JPS59178728A - ステ−ジ位置合せ装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ステージの位置合せ装置の改良に係り、機械
的な無理なカががからないようにして装置の損傷を防止
すると共に、機構上の遊びをなくし、水平面内及び手直
方向の（■置台せを高精度に行なえるようにしたステー
ジの位置合せ装置に関する。

〔発明の背景〕

ＩＣ＋ＬＳ１の半導体の製造は、マスクパターンとウェ
ハ上のパターンとをＫ　Ｎ　ＩＩＩ　Ｋ　ｆｅｚ　置合
せし、投影露光によって焼付けて製造する。

この位置合せには、ステージ位置合せ装置が使用され、
例えば±５ｍｍの範囲内において０．１μｍといったよ
うな旬、梢朋の位置合せ機能が要求される。

従来のステージ位置合せ装置として代表される反射投影
式露光装置のウェハステージを第１゛図乃至第４図に示
し以下説明する。

先ず第１図（平面図）において、水平面内のＸ方向及び
Ｙ方向に移動するＸＹステージの位置調整について説明
する。

図において、ステージベース１上には、３個の鋼球１４
を介して、ＸＹステージ１７がステージベース１上で水
平移動可能なように載置されている。このように載置さ
れたＸＹステージ１７は、３個のバネ１５の弾性力によ
りて、Ｘ方向及びＹ方向に、台型カム１ｏに押し当てら
れ、ステージベース１上に静止し７ている。台型カム１
゜け、ナツト７Ｖこよって送りネジ６に螺合しておす、
パルスモータ２の回転によって送りネジ６が回転し、台
型カム１ｏけ、水平面内において往復動する。この台型
カム１ｏの往復動によって、ＸＹステージ１７は、台型
カム１０の楔面に沿ってＸ及びＹ方向に変位し、水平面
内で位置合せされる。

なお、図中６．４は、パルスモータ２の回転を送りネジ
６に伝えるための歯車、５は送りネジ６の支持部材、１
６はＸＹステージ１７に設けられ、台型カム１ｏとの間
の摩擦を少なくするためのローラである。

第２図は、第１１図のナツト７部分を縦断面して示した
図であり、台型カム１ｏは、案内部材８に鋼球列９を介
して機構的に嵌合している。

第６図は、送り機構の詳細を平面で示しだ図であり、台
型カム１０が矢印の方向に移動した際に、遮光板１ろが
光電スイッチ１２を横切ることによってパルスモー１２
の回転が停止されストツバ１１とナツト７との間の機械
的な力を避は装置の損傷を防止するようになっている。

次にＺ方向の動作について、第４図を用い説明する。こ
の第４図に示すＺ方向の位置合せ機構は、第１図の円孔
部１９内に収納されている。

ＸＹステージ１７内の円孔部１９には、玉軸受２０を介
してθステージ２１が回転可能に設けられ、さらにこの
θ２１に上下軸２５が設けられている。

このθステージ２１１−ｊパルスモータ−および減速機
から成る送り機構（図省略）により回転角が決められる
構造になっている。宮らに、上下軸２５は、ナツト２４
、送りネジ２５、およびパルスｌ、モーター２２により
上下に駆動される構造で、Ｚステージとして作用する部
材である。とのＺステージである上下軸２５はθステー
ジ２１に対して回動しないように係止され、上下摺動自
在に支承されている。この上下軸２５上部には、ウエハ
搭載台２７が置かれ、上下＠２５の上端の円錐状おくぼ
み２６と、ウェハ搭載台２７下部の球面座２８°）−を
嵌合させ、ウェハ塔載台２７の傾斜が自由に台なえるよ
うになっている。したがって、ウニノミ塔載台２７にウ
ェハ２９を載置し真空吸着させた袂態で上下軸２５を上
昇すれば、つ土ハ２９の表面ｄ投影光学系の下部に設け
られている高さ規準板３０の６角形の頂点位置に配され
た、パッド３１に接触する。このとき、この３個のパッ
ド６１の高さは投影光学系の焦点面に対し５００士２μ
ｍだけ高い位置に調整されていて、ウェハ塔載台２７け
パッド３１からの反力を受は球面座２８が揺動し７Ｘ軸
およびＹ軸回りの頑きを生じ　ウェハ２９の表面は高さ
および平行度の位置合せが成されるようになっている。

　　　　　　　　　　　　　　ｌ）このように、従来の
ＸＹステージは、ＸＹステージ１７に対する送り機構と
して、パルスモア。

ター２の回転を歯車ろ、４で減速して送りネジ６に伝え
、送シネシロと噛み合うナツト７により白檀カム１０を
送りネジ乙の軸方向に直動させ、さらに、白檀カム１０
（変位伝達部材）の傾斜面で減速してＸＹステージ１７
を送るいわゆる機械的に組合された構成になっていた。

そのために、送り行程の両端は、光電スイッチ１２と遮
光板１３により検出し、その上機械的に送り行程を制限
するストツバ１１を備えだ構成となっていた。

又このようＫＸＹ方向への変位機構が、機械的に組合き
れた構成になっているので、Ｚ方向への変位機構は　こ
れと独立した別の複雑な機構を必要としていた。　　　
　　　　　　　　１（）この従来のステージ位１４合せ
装置において、・例えば、光電スイッチ１２あるいは制
御装置の輯動作、故障によりＸＹステージ１７を行程端
を越えて送るような事態が発生した場合、ナツト７゜と
ストッパー１１との干渉により、ＸＹステージ１７のオ
ーバーランは必要最小限に抑えられるが、パルスモータ
−２、歯車３．４および送りネジ６の慣性のため、ナツ
ト７とストソバ−１１が接触後、送りネジ６は１直ちに
停止せず、パルス雪−タ２、歯車６４および送りネジ６
の回転運動エネルギーが、送りネジ２、ステージペース
１、支持部材５、軸受１８およびストッパー１１を変形
させる煩エネルギーに変化した後、停止トする。このた
め、減速比が大きいこともあって、゛送りネジ乙には通
常の数１ｏ〜数ｉｏｏ倍の軸力が生じ、送りネジ６とナ
ツト７を固着してし才い、パルスモータ２を逆転させよ
うとしても、モー・ターのトルクだけでは逆転できず使
用不能になるという欠点が有ったー、 又−担このように各部材に歪を発生させると（、機イ戒
的に組合っている部分にがたを生じ、高精度の位置合せ
に支障をもたらすという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたも
のであり、制御装置の誤動作等によって機械的に送り装
置を制御しても、各部分に無理な力が働かないようにす
ることによって、送り装置Ｗの固着或は破損を防止し、
パルスモータを逆法するこ−とによって、直ちに正常状
、弗に復元させ、高精度な位置合せが可能なステージ位
置合せ装置を提供せんとするものである。

〔発明の概要〕

即ち本発明は、白檀カムの送り装置においぞ、従来のよ
うにナツトと送りネジの螺合によつそ、機械的に組合さ
れた構造ではなく、摩擦力によ。

・て白檀カムを移動させるようにしたものであり、ＸＹ
ステージのＸ及びＹ方向面に設は九口。

−ラと、とのローラに対向しステージペースに固定した
回転支持軸との間に白檀カムを介在さ゛せ、この白檀カ
ムを支持輪によって支持し、回転支持軸と白檀カムの摺
動によって、台形カム゛を移動するようにまたことを特
徴とする。

又これに加え、従来のよう々複雑なＺ方向調整機構に代
え、ステージベース上に三点支持し・だＸＹステージの
三点支持部を別個ＫＺ方向移動可能にし、ステージの平
行度とＺ方向の位置合せを同時に行なうようにしたこと
を特徴とする特 〔発明の実施例〕 以下本発明の一実施例について詳細に説明する。説明に
当って第５図及び第１０図を用い、本実施例の概略を説
明する。

第５図（平面図）において、ローラ７８は、ＸＹステー
ジ８０に固定されている。このローラ７８に対向する位
置に回転支持軸７ｏが、ステージベース６３に固定され
ている。このローラ７Ｂと回転支持軸７０綴間に介在す
る如くに台型カム７５が挾持され、支持輪７２によって
支持されている。

このように支持された台型カム７５は、パルスモータに
よって回転させられる回転支持軸７０ＶＣよ　・て摺動
しながらスプリング７７の弾性力に抗して移動し、ＸＹ
ステージ８０の平面内でのＸ及びＹ方向の位置合せを行
なう。

従って何らかの原因で台型カム７５が停止しでも、回転
支持軸７０との間でス１ソングしてスプリング７７の弾
性方以上の力は働かず、各部材の破損は起らない。

又第１０図に示すようにＺ方向の位置合せは、第５図に
示す３個の鋼球７６をそれぞれ別個にト下動可能にした
ものである。

第１０図において、鋼球１０１は、ステージ１０３とパ
ッド１００との間に介装され、パッド１００ば、ナツト
９９に固定されている。

パルスモータ９３の回転力は、歯車９４．９５を介して
送りネジ９７に伝えられ、パッド１００をＺ方。

向に移動させる。この移動は、台型カム９１の上下動に
よって許容され、ステージ１０６１−ｉ、Ｚ方向に移動
する。

このように、台型カム９１をローラ１０２と回転支持軸
８６との間で挾持しているので、ステージ１０３の上下
動が許容され、従来のような複雑なＺ方向の位置合せ機
構が不要と々る。

以下本実施例の詳細について更に詳しく説明するっ まず、第５図において、変位伝達部材として台型カム７
５を用いている。台型カム７５ば、その一方の側面をス
テージベース６５下に回動可能に設けられた回転支持軸
７０および支持輪７２のフランジ間に挿入され、対向す
る側面をステージ８’０に回動可能に支持されたローラ
７８のフランジ間に挿入され、さらＫ、水平面内で回転
支持軸７虱支持輪７２およびローラ７８に狭まれた状態
で支持されている。第８図に示すように、台型カム７′
５には、遮光板８１が両端に設けられ、遮光板８１は台
型カム７５が行程端に達したとき、ステージベース６３
上に固定された光電スイッチ７６の検出部を横切シ作動
させる構造となっている。さらに、ストッパー７４が台
型カム７５の過行程を機械的に制動するように設けられ
ている。まだ、第６図に示すように、ステージベース６
３下面に取り付けられたパルスモータ−６４の回転け、
歯車６５、・６６により減速されて回転支持軸７０に伝
えられる。

６７は回転支持軸７０を支持している軸受で、サシバネ
６８によシ予圧が加えられ、回転支持軸７０の遊びを抑
えている。６９は歯車箱である。又第４図において７１
は支持輪７２を支持している支柱である。

以上のように構成した本実施例において、第５図に示す
ように、３個の鋼球７６を介して、ス。

デージベース６３上で自由に移動可能なように載置され
たＸＹステージ８０は、３個のスプリング７７の弾性力
によって、台型カム７５に押し当てられた状態で静止し
ている。

この状態において、パルスモータ−６４ヲ回転させると
、パルスモータ−６４の回転は歯車６５、６６により例
えば／４の回転に減速されて、回転支持軸７０に伝えら
れる。このとき、台型カム７５はローラー７８により回
転支持軸７０に押付けられでいて回転支持軸７０との間
に働く摩擦力により、回転支持軸７０の回転角に対応す
る周長だけ、回転支持軸７０と支持輪７２の接線方向に
直動させられる。この台型カム７５の直動量は、同カム
の傾斜面によりさらに１／２ｏに減速されてＸＹステー
ジ８０へ伝達される。以上の経路によって、パルスモー
タ−２２の回転は、正確に減速されてＸＹステージ８０
の直動へと変換される。

つづいて、過行程時の動作について説明する。

光電スイッチ７−３と遮光板８１による行程端の検出と
制御装＃（図省略）による可動範囲の制限が。

行なわれ、さらに、制御装置の誤動作により行。

程端を越えてＸＹステージ８０を送ろうとした場合、ス
トッパー７４によって金型カム乃の直動がｆｆ？ｌＪ　
ｉ　サれ、ＸＹステージ８０のオーバーランが最小限に
抑えられる。このとき、台型カム７５がメトツバ−７４
を押す力は、回転支持軸７０と台型カム７５間の押付力
より生ずるまさつ力と、ローラー７８が台型カム７５の
傾斜面を押す力の台型カム７５の直動方向成分との和を
越えることがないっこのため、送り機構内に破損を生ず
る内力が発生せず、したがって、送り機構が固着するこ
とカナい。そのため、パルスモータ−６４は逆転方向に
自起動でき、逆転すれば直ちに制動状態が解除される。

第９図は他の実施例の平面図であり、第５図に示した実
施例と相違する点は、送り装置を６個設けた点である。

図において、第５図と同一符号は同一部材を示すので詳
しい説明は省略する。

この実施例の場合は、台型カム７５を６個設け、ＸＹス
テージ８０のＸＹ平面内において回転させ、ＸＹ平面内
の回転方向の位置合せを可能にした。

ものである。

次に第１０図に２方向の送り機構を示し説明する。図中
第５図と同一符号は同一部材を示す。

第１０図において、ステージベース６３に固定された保
持部材９８内には（ナツト９９が上下に摺動可能でかつ
回転しないように保持され、さらに、軸受９６を介して
送りネジ９７が回動可能に支持されナツト９９に螺合て
いる。さらに、送りイ、ジ９７には歯車９５が固定され
ていて、歯車９５は保持部材９８に固定すれているパル
スモータ−９３の軸に固定きれた歯車９４と爾み合って
いて、パルスモータ−９３の回転を１Ａに減速して送り
ネジ９７に伝達している。ナツト９９の上端の平面上に
はバイト１００が置かれ、鋼球７６を介してステージ８
０ヲ支持している。さらに、光電スイッチ（図省雫）お
よびストッパー（図省略）によって行程が匍ｊ限されて
いる構成となっていて、全体として１対の上下方同送９
磯構を成している。

この上下方向送り機構の動作は、パルスモータ−９６の
回転を歯車９４．９５により１／３に減速して送りネジ
９７に伝え、さらに、送りネジ９７とチット９９により
縮小した変位をパッドｉｏｏおよび鋼球７６を介してス
テージ８ｏに伝え、ステージ８゜を上下動させるもので
ある。なお、パッドｉｏｏ’の下面は空気軸受面として
、ステージ８ｏの水平方向の動きを許容する構造として
いる。

このステージ８０の上下動において、台型カム７５の両
端は、９２の円で示すようにローラ７８と回転支持軸７
０の間で挾持された状態で、ステージ８０の上下動に応
じて回動できるように形成されている。

従って、ステージ８０のＸ、Ｙ方向の位置を変、えるこ
となく保持した状態で、ステージ８ｏをＺ方向に移動可
能（（なっている、 なお回転支持軸７０は、玉軸受８７を介して、保持部材
８９に軸支され、パルスモータ８３の回転が、歯車８４
．８５及び皿バネ８８を介して回転支持軸乙０に伝達さ
れるようになっている〇 歯車８５は、玉軸受８７によってステージベース６３に
軸支されている。第１１図及び第１２図け、回転支持軸
７０とローラ７８との間に挾持された台型カム７５が、
ステージ８０の上下動によって回転蓉易なように、その
摺接面の形状を考慮したものであり、第１１図は、台型
カム７５の摺接面を又第１２図は、回転支持軸７０とロ
ーラ７８の摺接面を、それぞれ第１０図に示す円形９２
に合せた、球面状に加工し、回転支持軸７０、ローラ７
８と台型カム７５の摺接面において点接触するようにな
っている０ 以上のように構成（７た本実施例において、第５図に示
したＸＹステージ８０のＸ、Ｙ方向の２自由度と、第１
０図に示すＺ方向の３自由度との組合せにより、５自由
度の位置合せ機能を持たせることができる。又第９図に
示したＸＹステージ８０のＸＹ方向及びＸＹ面内で回転
可能にした３自由度と第１０図に示す２方向の３自由度
を組合せることにより６自由度の位置せが可能に。

なる。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り本発明によれば、台型カム。

を回転支持軸、支持輪およびローラーの３点で支持し、
回転支持軸を回転させ、回転支持軸と台型カムとの間の
まさつ力により台型カムを直動させ、ステージの位置制
御をさせるようにしたので、下記の効果が有る。

（１）送り機構内で過行程を機械的に制動しても、送シ
機構内に過大な力を生じないので送り機。

構の破損の虞れがなく、また、送り機構か固着すること
もなく、モータの逆回転によりｉμちに制止状態を解除
することができる。

（ｉｉ）上記の効果と相俟って、摩擦力によって台型カ
ムを移動させるので、機械的な遊びか々。

く、位置合せ精度は勿論のこと、位置決めさ。

れた状態を確実に保持することがでへ、高精度の位置決
めが可能となる。

Ｌｌ　：：）θ方向の回転およびＺ方向の昇降ならびに
ＸおよびＹ方向のステージの傾斜を加えた、２）。

６自由度ステージとし、６自由度に対して直接的に位置
制御可能なステージを構成でき、。

上記（ｊ）（ｉ：ｌ）の効果との相剰効果により更に高
精度の位置合せが可能となる０ （′ｌ■　更に構成の簡略化により、従来技術では不可
欠であった、送Ｑネジとナノ）　オよび案内部材の平行
度および軸間隔のμｍオーダーの調整作業が、省略でき
るなど優れた効果を奏する０

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、従来のステージ位置合せ装置であ
り、第１図は平面図、第２図はナノ。 ト部を断面した縦断面図、第６Ｎは、第１図の送り機構
の部分を詳細に示しだ平面図、第４図は、θステージ、
Ｚステージの縦断面図である。 第５図乃至第１２図は本発明の一実施例であや、鳩５図
は、平面図、第６図は、第５図の回転客待軸部で断面し
た縦断面図、第７図は、第５図の支持輪部で断面した縦
断面図、第８図は、等５図の送り機構部を示す平面図、
第９図は、送り機構を３個としＸＹステージの位置合せ
に３断面して示した縦断面図、第１１図及び第１２１縦
、台型カムの挾持状態を断面して示しだ縦断面図である
。 ６３・・・・・ステージベース、 ７０・・・・・回転支持軸、 ７２・・　・支持輪、 ７５・・・・・・台型カム、 ７６・・・・・・鋼球、 ７７・・・バネ、 ７８．７９−　・・・ローラ、 ８０・・・・・・ＸＹステージ。 羊　　ｆ　　図 早　　４−　図 ３θ 羊　５　図 羊　　ｂ　図 Ｒθ 羊　　／　図 子　８　図 羊　　Ｚ　　図 ３ 羊　　１０　　図 早″図　　　羊／２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ＸＹステージを水平面内において変位機構を介し
   てＸ及びＹ方向に変位させＸＹステ」ジを変位させ位置
   合せする装置において、ＸＹステージのＸ及びＹ方向面
   に設けたローンと、該ローラに対向する位置に配設され
   ステージベースに固定した回転支持軸と、該回転支持軸
   に並設しステージベースに固定した支。 持輪と、上記ローラと回転支持軸との間に介在し支持輪
   によって支持され緩やかな傾斜面で楔状に成形した台型
   カムとからなシ、回転支持軸の回転によって台型カムを
   摺動し、ＸＹステージの水平面内の位置合せをすること
   を特徴とするステージ位置合せ装置。 （２、特許請求の範囲第１項のＸＹ方向の位置脅せ機構
   において、ローラと回転支持軸とのりに介在させ支持輪
   によって台型カムを支持じて成るＸＹ方向位置合せ機構
   を３個配設したことを特徴とするステージ位置合せ装置
   。 （６）　　ローラと、回転支持軸との間に介在し支持輪
   によって台型カムを支持して成る特許請求の範囲第１項
   又は第２項において、台型カムとローラ、回転支持軸及
   び支持輪との間の挾持面を点接融にしたことを特徴とす
   るステニジ位置合せ装置。 （４）ＸＹステージを水平面内において変位機構を介し
   てＸ及びＹ方向に変位させ位置合せする装置において、
   ＸＹステージのＸ及びＹ方向面に設けたローラと、該に
   ローラに対向する位置に配設されステージベースに固定
   した回転支持軸と、該回転支持軸に並設しステージベー
   スに固定した支持輪と、上記ローラと回転支持４！ｉｌ
   Ｉとの間に介在し支持輪によって支持され緩やかな傾斜
   面で楔状に成型した台型カムと、ＸＹステージを三点で
   支持しこの三点を個別にＺ方向に調節可能にした三対の
   ４方向位置合せ機構とから成シ、回転支持軸の回転によ
   って台型カムを摺動し、ＸＹステコジの水平面内の位置
   合せを行なうと共ＫＺ方向位置合せ機構によってＸＹス
   テージの平行度を保持しなからＺ方向の位置合せをする
   ことを特徴とするステージ位置合せ装置。 （５）特許請求の範囲第４項のＸＹ方向の位置合せ機構
   において、ローラと回転支持軸上の間に介在させ支持輪
   妬よって台型カムを支持して成るＸＹ方向位置合せ機構
   を３個配設したことを特徴とするステージ位置合せ装置
   。 （６）　　ローラと、回転支持軸との間に介在し支持輪
   によって台型カムを支持して成る特許請求の範囲第４項
   又は第５項において、台型カムとローラ、回転支持軸及
   び支持輪との間の挟持面を点接触にしたととを特徴とす
   るステージ位置介せ装置。