JPH04338626A - 位置決めステージ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水平面内を回転可能で
あるとともにこの回転面に対する垂直方向に上下動可能
な位置決めステージに関するもので特に半導体製造装置
の露光装置の分野でウエハにマスクパタ−ンを露光させ
る際に使用する位置決めステ−ジに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置において、ウエハ上にマ
スクパタ−ンを露光させる場合、水平面内における１方
向（Ｘ方向）とこれに直交する他方向（Ｙ方向）に駆動
可能なＸＹステ−ジ上方の載置台にウエハを載置する。 さらにこのＸＹステ−ジの上に水平面内における回転方
向（Θ方向）と、この水平面に直交する方向（Ｚ方向）
と、Ｘ軸に対する回転（α方向）、Ｙ軸に対する回転（
β方向）に調整移動可能なΘＺαβステ−ジを設けてウ
エハの適正位置を保持させて露光作業を行う。

【０００３】一般に露光装置は、図１２に示すようにＬ
字型ミラ−５０とレ−ザ干渉器５１とによって位置制御
が行われるＸステ−ジ５２、Ｙステ−ジ５３の上部中央
にΘＺステ−ジ５４を設け、レチクルに対してウエハの
位置を適正に位置合わせして露光するようになっている
。この場合、Θ方向の駆動機構は回転成分誤差を除去す
るためのものであり、粗動（分解能１０μｒａｄ　相当
）　と微動（分解能１μｒａｄ　相当）　調整すること
により行う。また、Ｚ方向の駆動機構は投影レンズ５４
に対する高さ方向の位置合わせをするためのものであり
、やはり粗動（分解能１〜２μｍ）と微動（分解能０．
０１μｍ）調整することにより行う。なお、露光は反射
鏡５６を有する光源５６からの光を、コンデンサレンズ
５７、レチクル５８、投影レンズ５４を透過させて行う
。

【０００４】ウエハを載置した台を水平面内のＸ、Ｙ、
Θ方向に動作させる場合の動作量は、レチクルとウエハ
のマ−クを用いたアライメント法によって決定される。 また、Ｚ方向及びα，　β方向に動作させる場合は、投
影レンズ５４とウエハ間の距離をオ−トフォ−カス検出
器によって検出し、検出信号に基づいてフィ−ドバック
し駆動量を調整する。なお、これらの位置決め手段の具
体的構成についての説明は省略する。以上のごとくして
、ウエハを適正位置にセットした後に露光過程に入り、
Ｘ方向、Ｙ方向の移動動作を繰り返しながら各チップが
順次焼きつけ露光されるのである。

【０００５】図１３以降に示したものは、上記位置決め
手段のうちのΘ方向、Ｚ方向に移動調整するための従来
例である。これは、刊行物「自動化技術」（１９８７，
　第１９巻第９号）に開示されているものである。図１
３はΘ、Ｚステ−ジの縦断面図であり、図１４は平面図
である。Θ回転板５９は円柱状の回転軸６０により回転
するようになっており、さらにこの回転軸６０は傾きを
防止するために、外周面に対して３方向から摩擦するよ
うに支持する部材が設けられている（接合個所が線状で
ある３線摩擦方式）。 また、その内の１方向からの支持部材は、バネ性を有し
ており、この支持部材に付設されているネジにより、傾
きとラジアル方向のガタが生じないように与圧調整され
ている。また、Θ回転板５９の外周部の３個所には、ベ
−ス６１との平行面を保持するための平面受けピン６２
が設けられているとともに、Θ回転板５９の上面はスプ
リング６３で押さえてあり浮き上がりを防止するように
なっている。

【０００６】Θ回転板５９を粗・微動させるには、Θ回
転板５９の外周部の一部にレバ−部６４を形成し、この
レバ−部６４を送りナット６５とその移動を受ける微動
用ＰＺＴ６６を介して進退動させながら行う。そして、
粗動はステッピングモ−タ６７と高精度リ−ドネジ６８
の動作によって行わせ、微動はＰＺＴホルダ６９内に設
けられた微動用ＰＺＴ６６の動作によって行わせるよう
になっている。

【０００７】次に、Ｚ方向の粗動はインチワ−ムモ−タ
７０を用いて行う。図１５Ａ、Ｂはインチワ−ムの概要
図と動作説明図である。このようにインチワ−ムモ−タ
７０は、上下２個の円筒部を弾性ヒンジバネで接続した
圧電アクチュエ−タ・ホルダ部７１、保持レバ−７２、
７３でホルダ円筒部に対して押圧保持する可動部７４と
、ホルダと保持レバ−を駆動する圧電アクチュエ−タを
有している。 図１５Ｂに示すように、各圧電アクチュエ−タへの電圧
印加を順次切り換えることによって、円筒部を尺取り虫
が動くように上下変位を繰り返させるのである。この場
合、上昇、下降のそれぞれの変位は２．５　μｍ／ステ
ップとなっている。以上のごとくして、トッププレ−ト
上のウエハ７５の適正な位置決めができるのである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例は、Θ回転
板５９を微動させる場合に圧電素子（ストロ−ク１０μ
ｍ）を用いて行うように構成してあるので、回転軸６０
のガタ（傾きとラジアル）及び高精度リ−ドネジ６８の
バックラッシュ等スラスト方向のガタ成分をできるだけ
とらなければならず、回転軸６０に対する与圧圧力を高
めに設定しなければならない。すると、ステッピングモ
−タ６７の回転負荷が大となりステッピングモ−タ６７
の発熱原因となってしまう。この発熱は、装置の周辺部
材の膨張を招き、ウエハを数μｍ　上方に変位させてし
まうこととなり、投影レンズが有している焦点深度を遙
かに超えてしまい適正な露光ができないという不具合が
あった。また、３線摩擦方式により支持された軸の傾き
と、Θ回転板外周部３個所の平面受けピンにより形成さ
れた面の軸に対する傾きが合っていないと、スプリング
あるいは全体の荷重による力で軸部あるいは平面受けピ
ンにかかる力のバランスがくずれ、回転動作中に荷重変
動が発生し、軸の傾き（平面）が変動してしまう。

【０００９】また、Ｚ方向の移動をさせるための構成に
おけるインチワ−ムモ−タは、圧電アクチュエ−タ・ホ
ルダ部７１のＰＺＴホルダ７１ａ　と可動部７４との３
個所の接触部（３線接触部）において磨耗が生じ、動作
中に滑り現象が起こり一定の変位量を得られないという
不具合があった。さらに、可動部７４の保持レバ−７２
、７３の強度が十分でない時、或いは上下の保持レバ−
の押圧バランスが異なっていると動作中にＺ軸が傾いて
しまい、いわゆる首振り現象を生じさせてしまうという
不具合があった。この首振りは、ウエハの位置合わせ精
度に極めて大きな影響を与えてしまうのである。

【００１０】本発明は、上記不具合を解決すべく提案さ
れるもので、ΘＺステ−ジの操作によりウエハをレチク
ルに対して適正な位置決めをし、精度の高い位置合わせ
を実現できる位置決めステージ装置を提供することを目
的としたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、水平面内を回転可能であるとともにこの回転
面に対する垂直方向に上下動可能な位置決めステ−ジに
おいて、位置決めステ−ジを支持するステ−ジ支軸の軸
受け部との接合部分を球面形成し、接合する一方向から
ラジアル方向のガタを除去するように予圧をかけながら
軸受け部を球面と３点接合させて、回転動および上下動
および水平面に垂直方向の軸に対するアキシャルふれの
動きを可能とする構成にし、ステ−ジ支軸を中心とする
放射状位置に連結部材を介してステ−ジ支軸に連結する
３個の位置決めステ−ジの平面保持用ピンを配設したこ
とを特徴とする位置決めステージ装置とした。

【００１２】

【作用】以上のごとく、ステ−ジ支軸は軸受けに球面の
３点で支持されるようになっているので、摩擦面を最小
にしながらラジアル方向の運動のみが抑制され、他の方
向への自由度は確保される。さらに、平面保持用ピン３
点で形成される面によりステ−ジ支軸の傾きが抑制され
る。さらにＺ軸粗動は、３個所に設けられたカムとピン
で形成される面を保ちながら上下に移動することができ
る。したがって、ウエハを適正な位置に保持できるよう
になる。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照しながら、本発明の実施例を
説明していく。図１は、本発明に係る装置の全体概要図
であり、図２以下は各構成部分を示したものである。図
１には示されていないが、図２に示すようにウエハ１は
ウエハチャック２にセットされる。該ウエハチャック２
は、トッププレ−ト３にビス止め等により固定されるよ
うになっている。トッププレ−ト３は、図３の平面図に
示すように抑え部材５によりＺ方向（上下方向）に可動
であるが、Θ方向（回転方向）に固定状態に設けられて
いる。そして、Ｚ方向への微動とレベリングは、後述す
るＺ微動用ＰＺＴ６によりなされる。

【００１４】また、トッププレ−ト３は、図４の平面図
に示すようなほぼ三角形状の本体と三角形の頂点に相当
する個所に脚部を有するＺ板７に固定されている。この
Ｚ板７の脚部には、前記のＺ微動用ＰＺＴ６がトッププ
レ−ト３を上下動させることができるように設けられて
いる。Ｚ微動用ＰＺＴ６は、図５の正面図に示すように
ＰＺＴ８の内部にＰＺＴ９が配設されており、ＰＺＴ９
に電圧を印加することにより矢印方向に伸縮動するよう
になっている。そして、Ｚ板７の脚部３個所に設けられ
たＺ微動用ＰＺＴ６を各々伸縮動させることにより、前
記トッププレ−ト３をベ−ス４に対して傾き調整するこ
とができるとともに、３個のＺ微動用ＰＺＴ９が同時に
変位することによりトッププレ−ト３は、上下方向に平
行移動できる。

【００１５】また、図６Ａの軸受け部断面図に示すよう
に、Ｚ板７の中心に軸１０がほぼ垂直に配設されている
。 この軸１０には、上部軸受け１１ａと下部軸受け１１ｂ
　が嵌合されている。軸１０の軸受け１１との接合個所
には、上部球面部１０ａ　と下部球面部１０ｂ　が形成
されており、それぞれ図６Ｂ、図６Ｃに示すように３点
で接合している。しかも、一つの接合点を形成する押圧
部材１１ａ−１　は、ビス１１ａ−２　を介して他の接
合点に向かってラジアル方向のガタを無くすように予圧
がかけられている。下部球面部１０ｂ　の周辺において
も同様である。

【００１６】また、Θ回転板１６の外周部で軸１０を中
心とする放射状位置３個所には平面形成ピン１３が設け
られている。また、軸１０には軸芯に直交する方向に突
起部が設けられており、Θ回転板１６と固定されている
ので、平面形成ピン１３による上下方向の調整動は軸１
０に伝達されるようになる。したがって、平面形成ピン
１３の調整により軸１０は傾きを抑制されるので、軸１
０によって支持されているＺ板７は水平面を維持できる
こととなる。

【００１７】また、軸１０には、Θ回転板１６が中央部
に形成されている立ち上がり部１７を介してビスにより
固定されている。立ち上がり部１７の外周には、玉軸受
け１８を介してカムリング１９が設けられている。カム
リング１９の外周３方には、フランジが等間隔に形成さ
れており、フランジの上面にそれぞれカム２０が設けら
れている。　　図７は、カム２０近傍の拡大断面を示し
たものであり、カム２０の上面は傾斜面に形成されてい
る。さらに、カム２０の上方には、カム軸板２１とＺ板
２２とを固定ビス２３で重ね合わせ、粗調用ボ−ル付ネ
ジ２４と微調用ボ−ル付ネジ２５とを有する調整体が設
けられている。図８は、カム２０周辺の断面図であり、
粗調用ボ−ル付ネジ２４の先端に形成されているボ−ル
がカム２０の傾斜面に当接しており、カムリング１９と
ともにカム２０が移動することにより、Ｚ板７が３個所
に設けられたカムとボールの接点によって形成される面
を保持しながら上下動することとなる。つまり、カム２
０の傾斜面の高い部分とボ−ルが当接するとＺ板７は上
昇し、傾斜面の低い部分と当接すると下降するようにな
るのである。なお、図４に示すようにカムリングのフラ
ンジの一つには腕部２６が突出形成されており、この腕
部２６はＺ方向アクチュエ−タ２７の出力軸に設けられ
たネジ機構にカムリングバネ２８を介して圧接されてお
り、Ｚ方向アクチュエ−タ２７の駆動によってカム２０
を有するカムリング１９が前記玉軸受け１８の周囲を回
動する。このような回動により前記のようにＺ板７の上
下動が可能となるのである。

【００１８】さらに、図９の平面図に示すようにΘ回転
板１６には腕３１が突出形成されており、この腕３１は
図１０の断面図に示すようにＰＺＴ受け３２に設けられ
たボ−ル３３に当接している。ＰＺＴ受け３２は、ＰＺ
Ｔホルダ３４に保持されたＰＺＴ３５を受けており、Ｐ
ＺＴホルダ３４はボ−ルネジのナット３６に固定されて
いる。ナット３６には、バックラッシュが低減されるよ
うにコイルバネ３７が連結されており、またカップリン
グ３８、減速機３９を介してΘ回転駆動モ−タ４０が連
結され駆動するようになっている。 なお、Θ回転板１６は図１および図１１に示すように、
Θ抑え５に設けられたボ−ル付プランジャ−ネジ４１に
より上下動が規制されるようになっている。

【００１９】また、カムリング１９には図１０に示すよ
うに、同軸で回転するセンサ遮光板４２が取りつけられ
ており、このセンサ遮光板４２の扇型開角部にカムリン
グ回転角左回り終点検出用の光電式リミットセンサ４３
が設けられ、カムリング１９の回転情報を前記Ｚ回転駆
動モ−タ４５に供給して制御するようになっている。な
お（図示しない）右回り終点センサについても同様であ
る。

【００２０】以上のごとく構成されているので、トップ
プレ−ト３のΘ方向、Ｚ方向の粗動と微動調整は次のよ
うにして行われる。先ず、Θ方向の調整をするには、Θ
回転駆動用モ−タ４０によりΘ回転板１６の腕３１を移
動させて粗動調整をする。また、ＰＺＴ３５の駆動によ
り微動調整をする。次にＺ方向の調整をするには、図１
０に示すようにモ−タ受け４４に保持されたＺ方向駆動
用モ−タ４５とカムリング１９とによって粗動が行われ
る。また、図５に示すようにＺ微動用ＰＺＴ６により直
接トッププレ−ト３を上下方向に微動調整する。さらに
、３個のＰＺＴに印加する電圧それぞれを変えることに
よりレベリングを行う。

【００２１】

【発明の効果】以上のごとく本発明によれば、Θ回転板
に固定した軸を軸受けに３点接触状態にラジアル方向の
ガタを無くすように接合させるとともに、平面形成ピン
により軸の傾きを抑制するようにしているので、Θ方向
の回転負荷が軽減しモ−タの発熱を減少させることがで
きる。また、Ｚ方向の移動においてもガタ無く安定させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】装置の全体概要図である。

【図２】ウエアを載置した状態の平面図である。

【図３】トッププレ−トの平面図である。

【図４】Ｚ板の平面図である。

【図５】Ｚ微動用ＰＺＴの正面図である。

【図６】軸受け部近傍の断面図である。

【図７】カムの拡大断面図である。

【図８】カム近傍の断面図である。

【図９】Θ回転板の平面図である。

【図１０】Θ回転駆動用アクチュエ−タ近傍の断面図で
ある。

【図１１】Θ抑え近傍の断面図である。

【図１２】従来の露光装置の全体斜視図である。

【図１３】ΘＺステ−ジの断面図である。

【図１４】ΘＺステ−ジの平面図である。

【図１５】インチワームの概要図および動作説明図であ
る。

【符号の説明】

３　　トッププレ−ト ６　　Ｚ微動用ＰＺＴ ７　　Ｚ板 １０　　軸 １１　　軸受け １３　　平面形成ピン １６　　Θ回転板 １７　　カムリング １８　　玉軸受け ３０　　大径玉軸受け

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　水平面内を回転可能であるとともにこ
   の回転面に対する垂直方向に上下動可能な位置決めステ
   −ジにおいて、　　位置決めステ−ジを支持するステ−
   ジ支軸の軸受け部との接合部分を球面形成し、接合する
   一方向からラジアル方向のガタを除去するように予圧を
   かけながら軸受け部を球面と３点接合させて、回転動お
   よび上下動および水平面に垂直方向の軸に対するアキシ
   ャルふれの動きを可能とする構成にし、ステ−ジ支軸を
   中心とする放射状位置に連結部材を介してステ−ジ支軸
   に連結する３個の位置決めステ−ジの水平面保持用ピン
   を配設したことを特徴とする位置決めステージ装置。