JP2013197559A - アライメントステージ - Google Patents

Abstract

【課題】求められる精度でアライメントができ、かつ低価格なアライメントステージを提供する。
【解決手段】ベース１１０と、ベース１１０の上方に配置したステージ１２０と、ベース１１０とステージ１２０との間に配置され、ステージ１２０をベース１１０に対してＸ軸方向、Ｘ軸方向、θ方向の３自由度で移動可能に支持する案内機構１３０、１４０、１５０、１６０と、ステージ１２０を、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の２方向に向けてそれぞれ付勢するコイルスプリング１７１、１７２、１７３と、ステージ１２０をカムフォロワーとしてステージ１２０をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθ方向に移動させる３つの円板カム１８１、１８２、１８３と、この円板カム１８１をそれぞれ駆動するモーター１８４、１８５、１８６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アライメントステージに係り、特にワークを配置したステージをベースに対してＸ軸方向、Ｘ軸方向、θ方向の３自由度で調整してワークのアライメントを行うアライメントステージに関する。

従来、投影露光装置にワークである基板を配置するに際しては、アライメントステージで仮アライメント調整された基板を搬送ハンドで保持し、投影露光装置の露光ステージに配置する。

図４は従来のアライメントステージを示す模式平面図である。このアライメントステージ３００は、ベース３１０と、このベース３１０の上方に配置したステージ３２０と、ベース３１０とステージ３２０との間にステージ３２０をベース３１０に対してＸ軸方向、Ｘ軸方向、θ方向の３自由度で移動可能に支持する案内機構３３０、３４０、３５０、３６０と、ステージ３２０を前記３方向に移動する駆動装置３７０、３８０、３９０とを備える。

案内機構３３０、３４０、３５０、３６０は、ステージ３２０をＸ軸方向に案内するＸ軸方向リニアガイド３３１、３４１、３５１、３６１、ステージ３２０をＹ軸方向に案内するＹ軸方向リニアガイド３３２、３４２、３５２、３６２、ステージを回転自在に案内するクロスローラーベアリング３３３、３４３、３５３、３６３を重ねて配置して構成している。

また、駆動装置は、ベース３１０に固定した駆動モーター３７１、３８１、３９１にボールねじ機構の雄ねじ３７２、３８２、３９２を、ステージ３２０に雄ねじ３７２、３８２、３９２をねじ込む雌ねじ３７３、３８３、３９３を配置して構成している。

このアライメントステージ３００によれば、ステージ３２０をＸ軸方向に移動するには、駆動装置３８０のモーター３８１を回転駆動する。これにより、雄ねじ３８２が回転し、ステージ３２０は雌ねじ３８３の送りに伴いＸ軸方向に移動する。同様に、ステージ３２０をＹ軸方向に移動するには、駆動装置３７０、３９０のモーター３７１、３９１を回転駆動する。これにより、雄ねじ３７２、３９２が回転し、ステージ３２０は雌ねじ３７３、３９３の送りに伴いＹ軸方向に移動する。さらに、ステージ３２０をθ方向に回転するには、すべての駆動装置３７０、３８０、３９０を駆動する。これにより、ステージ３２０は、θ方向に回転する。特許文献１は、同様のアライメントステージを開示する。

特開２０１０−２７４４２９公報

ところで、上述した投影露光装置にあっては、ワークである基板は、投影露光装置の露光テーブルに配置されたのち、高い精度でアライメント調整される。これにより、マスクのパターンを基板に精度良く露光する。したがって、アライメントステージにおける仮アライメント調整の精度はそれほど高くなくても良い。

しかしながら、上述したボールねじ機構を使用するアライメントステージは、高精度でワークのアライメントを行うことができるものの、高価であるという問題がある。

本発明は上述した課題にかんがみてなされたものであり、求められる精度でアライメントができ、かつ低価格なアライメントステージを提供することを目的とする。

前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、ベースと、該ベースの上方に配置したステージと、前記ベースと前記ステージとの間に配置され、前記ステージを前記ベースに対してＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の３自由度で移動可能に支持する案内機構と、前記ステージを、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の２方向に向けてそれぞれ付勢する付勢手段と、前記ステージをカムフォロワーとして前記ステージを前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向および前記θ方向に移動させる少なくとも３つのカムと、このカムをそれぞれ駆動する駆動源と、を備えることを特徴とするアライメントステージである。
本発明によれば、高価なボールねじなどの部品を使用することなく、必要な精度でアライメント調整を行えるアライメントステージを安価に提供できる。

同じく請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアライメントステージにおいて、前記少なくとも３枚のカムは、前記ステージのＸ軸方向またはＹ軸方向のうち一方向に沿って並進させる力および前記ステージを回転させる偶力のいずれか一方の力を選択して与える２つのカムと、前記ステージを前記Ｘ軸方向またはＹ軸方向のうち他方向に沿って並進させる力を与える１枚のカムとからなることを特徴とする。
本発明によれば、カムを選択して駆動することにより、ステージをＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の３自由度で移動することができる。

同じく請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のアライメントステージにおいて、前記カムは、偏芯回転駆動する円板カムであることを特徴とする。
本発明によれば、作成が容易な円板カムを使用することができ、より安価にアライメントステージを提供できる。

同じく請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のアライメントステージにおいて、前記円板カムの外周に転がり軸受の外輪を配置したことを特徴とする。
本発明によればカムの接触抵抗を低減することができ、小さな駆動力でカムを駆動することができるとともに、ステージの動きを円滑なものとすることができる。

同じく請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のアライメントステージにおいて、前記ワークの姿勢を監視して姿勢データを出力する監視手段と、前記姿勢データと、あらかじめ定めた基準姿勢データとに基づいて前記駆動源の駆動を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、ワークの姿勢データに基づいて駆動源を駆動制御するので、ワークのアライメントを正確に調整することができる。

同じく請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のアライメントステージにおいて、ワーク供給手段と、ワーク加工手段との間に配置され、ワーク供給手段から供給されたワークをアライメント調整し、このアライメント調整したワークを前記ワーク加工手段に供給するものであることを特徴とする。
本発明によれば、ワーク供給手段からのワークをアライメントステージでアライメント調整して、ワーク加工手段に搬送できる。

同じく請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のアライメントステージにおいて、前記ワーク加工手段は、投影露光装置であり、前記ワークは露光される基板であることを特徴とする。
本発明によれば、基板をアライメント調整して投影露光装置に搬送することができる。

本発明によれば、高価な部品を使用することなく、必要な精度でアライメントを行えるアライメントステージを安価に提供できる。

実施形態に係るアライメントステージを示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 同アライメントステージの制御の状態を示すブロック図である。 同アライメントステージの配置状態を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 従来のアライメントステージを示す模式平面図である。

本発明を実施するための形態（以下では単に実施形態と記載する）に係るアライメントステージについて説明する。

図１は実施形態に係るアライメントステージを示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。実施形態に係るアライメントステージ１００は、ベース１１０と、このベース１１０の上方に配置したステージ１２０を備える。ベース１１０とステージ１２０との間には、ステージ１２０をベース１１０に対してＸ軸方向、Ｘ軸方向、θ方向の３自由度で移動可能に支持する４台の案内機構１３０、１４０、１５０、１６０を配置する。

各案内機構１３０、１４０、１５０、１６０は、ステージ１２０をＸ軸方向に案内するＸ軸方向リニアガイド１３１、１４１、１５１、１６１、ステージ１２０をＹ軸方向に案内するＹ軸方向リニアガイド１３２、１４２、１５２、１６２、ステージを回転自在に案内するクロスローラーベアリング１３３、１４３、１５３、１６３を重ねて配置して構成する。

また、アライメントステージ１００には、ステージ１２０を、Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の２方向に向けてそれぞれ付勢する付勢手段としての３本のコイルスプリング１７１、１７２、１７３を備える。コイルスプリング１７１、１７２、１７３は、ベース１１０に固定したベース側ステー１７４、１７５、１７６と、ステージ１２０に固定したステージ側ステー１７７、１７８、１７９の間に引っ張り状態で配置する。

これらのコイルスプリング１７１によって、ステージ１２０は、Ｘ軸正方向（図中右方向）、Ｙ軸負方向（同左側）に付勢される。

また、アライメントステージ１００は、ステージ１２０をカムフォロワーとしてステージ１２０を前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向および前記θ方向に移動させる少なくとも３つのカムとしての円板カム１８１、１８２、１８３と、この円板カム１８１をそれぞれ駆動する駆動源であるモーター１８４、１８５、１８６と、を備えている。円板カム１８１、１８２、１８３は、各モーター１８４、１８５、１８６の回転軸に偏芯した状態で配置している。

また、実施形態に係るアライメントステージ１００では、ステージ１２０にＸ軸正側（図１（ａ）中右側）の縁部１２２から四角形状の凹部１２５を形成し、Ｘ軸正側（同上側）の内側に縁部１２３を形成している。そして、Ｙ軸方向負側（図１（ａ）中下側）の縁部１２１に円板カム１８１が、縁部１２２に円板カム１８２が、凹部１２５のＸ軸正側の縁部１２３に円板カム１８３が接触するように配置する。このため、ステージ１２０は、カムフォロワーとして動作する。

この構成により、アライメントステージ１００では、ステージ１２０をＸ軸に沿って移動させるには、モーター１８４、１８６を停止し円板カム１８１、１８３を固定した状態で、モーター１８５を駆動して円板カム１８２を回転させる。これにより、円板カム１８２で縁部１２２を押すように回転させると、ステージ１２０は、コイルスプリング１７２の付勢力に抗してＸ方向負側（同図中左側）に移動する。また、円板カム１８２を縁部１２２から離すように回転させると、ステージ１２０はコイルスプリング１７２の付勢力によってＸ方向正側（同図中右側）に移動する。

一方、ステージ１２０をＹ軸に沿って移動させるには、モーター１８５を停止して円板カム１８２を固定した状態で、モーター１８４、１８６を駆動して円板カム１８１、１８３を回転させる。これにより、円板カム１８１で縁部１２１を押し、円板カム１８３で縁部１２３を押すように回転させると、ステージ１２０は、コイルスプリング１７１、１７３の付勢力に抗してＹ方向正側（同図中上側）に移動する。また、円板カム１８１を縁部１２１から円板カム１８３を縁部１２３から離すように回転させると、ステージ１２０はコイルスプリング１７１、１７３の付勢力によってＹ方向負側（同図中下側）に移動する。

さらに、ステージ１２０をθ方向に回転するときには、すべてのモーター１８４、１８５、１８６を適宜駆動して、円板カム１８１、１８２、１８３を回転させる。これにより、ステージ１２０には、偶力が付与され所定の方向に回転する。このとき、ステージ１２０はＸ、Ｙ軸方向にも移動することがある。各モーター１８４、１８５、１８６の回転方向、回転量とステージ１２０の回転方向、回転量、移動方向、移動量は、アライメントステージ１００設計時に各部の寸法によりあらかじめ定まっている。このため、ステージ１２０の回転方向、回転量に対応する各モーター１８４、１８５、１８６の回転駆動量をあらかじめ計算で求めておくことが望ましい。

ここで、実施形態に係るアライメントステージ１００では、円板カム１８１、１８２、１８３の周囲に転がり軸受であるボールベアリング１８７、１８８、１８９をはめ込んである。このため、モーター１８４、１８５、１８６を駆動して円板カム１８１、１８２、１８３を回転動させたとき、ステージ１２０にはボールベアリング１８７、１８８、１８９の外輪が回転しながら接触するので少ない抵抗で円板カム１８１、１８２、１８３でステージ１２０を移動できる。

次にアライメントステージ１００の制御について説明する。図２は実施形態に係るアライメントステージの制御の状態を示すブロック図である。アライメントステージ１００には、ステージ１２０上のワークＷの姿勢を監視する監視手段１９１と、この監視手段１９１の監視結果に基づいてアライメントステージ１００のモーター１８４、１８５、１８６の駆動制御を行う制御手段１９２とを備える。監視手段１９１は例えばＣＣＤ撮像素子を備えたカメラであり、制御手段１９２は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤを祖備えたコンピューターである。コンピューターはＣＰＵでプログラムを実行することにより制御を実行する。

すなわち制御手段１９２は、監視手段１９１が取得したワークＷの画像から、画像処理を行い、エッジを抽出し、ワークＷの位置データ、および姿勢データを取得する。そして、この取得した各情報と、あらかじめ設定された基準の位置データ、および姿勢データに基づいてモーター１８４、１８５、１８６を所定量だけ駆動する。モーター１８４、１８５、１８６の駆動量は、あらかじめＲＯＭに格納された位置データの差、姿勢データの差に対応する各モーター１８４、１８５、１８６の駆動量についてのテーブルに基づいて取得したり、あらかじめ決定しておいた計算式に基づいて計算したりして求めることができる。

次にアライメントステージ１００の配置状態について説明する。図２は実施形態に係るアライメントステージの配置状態を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

アライメントステージ１００は、ワークＷを供給するワーク供給手段２１０と、投影露光装置２００の間に配置し、これらに近接してワーク搬送装置２２０を配置する。ワーク供給手段２１０上のワークＷ１は、図示しない搬送ベルトなどの搬送装置によってアライメントステージ１００のステージ１２０上に移送される。アライメントステージ１００上のワークは、図３（ｂ）の２点鎖線で示し符号Ｗ２で示すように、傾いたり、位置がずれたりしている。この状態を上述した監視手段１９１で検知し、制御手段１９２の制御のもとステージ１２０のアライメントを各モーター１８４、１８５、１８６の駆動で所定の範囲に修正する（実線で示し、符号Ｗ３で示した）。

そして、姿勢が修正された状態のワークをワーク搬送装置２２０で投影露光装置２００の露光ステージ２０１に搬送する。ワーク搬送装置２２０は、搬送ハンド２２１でワークＷを露光ステージ２０１に搬送する。露光ステージ２０１では、設置搬入されたワーク（実線で示し、符号Ｗ４を付した）のアライメントを再度精密に修正し、所定の投影露光処理を行う。

以上説明したように、実施形態に係るアライメントステージ１００によれば、投影露光装置２００の露光ステージ２０１に搬送するワークを一定の精度でアライメントできる。そして、このアライメントステージ１００は、高価なボールねじを使用することなく低価格なものとすることができる。

１００：アライメントステージ
１１０：ベース
１２０：ステージ
１２１：縁部
１２２：縁部
１２３：縁部
１２５：凹部
１３０、１４０、１５０、１６０：案内機構
１３１、１４１、１５１、１６１：Ｘ軸方向リニアガイド
１３２、１４２、１５２、１６２：Ｙ軸方向リニアガイド
１３３、１４３、１５３、１６３：クロスローラーベアリング
１７１、１７２、１７３：コイルスプリング
１７４、１７５、１７６：ベース側ステー
１７７、１７８、１７９：ステージ側ステー
１８１、１８２、１８３：円板カム
１８４、１８５、１８６：モーター
１８７、１８８、１８９：ボールベアリング
１９１：監視手段
１９２：制御手段
２００：投影露光装置
２０１：露光ステージ
２１０：ワーク供給手段
２２０：ワーク搬送装置
２２１：搬送ハンド

Claims (7)

1. ベースと、
   該ベースの上方に配置されワークが配置されるステージと、
   前記ベースと前記ステージとの間に配置され、前記ステージを前記ベースに対してＸ軸方向、Ｙ軸方向、θ方向の３自由度で移動可能に支持する案内機構と、
   前記ステージを、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向の２方向に向けてそれぞれ付勢する付勢手段と、
   前記ステージをカムフォロワーとして前記ステージを前記Ｘ軸方向、前記Ｙ軸方向および前記θ方向に移動させる少なくとも３つのカムと、
   このカムをそれぞれ駆動する駆動源と、
   を備えることを特徴とするアライメントステージ。
2. 前記少なくとも３枚のカムは、前記ステージのＸ軸方向またはＹ軸方向のうち一方向に沿って並進させる力および前記ステージを回転させる偶力のいずれか一方の力を選択して与える２つのカムと、
   前記ステージを前記Ｘ軸方向またはＹ軸方向のうち他方向に沿って並進させる力を与える１枚のカムとからなることを特徴とする請求項１に記載のアライメントステージ。
3. 前記カムは、偏芯回転駆動する円板カムであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアライメントステージ。
4. 前記円板カムの周囲に転がり軸受を配置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアライメントステージ。
5. 前記ステージ上のワークの姿勢を監視して姿勢データを出力する監視手段と、
   前記姿勢データと、あらかじめ定めた基準姿勢データとに基づいて前記駆動源の駆動を制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のアライメントステージ。
6. ワーク供給手段と、ワーク加工手段との間に配置され、ワーク供給手段から供給されたワークをアライメント調整し、このアライメント調整したワークを前記ワーク加工手段に供給するものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のアライメントステージ。
7. 前記ワーク加工手段は、投影露光装置であり、
   前記ワークは露光される基板であることを特徴とする請求項６に記載のアライメントステージ。