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

位置決めステージ装置

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JPH04338626A
JPH04338626A JP3138684A JP13868491A JPH04338626A JP H04338626 A JPH04338626 A JP H04338626A JP 3138684 A JP3138684 A JP 3138684A JP 13868491 A JP13868491 A JP 13868491A JP H04338626 A JPH04338626 A JP H04338626A
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plane
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Takashi Kawashima
隆 川島
Takumi Mori
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

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。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100256085B1 (ko) * 1997-01-24 2000-05-01 구자홍 미세칩 위치 결정장치
WO2009148070A1 (ja) * 2008-06-03 2009-12-10 株式会社アルバック アライメント機能付きステージ及びこのアライメント機能付きステージを備えた処理装置並びに基板アライメント方法
CN109533087A (zh) * 2018-11-14 2019-03-29 南昌航空大学 一种四轮平衡装置

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CN109533087B (zh) * 2018-11-14 2020-12-25 南昌航空大学 一种四轮平衡装置

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