JP4384664B2 - 試料検査および処理用の高精度動的位置合わせ機構 - Google Patents

Description

本発明は半導体処理デバイスの分野、より詳細にはウェーハ処理デバイスに対してウェーハをＺ軸、チップ軸、ティルト軸、およびヨー（シータ）軸で動的に位置合わせするための装置に関する。

半導体処理機において半導体ウェーハの高さおよび平行度を調整する、種々の先行Ｚチップティルト（「ＺＴＴ」）デバイスがある。半導体ウェーハが、光学検査装置のような半導体処理機のもとでＸ−Ｙ方向に動いている間に、ＺＴＴデバイスは通常Ｚ軸変位の位置合わせ、Ｘ軸中心の回転、およびＹ軸中心の回転を制御する。ＺＴＴデバイスはウェーハの非平坦性を動的に補償し、高帯域位置合わせを施すために堅くなければならない。

典型的なＺＴＴデバイスはＸ−Ｙ位置合わせステージに取り付けられ、Ｘ−Ｙステージの動的性能を維持するために十分に軽く小型でなければならない。ＺＴＴ位置合わせデバイスはまた数ナノメートルの精度であり、かつ幾何学的に安定でなければならず、そして高感度で再現可能な駆動装置を有する。さらに、ＺＴＴデバイスはウェーハと処理装置との接触を防止しなければならず、ウェーハを汚染することもあり得る粒子を生じてはならないし、そしてウェーハ処理能力を維持するのに十分な信頼性がなければならない。

ＺＴＴ位置合わせを施すための従来の方法は、２つ以上の別個の技術または製品、例えば、Ｚ軸（垂直）位置合わせならびにチップおよびティルト位置合わせを機械的に分けること、非常に大きい高背型かつ高質量の機構を通常もたらす方法などを組み合わせる。Ｚ軸およびチップ／ティルト位置合わせを分ける場合に、最も一般的な方法は固定ウェーハＺ軸位置を維持し、代わりに、ウェーハ検査／処理素子を動かす。この方法は検査／処理素子（通常、多素子光学アセンブリ）の設計を複雑にし、垂直平行移動ステージが通常ウェーハの真上に設置されるので、粒子汚染の危険性を高める。また、Ｚ軸平行移動ステージ（およびそれが担持する素子）の移動質量がウェーハチャックのそれよりも大きいので、結果として生じる動的性能は多くの高処理量応用には不充分である。

別の従来の方法もまたチップおよびティルト位置合わせ器をウェーハの上に取り付ける。この方法に関連する問題は、チップおよびティルト角が変化するとき、検査／処理ポイントのＸ−Ｙ平行移動を防止するために、検査／処理装置の焦点ならびにチップおよびティルト位置合わせ器の軸の相対的配置を維持することである。もちろん、質量、複雑さ、および汚染の危険性が依然としてこのウェーハの上の構成に関連する問題であり続ける。

いくつかの従来の方法では、チップおよびティルト位置合わせをウェーハチャックの下で、例えばＸ−Ｙステージキャリッジ上などで施す。例えば、２つの角度測定クレードルステージを回転軸を一致させて積み重ねることが、ウェーハ表面に位置する共通ポイントを中心としたチップおよびティルト回転を与える。この方法は比較的大きいチップおよびティルト位置合わせ角を与えるが、それは機械的ベアリングおよび駆動ネジを用いるので問題があり、背高型であり、そしてチップおよびティルト角を直接測定できない。あるいは、このクレードル方法は、Ｘ−Ｙステージキャリッジ上にまた設置されるＺ軸ステージにさらに結合されることがある。Ｘ−Ｙステージに取り付けるための最も一般的な従来のＺ軸ステージが、機械的アクチュエータまたはリニアモーターによって駆動される水平ウエッジ、垂直案内面付きの単一駆動ネジか、それともＺ軸運動を与えるために同期して回転する、３または４つの小さい垂直駆動ネジを用いる。これらの方法の全ては、高処理量応用において適切な動的性能を達成するためには非常に背が高く、大きくて重い。

別の従来のチップおよびティルト位置合わせ器による方法が、チップおよびティルト回転の中心を規定する回転軸にある支持板に連結した機械的または圧電性アクチュエータによって駆動される曲げ機構を用いる。この方法では、９０度だけ相隔たる、かつ回転軸から同じ半径にある、２つの同一の湾曲部が、１つの軸を中心とする回転および別の軸に沿った平行移動を与える。回転と平行移動の組み合わせがチップおよびティルト位置合わせを形成する。しかしながら、湾曲部は、機械的構造に剛性を与えるとはいえ、回転軸を通して応従しなければならない。このトレードオフは回転範囲か或いは剛性を制限する。

別の従来の湾曲部による方法が、２つの対向する湾曲部の同時に起こる動きによって、チップ、ティルト、および少し（１ｍｍ未満）のＺ運動を与える単一ステージを用いる。この方法は４つの湾曲部、支持板を用いるが、中心の回転軸を用いない。４つの湾曲部は支持板の周囲の周りに９０度相隔たる。チップおよびティルト運動が２つの対向する湾曲部を反対方向に動かすことによって与えられる。Ｚ軸運動が４つの湾曲部全てを同じ方向に動かすことによって与えられる。この方法もまた範囲の制限または機械的剛性の不足をこうむる。

ＺＴＴ位置合わせに加えて、多くのウェーハ処理応用もまたＺ軸中心の回転角（シータ）位置合わせを必要とする。シータ位置合わせは、通常、ウェーハがチャックに装着される場合にそれを位置合わせするための静的「ファインシータ」調整と、Ｘ−Ｙ軸位置合わせ器の運動中にアライメントを維持するための「動的シータ」調整と、を含む。ファインシータ位置合わせ器および動的シータ位置合わせ器は通常Ｘ−Ｙ位置合わせステージに取り付けられる。ファインシータ位置合わせ器はＸ−Ｙ誤差を避けるためにウェーハに近接していなければならないのに対して、動的シータ位置合わせ器はウェーハの寄生回転を補償するためにより低い位置に取り付けられなければならない。

ＺＴＴ位置合わせ器と同様に、ファインシータ位置合わせ器および動的シータ位置合わせ器は、適当な動的性能を与えるために軽く小型で堅く、数ナノメートル以下の精度であり、安定、高感度で再現可能でなければならず、ウェーハを汚染する粒子を生じてはならないし、そして機械の処理能力を維持するために十分な信頼性がなければならない。

一般的な従来のシータ位置合わせ器は、Ｘ−Ｙ位置合わせキャリッジに取り付けた機械的回転ステージを用いる。かかる回転ステージは、ウオームギア駆動ラジアルベアリングセットによって支持した回転キャリッジを含む。あるいは、直接駆動トルクモーターがステージを駆動するかもしれない。しかしながら、ベアリングステージの質量、高さ、および固有の機械的特性がＸ−Ｙステージの性能を犠牲にする。さらに、シータステージに関して所望のゼロディザ性能を達成するために、ブレーキまたはロッキング機構をステージに追加する必要があり、これは位置合わせ器の質量および複雑さをさらに増大させる。

適当なシータ位置合わせ性能を与えるための解決策が、平らな基準板がＸ−Ｙステージキャリッジに取り付けられる、簡単な２板空気ベアリング構造を用いる。圧力穴および減圧穴を有する上部板が基準板の上に取り付けられて、空気ベアリングギャップを２つの板の間に形成する。上部板は一端で線形アクチュエータによって接線方向に駆動され、反対端で堅い湾曲機構によって支持されて、シータ調整のために回転軸を形成する。調整後、空気ベアリング圧力供給が遮断されて、残留減圧の維持が可能になり、それによって上部板および下部板ともにロックする。また一方、ステージがロックされるので、それはいくつかの応用によって要求される動的シータ調整を施すことができない。さらに、この方法の運動範囲が堅い湾曲機構によって、そしてアクチュエータ接点間で起きる横移動によって制限される。この方法の別の欠点は、回転中心がＸ−Ｙキャリッジ中心からずれて、シータオフセット角をＸ−Ｙで補償することが必要になることである。

約１度以下の超ファインシータ調整および高帯域応答の両方を与える解決策が、単一垂直ステージによって連結される、２つの平行なステージの様々な位置合わせを用いる。Ｈブリッジ構成と呼ばれる、この方法は単一垂直ステージの各端部で湾曲部を用いて、２つの連結した平行なステージ間の少しの個々の機械的運動を可能にする。この運動は平行な軸に対する単一ステージのオフセット角、および、言い換えると、所望のシータオフセット機能を生じる。この解決策は少しのハードウェアをＸ−Ｙ装置に追加して、シータ機能を与える一方で、それはやはり制限された運動範囲を有し、シータ位置をロックすることができない。高帯域シータ調整がＨブリッジ構成を用いて可能であるが、湾曲部は平行なステージの様々な運動に適合するために必要とされるので、Ｘ−Ｙステージの動的応答が湾曲応従によって小さくされる。

従って、本発明の目的は、Ｘ−Ｙステージまたは関連する装置の素子の動的性能を犠牲にしないで、Ｘ−Ｙキャリッジに結合される単一機構でＺ軸、チップ、およびティルト位置合わせを施すウェーハ位置合わせステージを提供することである。

本発明の利点は、それもまた、ファインおよび動的シータ位置合わせに、ファイン調整の機能、中程度の運動範囲、高帯域応答、任意の所望位置におけるゼロ角度ディザ、無視できるＸ−Ｙステージの処理能力に対する影響、およびＸ−Ｙキャリッジ回転中心を通る角回転を与えることである。

本発明のＺＴＴ位置合わせ器が、Ｚ軸変位を可能にし、かつチップおよびティルト回転を許容する可撓性円板を用いる。円板は振動を避けるために最小質量、ＸおよびＹ方向の剛性、ならびに高い制振を有する。駆動装置が、移動質量を補償するためにばねを各々が有する、３つの非接触ボイスコイルモーターを用いる。位置フィードバックが各ボイスコイルモーターに結合した非接触リニアエンコーダによって与えられる。モーターおよびエンコーダは円板の周囲の周りに１２０度角的に相隔たって、高い感度および精度を備える。

ＺＴＴ可撓性円板は複数の積層板を含む。上部板は非常に堅い低質量のセラミック材料から形成される。Ｘ−Ｙステージとの接合部分は応用によって決まるが、角アライメントのためのシータステージ、リフトピン機構、およびウェーハチャックを含むこともあり得る。ＺＴＴ位置合わせ器は、ウェーハと処理装置との接触を防止するために調整可能な堅固な歯止めをさらに含む。

本発明のファインシータ位置合わせ器および動的シータ位置合わせ器はともに、ファイン調整の機能、中程度の運動範囲、高帯域機械的応答、所望位置におけるゼロ角度ディザ、無視できるＸ−Ｙステージの処理能力に対する影響、およびＸ−Ｙステージの中心を通る角回転を備える。シータ位置合わせ器はＺＴＴ位置合わせ器と一体化されることが好ましい。

ファインシータ位置合わせ器は、数度を通る回転を可能にするために、回転軸が中心にある空気ベアリング回転ステージを用いる。空気ベアリングは減圧でプリロードされる空気圧に乗る。ファインシータアライメント後、圧力が遮断され、それによってファインシータ機構を基準面に減圧クランプする。クランピングが最小の大きさおよび質量を有する非常に堅い機構を与える。空気ベアリングは、ウェーハチャックを取り付けるための一体化接合部分を有する３つの空気パッドを用いる。ファインシータ駆動装置は非接触ボイスコイルモーターを用いる。角度フィードバックが非接触の高精度角度エンコーダによって与えられる。クランピング中、モーターおよびエンコーダは閉ループ構成の中にあって、正確な角度位置合わせを確実にする。

動的シータ位置合わせ器は、回転軸を中心に１２０度相隔たる、３つの圧電アクチュエータによって駆動される可撓性枢軸を用いる。可撓性部品は回転軸を中心とした回転に集中するように向けられ、それによって角回転中に寄生Ｘ−Ｙ変位を避ける。３つの可撓性機構は各々小さいが、回転軸から大きい半径距離に取り付けられて、数キログラムの荷重を加えられた場合でさえも大きいＺＸＹ剛性を与える。動的シータ位置合わせ器はほぼ無摩擦であり、清浄で信頼性が高い。

本発明のその他の態様および利点が、添付図面を参照して進む、好ましい実施形態についての次の詳細な説明から明らかになる。

図１および２は、Ｘ−Ｙステージ１２の上端とウェーハ取り付けチャック１４の下端との間に組み立てられる、ＺＴＴシータ位置合わせ器１０の好ましい実施形態の側面図および組立分解図をそれぞれ示す。Ｘ−Ｙステージ１２は花崗岩の厚板のような平面１６に対してＸおよびＹ軸方向に動く。ＺＴＴシータ位置合わせ器１０はＸ−Ｙステージ１２の上面１８に取り付けられ、チャック１４をＺ軸方向に正確に動かし、チャック１４をＸ軸を中心に傾け（ロール）、チャック１４をＹ軸を中心に傾け（ピッチ）、そしてチャック１４をＺ軸を中心に回転させる（ヨー）ように作動する。従って、チャック１４は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ロール、ピッチ、およびヨー方向において６軸の制御される運動を受ける。

ＺＴＴシータ位置合わせ器１０は、Ｘ−Ｙステージ１２、位置合わせ器１０、およびチャック１４の全高さ１１５ｍｍのうちの約３５ｍｍだけを占める低背型アセンブリである。Ｘ−Ｙステージ１２は可撓性ケーブル２０によって制御装置（図示せず）に電気的に接続される。低背型は、質量をできるだけ小さく保ち、回転慣性量を制限することによって、角トルクを小さくする。

図３は、Ｘ軸、Ｙ軸、およびシータ方向で大きい剛性を有しながら、Ｚ軸変位ならびにチップおよびティルト回転を可能にすることによって、ＺＴＴシータ位置合わせ器１０のための案内路として作動する可撓性円板２２を示す。可撓性円板２２は、開口２５および固定的取り付けポイント２６を含む３つの固定扇形部分２４と、可動取り付けポイント３０を有する３つの可動扇形部分２８と、に分割されることが好ましい。取り付けポイント２６および３０は全て可撓性円板２２の回転中心から同じ半径距離にあることが好ましい。開口２５は、可撓性円板２２の剛性を小さくし、扇形部分２４および２８の湾曲を等しくするために、角が丸みを帯びた三角形であることが好ましい。湾曲を等しくすることは、取り付けポイントにおいて半径に対して同じ変位量を与える。固定的取り付けポイント２６もまた取り付け接合部材３１に形成され、これらの部材は環状断片（図４）の形であり、固定扇形部分２４の固定的取り付け部位２６の上側および下側に取り付けられて、それらをＸ−Ｙステージ１２の上面１８に直接かそれとも間接に固定する。中心から可撓性円板２２の外周近くのポイントへ半径方向に延びるスリット３２が、取り付け接合部材３１のより短い側界と交差する。スリット３２は隣接する固定扇形部分２４と可動扇形部分２８との間に界線を規定し、それらの３つの軸（Ｚ、ロール、およびピッチ方向）における相対的運動を可能にする。共通のハブから半径方向に延びる環状断片（図４）の形をした取り付け接合部材３３が、可動取り付けポイント３０と軸方向に一致する穴３４を含む。穴３４および可動取り付けポイント３０を貫通して延びる締め具（図示せず）が、可動扇形部分２８をチャック１４を支持する上部板３５（図２および４）に固定する。

上部板３５は、低質量、大きい剛性、および小さい熱膨張を与えるために、炭化珪素（ＳｉＣ）セラミック材料から形成されることが好ましい。可撓性円板２２の扇形部分２４および２８は、Ｘ、Ｙ、およびシータ方向において大きい剛性を与えるために、大きさおよび位置が最適化される。可撓性円板２２は、大きい減衰係数を与えて、振動を避け、ＺＴＴ運動帯域幅を改善するために、両面テープでともに接着した、いくつかの薄いスチール円板素子から成る多層構造であることが好ましい。適当なＺ軸変位を与えるために必要な原動力が、単一厚さの円板の場合に必要な力よりもかなり小さい。可撓性円板２２は比較的小さい変位範囲を有するけれども、スチールには全く応力が無く、かつ両面テープは大きい面を接着するので、それは非常に信頼性が高い。さらに、可撓性円板２２は非常に清浄であり、注油なしに動作する。

図４は上部板３５をＸ−Ｙステージ１２に可動結合するＺＴＴ駆動装置を示す。駆動装置は複数の伸張可能機構を、好ましくは、Ｘ−Ｙステージ１２に固定して取り付けられるモーター磁石３６と、上部板３５に取り付けられるモーターコイル３８と、を含む３つのボイスコイルモーターを用いる。モーター磁石３６とモーターコイル３８は接触せず、可動上部板３５とＸ−Ｙステージ１２との間に直接駆動機構をもたらす。図４に示すように、モーター磁石３６およびモーターコイル３８は、可撓性円板２２の三角形状の切欠部位４０を通り抜け、それと接触しない。信頼性が、チップおよびティルト角が最大である場合に接触を避けるために、モーター磁石３６とモーターコイル３８との隙間を十分な大きさにすることによって改善される。移動質量は、Ｘ−Ｙステージ１２に逆らって力を与えるモーターコイル３８の周りに設置され、かつ可撓性円板２２の切欠部位４０を通り抜けるコイルばね４２によって補償される。可撓性円板２２はその５ｍｍの運動範囲にわたって大きな力を発生しないので、コイルばね４２はモーターコイル３８によって必要とされる電流を効果的に減らし、それによって温度上昇を小さくし、ＺＴＴ取り付け接合部分の熱的安定性を高める。

ＺＴＴシータ位置合わせ器１０は、±２ｍｍのＺ軸運動範囲に７０ｎｍの再現性、５μｍのステップ、および４０ミリ秒の整定時間を与える。ＺＴＴシータ位置合わせ器１０はまた、±０．５ミリ度のチップおよびティルト回転範囲に２マイクロラジアンの再現性を与える。あるいは、短ストロークリニアモーター（ボイスコイルモーターはこれの１つの型である）を含む伸張可能機構および圧電機構が用いられることがある。

ＺＴＴ位置検出が３つのリニア光学エンコーダによって与えられ、エンコーダの各々は光センサヘッド４４および均等目盛４６（図５Ａ）を含み、光センサヘッド４４はモーター磁石３６に隣接してＸ−Ｙステージ１２に取り付けられ、そして均等目盛４６はコイルばね４２に隣接して上部板３５に取り付けられる。均等目盛４６は、チップおよびティルト角が最大である場合に正確なＺ変位測定を可能にする、広い角許容範囲を有する。３つのＺ位置は２０ｎｍのＺ軸移動分解能を与えるとして十分に周知である。

３つのモーターコイル３８および均等目盛４６は、上部板３５に形成した高さを小さくする凹みに取り付けられる。凹み内の金属の挿入物が剛性が大きい取り付け面を与える。取り付け面もまた、上部板３５を形成するセラミック材料プロセスのために非常に狂いがなく平坦である。上部板３５は、空気ベアリング回転ステージを取り付けるための必要な接合部分と、チャック１４上のウェーハ水平化のためのリフトピン機構と、図６〜８を参照して説明される任意のシータアライメント機構と、をさらに含む。最後に、基準ミラーが上部板３５に取り付けられて、干渉計をベースにしたＸ−Ｙ位置合わせ測定に対応する。

図５Ａおよび５Ｂは、本発明のＺ軸運動の調整可能な堅固な歯止め機構５０の等角図および側断面図をそれぞれ示す。ＺＴＴシータ位置合わせ器１０は３つの堅固な歯止め機構５０を用いることが好ましく、これら機構の各々はモーター磁石３６およびモーターコイル３８のための支持物と一体化される。固定的フォーク５２がモーターコイル支持物５４に取り付けられ、可動フォーク５６がモーター磁石支持物５８に取り付けられ、この支持物はＸ−Ｙステージ１２の上面１８に取り付けられる。可動フォーク５６の案内路はクランピング機能を含む気圧ジャッキ６０である。ばね６２が可動フォーク５６にプリロードして、Ｚ軸下方変位バイアスを与える。モーター磁石３６およびモーターコイル３８は、可動フォーク５６の位置を調整する駆動原動力を与える。

調整プロセス中、可動フォーク５６は締め付けが緩められ、気圧ジャッキ６０によってばね６２の圧迫に逆らって上方に駆動される。一方では、ＺＴＴ制御装置がモーターコイル３８を動かし、それによって固定的フォーク５２を指定した上部堅固な歯止めの方へ動かし、この位置で可動フォーク５６は気圧ジャッキ６０によって固締される。上部堅固な歯止めの位置合わせはＺＴＴモーターコイル３８およびその関連均等目盛４６を用いるので、それは非常に正確である。従って、Ｚ軸変位は上部堅固な歯止めに非常に近接することがあり得る。堅固な歯止め機構５０はＺＴＴシータ位置合わせ器１０の周囲の周りに等間隔にあり、これの直径は、チップおよびティルト角の存在下でＺ軸オフセットを回避するためにウェーハの直径に十分に近い。

ＺＴＴシータ位置合わせ器１０は、ファインシータ位置合わせ機構および動的シータ位置合わせ機構を任意に含む。

図６は、大きい減衰係数を与えるために、両面テープでともに接着した、いくつかの薄いスチール円板から成る多層構造として形成された可撓性円板７２を含む、本発明のファインシータ位置合わせ器７０を示す。可撓性円板７２はＸ、Ｙ、およびシータ方向において剛性を、Ｚ軸方向において有効な減結合を与える。

可撓性円板７２は１２０度だけ角的に相隔たる３つのアーム７３を含む。各アームの端部が空気パッド７４を含み、このパッドはその外面から圧搾空気を放出して、上部面３５に埋め込まれた基準面７６を横切る空気パッド７４の無摩擦運動のために空気ベアリング部位を形成する。基準面７６内に、空気ベアリングを生成する空気圧よりも少し低い相殺減圧バイアスを与える減圧口７７がある。空気圧が遮断されると、減圧は優位に立ち、空気パッド７４を基準面７６に固締し、それによって現在選択されているファインシータ位置合わせ角度にロックする。空気ベアリングはまた信頼性の向上に寄与し、可撓性円板７２の大きい減衰係数は振動を回避し、空気パッド７４に対する寄生力を小さくし、そしてファインシータ位置合わせ帯域幅を改善する。

上部板３５に取り付けた台に嵌め込まれたボールベアリング７８が、シータ回転の中心を規定する可撓性円板７２のハブ８１に取り付けられた中心の回転軸８０に重なる。３つの空気パッド７４が取り付けられ、それによって可撓性円板７２によってボールベアリング７８連結される。あるいは、空気パッド７４は圧搾空気および減圧の両方のための出口を含むことがあり、または永久磁石、電磁石、およびばねのいくつかの組み合わせが適当な引力および／または反発力を与えることがある。

ファインシータ駆動装置は、空気パッド７４のうちの１つの外に取り付けられるモーターコイル８２と、Ｘ−Ｙステージ１２に取り付けられるモーター磁石８４と、を含むボイスコイルモーターを用いる。モーターコイル８２の最大半径位置が、小型、低質量ボイスコイルモーターに十分なトルクを与える。ボイスコイルモーターは空気パッド７４とＸ−Ｙステージ１２との間に非接触の直接駆動を与える。信頼性が、ファインシータ角が最大にされる場合に接触を回避するために、モーターコイル８２とモーター磁石８４との間の隙間を十分に大きくすることによって改善される。

ファインシータ位置フェードバックが、Ｘ−Ｙステージ１２に取り付けられる光センサ８６と、空気パッド７４のうちの１つの外に取り付けられるエンコーダスケール８８と、を含む回転エンコーダによって与えられる。回転エンコーダはファインシータ角の直接角度情報を与える。エンコーダスケール８８は、±３度の回転にわたって５マイクロラジアン未満の分解能を支えるレニシャー（Ｒｅｎｉｓｈａｗ）エンコーダを用いる。

ファインシータ位置合わせ器７０は角度クランプ機能を含む。角度アライメント中、空気ベアリングは加圧され、従って高感度の正確な角変位を妨げる摩擦がない。目標角位置に達すると、空気圧が遮断されて、減圧が空気パッド７４を基準面７６に固締することを可能にする。減圧の大きいプリロードがＸ−Ｙステージ１２に対して動かない安定なシータ角を確実にする。固締中、制御装置のサーボループが閉じられて、正確な目標アライメント角を確実にする。固締後、サーボループは開かれて、モーターコイル８２を通る電流をなくし、それによって熱発生を解消して熱的安定性を確実にする。

空気パッド７４の各々は、シータ応力をチャック１４から分離する、円錐およびボールから成るチャック取り付け接合部分９０をさらに含む。チャック１４はネジによって空気パッド７４に堅く取り付けられる。

図７は、Ｘ−Ｙステージ１２のような、基準面に１２０度間隔で取り付けられた３つの固定的基部１０２を含む、本発明の動的シータ位置合わせ器１００を示す。動的シータ位置合わせ器１００は、湾曲部１０６によって固定的基部１０２に相互に連結される、３つの可動基部１０４をさらに含む。湾曲部１０６は固定的基部１０２と可動基部１０４との間に減結合を与え、これらの基部は圧電アクチュエータ１０８によって結合される。可動基部１０４は可撓性円板２２の固定的ポイント２６（図３）に結合される。任意に取り付けられる場合に、動的シータ位置合わせ器１００は不要になり、従って図４に示す可撓性円板取り付け接合部分３１を取り換える。

固定的基部１０２と可動基部１０４との間の減結合の方向づけが、Ｘ−Ｙ寄生変位なしに正確なシータ回転を与える中央の回転軸１１０に向って半径方向に向けられる。湾曲部１０６は、Ｘ−Ｙ方向の大きい剛性を確実にするために最適化される。３対の相互連結された固定的基部１０２および可動基部１０４のうちの隣接するものの間の間隔は、Ｚ軸、チップ、およびティルト方向で大きい剛性を与えるために十分に大きい。間隔はまた、ＺＴＴ、ファインシータなどの他の機能、およびチャック１４へのウェーハ装填を支援する任意のリフトピン機構１１４をまとめるための空き部分１１２を与える。リフトピン機構１１４はファインシータ位置合わせ器７０（図６）と一体化し、チャック１４の穴１１８（図２）を通って上方に延びる、３つの管状減圧供給ライン１１６を含む。リフトピン機構１１４は、ウェーハを減圧グリップし、かつチャック１４へ動かし、それから取り外すために、減圧供給ライン１１６に約６ｍｍの運動を与える。全ての他の統合された機能が動的シータ位置合わせ器１００の上に取り付けられて、正確な動的シータアライメントを確実にする。

圧電アクチュエータ１０８は、ヒステリシスなしに前後方向に変位するためにプリロードされる。圧電アクチュエータ１０８は、ドリフトおよびヒステリシスなしに正確な変位を与えるために、一体化した位置センサを含む。

角位置フェードバックが、ＸＹ変位中にウェーハアライメントを測定する光学装置によって与えられるか、あるいはチャック１４またはウェーハに近接して取り付けた基準ミラーを有する干渉計によって与えられることがある。いずれにしても、動的シータ位置合わせ器１００は、±１０マイクロラジアンの角運動にわたって０．５マイクロラジアン以内の精度でウェーハの動的回転を与える。

図２を再び参照すると、本発明のＺＴＴ位置合わせ器、ファインシータ位置合わせ器７０、および動的シータ位置合わせ器１００の種々の部品の間の空間的関係が示されいる。

熟練労働者は、本発明の一部分は上述の好ましい実施形態の実施とは異なって行われ得ることがあると認識するものである。

多くの変更が、本発明の基礎をなす原理を逸脱することなしに、上述の実施形態の細部に対して行われ得ることが当業者にとって明らかであろう。従って本発明の範囲は特許請求の範囲によってだけ決定されるべきである。

本発明のＺＴＴシータ位置合わせ器の好ましい実施形態の絵画側面図である。 ＺＴＴ位置合わせ器の主要部品を示す図１のＺＴＴシータ位置合わせ器の組立分解等角絵画図である。 図２に示すＺＴＴシータ位置合わせ器の可撓性円板部品の等角絵画図である。 ＺＴＴ位置合わせ器の可撓性円板、セラミック板、ボイスコイルモーター、およびリニアエンコーダスケール部品の組立分解等角絵画図である。 図４に示すＺＴＴボイスコイルモーター部品の調整可能な堅固なＺ歯止め部品をさらに詳細に示す拡大等角図である。 図４に示すＺＴＴボイスコイルモーター部品の調整可能な堅固なＺ歯止め部品をさらに詳細に示す拡大側断面図である。 図１に示すファインシータ位置合わせ部品の組立分解等角絵画図である。 本発明の動的シータ位置合わせ部品の組立分解等角絵画図である。

Claims (32)

1. 高精度の動的試料位置合わせ機構であって、
   第１の平面に延在する複数の軸に沿った方向に動く可動ステージと、
   試料取り付けチャックを支持するために、該試料取り付けチャックと連結した板と、
   前記板を前記可動ステージに結合する複数の直線変位機構であって、前記複数の直線変位機構の各々は、前記可動ステージと前記板との間の空間にある前記第１の平面と平行の平面において異なる位置に相互に離間して配置され、前記異なる位置において前記可動ステージと前記板との間の前記第１の平面に対して垂直方向の距離を変化させるように制御可能である、複数の直線変位機構と、
   前記可動ステージに固定され、前記可動ステージに対して３つの運動軸で運動の自由が拘束された固定部分と、前記板に固定され、前記３つの運動軸とは異なる三つの応従運動軸に従って動く可動部分とを有し、前記直線変位機構の直線変位に対応して、前記試料取り付けチャックの直線および回転運動を前記３つの応従運動軸で可能にする円形の可撓性部材と、を含み、
   前記可撓性部材の前記固定部分と、前記可撓性部材の前記可動部分とは、前記可撓性部材の中心から前記可撓性部材の周縁部の近くまで延在するスリットによって部分的に分断されている、試料位置合わせ機構。
2. 前記可撓性部材が、相対的に動くように構成した２つのグループの複数部分に分けられ、第１グループが前記可動ステージに固定され、第２グループが前記板に固定される、請求項１に記載の試料位置合わせ機構。
3. 前記可撓性部材が円板の形をしており、前記２つのグループの複数部分が、前記グループのうちの１つの一部材が前記グループのうちの他方の部材の間に定置されるように配置した部材を含む、請求項２に記載の試料位置合わせ機構。
4. 前記可撓性部材が中心および外周を有し、前記グループの前記部材の隣接する対が、前記中心から前記可撓性部材の前記外周に近い位置へ放射状に延びるスリットによって分離される、請求項３に記載の試料位置合わせ機構。
5. 前記第１グループが第１取り付け点で前記可動ステージに固定され、前記第２グループが第２取り付け点で前記板に固定され、前記第１取り付け点および前記第２取り付け点は前記可撓性部材の前記中心から等距離の所にある、請求項４に記載の試料位置合わせ機構。
6. 前記可動ステージがＸおよびＹ軸に沿って動かすことが可能であり、前記可撓性部材がＺ軸ならびにロールおよびピッチ軸に沿って応従して動く、請求項１に記載の試料位置合わせ機構。
7. 前記直線変位機構の各々が、非接触な関係にある前記可動ステージと前記板との間に固定した伸張可能機構を含む、請求項１に記載の試料位置合わせ機構。
8. 前記直線変位機構の少なくとも１つがストロークリニアモーターを含む、請求項１に記載の試料位置合わせ機構。
9. 前記ストロークリニアモーターがボイスコイルモーターを含む、請求項８に記載の試料位置合わせ機構。
10. その移動質量を補うために、前記可動ステージと前記板との間に延びるばねをさらに含む、請求項７に記載の試料位置合わせ機構。
11. 前記可撓性部材が、前記可撓性部材との物理的接触を防止するために、前記伸張可能機構が通り抜ける切欠部位を含む、請求項７に記載の試料位置合わせ機構。
12. 前記直線変位機構の直線変位の方向を中心とした前記試料取り付けチャックの角変位を与えるために、前記板および前記試料取り付けチャックと作動的に結合された角位置合わせ機構をさらに備える試料位置合わせ機構であって、前記応従運動軸の１つが直線変位の前記方向を規定する、請求項１に記載の試料位置合わせ機構。
13. 前記角位置合わせ機構を前記板に対して回転可能に動かすために、前記角位置合わせ機構と作動的に結合された駆動デバイスをさらに備える試料位置合わせ機構であって、
    前記板は複数の基準面を含み、
    前記角位置合わせ機構は、前記板に回転可能に取り付けられ、各々に流体パッドが取り付けられる複数のアームを含み、そして
    前記複数のアームは中心部から延び、該当中心部を中心として角度をもって相隔たり、流体ベアリング圧力面を形成するために前記基準面の異なる面と空間的に整列させられる、請求項１２に記載の試料位置合わせ機構。
14. 前記流体ベアリング圧力面が正および負の流体圧力部位を含む、請求項１３に記載の試料位置合わせ機構。
15. 前記流体ベアリング圧力面が、空気圧、減圧、磁力、磁力の反発、およびバネ張力のうちの少なくとも１つによって別々に、またはともに偏らされる、請求項１３に記載の試料位置合わせ機構。
16. 前記角位置合わせ機構が、接着剤でともに貼り合わせた材料から成る多層膜によって形成した可撓性円板を含む、請求項１２に記載の試料位置合わせ機構。
17. 前記駆動デバイスが、前記角位置合わせ機構および前記可動ステージのうちの異なるものに固定した磁石およびコイルを含む電気機械デバイスを含む、請求項１３に記載の試料位置合わせ機構。
18. 前記電気機械デバイスがボイスコイルモーターを含む、請求項１７に記載の試料位置合わせ機構。
19. 前記角位置合わせ機構が、角位置合わせ応力を前記試料取り付けチャックから分離するために、前記試料取り付けチャックのためのチャック取り付け接合部分を含む、請求項１２に記載の試料位置合わせ機構。
20. 角位置フィードバックを与える回転エンコーダをさらに備える試料位置合わせ機構であって、前記回転エンコーダは、前記角位置合わせ機構および前記可動ステージのうちの異なるものと関連付けられた光センサおよびエンコーダスケールを含む、請求項１２に記載の試料位置合わせ機構。
21. 前記可動ステージおよび前記可撓性部材とそれぞれ作動的に結合された第１ベース部および第２ベース部を含む動的位置合わせ機構と、
    相対運動を前記第１ベース部および第２ベース部に与え、直線変位の前記方向を中心とした前記試料取り付けチャックの角変位を与える、前記第１ベース部および第２ベース部と作動的に結合された駆動機構と、
    をさらに備え、前記応従運動軸の１つが前記直線変位機構の直線変位の方向を規定する、請求項１に記載の試料位置合わせ機構。
22. 前記第１ベース部が、前記可動ステージに取り付けられる複数の角度をもって相隔たる固定的ベース部品を含み、前記第２ベース部が、可撓性部材によって前記固定的ベース部品のうちの異なるものに取り付けられる部品を含み、前記可撓性部材は、前記可動ステージの前記複数の運動軸に沿って前記固定的ベース部品および可動ベース部品の関連する対の間に結合を与え、そして前記駆動機構が固定的ベース部品および可動ベース部品の各関連する対を連結して、それらの間の前記相対運動を与える、請求項２１に記載の試料位置合わせ機構。
23. 前記可撓性部材が複数の運動の自由が拘束される部分と複数の応従して動く部分に分けられ、可動ベース部品が前記可撓性部材の前記運動の自由が拘束される部分に結合される、請求項２１に記載の試料位置合わせ機構。
24. 高精度の動的試料位置合わせ機構であって、
    第１の平面に延在する複数の軸に沿った方向に動く可動ステージと、
    試料取り付けチャックを支持するために、該試料取り付けチャックと連結した板と、
    前記板を前記可動ステージに結合する複数の直線変位機構であって、前記複数の直線変位機構の各々は、前記可動ステージと前記板との間の空間にある前記第１の平面と平行の平面において異なる位置に相互に離間して配置され、前記異なる位置において前記可動ステージと前記板との間の前記第１の平面に対して垂直方向の距離を変化させるように制御可能である、複数の直線変位機構と、
    前記可動ステージに固定され、前記可動ステージに対して所定の運動軸で運動の自由が拘束された固定部分と、前記板に固定され、前記所定の運動軸とは異なる三つの応従運動軸に従って動く可動部分とを有する、円形の可撓性部材と、
    前記直線変位機構の直線変位の方向を中心とした前記試料取り付けチャックの角変位を与えて角度をもって変位させるために、前記板および前記試料取り付けチャックと結合した角位置合わせ機構と、を備え、
    前記三つの応従運動軸の一つは、前記直線変位機構の前記直線変位の方向を規定し、前記直線変位機構の直線変位に応じて前記可撓性部材は、前記試料取り付けチャックの直線および回転運動を前記３つの応従運動軸で可能にする、試料位置合わせ機構。
25. 前記可撓性部材が、相対的に動くように構成した２つのグループの複数部分に分けられ、第１グループが前記可動ステージに固定され、第２グループが前記板に固定される、請求項２４に記載の試料位置合わせ機構。
26. 前記可撓性部材が円板の形をしており、前記２つのグループの複数部分が、前記グループのうちの１つの一部材が前記グループのうちの他方の部材の間に定置されるように配置した部材を含む、請求項２５に記載の試料位置合わせ機構。
27. 前記可動ステージがＸおよびＹ軸に沿って動くことが可能であり、前記可撓性部材がＺ軸ならびにロールおよびピッチ軸に沿って応従して動く、請求項２４に記載の試料位置合わせ機構。
28. 前記直線変位機構の各々が、非接触な関係にある前記可動ステージと前記板との間に固定した伸張可能機構を含む、請求項２４に記載の試料位置合わせ機構。
29. 前記角位置合わせ機構を前記板に対して回転可能に動かすために、前記角位置合わせ機構と作動的に結合された駆動デバイスをさらに備える試料位置合わせ機構であって、
    前記板は複数の基準面を含み、
    前記角位置合わせ機構は、前記板に回転可能に取り付けられ、各々に流体パッドが取り付けられる複数のアームを含み、そして
    前記複数のアームは中心部から延び、それを中心として角度をもって相隔たり、流体ベアリング圧力面を形成するために前記基準面の異なる面と空間的に整列させられる、請求項２４に記載の試料位置合わせ機構。
30. 前記角位置合わせ機構が、接着剤でともに貼り合わせた材料から成る多層膜によって形成した可撓性円板を含む、請求項２４に記載の試料位置合わせ機構。
31. 前記角位置合わせ機構が、角位置合わせ応力を前記試料取り付けチャックから分離するために、前記試料取り付けチャックのためのチャック取り付け接合部分を含む、請求項２４に記載の試料位置合わせ機構。
32. 前記可動ステージおよび前記可撓性部材とそれぞれ作動的に結合された第１および第２ベース部を含む動的位置合わせ機構と、
    相対運動を前記第１および第２ベース部に与え、それによって直線変位の前記方向を中心とした前記試料取り付けチャックの角変位を与える、前記第１および第２ベース部らと作動的に結合された駆動機構と、
    をさらに備える、請求項２４に記載の試料位置合わせ機構。

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