JPS61125128A - 工作物の位置決め装置 - 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】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ６産業上の利用分野 Ｂ、開示の概要 Ｃ１従来の技術 り７発明が解決しようとする問題点 Ｅ６問題点を解決するための手段 Ｆ、実施例 Ｆｌ、高精度サブミクロン工作物位置決め装置（第１．
第１Ａ図） Ｆ２．動的支持装置　　　　（第１Ａ、第２図）Ｆ３．
動的支持装置の詳細　（第４、第５図）Ｆ４．２段結合
装置　　　　（第３図）Ｆ５．結合装置の代替実施例（
第６図）Ｆ６．単−膜結合装置　　　（第７、第８図）
Ｇ４発明の効果 Ａ、産業上の利用分野 本発明は高精度のサブミクロン工作物位置決め装置に関
し、具体的には半導体工業の電子ビーム・リングラフィ
に使用する高精度の工作物位置決め装置に関する。

Ｂ、開示の概要 本発明に従い、特に電子ビーム・リングラフィ装置の工
作物位置決め装置として有用な高精度。

高処理能力のサブミクロン工作物位置決め装置力ｔ与え
られる。本発明の位置決め装置は機械的履歴（ヒステリ
シス）をかなり減少する事によって機字的安定性を増大
する。これによって現在の電子ビーム・リソグラフィ装
置によって現在の半導体分野の趨勢である再現可能な正
確な高密度回路が与えられる。

好ましい実施例の位置決め装置は可動位置決め台、３つ
の幾何学的に別個な動的支持装置によって上記可動位置
決め台に弾性的に結合した工作物支持用の上部構造体及
び工作物（即ち半導体マスクもしくはウェハ）を上部構
造体に取付ける２段結合装置を含む。レーザ干渉計位置
決め装置が工作物の位置決めに使用される。干渉鏡は工
作物支持上部構造体と一体になっている。

結合装置は機械的歪が最小になる様に工作物を上部構造
体に取付ける。好ましい実施例では３つの２段結合装置
を使用する。第１の段は位置決め装置から撤去可能で工
作物をロード及びアンロードする様になっている。この
撤去可能な段は大きな半径の球面端を有する２つの対向
する腕及びタブ部材より成る一体構造である０球面端の
中心は一直線上にあり、工作物を垂直にクランプする。

第２の段は固定していて、工作物支持用上部構造体と一
体になっている。この固定段は大きな半径の球面端を有
する２つの対向する腕を有し、撤去可能な段のタブを垂
直にクランプする。

Ｃ０従来技術 電子ビーム・リソグラフィ装置は大規模集積回路（ＬＳ
Ｉ）及び超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）のパータン発生
のための基本的装置である。これ等の装置は露光のため
のホトリソグラフィ・マスクの形成、半導体ウェハに直
接書込む（即ち電子ビームでレジスト中にパターンを画
定する）際に極めて役に立つ。

本発明は高精度のサブミクロン位置決め装置。

特に、限定するわけではないが電子ビーム・リソグラフ
ィ装置中で工作物を正確に処理する機械的装置に関する
。

基本的な電子ビーム・リソグラフィ装置は電子ビーム源
、コンデンサ・レンズ、縮小レンズ段、投映レンズ、偏
向装置及びターゲット領域を含む（米国特許第３６４４
７００号）。高い処理能力及び高密度回路への要求が高
まるにつれ、電子ビーム装置は一層複雑になった。例え
ば、レーザ干渉計位置決め下部構造のような可動位置決
め台及び高精度位置決め装置が電子ビーム露光装置に組
込まれている。

製造用リソグラフィ装置に必要な比較的高い処理能力を
与えるために、従来は精度を増大し、電子ビームに露ら
される時の工作物（ウェハ、ホトリソグラフィ板もしく
はマスク）を工作物保持器もしくは固定具に移動し、こ
れから除去するのに、　要する時間を減少する様な努力
がなされた。米国特許第３８７４５２５号及び第３９６
８８５号はこの様な移動装置を開示している。

回路の密度がさらに増大し、ウェハの寸法が増大する（
即ち８２＋ｎｍ及び１２５ｒｒｎ）につれ、マスク間の
整置誤差が少く、しかも製造処理能力が高いマスクを製
造することが重要になっている。今日の半導体装置を製
造するにはウェハに略７乃至２０枚のマスクの重置を必
要とする。この様にマスクの重置の回数が増大すると１
貫通孔及び他の特徴が整列せず、所望の高密度装置の再
現性が達成出来なくなる。ウェハ及びマスクの寸法が増
大すると、マスク間の重金誤差が増大するので歩留りに
対する悪影響も増大する。

本発明に関わる問題点及び背景を説明した現技術段階の
電子ビーム装置のまとまった詳細な説明　　′は１９８
３年９月刊固体技術第１２７−第１３２頁のアール・デ
ィ・モアー著ｒＥＬ装置：高処理能力電子ビーム・リソ
グラフィ装置」に説明されている。ＥＬ−３装置のおど
ろくべき性能は上記モアーの論文の第■表及び第７表に
示されている（例えばマスク製造装置の仕様は２５Ａ／
ｃｄの電流密度で１時間当り１０枚の８２ｍマスクの製
造高及び１ｘモードのマスクの場合には０．３５μｍの
マスク間重金誤差を要求している）６本発明の主なる目
的はモアーの論文にあげられた様な高性能の仕様を出来
るだけ実現可能にする機械的精度及び再現性を与える事
にある。

上述の装置の様な複雑な電子ビーム・マスク製造装置で
はそもそも重要誤差のないマスクを製造する事は出来な
い。装置のマスク重要能力は主に電子ビームの支柱、工
作物位置決め装置に関連する電子装Ｗ（即ち干渉計から
のフィードバック）及び装置中の機械的履歴（即ち元に
戻らない歪）の関数である。現技術段階の装置では機械
的履歴はマスク間の重要誤差の大部分の原因である。許
容可能で繰返し可能なマスク重要を与えるには、機械的
履歴を少なくして電子ビームの処理能力に悪影響を与え
ない様にしなければならない（例えば電子ビームの近く
の金属はビームの偏向を生ずる）、電子ビーム・パター
ン発生装置はサブミクロンの再現性及び精度を与えなけ
ればならない。

現在の高処理能力の電子ビーム・マスク製造装置の普通
の機械的履歴の源は素子は継ぎ目のボルトもしくはねじ
の様な外部の手段によって結合した多くの素子より成る
非一体的装置に見°られる境界の摩擦である。境界の摩
擦は境界に非再現性のすベリを生ずるので装置の安定性
を減少する。種々の装置の素子の熱膨張係数の差による
熱的応力及び可動段の移動及び不完全性によって伝えら
れる力も機械的履歴に寄与する。

装置を通して伝えられる境界摩擦、応力及び力はすべて
組立て構造物の安定・性に影響を与える。

この影響はサブミクロンの精度及び再現性を与えなけれ
ばならない、上述の電子ビーム装置の様な装置にとって
は重大である。

安定性と精度の見地から一体になった弾性装置が理想的
である。それは一体になった弾性装置は応力を受けた後
、解放されると元の位置に復帰して、機械的履歴を示さ
ないからである。しかしながら複雑な電子ビーム装置も
しくは任意の複雑な高精度装置を一つの一体構造として
製造する事は出来ない。本発明の機械的装置決め装置の
様な装置は多くの部品で組立てられている。従って、弾
性体の性質をエミュレート（模倣）する事によって多素
子高精度位置決め装置の不安定性が減少される。この事
は電子ビーム装置の応用にとって必要である。

高精度位置決め装置の汎用性（即ち種々の寸法の工作物
を取扱う事が出来、支持台に容易に脱着出来るマスク及
びウェハ結合装置を含む装置）も又機械的履歴に寄与す
る。それは工作物もしくはキャリアの脱着を容易にすめ
ために境界の摩擦が加わるからである。

レーザ干渉計位置決め装置は工作物と共に移動する鏡面
を普通使用している。この様な装置では鏡面と工作物間
の距離が重要である。もし工作物と鏡面間の距離が略一
定でないと（即ちプレートの書込みが開始した後にプレ
ートが移動すると）、レーザ干渉計装置によって可動台
を送るアドレスが電子ビームが書込みを想定している工
作物の領域に対応しなくなる６又この距離が略一定して
いないと、マスク間の重要に悪い影響を与える６機械的
履歴を最小にすめためには干渉計の鏡面と工作物間の距
離を出来るだけ一定に近づけなくてはならない。

機械的履歴をなくすためには、継目（境界）が出来るだ
け少なく、弾性を示す材料で一体に構成出来る安定な機
械装置を与える事が好ましい。

機械的安定性とは暗に一体構造体をほのめかしているが
、単一の材料で高電流電子ビーム装置の固有の要求を完
全に満す事は出来ない。材料は強磁性体であってはなら
ず、常磁性体もしくは反磁性体であってすらならない。

そうでないと、電子ビームは電子ビーム・レンズの高電
界近くの材料との相互作用によって変位する。材料は絶
縁体でなければならない、さもないと露光表面上の蓄積
電荷がビームを偏向する。材料は良好なバルク導体であ
ってはならない。そうでないと渦電流によって発生した
磁界がビームを偏向してしまう。

上述は要件を満足しないと、許容出来ない電子ビームの
歪を生ずる。これ等の要件は高い電子ビーム電流を必要
とする現在の製造レベルの高処理能力マスク製造装置に
とっては重要である。電子ビームの近くで金属を使用し
てはならないので、機械的位置決め装置の機械的履歴を
減少する問題が複雑になる。ガラス及びプラスチックの
様な他の材料も（たとえ表面電荷を一掃する様にめっき
しても）固有の問題がある。即ちガラスはもろく。

プラスチックは応力を受けた時に弾性的に応答しないで
流れ、弛緩する点で不安定である。

電子ビーム装置に使用される材料の制約によって、機械
的履歴を減少する問題は複雑になり、干渉計の鏡と工作
物間に一定の距離を保持するという問題も複雑になる。

本明細書で説明される電子ビーム・マスク製造装置は直
接ウェハ書込み装置がそうである様に整置マークがない
。その主な理由は整置マスクのための高価なマスクの領
域を使用しないのでコスト効率が良く、再整置段階のた
めの時間を必要としないで電子ビームが連続的に書込み
を行うので処理能力が増大する点にある。

マスク製造電子ビーム装置は整置マークを使用しないの
で、全ホトリソグラフィ板は盲目の書込みを行わなけれ
ばならない。これが位置誤差及び工作物の移動の原因と
なり、これに工作物とレーザ干渉計の鏡面間の距離の偏
位がからまる。

上述の如く、可動段は究極的に工作物を電子ビームに関
して位置付けるのに使用される。可動台の加速（特定の
高レベルの処理能力を与えるためには重力加速度もしく
はそれ以上の加速度が要求される）及び段の不完全性が
装置の機械的履歴に寄与する。加速及び減速も又リンギ
ングの問題を生ずる。これは段が停止した後に生ずる問
題であり、しばらくは振動を続けるのでその間は露光動
作を中断しなければならない、米国特許第４１１７２４
０号は段の停止後の振動の問題を取扱っている。しかし
ながらこの特許は装置の全体的な機械的履歴を減少する
という見地からはこの問題を扱っていない。高レベルの
処理能力を保持するためには装置はリンギングが止るの
を待っておれず。

その前にホトリソグラフィ板上に書込みを開始してしま
う。さらに機械的製約及び上述の問題からみて、すべて
のクランプ手段は任意の著しい歪力を工作物（即ちホト
リソグラフィ板）もしくは工作物支持上部構造に伝えて
はならなない、平坦な工作物（即ち板）をクランプする
通常のクランプ装置は特に工作物の全長にわたって力を
加える場合歪力を導入する。

以上、電子ビーム装置のサブミクロンの動的位置決めの
再現性に関連する一般的問題を説明した。

しかしながら電子ビームの仕様を取扱った従来技術のど
れも上述のＥＬ−３装置程積極的ではない。

米国特許第４１０３１６８号は干渉計位置決め装置を組
込んだ電子ビーム精密製造装置の鏡と干渉計のヘッド間
の望ましくない移動を減少する事に関連する。この特許
は特に荒と、干渉計のヘッド間の望ましくない移動の減
少に関連する。しかしながら１機械的履歴が干渉計の鏡
と工作物（即ち基板）間の物理的関係に与える効果につ
いての説明はない。鏡と工作物間に一定の距離を保つ事
を°　　本発明にとって重要である。米国特許第３９３
４１８７号は基板の干渉計による位置決めに関する。

干渉計の鏡のＸ及びＹ軸に関連して完全に決定された位
置で基板を電子ビームで衝撃する必要性については認識
しているが、具体的な説明はない。

米国特許第３６４８０４８号はウェハを位置決めし、電
子ビーム装置中のウェハの変位を制御する装置を開示し
ている。この装置はウェハの位置決めに干渉計と圧電ア
クチュエータを使用している。工作物は整列マークによ
って調節されている。

上述の様に本発明は整置マーク即ち整列マークを使用し
ないで正確なサブミクロンの再現性を与える。米国特許
第４３７０５５４号に開示されている多くの他の従来の
装置も整置即ち整列マークに依存している。

米国特許第３５２１０５６号は電子ビーム装置中の熱的
応力を修正する装置に関する。しかしながらこの特許は
機械的履歴の問題には関係ない。

１９８３年３月刊のサイエンティフィック・インストラ
メンテーション編ジャーナル・オフ・フィジックス第１
６巻筒２２３−２２６頁のガーサイド及びピカードの論
文「位置制御される長方形座標台」（＾ｊｏｓｉｔｉｏ
ｎ−ｃｏｎｔｉｏｌｌｅｄ　ｒｅｃｔａｕｇｕｌａｒ−
ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｔａｂｌｅ”ｂｙ　ｇａｒｓｉ
ｄｅ　、ａｎ　ｄｐｉｃｋａｒｄ　１ｎｔｈｅ　Ｊｏｕ
ｒｎａｌ　ＯＦ　ＰＨＹＳＩＣ３，Ｅ　：　Ｓｃｉｅｎ
ｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ、Ｖｏｅ、
　１６、Ｍａｒｃｈ　１９８３　ｊｊ２２３−２２６）
は電子ビーム装置と共に使用される精密位置決め装置を
開示している。この装置はレーザ干渉計測定を使用して
Ｘ−Ｙ段の位置を決定している。作業キャリアが非強磁
性材料（サファイア）より形成されたボールによってｘ
−Ｙ段上に搭載され、作業保持器が又サファイアのボー
ルによって作業キャリア上に取付けられている。

干渉計の鏡はｘ−Ｙ段上に取付けられている。

この装置は本発明によって達成される全体的なサブミク
ロンの精度及び処理能力のレベルを満足していない。サ
ファイアのボールを含む多くの摩擦境界が装置の全体的
な機械的履歴に加えられる。

さらに干渉計の鏡は工作物と同じ平面上にはない。

従って干渉計の鏡の誤差が増幅される。要約すると、こ
の装置はＸ−Ｙ段だけのサブミクロンの位置決めを与え
るだけで、機械的履歴の観点からの全体的な装置の精度
及び再現性の問題を認識していない。

Ｄ。発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は比較的高い処理能力を有する高精度サブ
ミクロン工作物位置決め装置を与える事にある。

本発明に従えば、処理能力が増大し、マスク間の装置誤
差を減少する電子ビーム・リソグラフィ装置を与える事
が出来る高精度サブミクロン工作物位置決め装置が与え
られる。

本発明に従えば、電子ビーム・リソグラフィ装置のため
の工作物位置決め装置が与えられ、機械的履歴が最小に
なる。非磁性、非金属性の材料が電子ビームもしくは工
作物の近くの任意の装置の素子を製造するのに使用され
る。

本発明に従えば、電子ビームに関して、工作物を位置付
け、指向するレーザ干渉計下部構造を含み下部構造の鏡
が工作物から一定の距離にある、電子ビーム・リソグラ
フィ装置のための工作物位置決め装置が与えられる。

本発明に従えば、色々な寸法の工作物を収容し得る電子
ビーム・リソグラフィ装置のための工作物位置決め装置
が与えられる。

本発明に従えば、サブミクロンの精度の動的位置決めの
再現性が与えられる。

本発明に従えば、基準マーク即ち整列マークを使用しな
いで（即ち盲書込みを使用して）、電子ビームによりホ
トリソグラフィ板上に正確に再現性をもって連続的な書
込みが可能になる。

本発明に従えば、少なく共１本の加速度の力を受けても
機械的安定が保持され、減速の後のリンギングの効果が
最小になる、電子ビーム・リソグラフィ装置のため工作
物位置決め装置が与えられる。

本発明に従えば、すべての機械的なりランピング（締付
け）及び支持装置が著しい歪を装置の他の素子に伝達し
ない電子ビーム・リソグラフィ装置のための機械的位置
決め装置が与えられる。

Ｅ０問題点を解決するための手段 本発明の高精度、高処理能力サブミクロン工作物位置決
め装置の好ましい実施例は、可動位置決め台、工作物支
持上部構造体、可動位置決め台の動作を指示する位置決
め装置（即ちレーザ干渉計装置）、工作物支持上部構造
体を可動位置決め台に弾性的に結合する３つの別個の動
的支持装置及び工作物を工作物支持上部構造体に結合す
る３つの２段結合装置より成る。

本明細書で使用される「動的支持（Ｋｉｎｅｗａｔｉｃ
ｓｕｐｐｏｖｔ）　Ｊなる用語は成る方向だけの運動を
許容′する様に設計した純粋に弾性的な支持の事をさす
。

動的支持装置の第１のものは３つの自由度を制約する、
短かい可撓性柱より成る。この短かい柱の中心は空間中
で略固定しているが、可撓性があるために、この点のま
わりの回転に関して３つの自由度を与える。

第２の動的支持装置は２つの自由度を制約する。

平坦なばね部材より成る。第１の動的支持装置から離れ
て存在するこのばね部材によって与えられる２方向の変
位の制約は第１の動的支持装置によって依然与えられて
いる３つの回転の自由度のうち２つを実際に制約する。

従って回転の自由度のうち一つだけが残される。

第３の動的支持装置は圧縮と伸張にだけ強く抵抗する比
較的長くて細い柱（もしくは２つの分離した細くて短か
い部分を有する柱）より成る。この柱は、他の２つの動
的支持装置から離れていて。

最後の自由度を拘束している。

レーザ干渉計装置の鏡は工作物支持上部構造体と一体と
なっている。２つの２段結合装置は各々工作物位置決め
装置から撤去可能な第１の段、固定していて工作物支持
上部構造と一体となった第２の段より成る。撤去可能な
段はタブ素子及び球面接触端を有する２つの対向腕を含
む。第１の腕は固定されていて、基準表面を形成し、第
２の腕は弾性的に取付けられていて、第１の腕とクラン
プを形成している。このクランプは工作物と係合し、工
作物を保持する。撤去可能な段はすべて、互に工作物キ
ャリアによって接続されている。工作物キャリア及び除
去可能な段は位置決め装置に工作物を搬入、搬出するイ
ンターフェイスとして使用される。固定段は球面接触端
を有する２つの対向する腕を含み、第１の腕は工作物支
持上部構造体に固定され、第２の腕は弾性的に取付けら
れていて第１の腕と共にクランプを形成している。

クランプは撤去可能な段のタブ素子を保持している。他
の好ましい実施例の結合装置は上述の２つの２段結合装
置及び弾性的に取付けられた第２の腕を含まない第３の
２段結合装置を含む。

Ｆ、実施例 Ｆｌ、高精度サブミクロン工作物位置決め装置本発明の
高精度サブミクロン工作物位置決め装置１０が第１図及
び第１Ａ図に示されている０本発明の新規な特徴により
、機械的な工作物位置決め装置１０の寸法上の安定性が
最大になる１本発明の主な実施例は半導体工業分野で使
用される電子ビーム・リソグラフィ装置の機械的下部構
造である。この高精度位置決め装置はホトリソグラフィ
板が所望のパターンの電子ビームに露光される時の最終
製品であるホトリソグラフィ・マスクの製造に特に有用
である。

第１図及び第１Ａ図に示された装置は主に、可動位置決
め台１２．３つの動的支持装置１６．１８．２０によっ
て可動位置決め台１２に取付けられている工作物支持上
部構造体１４及び究極的に工作物３２を上部構造体１４
上に取付ける２段結合装置２４より成る。上部構造体１
４はベース２２及び位置決め鏡２８より成る。鏡２８は
レーザ干渉計３０のための反射装置として働く。レーザ
干渉計３０は可動位置決め台１２に指示を与える位置ロ
ケータである。

可動位置決め台１２は通常の型のものであり、例えば高
精度の電子ビーム・リソグラフィ装置中に見出されるも
のである６台１２はＸ及びＹ直交座標もしくはＸ、Ｙ及
び２直交座標中で直交する方向に移動可能である（Ｘ、
Ｙ及びＺ座標は直交していて、Ｘ及びＹ座標は台１２の
表面と平行な平面を画定し、他方Ｚ座標は可動な位置決
め台１２の平面に垂直である。これ等の座標は第１．第
１Ａ及び第２図に示されている）。

工作物支持上部構造体１４のベース２２は電子ビームの
撹乱を避けるために実質的に非磁性体材料で形成される
。ベース２２及び工作物（即ち半導体ウェハ、ホトリソ
グラフィ板もしくはマスク）結合装置２４の如き電子ビ
ームの近くにある他の装置の素子は強磁性であってはな
らず、磁界が印加され除去された時に０．００２がウス
以上の残留磁界（即ち磁気的履歴）を示してはならない
。

もし磁気的履歴が高過ぎると、許容出来ない電子ビーム
の歪が生ずる。さらにベース２２．もしくは電子ビーム
の近くにある工作物支持上部構造体１４の他の部品が金
属成分の多い材料で形成されるならば、過電流が電子ビ
ームを歪ませる。工作物もしくは電子ビームの近くで金
属を利用する事による悪影響は電子ビームの電流が増大
すると増大する。本発明は高電子ビーム電流を必要とす
る高処理能力の電子ビーム装置と共に使用される事を目
的としているので、工作物の近くでバルク金属を使用す
る事は一般に受は入れ難い。

通常の市販のレーザ干渉計３０と関連する反射装置であ
る鏡２８は工作物支持上部構造体１４のベース２２に結
合されるか、一体的工作物支持上部構造体１４の一部で
ある。後者の場合、ベース２２と鏡は単一片の材料から
形成される。本発明は市販のコーニング・ウルトラ・ロ
ー・エクスパンション（Ｃｏｒｎｉｍｇ　Ｕｌｔｏａ　
Ｌｏｗ　１Ｅｘｊａｕｉｓｉｏｎ　：　ＵＬＥ）ガラス
の様な低膨張材料を使用して工作物支持上部構造体１４
のベース２２及び位置決め鏡２８を形成する。工作物支
持上部構造体１４は（過電流を避けるために）本来非導
電体であるが、金属が被覆されていて、電子ビームに悪
影響を与える、望ましくない表面の電荷の蓄積が防止さ
れる。工作物支持構造体１４を製造するには他の低金属
性、低い機械的履歴及び低い膨張率の材料も使用出来る
事は明らかであろう。

電子ビーム装置によってパターン化される工作物の繰返
し可能なサブミクロンの位置決め及び高い処理能力を与
える本発明の主特徴は工作物支持上部構造体１４を可動
位置決め台１２に結合する動的支持装置及び工作物３２
を究極的に工作物支持上部構造体１４に取付ける結合装
置２４である。

これ等の機構は上述の材料及び装置の制約によって特に
機械的な安定性の問題を解決して、上述のモアーの論文
に説明されたＥＬ表装置様な現技術段階の電子ビーム装
置に要求される高い処理能力を与える。より厳格な仕様
を満足させるためには。

電子ビームの歪が少ないだけでなく、工作物位置決め装
置の最大の機械的安定性が必要である６動的支持装Ｗ１
１６．１８．２０の各々は装置の機械的及び寸法上の安
定性に寄与する独特の幾何学構造を有す。これ等は工作
物支持上部構造体１４を弾性的に制約し、機械的もしく
は熱的応力によって生ずる任意の偏位を永久的でなくす
る。

最小の数の制約で弾性的に結合すると、機械的安全性を
増大し及び機械的履歴を減少する。３つの動的支持装置
１６．１８．２０は等しい実効長を有し、可動位置決め
台１２及び工作物支持上部構造体１４を弾性的に接続し
て、これ等を相互に平行に保持する。動的支持装置１６
．１８．２０は長手軸に関しては十分に剛性であるが、
横方向には弾性、可撓性（即ちたわみ）を示す。本発明
の原理に従って利用される時は、動的支持装置は可動な
位置決め台１２によって上部構造体１４に生ずる歪及び
応力の効果を最小にするという目的を満足する。

Ｆ２．動的支持装置 動的支持装置１６．１８．２０は第１Ａ図の立面図、第
２図の平面図に示されている。その詳細は第４図及び第
５図に示されている。機能的には、動的支持装置は複数
の支持体、好ましくは３つの支持体より成る。その各々
は工作物支持上部構造体の一つもしくはそれ以上の自由
度の運動を制約する様に幾何学的に選択されている。好
ましい形の３つの動的支持装置は６つの自由度、即ちＸ
。

Ｙ及び２直交座標の方向の直線並進運動及びＸ、Ｙ及び
Ｚ軸の各々のまわりの回転（即ちねじれ）を制約する。

ここでＸ及びＹ方向は互に直交していて、可動位置決め
台１２に平行であり、Ｚ方向は可動位置決め台１２に垂
直である。各動的支持装置１６．１８．２０の端は夫々
可動位置決め台１２及び工作物支持上部構造体１４に結
合されている。

第１の動的支持装置１６は各軸のまわりの小さな回転に
強い抵抗を示さず、直線ｘ、Ｙ及びＺ並進運動を制約す
る。好ましい形式では板ばね部材である第２の動的支持
装置１８は第１の動的支持装置！１６のＺ軸のまわりに
生ずる回転即ちねじりを制約する。第３の動的支持装置
は軸方向の力に抵抗性を示し、工作物支持上部構造体の
Ｚ方向移動を制約する細い棒もしくは柱である。幾何学
的に異なる動的支持装置を組合せる事によって、最小の
制約数で工作物支持上部構造体１４を支持するのに必要
な剛性を与る。加工物支持上部構造体１４を過度に制約
しない事によって、可動位置決め台１２から上部構造体
１４に伝えられる応力及び力による歪が最小になる。

具体的には、動的支持装置１６．１８．２０は協同して
次の様に機能する。長手方向に十分な剛性を示す、即ち
Ｘ、Ｙ及びＺ方向の運動を制約し、ねじり方向にたわむ
事が出来る第１の動的支持装置１６は工作物支持上部構
造体１４のための第１の幾何学的軌跡を与えるのに使用
される。第２の動的支持装置１８も又長手方向に剛性を
示し、動的な取付は主軸（即ちＺ軸）に関連する曲げ剛
性が第１の動的支持装置１６の可撓性に一致するかもし
くはこれを越える。これによって第１の動的支持装置１
６のまわりの工作物支持上部構造体１４の回転を制約し
、第２の幾何学的軌跡を与える。

工作物支持上部構造体は第１及び第２の動的支持体装置
１６．１８だけで支持された時は依然自由度１で自由に
運動出来る、即ちＸ軸のまわりの回転偏位が出来る。従
って、第３の動的支持装置２０は曲げに対して弾性を示
すが、Ｚ方向に工作物支持上部構造体１４を支持し、工
作物支持上部構造体１４を可動位置決め台１２に平行な
平面中に弾性的に固定する第３の幾何学的軌跡を与える
高い縦横比を有する捧もしくは柱である。

工作物支持上部構造体１４は対する歪を最小にする以外
に、動的支持装置１６．１８．２０はリンギングの効果
を減少する。従って電子ビーム・カラム（図示されず）
は可動位置決め台１２及び工作物３２が所定の位置に位
置付けられた後に直ちに動作出来、リンギング即ち振動
が止むのを待つ必要はない。

Ｆ３．動的支持装置の詳細 上部構造体と可動位置決め台１２間の弾性的で機械的に
安定な接続を与えるための動的支持装置１６．１８．２
０の特定の構造上の詳細を以下第４図及び第５図を参照
して説明する。

第１の動的支持装置１６は好ましい形では柱よりなる。

この柱は非磁性材料で形成され、工作物支持上部構造体
１４及び可動位置決め台１２の両方に結合して弾性節点
をなしている。柱の幾何学的寸法は多くの因子の関数と
して決定される。因子のうち最も重要なものは工作物支
持構造体１４の質量、可動位置決め台１２の速度及び加
速度及び第１の動的支持装置１６が形成される材料であ
る。可動段の加速度が略ＩＧであり、工作物支持構造体
１４の質量が略４．５３６ｋｇで、動的支持装置１６が
アルミニウムである本発明の特定の応用の場合、第１の
動的支持装置１６の寸法は直径がＱ、６３ａａで長さが
０．８９０１である。第１の動的支持装置１６の幾何学
的寸法を決定する一般的方法は柱の曲げ剛性（Ｋ）をね
じり剛性（Ｋｔ）−と比較する方法である。

Ｅ＝弾性係数 ■＝慣性能率 Ｑ＝柱の長さ Ｇ＝すり弾性係数 工ρ＝極慣性能率 Ｑ＝柱の長さ 上述の動的支持装置１６．１８．２０の機能を与え、工
作物支持上部構造体１４を過度に制約しないためには第
１の動的支持装置１６の幾何学的寸法は曲げ剛性（Ｋ）
のねじり剛性（Ｋｔ）に対する比が略２乃至４の範囲に
ある様に選択される。

第２及び第３の動的支持装置１８．２０がない場合、上
述の条件を満足する第１の動的支持装置は工作物支持上
部構造体１４をすへての６つの自由度に関して制約する
事は出来ない。この事は望ましい結果である。それば第
２及び第３の動的支持装置！１８．２０が第１の動的支
持装置１６と械能的に共同して上部構造体１４の６つの
自由度をすべて制約するからである。もし第１の動的支
持装置１６が上部構造体１４を過度に制約する時は、可
動位置決め台（段）１２からの歪力が上部構造体１４に
容易に伝達する。

第２の動的支持装置１８は好ましい形では長手軸がＺ軸
に平行なばね部材５０より成る。ばね部材５０は平坦な
板ばねもしくはばねの性質を示す柱である。第２の動的
支持装置１８は非磁性材料より成り、上部構造体１４に
結合され、可動位置付は台１２にボルトで固定され１弾
性的であるが調節可能な節点を形成している。ばね部材
の幾何学寸法は上述の特定の応用の場合には横が略０゜
１２７ａｎ、幅が１．９０５ａｎ、縦が２．８５８ａｍ
である。第２の動的支持装置１８の幾何学的寸法を決定
する一般的方法はばね部材のＸ軸のまわりの曲げ剛性（
Ｋス）をばね部材のＹ軸のまわりの曲げ剛性（ｋｇ）と
比較する方法である。

Ｅ＝弾性係数 Ｉｘ＝Ｘ軸のまわりの慣性能率 Ｑ＝可撓性長さ Ｅ＝弾性係数 Ｉｙ＝Ｙ軸のまわりの慣性能率 Ｑ＝可撓性長さ 第２の動的支持装置１８の幾何学寸法はＸ軸のまわりの
曲げ剛性（ＫＸ）のＹ軸のまわりの曲げ剛性（Ｋｙ）に
対する比が略１５０乃至３５０の範囲になる様に選択さ
れる。上述の曲げ剛性比に従って構成された第２の動的
支持装置１８はねじりに関して十分剛性を示し、第１の
動的支持装置１６のまわりの任意の回転に抵抗を示す。

従って、第２の動的支持装置１８は第１の動的支持装置
１６のＺ軸のまわりのねじりを制約し、工作物支持上部
構造体のＹ及びＺ座標の方向の相対的直線変位を制約す
る。

第３の動的支持装置２０は好ましい形では非磁性材料で
形成した柱である。動的支持装置２ｏは工作物支持上部
構造体１４及び可動位置決め台１２の両方に結合され、
弾性節点を形成している。

上述の特定の応用の場合には柱の直径は略０．１国及び
長さは２．１６ａ＊である。この柱は任意の方向に自由
にたわむ事が出来るが、工作物支持構造体１４のｚＦ１
１標方向の相対運動は制約する。第３の動的支持装置２
０の寸法を決定する一般的方法は柱をその縦横比で決定
する方法である。

Ｌ 縦横比（Ｓ）□ Ｌ＝柱の長さ ｄ＝柱の直径 第３の動的支持装置２０の幾何学形状はその縦横比（Ｓ
）が略２０乃至５ｏの範囲になる様に選択される。もし
この様に選択すると、第３の動的支持装置２０は第１の
動的支持装置１６及び第２の動的支持装置１８と組合さ
って工作物支持上部構造体１４を過度に制約しないで自
由にたわませ、上部構造体１４を支持している。

従って、上述の如く３つの動的支持装置１６．１８．２
０の組合せは最小数の制約で上部構造体１４を可動位置
決め台１２に弾性的に結合する。

一般的に及び剛性比によってなされた動的支持袋＠１６
．１８．２０の説明は一般に任意の精密位置決め装置に
適用される。しかしながら上述の特定の幾何学的寸法は
上部構造体の重さが略６゜８ｋｇ以下である場合に適用
される。多くの電子ビーム・リソグラフィ装置の上部構
造体（即ち可動台によって支持されている構造体）は６
．８ｋｇを越えない、６．８ｋｇ以上の上部構造体を有
する精密位置決め装置の場合には、動的支持装置の一般
的説明は依然当てはまるが、長さ、直径及び他の幾何学
的特徴を再決定しなければならない６本発明の原理が明
らかであるので、この分野の専門家は本発明を６．８ｋ
ｇ以上の上部構造体に適用出来よう。

動的支持装置１６．１８．２０は室温で弾性を示す非磁
性材料より形成されなくてはならない。

使用される材料は金属でよい。それは動的支持装置が工
作物もしくは電子ビームの直接近くに存在しないからで
ある。金属は工作物支持上部構造体を支持するのに十分
な剛性を有し、多くの金属は室温で十分な弾性を示す。

本発明の主な実施例ではアルミニウムを使用するがベリ
リウム−鋼合金、炭化チタンもしくは焼結炭化物合金の
様な他の金属も適している。この分野の専門家にとって
は上述以外の材料も動的支持装置のために指定された性
質の条件を満足する事が明らかであろう。

第５図は少なく共平坦なばね部材より成る第２の動的支
持装置の代表的な実施例の詳細を示す。

平坦なばね部材５０は上部構造体１４のベース結合部５
２で工作物支持構造体１４のベース２２に結合され、可
動段（支持装置）インターフェイス節点５１で可動位置
決め台１２に結合されている。

節点５１及び５２を補強するのにボルトもしくはリベッ
ト５３の様な補強装置が使用されて、調節もしくは解体
するのに使用出来るが、必要ではない。ここで形成され
た節点は一体の弾性体をエミュレートするが、又個々の
装置の素子の組立てを可能にする。第４図は第１の動的
支持装置１６の代替実施例を示す。この実施例は組立が
容易である。この第１の動的支持装置１６は図示された
様に広い結合領域を与える先細りの円錐状上部５８、中
空もしくは中実である中間部５５及び広い結合領域を与
える広いベース部材５９より成る。第１の動的支持装置
は上部構造体ベース・インターフェイス結合部５６で上
部構造体１４のベース２２に結合され、可動位置決め台
インターフェイス結合部５７で可能位置決め台１２に結
合されている。

本発明に従う弾性の模疑体を与えるのに図示された特定
の幾何学形状を修正出来る事は明らかであろう。機械的
履歴が最小である事を必要とし、工作物３２から鏡２８
迄の距離が一定である事を要求する全体的な装置の安定
性の条件と関連して。

工作物２８が工作物支持上部構造体１４に結合される方
法は一番重要である。それは工作物３２の任意の歪が工
作物３２と鏡２８間の距離を変化させるからである。

Ｆ４．２段結合装置 結合装置２４の位置決め装置１ｏ全体に対する機能的関
係については第１図を、結合装置２４の詳細については
第３図を参照されたい。本発明の結合装置２４は可変寸
法の工作物３２を受取り、工作物３２に歪を与えないで
工作物支持上部構造体１４に工作物を正確に取付ける事
が出来る。

好ましい形式では、結合装置は３つの２段結合装Ｗ１２
４である。第１の段は夫々球面の接触端４３及び４５を
有する２つの対向腕４２及び４４並びにタブ素子４６を
含む撤去可能な段３４である。

一つの腕４２は基準表面を形成する様に固定され、第２
の腕４４は撤去可能な段の本体３３に弾性的に取付けら
れて、第１の腕４２と共に工作物３２を保持するクラン
プを形成している０球面接触端４３及び４５だけが工作
物３２に接触している。

球面接触端４３及び４５の中心線は同軸上にあり。

工作物３２に垂直であり、対向する腕４２．４４の各々
によって加えられる力は工作物を歪ませるモーメントも
しくはトルクを生じない。この結合抜法は垂直クランピ
ングを呼ばれる。工作物３２を横方向の平面内で安定に
保持するために、特にホト＋ｆソグラフイ板もしくは半
導体ウェハの様な転位を生じやすい工作物３２の場合に
は垂直クランピングを使用して横方向平面に垂直なりラ
ンプ力を加える事によって転位力が最小になり、不必要
な機械的もしくは熱的応力が工作物３２に導入されなく
なる。大きな半径の球面接触（クランプ）端４３．４５
は印加クランプ力を効果的に十分広い面積上に拡げ局所
的な表面の損傷が工作物３２のクランプ位置で生じない
様にする。大きな半径の球面接触端４３．４５は又工作
物３２を最小の力でクランプし、可動位置決め台１２の
加速度によって生ずる様な外力によってクランプ点での
相対運動を生じさせない。従って、工作物３２の結合装
置２４の撤去可能段３４への結合は、工作物３２を応力
のない状態に保持する。撤去可能段３４はすべて互に工
作物キャリア４７（第２図）によって接続されている。

工作物キャリア４７の材料は上述の低磁性、軽量という
要件を満足しなければならない。それはキャリア４７が
工作物３２の直下に存在するからである０表面の帯電を
避けるために金属をめっきした時には、ガラス充填ポリ
フェニレン・スルファイドの様なプラスチック及びコー
ニング（ＵＩ、Ｅ）低膨張ガラスの様な低膨張ガラスが
許容される材料である。工作物キャリア４７及び撤去可
能な段３４は可変寸法の工作物を位置決め装置１０に出
入れするインターフェイスとして使用される。

工作物３２を位置決め鏡２８に関して安定に保持し、可
変寸法の工作物３２を受入れるために、結合装置２４の
撤去可能な段３４は工作物３２が結合装置２４の撤去可
能段３４中に撤去可能に受取られるのと同様に、結合装
置２４の固定段３６中に撤去可能に受入れられる。上記
撤去可能な段３４のタブ素子４６は２段結合装置２４の
固定段３６による垂直方向のクランプ力によって定位置
に保持される。

各固定数３６は夫々球面接触端３９．４１を有する２つ
の対向する腕３８．４０を含んでいる。

下の腕３８は工作物支持上部構造体のベース２２に固定
されて基準表面をなし、他の腕４０は固定段の本体３５
に弾性的に取付けられていて、下の腕３８とクランプを
形成し、第１の段のタブ素子４６を保持している。撤去
可能段３４の場合と同様に、固定段３６の球面接触端３
９及び４１だけがタブ素子４６と接触している。

実際の結合装置２４の構造は第３図に最も良く示されて
いる。撤去可能な段３４の基準腕４２は対向弾性腕４４
及びタブ素子４６と同じ一体構造の中に含まれている。

固定段３６の基準腕３８は対向弾性腕４０と一体構造を
なしている。撤去可能段３４の球面接触端４５は水平片
持ちばりばね４４上に存在し、ばね４４が撤去可能段３
４の本体に取付けられている。結合装置２４の両方の段
は共に一体構造をなしているのですべてのクランプ力は
夫々の役向に制約される。関連素子への応力の伝達はな
い。

Ｆ５．結合装置の代換実施例 結合装置の代換の好ましい実施例（第６図）は上述の２
段結合装置２５と同じ２つの２段結合装置２４及び固定
段３６上に弾性的に取付けられた上方腕４０がない点を
除いて上述の２段結合装置２５と同じ第３の２段結合装
置２５より成る。この代換実施例の好ましい形式はタブ
素子４６の挿入及び除去が簡単でタブ素子４６を定位置
に保持するのに適している。この代替実施例によって熱
膨張の悪い効果が減少される。

上述の２段結合装置２４．２５は工作物３２に最小の歪
を与え、他方可変寸法工作物３２及び相補的工作物キャ
リア４７を工作物支持上部構造体１４に急速にロード及
びアシロードする。ロード／アンロード時間の減少は上
述のＥＬ−３装置に必要とされた所望の製造レベルの処
理能力に大きく貢献する。

Ｆ６゜単−膜結合装置 しかしながらすべての高精度サブミクロン位置決め装置
が２段アーキテクチュアを必要とするわけではない。工
作物キャリア４７を使用しないで（即ち上述の如く先づ
撤去可能な段にロードしないで）工作物３２が装置に直
接導入される場合には、単一の固定結合装置３６（第７
図参照）が使用出来る。単一の固定結合装置３６は第１
図の２段結合装置２４の上述の固定段３６と同じである
。

２つの代換実施例があり、一つは第７図に示された固定
結合装置３６．３つより成り、一つは第７図に示された
２つの固定結合装置３６と、固定結合装［３６上に弾性
的に取付けられる上方腕４０を有さない、第８図に示さ
れた一つの固定結合装置３６より成る。

要約すると、本発明のサブミクロン位置決め装置１０の
主な実施例は３つの幾何学的に異なる動的支持装置１６
．１８．２０によって工作物支持上部構造体１４と弾性
的に結合され、２段結合装置２４によって工作物３２と
結合する可動位置決め台１２を含む。位置決め装置１０
の摩擦インターフェイスの数は最小になり１例えば摩擦
インターフェイスは工作物３２がロード及びアンロード
される個所及び撤去可能な段のタブ４６が固定段３６の
クランプに結合される個所だけに残される。

これ等の残った摩擦インターフェイスは撤去可能な段３
４をサブミクロン位置決め装置１０に導入する前に２段
結合装置２４の撤去可能な段３４のクランプに工作物３
２を位置決めし及びクランプするのを容易にする。ベー
ス２２を含む工作物支持上部構造体１４の主な実施例は
低膨張ガラス材料より成り、鏡２８（即ち干渉計の位置
決め及び制御のため反射装置）は工作物支持上部構造体
１４の一体部分をなし、機械的歪による工作物の位置の
誤差を制限する。上述の動的支持装置１６゜１８．２０
は上部構造体１４を過度に制約する事なく可動位置決め
台１２と工作物支持上部構造体１４間に弾性的な結合を
与えるだけでなく可動位置決め台１２によって導入され
る応力及び歪が上部構造体１４に伝搬するのを防止する
。２段結合装置２４は工作物３２を第１の撤去可能な段
３４に垂直にクランプし、第１の撤去可能な段３４を２
段結合装置２４の第２の固定段３６に垂直にりランプす
るために垂直方向りだけを加える。大きな半径の球３９
．４１．４３．４５はさらに最小の印加力で精密なりラ
ンプ力を与える。単一段の固定結合装置が使用される時
も垂直クランピング及び大きな半径の球の利点が生かさ
れる。

本発明の位置決め装置１０はサブマイクロメータの動的
位置の再現性を与える弾性本体をうまくエミュレートす
る。２段結合装置２４が使用される時は不便さもしくは
処理時間の遅延なく可変寸法の工作物３２を使用出来る
。それは工作物が位置決め装置ｆｌＯの外側で撤去可能
な段３４にロードされ、撤去可能な段３４が本発明の範
囲外の自動トランスファ装置によって固定段３６に取付
けられるからである。しかしながら、本発明は工作物の
外部での取付けを必要としない構造の装置内で単一の段
の結合装置１ｉ３６と共に使用出来る。本発明の位置決
め装置１０が利用される時はＥＬ−３装置のための、第
■表及び第７表に示されている電子ビーム・リソグラフ
ィ装置の仕様が達成されるが、従来の技術の装置はこれ
等の目的及び仕様を満足しない。

綜合的結果として機械的履歴が減少し、工作物３２の中
心線から９２８迄の距離が略一定になり（即ちすベリは
０．０２−０．０６ミクロン）。

他方使用される材料が電子ビームに悪影響を与えない。

結果の機械的安全性及び正確さ、非偏向電子ビームが組
合さって極めて低いマスク間重亜誤差（即ち０．３ミク
ロン）を与える。さらに工作物３２が迅速にロード及び
アンロードされ、可動位置決め台１２が高い加速度（即
ち略重力加速度、即ち９８１．５ｄｌ／秒２）で移動出
来、リンギングの効果が動的支持装置１６．１８．２０
によつ−て十分減少され、リンギングの期間が止むのを
待つ事なく、電子ビームを工作物３２に印加出来、ビー
ムに著しい歪を与える材料が電子ビームの近くに存在し
ないために高いビーム電流密度が使用されるので高い処
理能力が与える。

本発明の高精度、高処理能力サブミクロン位置決め装置
１０は電子ビーム・リソグラフィ装置に使用される機械
的下部構造として特に有用であるが、その設計は高精度
の位置決めを必要とする他の用途にも使用出来る。

Ｇ０発明の効果 本発明に従い、処理能力が高く、マスク間の重塁誤差１
機械的履歴が小さく、サブミクロンの動的位置の再現性
を与え、整置マスクを使用しないで工作物を連続的位置
付は出来（即ち盲目書込みが可能）、可変寸法の工作物
を処理出来、高い加速度に耐え、歪を与えない工作物の
クランピングを与える、電子ビーム・リソグラフィの応
用に使用される高精度サブミクロン位置決め装置が与え
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位置決め装置全体の概略図である。第
１Ａ図は本発明の精密位置決め装置全体の正面図である
。第２図は本発明の位置決め装置の平面図である。第３
図は２段結合装置の正面図である。第４図は第１の動的
支持装置の代換実施例の詳細な正立面図である。第５図
は第２の動的支持装置の詳細な正立面図である。第６図
は代換２段結合装置の立面図である。第７図は単−膜結
合装置の立面図である。第８図は代替結合装置の立面図
である。 １０・・・・サブミクロン工作物位置決め装置、１２・
・・・可動位置決め台、１４・・・・工作物支持上部構
造体、１６．１８．２０・・・・動的支持装置、２２・
・・・ベース、２４・・・・２段結合装置、２８・・・
・位置決め鏡、３０・・・・レーザ干渉計、３２・・・
・玉出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシー
ンズ・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名） 工作物位置法Ｉ）載置 ＃１　蓼Ｓ 第１Ａ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ａ）可動位置決め台と、 （ｂ）工作物支持上部構造体と、 （ｃ）上記工作物を上記工作物支持上部構造体に取付け
   る結合装置と、 （ｄ）６つの自由度のすべてを固定するが、過度には制
   約しない様に各々が上記上部構造体の運動の異なる自由
   度を制約する、上記工作物支持上部構造体を上記可動位
   置決め台に結合する少なく共３つの動的支持装置とを有
   する、工作物の位置決め装置。