能である。 In the above configuration, since the piezo actuator is vertically placed in the Z-axis direction and expands and contracts in the Z-axis direction, the support member slides along the guide portion in the Z-axis direction according to the expansion and contraction of the piezo actuator. Thereby, it is possible to adjust the arrangement relationship of the base plates of the stage supported by the support member. Since the expansion / contraction direction of the piezo actuator and the Z-axis direction substantially coincide with each other as described above, for example, a mechanism for converting the expansion / contraction direction to the Z-axis direction is not required. As a result, it is possible to improve the rigidity of the Z-axis adjusting mechanism in the Z-axis direction.
ところで、ピエゾアクチュエータを縦置きにし、ステージを支持することによって、ピエゾアクチュエータには、従来では生じなかったZ軸に直交する方向への荷重がかかることになる。これに対して、上記構成のZ軸調整機構では、支持部材がガイド部を介してベース部材に取り付けられているため、ガイド部及びベース部材もZ軸に直交する方向に生じる荷重を受けることになる。その結果として、ピエゾアクチュエータへの上記荷重が低減され、ピエゾアクチュエータの保護が図られている。 By the way, by placing the piezo actuator vertically and supporting the stage, a load is applied to the piezo actuator in a direction orthogonal to the Z axis, which has not occurred in the past. On the other hand, in the Z-axis adjusting mechanism having the above-described configuration, the support member is attached to the base member via the guide portion, so that the guide portion and the base member also receive a load generated in a direction perpendicular to the Z-axis. Become. As a result, the load on the piezoelectric actuator is reduced, and the piezoelectric actuator is protected.
更に、本発明に係るZ軸調整機構では、ピエゾアクチュエータの先端部と支持部材とを連結する取付手段を更に備えることが好ましい。取付手段によってピエゾアクチュエータと支持部材とを連結しているため、支持部材がピエゾアクチュエータの伸縮に応じて確実に且つ応答性よくZ軸方向に移動することになる。 Furthermore, it is preferable that the Z-axis adjusting mechanism according to the present invention further includes attachment means for connecting the tip portion of the piezoelectric actuator and the support member. Since the piezo actuator and the support member are connected by the attachment means, the support member moves in the Z-axis direction reliably and with good responsiveness according to the expansion and contraction of the piezo actuator.
また、本発明に係るZ軸調整機構では、支持部材上に設けられるチルトヒンジを更に備え、支持部材は、チルトヒンジを介してステージを支持することも有効である。 In the Z-axis adjustment mechanism according to the present invention, it is also effective to further include a tilt hinge provided on the support member, and the support member supports the stage via the tilt hinge.
更に、本発明に係るZ軸調整機構では、ピエゾアクチュエータを保持すると共に、ピエゾアクチュエータのZ軸方向の位置を調整する位置調整手段を更に備えることが好適である。 Furthermore, it is preferable that the Z-axis adjusting mechanism according to the present invention further includes a position adjusting unit that holds the piezo actuator and adjusts the position of the piezo actuator in the Z-axis direction.
上記構成では、位置調整手段によってピエゾアクチュエータのZ軸方向の位置を調整した後に、更にピエゾアクチュエータを伸縮させることで、支持部材の移動範囲をより広くすることができている。また、例えば、Z軸調整機構がベースプレート上に複数設けられている場合には、位置調整手段を利用することによってステージをベースプレートに対して略平行にすることができる。 In the above configuration, after the position of the piezo actuator in the Z-axis direction is adjusted by the position adjusting means, the piezo actuator is further expanded and contracted to further widen the movement range of the support member. For example, when a plurality of Z-axis adjusting mechanisms are provided on the base plate, the stage can be made substantially parallel to the base plate by using the position adjusting means.
更にまた、本発明に係るZ軸調整機構が有する位置調整手段は、ピエゾアクチュエータを保持するアジャスタプレートと、アジャスタプレートとベースプレートとの間に配置されると共に、アジャスタプレート及びベースプレートの一方に螺合する端部を有するアジャスタボルトと、を有することが好ましい。 Furthermore, the position adjusting means of the Z-axis adjusting mechanism according to the present invention is disposed between the adjuster plate that holds the piezo actuator, the adjuster plate and the base plate, and is screwed into one of the adjuster plate and the base plate. And an adjuster bolt having an end.
この場合、アジャスタボルトを回転させることでアジャスタプレートとベースプレートとの間の距離を調整でき、その結果として、ピエゾアクチュエータのZ軸方向の位置を調整できる。 In this case, the distance between the adjuster plate and the base plate can be adjusted by rotating the adjuster bolt, and as a result, the position of the piezo actuator in the Z-axis direction can be adjusted.
このZ軸調整機構では、ピエゾアクチュエータを収容する収容部とその収容部の先端部から外側に張り出している張出部とを有するピエゾケースを更に備え、アジャスタプレートは、ピエゾケースを介してピエゾアクチュエータを保持し、アジャスタプレートは、張出部とベースプレートとの間に配置されると共に、シムを介して張出部に固定されていることが好ましい。 The Z-axis adjusting mechanism further includes a piezo case having a housing portion that houses the piezo actuator and a projecting portion that projects outward from the tip of the housing portion, and the adjuster plate is connected to the piezo actuator via the piezo case. The adjuster plate is preferably disposed between the projecting portion and the base plate and is fixed to the projecting portion via a shim.
上記のように、シムを介在させてピエゾケースとアジャスタプレートとを固定することによって、ピエゾアクチュエータを確実に保護できる。 As described above, the piezo actuator can be reliably protected by fixing the piezo case and the adjuster plate with the shim interposed therebetween.
更に、本発明に係る微動ステージ装置は、前述した本発明に係るZ軸調整機構がベースプレート上に複数設けられていることを特徴とする。これにより、ステージのZ軸方向の位置だけではなく、ステージのあおりを調整することが可能である。 Furthermore, the fine movement stage device according to the present invention is characterized in that a plurality of the Z-axis adjusting mechanisms according to the present invention described above are provided on the base plate. Thereby, not only the position of the stage in the Z-axis direction but also the tilt of the stage can be adjusted.
更にまた、本発明に係る微動ステージ装置は、アジャスタボルトを有する本発明に係るZ軸調整機構がベースプレート上に複数設けられており、複数のZ軸調整機構のうち少なくとも1つのZ軸調整機構が有するアジャスタボルトがベース部材に対してベースプレートの外側に向いていることが好適である。これにより、ステージのZ軸方向の位置だけではなく、ステージのあおりを調整することが可能である。また、アジャスタボルトが外側を向いているため、アジャスタボルトを利用してピエゾアクチュエータのZ軸方向の位置を調整し易い。 Furthermore, in the fine movement stage device according to the present invention, a plurality of Z-axis adjustment mechanisms according to the present invention having adjuster bolts are provided on the base plate, and at least one Z-axis adjustment mechanism among the plurality of Z-axis adjustment mechanisms is provided. It is preferable that the adjuster bolt to be provided faces the outside of the base plate with respect to the base member. Thereby, not only the position of the stage in the Z-axis direction but also the tilt of the stage can be adjusted. Further, since the adjuster bolt faces outward, it is easy to adjust the position of the piezo actuator in the Z-axis direction using the adjuster bolt.
本発明によるZ軸調整機構によれば、Z軸方向の剛性の向上を図ることができる。また、このZ軸調整機構を利用した微動ステージ装置によれば、Z軸方向の剛性の向上が図られ、ステージのZ軸方向に直交するX軸方向及びY軸方向の停止安定性の向上を図ることができる。 According to the Z-axis adjusting mechanism of the present invention, it is possible to improve the rigidity in the Z-axis direction. Further, according to the fine movement stage device using the Z-axis adjustment mechanism, the rigidity in the Z-axis direction is improved, and the stop stability in the X-axis direction and the Y-axis direction orthogonal to the Z-axis direction of the stage is improved. Can be planned.
以下、図面を参照して本発明に係るZ軸調整機構及びそれを利用した微動ステージ装置の好適な実施形態について説明する。図の説明において、同一の構成要素には、同じ符合を付すものとし、重複する説明を省略する。 A preferred embodiment of a Z-axis adjustment mechanism and a fine movement stage device using the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1に示すように、ステージ装置1は、半導体ウエハ(以下、単に「ウエハ」という)Wを加工するための電子ビーム露光装置に適用されるものである。そのため、ステージ装置1を構成する各構成要素は、高真空(10―4Pa)環境下に好適に適用でき非磁性な材質のものから構成されている。電子ビーム露光装置では、図示しないマスクを介して電子ビームをウエハWに露光することによってウエハWの加工を行う。所望の形状にウエハWを加工するためにステージ装置1は、マスクに対してウエハWの配置関係を調整する。
As shown in FIG. 1, the
ステージ装置1は、図1に示すX軸方向及びY軸方向に大きなストロークでウエハWの位置を調整する粗動ステージ装置10を有する。粗動ステージ装置10は、ベースプレート11上に設けられX軸方向に延びる一対のガイド12,12に沿って可動するXテーブル13と、Xテーブル13上に設けられY軸方向に延びる一対のガイド14,14に沿って可動するYテーブル15とを有する。粗動ステージ装置10は、ベースプレート11に対してXテーブル13をX軸方向に可動し、Xテーブル13に対してYテーブル15をY軸方向に可動させることによって、ウエハWのXY平面内での位置をX軸方向及びY軸方向に大きなストロークで調整する。なお、Xテーブル13及びYテーブル15の位置関係は逆でも良い。また、粗動ステージ装置10の各構成要素は、高真空環境に適しており比剛性の高い非磁性な材質から形成されている。
The
この粗動ステージ装置10のYテーブル15上に、ステージ装置1の一部を構成しており、マスクに対するウエハWの配置関係を微調整する微動ステージ装置20が設けられている。
On the Y table 15 of the coarse
微動ステージ装置20は、ベースプレート21の主面21a上に、3つのZ軸調整機構22,23,24を介してウエハ搭載用ステージ25が配置されたものであり、ベースプレート21がYテーブル15に固定されことで粗動ステージ装置10上に搭載されている。ステージ25は、ウエハWをX軸方向及びY軸方向に並進運動させると共に、Z軸の周りに回転させる。本実施形態では、ベースプレート21におけるステージ25側の面である主面21aに直交する方向をZ軸方向として3次元座標系を設定している。
The fine
図1及び図2に示すように、ステージ25は、中央部にZ軸方向に貫通した開口部31を有するチルトプレート30と、開口部31と同様の形状を有するXYプレート41と、ウエハWを載置するためのトップテーブル42とを有する。XYプレート41は、トップテーブル42の下面に固定されており、XYプレート41が開口部31に挿入されてステージ25が組み立てられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
チルトプレート30には、Y軸方向に延在するピエゾアクチュエータP1、及び、X軸方向に延在するピエゾアクチュエータP2,P3が設けられており、開口部31側のピエゾアクチュエータP1〜P3の端部をXYプレート41に当接させることでXYプレート41を保持している。
The
この構成では、ピエゾアクチュエータP1〜P3を駆動することによって、XYプレート41をX軸方向及びY軸方向へ並進運動させることが可能であり、更に、Z軸周りに回転運動をさせることも可能である。その結果として、トップテーブル42に搭載されるウエハWのX軸方向及びY軸方向に対する位置の微調整及びZ軸周りの位置の微調整が可能となっている。
In this configuration, by driving the piezo actuators P1 to P3, the
このステージ25を支持しているZ軸調整機構22〜24は、マスクに対するウエハWのZ軸方向の配置関係を調整する。
The Z-
図1、図3〜図5に示すように、Z軸調整機構22は、ベースプレート21の主面21aに固定されたベース部材50を有し、ベース部材50は、ベースプレート21に立設された板状のガイド部材51を有する。ガイド部材51には、段付凹部51aが形成されており、段付凹部51a内には、Z軸方向に延びておりベース部材50の一部を構成するリニアガイド(ガイド部)52が固定されている。
As shown in FIGS. 1 and 3 to 5, the Z-
また、ベース部材50は、ガイド部材51のベースプレート21側の2つの角部からベースプレート21に沿ってガイド部材51に直交する方向(図4では、Y軸方向)に延びた一対の固定用アーム部53,53を有する。各固定用アーム部53は、Z軸方向の長さ(高さ)の異なる第1の部分53aと第2の部分53bとを有し、第1の部分53aの壁面には、後述するアジャスタプレート71を固定するための螺子穴が形成されている。この固定用アーム部53とガイド部材51とは、高真空環境に適しており比剛性の高い非磁性な材質(例えば、アルミナ)から一体的に成形されている。
The
一対の固定用アーム部53,53の間には、ピエゾケース60に固定された円柱状のピエゾアクチュエータP4が配置されている。ピエゾアクチュエータP4は、その延在方向がZ軸方向に一致するようにベースプレート21に対して設けられており、ピエゾ効果によってZ軸方向に伸縮する。このピエゾアクチュエータP4の最大ストローク長は、例えば、約100μmである。このように、延在方向がZ軸方向に一致するようにベースプレート21に対して設けられていることを、「縦置き」とも称す。
A columnar piezo actuator P4 fixed to the
ピエゾケース60は、例えば、高真空環境に適しており比剛性の高い非磁性な材質(例えば、アルミナ)から形成されており、ピエゾアクチュエータP4を収容するZ軸方向に延在した収容部61と、収容部61の上端部から外側に張り出した板状の張出部62とを有する。収容部61において、ピエゾアクチュエータP4の収容空間を形成している内面61aの曲率はピエゾアクチュエータP4の外面の曲率とほぼ等しく、ピエゾアクチュエータP4の外面と収容部61の内面61aとは接する。そして、ピエゾアクチュエータP4は、収容部61の底部に、例えば、螺子止めされることでピエゾケース60に固定される。
The
固定用アーム部53,53間のベースプレート21には、Z軸方向に貫通した開口部21bが形成されており、ピエゾケース60に収容されたピエゾアクチュエータP4は、開口部21b内に配置されている。これにより、約100μm程度の最大ストローク長を有するピエゾアクチュエータP4を縦置きしてもベースプレート21とチルトプレート30間の距離を電子ビーム露光装置内で使用可能な範囲にすることができている。なお、ベースプレート21の裏面側から突出するピエゾアクチュエータP4の長さは、Xテーブル13に達しない程度であればよい。
An
ピエゾケース60に固定されたピエゾアクチュエータP4は、ピエゾアクチュエータP4のZ軸方向の位置を調整する位置調整手段70及び固定用アーム部53を介してベースプレート21に固定されている。
The piezo actuator P4 fixed to the
位置調整手段70は、ピエゾケース60の張出部62の裏面側(ベースプレート11側)に螺子止めされるアジャスタプレート71と、そのアジャスタプレート71の高さ(Z軸方向の位置)を調整するアジャスタボルト72とを有する。
The position adjusting means 70 is an
アジャスタプレート71は、ベース部材50の幅(図4でX軸方向の長さ)とほぼ同じ幅を有し、ピエゾケース60の収容部61を受ける凹部を備えた台部71aを有する。台部71aは、張出部62の裏面側であって、固定用アーム部53の第1の部分53aよりも外側(すなわち、第2の部分53b上)に配置されており、第1の部分53aの壁面に形成された螺子穴を利用してベース部材50に螺子止めされている。このベース部材50に固定されたアジャスタプレート71に張出部62を、例えば、螺子止めすることによってピエゾケース60が台部71aに固定され、ピエゾアクチュエータP4がアジャスタプレート71によって保持されることになる。
The
また、アジャスタプレート71は、台部71aの中央部から外側に突出した突出部71bを有する。この突出部71bとベースプレート21の主面21aとの間にアジャスタボルト72が配置されている。アジャスタボルト72の端部72aは、突出部71bの裏面側に形成された穴部71cに螺合しており、他端部72bは、ベースプレート21に当接している。従って、アジャスタボルト72を回転させることで、アジャスタプレート71のZ軸方向の高さを変えられる。そして、所望の高さの位置で、アジャスタプレート71をベース部材50に固定することによって、ピエゾアクチュエータPのZ軸方向の高さを調整できる。
The
位置調整手段70によってピエゾアクチュエータP4の位置をより正確に調整するために、台部71aと張出部62とを、例えば、螺子を利用して固定する際には、台部71aと張出部62との間に隙間調整用シムCを挿入することが好ましい。調整用シムCは薄い板状であって、例えば、リン青銅から形成されている。
In order to more accurately adjust the position of the piezo actuator P4 by the position adjusting means 70, when the
ピエゾアクチュエータP4やピエゾケース60の製造誤差により、ピエゾアクチュエータP4の中心線と収容部61の中心線(内面の曲率中心を結んだ線)とが必ずしも一致していない場合、ピエゾアクチュエータP4の中心線をZ軸に一致させるようにピエゾアクチュエータP4を配置するとピエゾケース60がアジャスタプレート71に対して傾斜し、張出部62の下面と台部71aの上面との場合に隙間が生じる場合がある。このような場合、隙間を無理に埋めようとすると、ピエゾアクチュエータP4が破損する虞がある。
If the center line of the piezo actuator P4 and the center line of the housing portion 61 (the line connecting the center of curvature of the inner surface) do not necessarily match due to manufacturing errors of the piezo actuator P4 or the
これに対して、上記のようにシムCを利用することによって、ピエゾアクチュエータP4を保護することができる。 On the other hand, the piezoelectric actuator P4 can be protected by using the shim C as described above.
また、ピエゾアクチュエータP4の先端部には、ステージ25を支持する支持部材としてのスライドブラケット80がクランプ式の取付手段90を利用して固定されている。スライドブラケット80は、その上面に設けられたチルトヒンジHを介してチルトプレート30を支持する上壁部81と、上壁部81から下方に立設され互いに対向する一対の側壁部82と、上壁部81及び側壁部82を連結するように下方に延びる後壁部83を有する。
In addition, a
スライドブラケット80の内側であって上壁部81の内面には、取付部材受け91が一体的に固定されている。取付部材受け91は、対をなす取付部材92と一緒に取付手段90を構成している。取付部材受け91及び取付部材92は、例えば、リン青銅から形成されている。取付手段90は、取付部材92と取付部材受け91とによってピエゾアクチュエータP4の先端部(可動部)を挟み込み、取付部材92を取付部材受け91に螺子止めすることによって、スライドブラケット80にピエゾアクチュエータP4を固定する。
A mounting
このように、取付部材91を取付部材受け92に螺子止めすることでピエゾアクチュエータP4を固定しているので、ピエゾアクチュエータP4の伸縮に応じて確実に且つ応答性よくスライドブラケット80がZ軸方向に上昇又は下降することになる。また、取付手段90を利用することによって、ピエゾアクチュエータP4とスライドブラケット80とは着脱自在となっているので、例えば、ピエゾアクチュエータP4が故障したときでもピエゾアクチュエータP4の取り替えが容易である。
Thus, since the piezo actuator P4 is fixed by screwing the
また、後壁部83の裏面側(ガイド部材51側)には、スライダーSが固定されている。スライダーSは、例えば、コロなどを介することによってZ軸方向にスライド可能にリニアガイド52に取り付けられている。これにより、スライドブラケット80は、ピエゾアクチュエータP4の伸縮に応じてリニアガイド52にガイドされながらZ軸方向にスライドする。
Further, a slider S is fixed to the rear surface side (guide
Z軸調整機構23,24の構成は、Z軸調整機構22の構成と同様であるため説明を省略する。微動ステージ装置20では、各Z軸調整機構22〜24を図3に示すようにベースプレート21の縁部において、アジャスタボルト72が外側に向くように配設されている。これにより、アジャスタボルト72を回転させ易いため、ピエゾアクチュエータP4のZ軸方向の位置を容易に調整できる。
The configurations of the Z-
また、3つのZ軸調整機構22〜24を利用して3箇所でチルトプレート30を支持しているので、Z軸調整機構22〜24のピエゾアクチュエータP4を同じストロークで駆動するとステージ25がZ軸方向に並進運動する。また、Z軸調整機構22〜24の変位量を調整することでステージ25は、X軸周りの回転運動、及び、Y軸周りの回転運動をするので、ステージ25のあおりを微調整できる。
Since the
次に、微動ステージ装置20によるZ軸方向のステージ調整方法について説明する。先ず、ベースプレート21に設けられた3つのZ軸調整機構22〜24が有するチルトヒンジH上にステージ25を載置し、止め螺子によって固定する。
Next, a stage adjustment method in the Z-axis direction by the fine
次に、各Z軸調整機構22〜24が有するアジャスタボルト72を回して、ステージ25を水平(XY平面に平行な状態)にする。そして、ステージ25が水平になった状態でアジャスタプレート71を第1の部分53aに固定する。これにより、ピエゾアクチュエータP4がベースプレート21に対して固定されることになる。なお、通常、この水平調整は、微動ステージ装置20を組み立てたときに行えばよい。
Next, the
そして、各Z軸調整機構22〜24のピエゾアクチュエータP4に電圧を印加して伸縮させることでステージ25がマスクに対して平行になるようにステージ25のベースプレート21に対する配置関係を微調整する。3つのZ軸調整機構22〜24が設けられているので、各Z軸調整機構22〜24によって高さ及びあおりを調整できることになる。
Then, the positional relationship of the
上記Z軸調整機構22〜24を利用した微動ステージ装置20では、Z軸調整機構22〜24のピエゾアクチュエータP4は、ベースプレート21に縦置きされておりZ軸方向に伸縮する。そのため、図6に示した従来のZ軸調整機構111〜113のようにピエゾアクチュエータP5の伸縮をZ軸方向に変換する直交変換機構120を要しない。従って、従来のZ軸調整機構の総合剛性に影響を与えていた直交変換機構を構成する各要素の剛性の影響がなくなることになる。その結果として、Z軸調整機構22〜24のZ軸方向の総合剛性が向上することになる。また、ステージ25の荷重やピエゾアクチュエータP4の反力を受けるピエゾケース60、ベース部材50の材質を真空環境下で好適に利用でき非磁性で且つ比剛性の高い材質(例えば、アルミナ)を利用していることから、更に、総合剛性が向上している。
In the fine
また、アジャスタプレート71及びアジャスタボルト72によってピエゾアクチュエータP4のZ軸方向の位置を調整するため、チルトヒンジHの高さを、例えば、調整範囲±約2mmで、分解能±約2μmの精度で調整することが可能である。
Further, in order to adjust the position of the piezo actuator P4 in the Z-axis direction by the
更に、ベースプレート21に開口部21bを設け、そこにピエゾアクチュエータP4をその底部がYテーブル15側に突出するように配置することによって、例えば、100μmという長いストローク長を有するピエゾアクチュエータP4を利用できており、その結果として、ウエハWをマスクに対して適切に配置できることになる。
Further, by providing an
また、Z軸調整機構22〜24では、ピエゾアクチュエータP4の端部にスライドブラケット80を固定し、そのスライドブラケット80をリニアガイド52に取り付けることで、スライドブラケット80に係る水平方向の荷重をリニアガイド52に分散させている。その結果として、ピエゾアクチュエータP4を縦置きにし、ステージ25を支持することによって生じるピエゾアクチュエータP4への水平方向の荷重が低減され、ピエゾアクチュエータP4の保護が図られている。
Further, in the Z-
また、スライドブラケット80がリニアガイド52に取り付けられているため、スライドブラケット80は確実にZ軸方向にスライドすることになり、より正確な調整が可能である。
Further, since the
以下、Z軸調整機構22〜24の作用効果について、解析結果及び実験結果に基づいてより具体的に説明する。
Hereinafter, the operational effects of the Z-
図1に示した微動ステージ装置20において、ピエゾアクチュエータP4、チルトヒンジH、取付手段90、リニアガイド52及びベース部材50の剛性に基づいて、トップテーブル42のZ軸方向の振動の固有値を計算すると243Hzであった。また、実際に測定すると約230Hzが実現できていた。
In the fine
一方、比較のためにZ軸調整機構22〜24の代わりに、図6に示した従来のZ軸調整機構を利用した場合、直交変換機構120を構成する各構成要素を含めてトップテーブルのZ軸方向の振動の固有値を計算すると113Hzであり、実測値は約120Hzであった。
On the other hand, when the conventional Z-axis adjusting mechanism shown in FIG. 6 is used instead of the Z-
すなわち、ピエゾアクチュエータP4を縦置きにしたZ軸調整機構22〜24を使用することによって、トップテーブル42の振動の固有値が、約120Hzから約230Hzへ改善されることが分かった。
That is, it has been found that the eigenvalue of the vibration of the top table 42 is improved from about 120 Hz to about 230 Hz by using the Z-
また、図1に示した微動ステージ装置20において、レーザ干渉計フィードバック制御を利用したトップテーブル42の停止安定性の測定結果を図7に示す。図7の横軸は時間を表し、縦軸は変位量を示している。図7は、トップテーブル42のX方向に延びる側面上及びY方向に延びる側面上にそれぞれミラーを配置し、ミラーにレーザ光を照射しその反射光を利用したレーザ干渉計測によって計測した結果である。図7に示すように、X軸方向及びY軸方向共に変動を3nmの範囲に抑制することができた。一方、比較のためにZ軸調整機構22〜24の代わりに、図6に示した従来のZ軸調整機構を利用した場合、トップテーブルのX方向及びY方向の停止安定性は、約10nmであった。
FIG. 7 shows the measurement results of the stop stability of the top table 42 using the laser interferometer feedback control in the fine
すなわち、トップテーブル42の停止安定性において、Z軸調整機構22〜24を使用することによって、X軸方向及びY軸方向の停止安定性を従来の1/3まで改善することができた。 That is, in the stop stability of the top table 42, the stop stability in the X-axis direction and the Y-axis direction can be improved to 1/3 of the conventional one by using the Z-axis adjusting mechanisms 22-24.
以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、位置調整手段70は、ピエゾケース60を介してピエゾアクチュエータP4を保持しているが、アジャスタプレート71がピエゾケース60の機能を有していても良い。更に、スライダーSを介してスライドブラケット80がリニアガイド52に取り付けられているとしたが、スライダーSの機能をスライドブラケット80が有する場合は、スライドブラケット80を直接リニアガイド52に取り付けても良い。
As mentioned above, although preferred embodiment which concerns on this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, although the position adjusting means 70 holds the piezo actuator P4 via the
更に、ベースプレート21は開口部21bを有しており、その開口部21bにピエゾアクチュエータP4が落とし込まれた状態で縦置きされているとしたが、開口部21bは必ずしも形成されていなくてもよい。
Further, the
更に、Z軸調整機構22〜24及びそれを利用した微動ステージ装置20は、電子ビーム露光装置内の真空環境下で利用されるとしたが、大気や窒素雰囲気下でも動作可能である。従って、Z軸調整機構22〜24及び微動ステージ装置20は、電子ビーム露光装置以外にも、半導体製造装置や、液晶製造装置などにも適用可能であり、更には、レーザ加工装置、工作機械などの微小範囲での高精度位置決めを必要とするステージ装置全般に適用可能である。
Further, although the Z-
更にまた、取付手段90は、取付部材92と取付部材受け91とから構成されるとしたが、スライドブラケット80にピエゾアクチュエータP4が確実に固定できれば特に限定されない。また、リニアガイド52をガイド部材51に固定しているとしたが、例えば、ガイド部材51とリニアガイド52とは一体に成形されたものでもよい。
Furthermore, although the attachment means 90 is composed of the
また、アジャスタボルト72は、アジャスタプレート71に螺合するとしたが、例えば、アジャスタボルト72の端部72bとベースプレート21とが螺合してもよい。
Further, although the
20…微動ステージ装置、21…ベースプレート、21a…主面、22,23,24…Z軸調整機構、25…ステージ、50…ベース部材、51…ガイド部材、
52…リニアガイド(ガイド部)、60…ピエゾケース、61…収容部、62…張出部、70…位置調整手段、71…アジャスタプレート、72…アジャスタボルト、80…スライドブラケット(支持部材)、90…取付手段、C…隙間調整用シム、H…チルトヒンジ。
DESCRIPTION OF
52 ... Linear guide (guide part), 60 ... Piezo case, 61 ... Storage part, 62 ... Overhang part, 70 ... Position adjusting means, 71 ... Adjuster plate, 72 ... Adjuster bolt, 80 ... Slide bracket (support member), 90: Mounting means, C: Shim for adjusting gap, H: Tilt hinge.
Claims (8)
前記ベースプレートに縦置きされており、前記Z軸方向に伸縮するピエゾアクチュエータと、
前記Z軸方向に延在するガイド部を有すると共に、前記主面に固定されるベース部材と、
前記ピエゾアクチュエータの先端部に取り付けられ前記ステージを支持すると共に、前記ガイド部に前記Z軸方向にスライド可能に取り付けられる支持部材と、
を備えることを特徴とするZ軸調整機構。 A Z-axis adjusting mechanism that supports a stage arranged on the base plate and adjusts an arrangement relationship of the stage with respect to the base plate in a Z-axis direction orthogonal to a main surface of the base plate;
A piezoelectric actuator that is vertically placed on the base plate and expands and contracts in the Z-axis direction;
A base member extending in the Z-axis direction and fixed to the main surface;
A support member that is attached to the tip of the piezo actuator and supports the stage, and is slidably attached to the guide portion in the Z-axis direction;
A Z-axis adjustment mechanism comprising:
前記支持部材は、前記チルトヒンジを介して前記ステージを支持することを特徴とする請求項1又は2に記載のZ軸調整機構。 A tilt hinge provided on the support member;
The Z-axis adjusting mechanism according to claim 1, wherein the support member supports the stage via the tilt hinge.
前記ピエゾアクチュエータを保持するアジャスタプレートと、
前記アジャスタプレートと前記ベースプレートとの間に配置されると共に、前記アジャスタプレート及び前記ベースプレートの一方に螺合する端部を有するアジャスタボルトと、
を有することを特徴とする請求項4に記載のZ軸調整機構。 The position adjusting means includes
An adjuster plate for holding the piezo actuator;
An adjuster bolt disposed between the adjuster plate and the base plate and having an end portion screwed into one of the adjuster plate and the base plate;
The Z-axis adjusting mechanism according to claim 4, comprising:
前記アジャスタプレートは、前記ピエゾケースを介して前記ピエゾアクチュエータを保持し、
前記アジャスタプレートは、前記張出部と前記ベースプレートとの間に配置されると共に、シムを介して前記張出部に固定されていることを特徴とする請求項5に記載のZ軸調整機構。 A piezo case having a housing portion for housing the piezo actuator and a projecting portion projecting outward from a tip portion of the housing portion;
The adjuster plate holds the piezo actuator via the piezo case,
The Z-axis adjusting mechanism according to claim 5, wherein the adjuster plate is disposed between the projecting portion and the base plate, and is fixed to the projecting portion via a shim.
複数の前記Z軸調整機構のうち少なくとも1つのZ軸調整機構が有する前記アジャスタボルトが前記ベース部材に対して前記ベースプレートの外側に向いていることを特徴とする微動ステージ装置。 A plurality of the Z-axis adjusting mechanisms according to claim 5 or 6 are provided on the base plate,
The fine movement stage device, wherein the adjuster bolt of at least one Z-axis adjusting mechanism among the plurality of Z-axis adjusting mechanisms is directed to the outside of the base plate with respect to the base member.
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