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JP4664142B2 - ステージ装置 - Google Patents

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JP4664142B2 JP2005211724A JP2005211724A JP4664142B2 JP 4664142 B2 JP4664142 B2 JP 4664142B2 JP 2005211724 A JP2005211724 A JP 2005211724A JP 2005211724 A JP2005211724 A JP 2005211724A JP 4664142 B2 JP4664142 B2 JP 4664142B2
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Description

本発明はステージ装置に係り、特に対象物を保持する保持部材をＺ軸方向に昇降させる際の微動制御を安定的に行なえるよう構成されたステージ装置に関する。
半導体装置製造の分野においては、様々なタイプのステージ装置が使用されている。例えば、電子ビーム露光装置に採用されるウエハ搭載用のステージ装置には、ウエハの搬送やチップ間移動時に動作する粗動制御と、数ｎｍ〜１０ｎｍ程度の位置決めを行う微動制御とを組み合わせた制御方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
この種のステージ装置では、対象物としてのウエハが搬送されてウエハ保持部材（真空チャックまたは静電チャックを有する）に保持されると、露光装置の光学系に対するウエハの位置を高精度に位置決めするため、ウエハ保持部材をＺ軸方向及びＺ軸回りのθｚ方向に動作させてウエハの位置を調整する位置決め制御を行なうように構成されている。
ステージ装置では、ウエハを撮像するためのＣＣＤカメラの焦点距離（焦点深度）に合わせてウエハの高さ位置を微調整する一対のＺ軸アクチュエータが周方向上１８０度間隔で配置されている。また、ウエハ保持部材は、ＸＹステージ上に搭載された回動支持部材に支持されており、回動支持部材上にはベアリングによりθｚ方向に回動可能に支持された昇降支持部材が設けられている。そして、昇降支持部材の周縁部には、一対のＺ軸アクチュエータが設けられており、且つ昇降支持部材の中央部分にはウエハ保持部材をＺ軸方向に昇降可能にガイドするＺ軸ガイド部が設けられている。
特開２００３−２８９７４号公報
上記従来の構成では、ベアリングにより回動可能に支持された昇降支持部材に一対のＺ軸アクチュエータが設けられているため、一対のＺ軸アクチュエータの駆動力によりウエハ保持部材の高さ位置を調整する際にＺ軸アクチュエータからの反力が昇降支持部材に作用する。従来は、昇降支持部材がベアリングにより回動可能に支持されているので、一対のＺ軸アクチュエータからの２つの反力が異なる大きさであったり、あるいは２つの反力のタイミングがずれた場合には、ベアリングを支点として昇降支持部材が揺動するといった現象が現れる。
このような、Ｚ軸アクチュエータからの反力による昇降支持部材の動作は、ウエハ保持部材に保持されたウエハと光学系との相対位置を精密に調整する際の誤差要因となる。一方、ウエハ保持部材をＺ軸方向に粗動動作させたときは、駆動力が大きいので、その反力も大きくなる。そのため、昇降支持部材及び昇降支持部材が搭載されたＸＹステージが有する機械的な固有振動が誘発されるおそれがある。
その場合、粗動制御の反力による昇降支持部材の振動が収束するまでの整定時間が長くなり、Ｚ軸方向の粗動制御を行なった後のＺ軸方向の微動制御が遅れるという問題が生じる。
そこで、本発明は上記課題を解決したステージ装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
請求項１記載の発明は、Ｘ，Ｙ方向に移動するＸＹステージと、
前記ＸＹステージをＸ方向に移動させるＸ方向リニアアクチュエータと、
前記ＸＹステージをＹ方向に移動させるＹ方向リニアアクチュエータと、
前記ＸＹステージ上に支持されたθｚ支持ベースと、
前記θｚ支持ベース上に支持されたベアリングと、
前記ベアリングによりＺ軸回りに回動可能に支持された昇降支持部材と、
前記昇降支持部材のＺ軸ガイド部により昇降可能に支持され、対象物を保持する保持部材と、
前記θｚ支持ベース上に支持され、周方向上の所定間隔に配されて前記保持部材をＺ軸方向に昇降する一対のＺ軸アクチュエータと、
前記θｚ支持ベース上に支持され、前記昇降支持部材及び前記保持部材をＺ軸回りに回動させるθｚ駆動アクチュエータと、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、ＸＹステージ上に支持されたθｚ支持ベースと、θｚ支持ベース上に支持されたベアリングと、ベアリングによりＺ軸回りに回動可能に支持された昇降支持部材と、昇降支持部材のＺ軸ガイド部により昇降可能に支持され対象物を保持する保持部材と、θｚ支持ベース上に支持され周方向上の所定間隔に配されて保持部材をＺ軸方向に昇降する一対のＺ軸アクチュエータと、θｚ支持ベース上に支持され昇降支持部材及び前記保持部材をＺ軸回りに回動させるθｚ駆動アクチュエータと、を有するため、Ｚ軸アクチュエータが保持部材を駆動するときの反力が昇降支持部材よりも質量の大きいθｚ支持ベース及びＸＹステージで受けることになるので振動が発生しにくくなり、Ｚ軸アクチュエータの反力による振動発生が防止され、粗動制御時に大きな駆動力を発生させる場合でも昇降支持部材に反力が作用しないので、昇降支持部材の振動を抑制して粗動動作後の整定時間を短縮して微動制御への影響を低減することができる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は本発明になるステージ装置の一実施例を示す縦断面図である。図２は図１に示すステージ装置の斜視図である。尚、図２においては、説明の便宜上、ウエハ１２が載置されるウエハ保持部材１４を省略してある。
図１及び図２に示されるように、ステージ装置１０は、ウエハ１２が載置されるウエハ保持部材（保持部材）１４と、ウエハ保持部材１４のＺ軸部材１６を昇降可能に支持するZ軸支持ベース（昇降支持部材）１８と、ベアリング２０を介してZ軸支持ベース１８を回動可能に支持するθｚ支持ベース（回動支持部材）２２と、θｚ支持ベース２２が搭載されたＸＹテーブル２４と、ＸＹテーブル２４が搭載されたＹステージ２６とを有する。
また、ＸＹテーブル２４は、内部に挿通されたＹステージ２６の延在方向に移動するように設けられており、Ｙステージ２６には、Ｘ方向リニアスケール４２、Ｘ方向リニアアクチュエータ４４が搭載されている。さらに、Ｙステージ２６の左右側面の外壁には、ＸＹテーブル２４に対するＹ方向の静圧パッド３８が設けられている。また、ＸＹテーブル２４の左右両側の脚部下端には、石定盤４６上を浮上するためのＺ方向の静圧パッド４８が設けられている。
ウエハ保持部材１４は、上面にウエハ１２を吸着する真空チャックまたは静電チャック（図示せず）からなる吸着部１４ａと、吸着部１４ａが搭載された横架部材１４ｂとを有する。また、横架部材１４ｂの下面中央には、下方に突出するＺ軸部材１６と設けられている。このＺ軸部材１６は、θｚ方向に回動しないように横断面形状が非円形（例えば、正方形）に形成されている。
Ｚ軸支持ベース１８は、Ｚ軸部材１６が摺動可能に嵌合するＺ軸ガイド部１８ａと、Ｚ軸ガイド部１８ａの側面より水平方向に延在形成された円盤形状の鍔部１８ｂとを有する。Ｚ軸ガイド部１８ａは、内部にＺ軸部材１６が嵌合するガイド穴１８ｃが設けられており、ガイド穴１８ｃの横断面形状はＺ軸部材１６の横断面形状と同一形状（例えば、正方形）に形成されている。そのため、ウエハ保持部材１４は、Ｚ軸部材１６がガイド穴１８ｃに嵌合することでθｚ方向への回動が規制されている。
Ｚ軸支持ベース１８には、ウエハ保持部材１４の昇降位置を検出するＺ軸方向エンコーダ２８が設けられている。このＺ軸方向エンコーダ２８は、ウエハ保持部材１４より側方に突出する被検出部１４ｃの昇降位置を光学的または磁気的に検出するように構成されている。
また、Ｚ軸支持ベース１８は、ベアリング２０によりθｚ方向に回動可能に支持されており、θｚ駆動アクチュエータ３２によりθｚ方向に駆動される。ベアリング２０は、高い剛性と回転精度を有するクロスローラベアリングからなり、θｚ支持ベース２２の中央に形成された円形凹部３０に保持されている。
θｚ駆動アクチュエータ３２は、コイルとマグネットを組み合わせたボイスコイルモータからなり、ウエハ保持部材１４に載置されたウエハ１２のθｚ方向の位置が規定位置になるように微調整する駆動手段である。θｚ駆動アクチュエータ３２の駆動力は、Ｚ軸支持ベース１８に印加されるため、ウエハ保持部材１４はＺ軸支持ベース１８と一体的に回動してθｚ方向の位置を微調整される。また、θｚ支持ベース２２には、θｚ駆動アクチュエータ３２によりＺ軸支持ベース１８を回動させるときにθｚ方向の回動角度を検出するθｚ方向エンコーダ３３が設けられている。このθｚ方向エンコーダ３３は、Ｚ軸支持ベース１８より水平方向に突出する被検出部１８ｄの回動位置に比例したパルス数をカウントしてθｚ方向の回動角度を出力する。

θｚ支持ベース２２は、上記円形凹部３０の外側に形成された平面部３４上に一対のＺ軸アクチュエータ３６が設けられている。このＺ軸アクチュエータ３６は、前述したθｚ駆動アクチュエータ３２と同様にボイスコイルモータからなり、平面部３４上に取り付けられた固定子３６ａと、固定子３６ａに対して駆動される可動子３６ｂとを有する。なお、固定子３６ａはマグネットを有し、可動子３６ｂは、コイルを有するように構成されている。
また、本実施例では、Ｚ軸アクチュエータ３６の固定子３６ａがθｚ支持ベース２２の平面部３４上に固定されており、可動子３６ｂがウエハ保持部材１４の横架部材１４ｂの両端に固定されている。さらに、一対のＺ軸アクチュエータ３６は、横架部材１４ｂの両端をＺ軸方向に昇降させるようにθｚ方向の周方向上１８０度間隔で配置されている。
従って、一対のＺ軸アクチュエータ３６は、ウエハ保持部材１４の横架部材１４ｂに対して同時に駆動力を付与するように制御され、Ｚ軸支持ベース１８の上面を傾けないように昇降させる。その際、Ｚ軸アクチュエータ３６の駆動力の反力は、θｚ支持ベース２２で受けることになる。θｚ支持ベース２２は、ＸＹテーブル２４に固定されているため、ＸＹテーブル２４と一体なものとして扱うことができるので、例えば、ウエハ保持部材１４を上昇させる際には、θｚ支持ベース２２の平面部３４に対して下方に押圧するような反力が作用する場合でもθｚ支持ベース２２及びＸＹテーブル２４全体で反力を支えることができる。
従って、ステージ装置１０では、Ｚ軸アクチュエータ３６の駆動力の反力による振動を防止できるので、例えば、Ｚ軸アクチュエータ３６を粗動制御してウエハ保持部材１４を昇降動作した後にＺ軸アクチュエータ３６を微動制御する場合でも粗動制御により発生した振動が収束するのを待つ必要がなくなり、従来のものよりも微動制御の開始を早めることが可能になる。
ここで、Ｚ軸アクチュエータ３６の構成について説明する。図３はＺ軸アクチュエータ３６の側面図である。図４はＺ軸アクチュエータ３６の平面図である。
図３及び図４に示されるように、Ｚ軸アクチュエータ３６の固定子３６ａは、コ字状に形成されたマグネットヨーク５０の内壁に、板状に形成されたマグネット５２が取り付けられている。マグネット５２間には、可動子３６ｂを構成する板状のコイル５４が挿入されている。また、Ｚ軸アクチュエータ３６は、マグネットヨーク５０が上方からみた場合もコ字状に形成されており、開口側からコイル５４が挿入されるように組み合わされている。従って、Ｚ軸アクチュエータ３６は、マグネット５２に対してコイル５４がＺ軸方向に昇降可能であり、且つθｚ方向にも回動可能に取り付けられている。
ウエハ保持部材１４及びＺ軸支持ベース１８がθｚ方向に回動する際に、Ｚ軸アクチュエータ３６では、マグネット５２に対してコイル５４がθｚ方向に回動するため、上方からみると図４中一点鎖線で示すように傾いた状態になる。
マグネット５２とコイル５４との隙間Ｓは、小さくするほど、磁束密度との関係から大きな駆動力を得られる。しかしながら、ステージ装置１０では、Ｚ軸アクチュエータ３６のマグネット５２及びコイル５４を板状に形成してマグネット５２とコイル５４との対向面積を増大させてより大きな駆動力が得られるので、その分上記隙間Ｓをθｚ方向の回動に伴うコイル５４の傾きよりも大きく設定することが可能になる。
本実施例のマグネット５２とコイル５４との隙間Ｓは、通常のものよりも広く設定されているので、コイル５４がθｚ方向に±２度回動してもマグネット５２に接触することがない。よって、ステージ装置１０においては、θｚ方向の角度調整範囲が拡大されている。
上記実施例では、ウエハ保持部材１４を昇降させる構成を一例として挙げたが、これに限らず、ウエハ以外の対象物が載置される保持部材を昇降させる構成のものにも本発明を適用できるのは、勿論である。
上記実施例では、一対のＺ軸アクチュエータ３６の駆動力によりウエハ保持部材１４を昇降させる構成を一例として挙げたが、これに限らず、２つ以上のＺ軸アクチュエータ３６を同時に駆動させてウエハ保持部材１４を昇降させる構成としても良い。
また、上記実施例では、Ｚ軸アクチュエータ３６がボイスコイルモータにより構成された場合について説明したが、これに限らず、他のアクチュエータ（例えば、空圧シリンダなど）を用いても良い。
また、上記実施例では、θｚ支持ベース２２がＸＹテーブル２４に支持された構成を一例として挙げたが、例えば、θｚ支持ベース２２をＹ方向のみに移動するＹステージに直接搭載する構成のものにも適用することができるのは言うまでもない。
本発明になるステージ装置の一実施例を示す縦断面図である。 図１に示すステージ装置の斜視図である。 Ｚ軸アクチュエータ３６の側面図である。 Ｚ軸アクチュエータ３６の平面図である。
符号の説明
１０ ステージ装置
１４ ウエハ保持部材
１８ Z軸支持ベース
２０ θｚ支持ベース
２４ ＸＹテーブル
３２ θｚ駆動アクチュエータ
３６ Ｚ軸アクチュエータ
５０ マグネットヨーク
５２ マグネット
５４ コイル

Claims (1)

  1. Ｘ，Ｙ方向に移動するＸＹステージと、
    前記ＸＹステージをＸ方向に移動させるＸ方向リニアアクチュエータと、
    前記ＸＹステージをＹ方向に移動させるＹ方向リニアアクチュエータと、
    前記ＸＹステージ上に支持されたθｚ支持ベースと、
    前記θｚ支持ベース上に支持されたベアリングと、
    前記ベアリングによりＺ軸回りに回動可能に支持された昇降支持部材と、
    前記昇降支持部材のＺ軸ガイド部により昇降可能に支持され、対象物を保持する保持部材と、
    前記θｚ支持ベース上に支持され、周方向上の所定間隔に配されて前記保持部材をＺ軸方向に昇降する一対のＺ軸アクチュエータと、
    前記θｚ支持ベース上に支持され、前記昇降支持部材及び前記保持部材をＺ軸回りに回動させるθｚ駆動アクチュエータと、
    を有することを特徴とするステージ装置。
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