JPH0449675B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〈発明の技術分野〉 本発明は半導体製造装置、精密測定機、精密加
工機などに適用される微動ステージ機構に関す
る。 〈発明の背景〉 最近、大規模集積回路においては、素子性能の
向上のためサブミクロンのウエハ加工技術が要求
されており、これには、良質なマスクパターンを
用い、近紫外線またはＸ線によりウエハに露光転
写する方式がとられている。この場合、サブミク
ロンオーダの露光精度を得るためには、さらに一
桁上の精度をもつ位置決め機構が必要となる。 一般に、マスクとウエハの位置検出には、両者
に目印を複数個設け、これを光ビームと受光器を
使つて計測制御し、目印マークの一致を検出する
方法が行なわれており、従つて、ウエハとマスク
を水平方向に微動する機構が必要となる。さら
に、ピンボケを防止するため、ウエハとマスクと
のギヤツプと相互の傾斜角を微動する機構も必要
となる。上記の要求に鑑み、従来は第１１図ない
し第１４図に示すステージ機構が提案されてい
る。 第１１図および第１２図に示すステージ機構
は、ステージ１の下面へＸ軸およびＹ軸方向にそ
れぞれ平行な支持壁７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを備
え、各支持壁７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄをそれぞれ
圧電素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを介して対応す
る固定壁４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに支持し、Ｘ軸
方向またはＹ軸方向に対向する一対の圧電素子の
印加電圧を制御することによつて伸縮させ、ステ
ージ１をＸ軸方向、Ｙ軸方向に微動するものであ
る。しかし、かかるステージ機構は、かりに、ス
テージ１がＹ軸方向に微動するとき、Ｘ軸線上の
圧電素子８ｂ，８ｄと固定壁４ｂ，４ｄとの間は
摺動し、このため各圧電素子８ａ，８ｂ，８ｃ，
８ｄとステージ１の支持壁７ａ，７ｂ，７ｃ，７
ｄとは摺動可能な結合構造となしており、このた
め、ステージ１と圧電素子との間にすき間が生
じ、バツクラツシユ、ヒステリシスなどにより精
密微動が困難かつ微動のために微動整定時間も長
びくなどの問題がある。 第１３図および第１４図に示すステージ機構
は、前記従来例と同様にステージ１の下面へＸ軸
およびＹ軸方向に互いに平行な支持壁７ａ，７
ｂ，７ｃ，７ｄを備え、各支持壁７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄを対応する固定壁４ａ，４ｂ，４ｃ，４
ｄにバネ９を介して支持すると共に、固定壁４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄにそれぞれ電磁石９ａ，９
ｂ，９ｃ，９ｄを配備してその電極を支持壁７
ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄに対し一定間隙を設けて対
向配備しており、Ｘ軸またはＹ軸線上の電磁石９
ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの吸引力を制御し、バネ力
との釣り合いを利用してＸ軸、Ｙ軸方向に水平微
動するものである。ところがかかる機構の場合、
磁気干渉により各軸の制御は複雑であり、かつ磁
気漏洩を防ぐために装置が大型化されるなどの不
都合がある。さらに、上記各従来の機構は、微動
方向が水平面上におけるＸ，Ｙ軸の２方向のみで
あり、上下方向および前後または左右傾斜の微動
は不可能であり、このため、別途の微動機構を付
加する必要が生じ、機構が複雑かつ大型化するな
どの幾多の問題がある。 〈発明の目的〉 本発明は、構成簡易にして傾き、上下、水平方
向の微動を実現し、装置の小型化、計量化に優れ
た効果を有する微動ステージ機構を提供すること
を目的とする。 〈実施例の説明〉 本発明の微動ステージ機構は、第１図および第
２図に示すように、ワーク支持台をなす移動ステ
ージ１に対し、Ｘ軸およびＹ軸線上に互いに対向
して４本の棒状弾性部材２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
の上端を取付けると共に、各弾性部材２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄの下部には、それぞれ電圧印加に
より伸長、収縮するピエゾなどの圧電素子３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄを対向して取付け固定し、各圧
電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの対向側面を、取
付基板５上に突設された平面方形をなす固定部材
４の各側面に固定支持している。前記各弾性部材
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上下両端部には、それ
ぞれ薄肉部２１，２２を形成して、棒状弾性部材
に一定の可撓性を付与している。 しかして、移動ステージ１の水平微動に際し、
第３図および第４図に示すように、対をなす一方
の圧電素子３ｂを−ｐだけ収縮させ、他方の圧電
素子３ｄを＋ｐだけ伸長させ、かつ直交方向に位
置した圧電素子３ａ，３ｃをそれぞれ−ｑだけ収
縮させるべく印加電圧を制御することにより、移
動ステージ１は右方向へδx（δy）微動する。また
第５図において、各圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，
３ｄをそれぞれγだけ収縮すべく印加電圧を制御
するとき、各弾性部材２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは
たわみ作用によつて移動ステージ１を上方にδzだ
け微動させ、逆に各圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，
３ｄを膨張することにより移動ステージ１は下方
へ微動する。さらに、第６図において、圧電素子
３ａをｓだけ伸長させ、圧電素子３ｂ，３ｄを
ｓ／２だけ伸長させることにより移動ステージ１
はβ方向にδβだけ傾斜し、逆に、第７図に示す
ごとく、圧電素子３ｂをｓだけ伸長させ、圧電素
子３ａ，３ｃをｓ／２だけ伸長させることによ
り、移動ステージ１はα方向にδαだけ傾斜する。
これら５つの方向への微動動作と圧電素子の制御
状態をまとめると次表のごとくなる。なおα，β
方向については、これ以外の組合せが可能であ
る。

【表】 上記本発明の微動ステージ機構により、マスク
とウエハの位置合せを行う場合、第８図および第
９図に示すごとく、移動ステージ１の上面にウエ
ハ１０を配備して真空チヤツクなどにて固定し、
かつウエハ１０上方に一定ギヤツプを存してマス
ク１１を配備している。前記ギヤツプは、マスク
１１の周辺部に配備されたたとえば静電容量式ギ
ヤツプセンサ６ａ，６ｂ，６ｃにより計測する。
いま、マスク１１とウエハ１０が所定位置にセツ
トされると、各ギヤツプセンサ６ａ，６ｂ，６ｃ
が作動して、マスク１１とウエハ１０との間のギ
ヤツプが検出され、かかるデータに基づき、第１
０図に示すようなCPUを制御主体とする制御回
路にて、マスク１１とウエハ１０とが平行かつ所
定のすきまにて位置決めされるべく各圧電素子３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの印加電圧を算出し、駆動
回路ａ，ｂ，ｃ，ｄにより各圧電素子に所定の電
圧が印加される。この電圧印加により、移動ステ
ージ１はＺ方向微動とα，β方向傾斜微動を行
い、正確な位置が決定される。ついで、レーザー
ビームなどの光を投光器１２ａ，１２ｂによりマ
スク１１とウエハ１０の合せマーク１１ｔ，１０
ｔに当て、その透過光量をステージ１の下方に配
備した受光器１３ａ，１３ｂにより検出し、この
光量が最大となるよう各圧電素子３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄを伸縮させて移動ステージ１をＸ軸、Ｙ
軸方向に水平微動することによつて、マスク１１
とウエハ１０とは正確に位置合せされ、かつ正確
な露光を行い得るのである。 〈発明の効果〉 本発明は上記の如く、端部に可撓性を付与する
ための薄肉部が形成された複数の弾性部材を移動
ステージの適所に一端を固定し、各弾性部材の他
端部をそれぞれ圧電素子を介して固定部材に支持
し、前記圧電素子に印加する電圧を制御して移動
ステージを前後、左右、上下、前後傾斜、左右傾
斜の５種類の微動を行うようにしたから、従来装
置に比較して構成、制御が簡易かつ小型化し、高
速微動と安定かつ高精度の位置決めとを実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面図、第２
図は第１図の平面図、第３図は第１図の右側面
図、第４図および第５図は作動状況を示す正面
図、第６図は作動状況を示す右側面図、第７図は
作動状況を示す正面図、第８図は微動ステージ機
構の使用例を示す概略図、第９図は第８図の平面
図、第１０図は装置の回路構成例を示すブロツク
図、第１１図は従来例の側面図、第１２図は第１
１図の平面図、第１３図は他の従来例の側面図、
第１４図はその平面図である。 １……移動ステージ、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
……弾性部材、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ……圧電
素子、４……固定部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動ステージを前後、左右、上下、前後傾
   斜、左右傾斜の各方向に微動させる微動ステージ
   機構であつて、 前記移動ステージの適所に一端が固定され、端
   部に可撓性を付与するための薄肉部が形成された
   複数の弾性部材と、 各弾性部材の他端に一端が固定された伸縮動作
   可能な複数の圧電素子と、 各圧電素子の他端を支持する固定部材と、 各圧電素子への印加電圧を制御することにより
   圧電素子の伸縮量を設定して移動ステージを位置
   調整する制御回路とを備えて成る微動ステージ機
   構。