JPH09281717A

JPH09281717A - マスクステージの位置決め機構

Info

Publication number: JPH09281717A
Application number: JP8087856A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Suzuki; 繁鈴木; Masaaki Hida; 正章肥田
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1996-04-10
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクステージ開閉時の位置決め精度を向上
させ、基台に対してマスクステージを再現性よく正確に
位置決めするできるようにすること。【解決手段】マスクステージＭＳを、マスクを保持す
るマスク保持枠ＭＳ１とマスク開閉枠ＭＳ２から構成
し、マスク開閉枠ＭＳ１を基台ＢＰに開閉可能に取り付
ける。また、マスク保持枠ＭＳ１とマスク開閉枠ＭＳ２
に、３個の補助ボール先スクリューＢｓ２と補助Ｖ溝体
Ｖ２からなる第１の三点対偶基素を設け、また、マスク
保持枠ＭＳ１と基台ＢＰに３個のボール先スクリューＢ
ｓ１とＶ溝体Ｖ１からなる第２の三点対偶基素を設け
る。そして、マスク開閉枠ＭＳ２が開いているとき、マ
スク開閉枠ＭＳ２に対してマスク保持枠ＭＳ１を第１の
三点対偶基素により位置決めし、また、マスク開閉枠Ｍ
Ｓ２が閉じているとき、基台ＢＰに対してマスク保持枠
ＭＳ１を第２の三点対偶基素により位置決めする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】半導体装置やプリント板、Ｌ
ＣＤ基板の生産には露光装置が使用される。これら露光
装置においては、マスクのパターンを正確に半導体ウエ
ハ、エポキシ樹脂等のワークの所定位置に露光すること
が要求される。本発明は上記した露光装置等において使
用されるマスクステージの位置決め機構に関し、特に本
発明は、マスクステージを開閉した際、マスクステージ
を再現性よく元あった位置に位置決めすることができる
マスクステージの位置決め機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置等を製造する露光装置の一つ
として、マスクとワークを接近させてマスクパターンを
ワーク上に露光するプロキシミティー露光装置が知られ
ている。上記したプロキシミティー露光装置等の露光装
置においては、マスクとワーク上に印されたアライメン
ト・マークを重ね合わせるように、マスクとワークの位
置合わせを行っている。上記位置合わせは、通常、ワー
クの露光面側にアライメント・マークを設け、該アライ
メント・マークと、マスクに設けられたアライメント・
マークが重ね合わさるようにワークを載置したワークス
テージを移動させて行う（以下、この方法を表面アライ
メントという）。

【０００３】図１１は上記した表面アライメントにより
マスクとワークの位置合わせを行うプロキシミティー露
光装置の構成を示す図である。同図において、ＭＳはマ
スクＭが真空吸着等の手段により取り付けられるマスク
ステージである。マスクステージＭＳには、その両端が
基台ＢＰに回転可能に取り付けられた軸Ｓｈが取り付け
られており、マスクステージＭＳは軸Ｓｈを中心として
回転する。このため、把手Ｈａを持って上下させること
により、マスクステージＭＳを開閉することができる。
また、基台ＢＰには真空吸着パッドＶｐ１が設けられて
おり、マスクステージＭＳが閉じているとき、真空吸着
パッドＶｐ１に真空を供給し、マスクステージＭＳを真
空吸着により固定する。

【０００４】図１２は真空吸着パッドの断面構造を示す
図であり、マスクステージＭＳには平ブッシュＢｕ２が
取り付けられ、また、真空吸着パッドＶｐ１には先端が
球面のブッシュＢｕ１が取り付けられている。そして、
ブッシュＢｕ１には管路が設けられ、この管路を介して
真空を吸着パッドＶｐ１の内部空間と、マスクステージ
ＭＳ間に供給し、マスクステージＭＳの平ブッシュＢｕ
２を吸着パッドＶｐ１に吸着し、マスクステージＭＳを
固定する。

【０００５】図１１に戻り、ＷＳはワークステージであ
り、ワークステージＷＳにはワークＷが載置され、真空
吸着等の手段で固定される。ワークステージＷＳは間隙
設定機構ＧＵを介してＸＹθステージＸＹＳに取り付け
られており、ＸＹθステージＸＹＳは、さらにＺステー
ジＺＳ上に取り付けられている。そして、ＸＹθステー
ジＸＹＳは図示しない駆動装置により、Ｘ（同図の左右
方向）、Ｙ（同図の紙面に対して垂直方向）方向に移動
し、またＸ，Ｙ軸に直交する軸を中心として回転する
（この回転を以下、θ方向に移動するという）。さら
に、ＺステージＺＳは図示しない駆動装置によりＺ方向
（同図の上下方向）に移動する。このため、制御装置Ｃ
ｎｔにより、上記駆動装置を制御することにより、ワー
クステージＷＳをＸ，Ｙ，θ，Ｚ方向に移動させること
ができる。間隙設定機構ＧＵとしては、本出願人が先に
提案した特開平７−７４０９６号公報に示されるものを
使用することができ、間隙設定機構ＧＵにより、マスク
ＭとワークＷを所定の間隙を保持させながら平行にセッ
トすることができる（以下、このような状態にセットす
ることを「平行出し」という）。

【０００６】すなわち、間隙設定機構ＧＵは、ＸＹθス
テージＸＹＳ上に少なくとも３個設けられており、各間
隙設定機構ＧＵは、ＸＹθステージＸＹＳに固定された
第１のユニットＵ１と、該ユニットＵ１に対してＺ方向
に移動可能に取り付けた第２のユニットＵ２から構成さ
れている。そして、ワークステージＷＳは第２のユニッ
トＵ２上に載置されている。また、第１のユニットＵ１
には、外部から与えられる保持信号により第１のユニッ
トＵ１に対する第２のユニットＵ２の相対位置を保持さ
せる保持機構が設けられている。このため、Ｚステージ
ＺＳによりワークステージＷＳをＺ方向に上昇させ、ワ
ークＷの全面をマスクＭに接触させた状態で、上記保持
機構により各間隙設定機構の第１のユニットＵ１と第２
のユニットＵ２の相対位置を保持させ、次いで、ワーク
ステージの姿勢を保ったまま、所定量だけワークＷを所
定量Ｚ軸方向に下降させることにより、マスクＭとワー
クＷの平行出しを行うことができる（間隙設定機構ＧＵ
の構成、動作の詳細については上記公報を参照された
い）。

【０００７】マスクＭとワークＷの位置合わせを行うた
め、マスクＭとワークＷにはマスクアライメント・マー
クＭＡＭ（以下、マスクマークという）と、ワークアラ
イメント・マークＷＡＭ（以下、ワークマークという）
が印されている。上記アライメント・マークＭＡＭ，Ｗ
ＡＭをアライメント用の表面顕微鏡ＡＵで観察し、マス
クマークＭＡＭとワークマークＷＡＭが重なり合うよう
にワークステージＷＳを移動させてマスクＭとワークＷ
の位置合わせを行う。

【０００８】次に図１１に示した装置による表面アライ
メント露光手順について説明する。 (1) マスクステージＭＳを開き、ワークステージＷＳ上
にワークＷを載置し、真空吸着等の手段により固定す
る。 (2) マスクステージＭＳを閉じ、真空吸着パッドＶｐ１
によりマスクステージＭＳを基台ＢＰに固定する。 (3) 図示しないスタートスイッチを押す。これにより、
制御装置ＣｎｔはマスクＭとワークＷの平行出しを行
う。すなわち、前記したように、ＺステージＺＳにより
ワークステージＷＳを上昇させ、マスクＭとワークＷの
全面を接触させた状態で、前記保持機構により第１のユ
ニットＵ１と第２のユニットＵ２の相対位置を固定す
る。そして、ＸＹθステージＸＹＳに対するワークステ
ージＷＳの姿勢を保ったまま、ワークＷとマスクＭ間に
所定の間隙が設定されるように所定量ワークステージＷ
Ｓを下降させる。

【０００９】(4) 退避させておいたアライメント用表面
顕微鏡ＡＵをマスクマークＭＡＭ上にセットし、マスク
マークＭＡＭとワークマークＷＡＭを観察する。そして
図示しないモニタを見ながらＸＹθステージＸＹＳを制
御して、マスクマークＭＡＭとワークマークＷＡＭの位
置を一致させる。 (5) ＺステージＺＳによりワークステージＷＳをＺ方向
に移動させて、マスクＭとワークＷの間隙を予め定めら
れた露光時の間隙にセットし、アライメント用表面顕微
鏡ＡＵを退避させ、図示しない露光光照射装置から露光
光をマスクＭ上に照射し、マスクＭ上にパターンをワー
クＷ上に露光する。 (6) ワークステージを原点位置まで戻し、間隙設定機構
ＧＵの保持機構を解除してワークステージＷＳをフリー
な状態とし、さらに、ワークＷを真空吸着していた真空
を解除する。 (7) 真空吸着パッドＶｐ１に供給していた真空を解除
し、マスクステージＭＳを開いてワークＷを取り出す。 (8) 上記(1) から(7) の操作を繰り返しワークＷを露光
する。

【００１０】以上説明した表面アライメントによる露光
の場合には、ワークマークＷＡＭとマスクマークＭＡＭ
を同時に観察して位置合わせができるので、アライメン
ト中にマスクステージＭＳを開閉する必要がない。この
ため、マスクステージ開閉時の位置決め精度が要求され
ない。一方、近年においては、露光面の裏面側にアライ
メント・マークが記されたワークＷを用いてマスクＭと
ワークとの位置合わせを行う裏面アライメントに対する
要望が高まっている。

【００１１】図１３は上記した裏面アライメントにより
マスクとワークの位置合わせを行うプロキシミティー露
光装置の構成を示す図である。同図において、図１１に
示したものと同一のものには同一の符号が付されてお
り、図１３においては、ワークステージＷＳにワークマ
ークＷＡＭ観察用の観察孔ＨＷが設けられており、ま
た、該観察孔ＨＷに対向してアライメント用裏面顕微鏡
ＡＵ’が設けられている。

【００１２】図１３において、裏面アライメントによる
露光は次のように行われる。 (1) マスクステージＭＳを閉じ、真空吸着パッドＶｐ１
によりマスクステージＭＳを基台ＢＰに固定する。 (2) アライメント用裏面顕微鏡ＡＵ’の位置は予めマス
クマークＭＡＭが見える位置に固定されており、マスク
マークＭＡＭが図示しないモニタ上に表示される。そし
て、例えば、作業者がフリーズスイッチ等を操作するこ
とにより、上記マスクマークＭＡＭの位置が制御装置に
記憶される。 (3) 真空吸着パッドＶｐ１の真空を解除し、マスクステ
ージＭＳを開いて、ワークＷをワークステージＷＳ上に
載置し、真空吸着等の手段により固定する。 (4) マスクステージＭＳを閉じ、真空吸着パッドＶｐ１
によりマスクステージＭＳを基台ＢＰに固定する。 (5) 図示しないスタートスイッチを押す。これにより、
制御装置Ｃｎｔは前記したようにマスクＭとワークＷの
平行出しを行う。

【００１３】(6) アライメント用裏面顕微鏡ＡＵ’のピ
ントをワークＷの裏面のワークマークＷＡＭを観察でき
る状態にセットし、記憶したマスクマークＭＡＭと、現
在観察されているワークマークＷＡＭの位置がモニタ画
面上で一致するように、ＸＹθステージＸＹＳを制御し
て、マスクマークＭＡＭとワークマークＷＡＭの位置を
一致させる。 (7) ＺステージＺＳによりワークステージＷＳをＺ方向
に移動させて、マスクＭとワークＷの間隙を予め定めら
れた露光時の間隔にセットし、図示しない露光光照射装
置から露光光をマスクＭ上に照射し、マスクＭ上にパタ
ーンをワークＷ上に露光する。 (8) ワークステージＷＳを原点位置まで戻し、間隙設定
機構ＧＵの保持機構を解除してワークステージＷＳをフ
リーな状態とし、さらに、ワークＷを真空吸着していた
真空を解除する。 (9) 真空吸着パッドＶｐ１に供給していた真空を解除
し、マスクステージＭＳを開いてワークＷを取り出す。 (10)上記(1) から(8) の操作を繰り返しワークＷを露光
する。

【００１４】以上説明した裏面アライメントによる露光
の場合には、マスクマークＭＡＭの位置を記憶したの
ち、マスクステージＭＳを開いて、ワークＷをワークス
テージＷＳ上にセットしなければならない。このため、
マスクステージＭＳを開いてワークＷをセットしたの
ち、マスクステージＭＳを閉じたとき、マスクステージ
ＭＳの位置が前にあった位置とずれてしまうと、正確な
アライメントを行うことができなくなる。すなわち、裏
面アライメントの場合には、マスクステージＭＳ開閉時
のマスクステージ位置の再現性に高い精度が要求され
る。

【００１５】図１４は上記した露光装置のマスクステー
ジＭＳの回転部の取り付け構造を示す図である。同図に
おいて、ＭＳはマスクステージ、Ｓｈは軸であり、マス
クステージＭＳと軸ＳｈはセットビスＳＢにより固定さ
れている。軸Ｓｈの両端部には、支持体Ｓｐｔが取り付
けられ、基台ＢＰに取り付けられたハウジングＨｓと上
記支持体Ｓｐｔ間にベアリングＢａが設けられている。
そして、ベアリングＢａとハウジングＨｓ間には、同図
に示すようにベアリングＢａと軸Ｓｈのはめ合いによる
スキマＧ１が存在し、また、支持体Ｓｐｔと軸Ｓｈ間に
は、ベアリングＢａとハウジングＨｓのはめ合いによる
スキマＧ２が存在する。

【００１６】上記のようにマスクステージＭＳの軸Ｓｈ
の取り付け部分には、スキマＧ１，Ｇ２が存在するた
め、マスクステージと基台間にはガタ、ズレが生じ、マ
スクステージＭＳの開閉時の位置決め精度は低い。この
ため、マスクステージＭＳを開閉したときマスクステー
ジＭＳの位置は約１０μｍ〜５０μｍ程度ずれる。な
お、上記スキマＧ１，Ｇ２を無くして「しまりバメ」に
すれば位置決め精度は向上するが、分解できないためメ
インテナンス性が低下する。また、「しまりバメ」で
も、マスクステージＭＳの開閉を繰り返すとベアリング
が摩擦によって磨耗し、やがてベアリング部でのガタが
生じ、開閉時の位置決め精度が低下する。さらに、「し
まりバメ」の場合、マスクステージＭＳの開閉時一定方
向以外の外力が加わると、マスクステージＭＳを閉じた
時、所定の位置からずれた位置のまま固定された状態に
なり、位置決め精度の再現性はよくない。また、真空吸
着パッドＶｐ１は前記図１２に示して構造であるため、
真空吸着パッドＶｐ１によりマスクステージＭＳを所定
位置に規制することはできない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
裏面アライメントにおいては、マスク開閉時、マスクス
テージＭＳを精度よく位置決めする必要があるが、上記
マスクステージの回転部の構造では、マスクステージＭ
Ｓを開閉時、精度よく位置決めすることができない。一
般に、或る部材を他の部材に対して正確に位置決めする
構造として、ボール先スクリューとＶ溝体を用いる方法
が知られている。図１５は上記方法をマスクステージＭ
Ｓの位置決めに適用した構成を示す図である。同図にお
いて、Ｂｓ１はマスクステージＭＳに取り付けられたボ
ール先スクリューであり、ボール先スクリューＢｓ１は
３個設けられており、その先端にはボールが取り付けら
れている。また、基台ＢＰには上記ボール先スクリュー
Ｂｓ１に対応させてＶ溝体Ｖ１が設けられている。さら
に、基台ＢＰには前記した吸着パッドＶｐ１が取り付け
られている。

【００１８】以上の構成において、マスクステージＭＳ
を閉じて、真空吸着パッドＶｐ１によりマスクステージ
ＭＳを固定したとき、上記ボール先スクリューＢｓ１の
先端部の全てのボールが全てのＶ溝体Ｖの溝内に正確に
入り込めば、マスクステージＭＳを再現性よく位置決め
することが可能である。そこで、マスクステージＭＳの
開閉時の位置決め精度を向上させるため、前記図１３、
図１４に示した構造の露光装置に上記技術を適用した
が、必ずしも、マスクステージＭＳの開閉時の位置決め
精度を向上させることができなかった。これは次の理由
によるものと考えられる。すなわち、マスクステージＭ
Ｓは軸Ｓｈを介して基台ＢＰに取り付けられており、そ
の移動の自由度は限られている。

【００１９】また、前記したように、マスクステージＭ
Ｓの軸Ｓｈの取り付け部分には、スキマＧ１，Ｇ２が存
在する。このため、マスクステージＭＳは基台ＢＰに対
してガタを持つとともに、マスクステージ開閉時に、マ
スクステージＭＳに力が加わると、マスクステージＭＳ
は力が加わった方向にズレる。このズレは、同じ程度の
力を反対方向に加えないと元にもどらない。このため、
上記ズレにより、ボール先スクリューとＶ溝体との相対
位置関係が図１６（ａ）に示すようにずれた場合、真空
吸着パッドＶｐ１によりマスクステージＭＳを吸着して
も、必ずしも、ボール先スクリューＢｓ１がＶ溝体Ｖに
納まらない。すなわち、同図（ｂ）に示すように、例え
ば片辺りの状態で止まってしまい、マスクステージＭＳ
を元の位置に正確に位置決めすることができない場合が
ある。

【００２０】また、上記ガタ、ズレが大きすぎると、マ
スクステージＭＳを閉じたときのボール先スクリューＢ
ｓ１とＶ溝体Ｖとが所定の位置関係になる確率が小さく
なり、図１６（ｃ）に示すように、ボール先スクリュー
Ｂｓ１の先端がＶ溝体に入らない場合が生ずる。この状
態の場合には、真空吸着パッドＶｐ１によりマスクステ
ージＭＳを吸着しても、ボール先スクリューＢｓ１の先
端をＶ溝体に引き込むことができない。本発明は上記し
た従来技術の問題点を解決するためになされたものであ
って、本発明の目的は、マスクステージ開閉時の位置決
め精度を向上させ、基台に対してマスクステージを再現
性よく正確に位置決めすることができるマスクステージ
の位置決め機構を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては次のような構成とした。（１）マスクステージを、マスクを保持するマスク保持
枠とマスク開閉枠とから構成し、マスク開閉枠が閉じて
いるとき、上記マスク保持枠がマスク開閉枠に対して移
動できるように、マスク保持枠をマスク開閉枠に取り付
ける。そして、上記マスク開閉枠を基台に開閉可能に取
り付け、上記マスク開閉枠と基台が、マスク開閉枠を閉
じるとき、上記マスク保持枠とマスク開閉枠が基台面に
対して略垂直方向に移動するように接続する。また、上
記マスク保持枠とマスク開閉枠に、両者の三点対偶を可
能とする第１の三点対偶基素を設け、また、上記マスク
保持枠と基台に、両者の三点対偶を可能とする第２の三
点対偶基素を設ける。そして、上記マスク開閉枠が開い
ているとき、上記第２の三点対偶基素による三点対偶を
解除して、上記マスク開閉枠に対するマスク保持枠の位
置を上記第１の三点対偶基素により位置決めし、また、
上記マスク開閉枠が閉じているとき、上記第１の三点対
偶基素による三点対偶を解除して、上記基台に対するマ
スク保持枠の位置を、上記第２の三点対偶基素により位
置決めする。

【００２２】（２）上記（１）において、上記第１およ
び／または第２の三点対偶基素を、先端部に曲面を有す
る３個の突起体と、Ｖ溝を有する３個のＶ溝体から構成
する。そして、上記Ｖ溝体の中心軸が所定の一点で交差
するように配置する。（３）上記（１）において、上記第１および／または第
２の三点対偶基素を、先端部に曲面を有する第１の突起
体と、該第１の突起体の先端部と接触するピボット軸受
と、先端部に曲面を有する第２の突起体と、該第２の突
起体の先端部と接触し、中心軸が略上記ピボット軸受方
向に向かうＶ溝体と、先端部に曲面を有する第３の突起
体と、該第３の突起体と接触する平面体から構成する。

【００２３】本発明の請求項１の発明においては、上記
（１）のように、マスク開閉枠が開いているときには、
第１の三点対偶基素によりマスク開閉枠に対するマスク
保持枠の位置を位置決めし、マスク開閉枠が閉じると
き、第１の三点対偶基素の対偶を解除してマスク保持枠
をマスク開閉枠に対して移動可能とし、第２の三点対偶
基素により基台に対するマスク保持枠の位置を位置決め
するように構成したので、マスク開閉枠の位置がマスク
開閉時にずれても、マスク保持枠を基台に対して正確に
位置決めすることができる。

【００２４】本発明の請求項２の発明においては、上記
（２）のように構成したので、マスク保持枠、マスク開
閉枠、基台が熱膨張しても、Ｖ溝体の中心軸を結ぶ線が
交差する点を一定位置に保持させることができる。この
ため、上記交差点にマスクのアライメント・マークを配
置すれば、熱膨張が発生してもマスクのアライメント・
マークの位置が移動せず、アライメント精度を向上させ
ることができる。本発明の請求項３の発明は上記（３）
のように構成したので、比較的簡単な構成で、マスク保
持枠とマスク開閉枠、もしくは、マスク保持枠と基台の
位置決めを行うことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１、図２、図３は本発明の第１
の実施例のマスクステージと基台の断面構造を示す図、
図４は図１、図２に示すマスクステージと基台の分解斜
視図、図５は上記図１、図２、図３の状態におけるボー
ル先スクリューの先端部とＶ溝体の位置関係を示す図で
ある。また図１、図２、図３において、図１はマスクを
開いている状態、図２はマスクを閉じたが、まだ真空吸
着していない状態、図３はマスクを閉じて真空吸着パッ
ドによりマスクステージを真空吸着して固定した状態を
示している。なお、図１、図２、図３は図４におけるＡ
−Ａ線の断面構造を示しており、また、図１〜図４にお
いては、前記図１３に示したワークステージ等の構成が
省略されている。

【００２６】まず、本実施例のマスクステージと基台の
構造を図１〜図４により説明する。図１〜図４に示すよ
うに、本実施例のマスクステージＭＳは、マスクＭを吸
着して固定するマスク保持枠ＭＳ１と、軸Ｓｈにより基
台ＢＰに回転可能に取り付けられたマスク開閉枠ＭＳ２
から構成されている。マスク保持枠ＭＳ１には図４に示
すように、３個の補助ボール先スクリューＢｓ２が取り
付けられており、補助ボール先スクリューＢｓ２の先端
部のボールは、マスク開閉枠ＭＳ２上に取り付けられた
補助Ｖ溝体Ｖ２に形成された溝に係合する。補助ボール
先スクリューＢｓ２は例えば、先端部にボールが設けら
れた雄ねじから構成されており、そのねじ込み深さを調
整することにより、マスク保持枠ＭＳ１とマスク開閉枠
ＭＳ２の間隔を調整することができる。補助ボール先ス
クリューＢｓ２のねじ込み深さはナットＮｔにより固定
される。また、マスク保持枠ＭＳ１には３本のピンＰｎ
が貫通する孔Ｈ１が設けられており、ピンＰｎは上記孔
Ｈ１を貫通して、マスク開閉枠ＭＳ２に設けられた孔ｈ
１に固定されている。

【００２７】上記孔Ｈ１の径は図１〜図３に示すように
ピンＰｎの外径より大きく、ピンＰｎの長さは、マスク
保持枠ＭＳ１がマスク開閉枠ＭＳ２に対してＺ方向（図
４矢印参照）に移動できる長さに構成されている。さら
に、ピンＰｎにはバネＳｐが設けられており、マスク保
持枠ＭＳ１は、ピンＰｎに設けられたバネＳｐによりマ
スク開閉枠ＭＳ２側に付勢されている。さらに、マスク
保持枠ＭＳ１には３個のボール先スクリューＢｓ１が取
り付けられており、上記ボール先スクリューＢｓ１の先
端部のボールは、マスク開閉枠ＭＳ２に設けられた孔Ｈ
２を貫通して基台ＢＰに取り付けられたＶ溝体Ｖ１に形
成された溝に係合する。ボール先スクリューＢｓ１は、
補助ボール先スクリューＢｓ２と同様、例えば雄ねじか
ら構成されており、そのねじ込み深さを調整することに
より、マスク保持枠ＭＳ１と基台ＢＰ間のの間隔を調整
することができる。ボール先スクリューＢｓ１のねじ込
み深さはナットＮｔにより固定される。

【００２８】マスク保持枠ＭＳ１の基台ＢＰに対する高
さ方向の位置はＶ溝体Ｖ１とボール先スクリューＢｓ１
により規制されており、この高さはマスク開閉枠ＭＳ２
の補助Ｖ溝体Ｖ２と、マスク保持枠ＭＳ１の補助ボール
先スクリューＢｓ２とが離間する高さに調整されてい
る。このため、マスク保持枠ＭＳ１とマスク開閉枠ＭＳ
２をバネＳｐに抗して離間させると、補助ボール先スク
リューＢｓ２の先端が補助Ｖ溝体Ｖ２から離れ、マスク
保持枠ＭＳ１をマスク開閉枠ＭＳ２に対してＸＹ方向
（図４矢印参照）に移動させることができる。また、上
記補助Ｖ溝体Ｖ１とＶ溝体Ｖ２との相対的な位置ずれは
±５０μｍ以下になるように組み立てられており、ま
た、補助ボール先スクリューＢｓ２の先端が補助Ｖ溝体
Ｖ２から離れたときの、マスク開閉枠ＭＳ２に対するマ
スク保持枠ＭＳ１の移動量もこの範囲内に納まるように
構成されている。

【００２９】Ｖ溝体Ｖ１には真空吸着パッドＶｐ２が取
り付けられており、真空吸着パッドＶｐ２には図１〜図
３に示すように真空源と接続された管路が設けられてい
る。そして、Ｖ溝体Ｖ１内にボール先スクリューＢｓ１
が正確に入り込んだとき、上記管路に真空を供給してボ
ール先スクリューＢｓ１をＶ溝体Ｖ１に固定する。ま
た、図４に示すように、基台ＢＰ上に取り付けられたＶ
溝体Ｖ１は、その溝の方向が、同図に示すように基台Ｂ
Ｐ上の一点Ｑで交差するように配置されている。Ｖ溝体
Ｖ１の溝の方向を上記のように一点Ｑで交差させること
により、マスクステージＭＳ、基台ＢＰが熱膨張して
も、各Ｖ溝体Ｖ１の溝と点Ｑを結ぶ直線がなす角度は一
定に保たれ、点Ｑの位置は変化しない。このため、上記
点ＱにマスクマークＭＡＭを位置させれば、マスクステ
ージＭＳ、基台ＢＰの熱膨張に係わらず、マスクマーク
ＭＡＭの位置を一定に保つことができる。

【００３０】次に本実施例のマスクステージの位置決め
動作について説明する。図１はマスクステージＭＳが開
いている状態を示している。この状態においては、マス
ク保持枠ＭＳ１は、ピンＰｎに設けられたバネＳｐによ
りマスク開閉枠ＭＳ２側に付勢されている。このため、
マスク保持枠ＭＳ１に設けられた補助ボール先スクリュ
ーＢｓ２の先端は、マスク開閉枠ＭＳ２に設けれた補助
Ｖ溝体Ｖ２の溝内に入り込んでおり、マスク保持枠ＭＳ
１とマスク開閉枠ＭＳ２は所定の位置関係にある。すな
わち、ボール先スクリューＢｓ１、補助ボール先スクリ
ューＢｓ２とＶ溝体Ｖ１，補助Ｖ溝体Ｖ２の位置関係
は、図５（ａ）に示すような状態にある。なお、同図の
(i) はマスク開閉枠ＭＳ２の位置ずれがない場合を示
し、(ii)はマスク開閉枠ＭＳ２の位置ずれがある場合を
示している。

【００３１】図２はマスクステージＭＳを閉じたが、ま
だ、真空吸着パッドＶｐ１、Ｖｐ２に真空を供給してお
らず、マスクステージＭＳが基台ＢＰ側に引き寄せられ
ていない状態を示している。この状態においては、マス
ク保持枠ＭＳ１に設けられた補助ボール先スクリューＢ
ｓ２の先端は補助Ｖ溝体Ｖ２の溝内に入り込んでおり、
また、マスク保持枠ＭＳ１に設けられてボール先スクリ
ューＢｓ１の先端は基台ＢＰに設けられたＶ溝体Ｖ１と
接触した状態になっており、マスク開閉枠ＭＳ２に設け
られた平ブッシュＢｕ２は真空吸着パッドＶｐ１のブッ
シュＢｕ１と接触していない。すなわち、ボール先スク
リューＢｓ１、補助ボール先スクリューＢｓ２とＶ溝体
Ｖ１，補助Ｖ溝体Ｖ２の位置関係は、マスク開閉枠ＭＳ
２の位置が開閉時にずれなかった場合には、図５（ｂ）
(i) の状態にあり、マスク開閉枠ＭＳ２の位置が開閉時
にずれていると、図５（ｂ）(ii)に示すように、ボール
先スクリューＢｓ１はＶ溝体Ｖ１に対して片当たりの状
態となる。

【００３２】図３は真空吸着パッドＶｐ１，Ｖｐ２に真
空を供給し、マスクステージＭＳを基台ＢＰ側に引き込
んだ状態を示している。この状態においては、吸着パッ
ドＶｐ１によりマスク開閉枠ＭＳ２が基台ＢＰ側に引き
寄せられ、吸着パッドＶｐ１のブッシュＢｕ１はマスク
開閉枠ＭＳ２の平ブッシュＢｕ２と接触し、また、ボー
ル先スクリューＢｓ１の先端がＶ溝体Ｖ１の溝内に入り
込む。ここで、前記したようにマスク保持枠ＭＳ１の基
台ＢＰに対する高さ方向の位置は、Ｖ溝体Ｖ１とボール
先スクリューＢｓ１により規制されており、この高さは
マスク開閉枠ＭＳ２の補助Ｖ溝体Ｖ２と、マスク保持枠
ＭＳ１の補助ボール先スクリューＢｓ２とが離間する高
さに調整されている。このため、基台ＢＰの吸着パッド
Ｖｐ１の真空引きする力を、ピンＰｎのバネＳｐがマス
ク保持枠ＭＳ１をマスク開閉枠ＭＳ２に押しつける力よ
り大きくし、マスク開閉枠ＭＳ２を基台ＢＰ側に引き寄
せると、ボール先スクリューＢｓ１によりマスク保持枠
ＭＳ１は押し上げられ、マスク保持枠ＭＳ１とマスク開
閉枠ＭＳ２は離間する。

【００３３】このため、ピンＰｎに設けられたバネＳｐ
が若干縮み、マスク保持枠ＭＳ１に設けられた補助ボー
ル先スクリューＢｓ２は補助Ｖ溝体Ｖ２から離れ、マス
ク保持枠ＭＳ１はマスク開閉枠ＭＳ２に対してＸＹ方向
に移動可能となる。この状態において、ボール先スクリ
ューＢｓ１、補助ボール先スクリューＢｓ２とＶ溝体Ｖ
１，補助Ｖ溝体Ｖ２の位置関係は、図５（ｃ）に示すよ
うになり、マスク開閉枠ＭＳ２の位置がマスクステージ
ＭＳの開閉時にずれていても、マスク保持枠ＭＳ１に設
けられたボール先スクリューＢｓ１はＶ溝体Ｖ１内に完
全に収まり、マスク保持枠ＭＳ１は正確に位置決めされ
る。

【００３４】すなわち、本実施例においては、吸着パッ
ドＶｐ１によりマスク開閉枠ＭＳ２を基台ＢＰ側に引き
寄せたとき、補助ボール先スクリューＶｐ２が補助Ｖ溝
体Ｖ２から離れ、マスク保持枠ＭＳ１はマスク開閉枠Ｍ
Ｓ２に対してＸ，Ｙ方向に自由に移動可能となるので、
マスク開閉枠ＭＳ２の位置がずれていても、マスク保持
枠ＭＳ１に設けられたボール先スクリューＢｓ１はＶ溝
体Ｖ１内に完全に収まり、マスク保持枠ＭＳ１は正確に
位置決めされる。以上のように、本実施例においては、
マスク開閉枠ＭＳ２を基台ＢＰ側に引き寄せたとき、マ
スク保持枠ＭＳ１がＸＹ方向に自由に移動可能となるよ
うに構成し、ボール先スクリューＢｓ１とＶ溝体Ｖ１に
よりマスク保持枠ＭＳ１を位置決めしている。このた
め、上記マスク保持枠ＭＳ１がＸＹ方向に移動する量が
少ない程、確実にかつ正確に位置決めすることができ
る。

【００３５】上記のようにマスク保持枠ＭＳ１がＸＹ方
向に移動する量を少なくするには、マスク開閉枠ＭＳ２
を開放したときの、マスク開閉枠ＭＳ２に対するマスク
保持枠ＭＳ１の位置、および／または、マスク開閉枠Ｍ
Ｓ２を基台ＢＰに固定したときの、基台ＢＰに対するマ
スク保持枠ＭＳ１の位置を調整すればよい。この調整は
次のように行うことができる。例えば、マスク保持枠Ｍ
Ｓ１に設けられた補助ボール先スクリューＢｓ２のＸＹ
方向の位置を、図６に示すように、固定ネジＢ１１によ
り調整可能としておく。そして次のよう調整する。 (1) ボール先スクリューＢｓ１とＶ溝体Ｖ１により、マ
スク保持枠ＭＳ１と基台ＢＰの相対位置を定める。 (2) 図６に示す固定ネジＢ１１を緩めて、補助ボール先
スクリューＢｓ２のＸＹ方向の位置を調整して、全ての
補助ボール先スクリューＢｓ２の先端のボールが補助Ｖ
溝体Ｖ２に所定の位置に入るようにする。 (3) 補助ボール先スクリューＢｓ２の高さを調整し、真
空吸着パッドＶｐ１によりマスク開閉枠ＭＳ２が吸着さ
れたとき、補助ボール先スクリューＢｓ２がＶ溝体Ｖ２
と所定距離だけ離間するようにする。

【００３６】以上の実施例では、基台ＢＰに対するマス
ク保持枠ＭＳ１の位置決め、マスク開閉枠ＭＳ２に対す
るマスク保持枠ＭＳ１の位置決めのため３個のＶ溝体を
使用しているが、本発明は、３個のＶ溝体の代わりに、
例えば、ピボット軸受けと、Ｖ溝体と平面体から構成す
ることもできる。図７は上記構成の一例を示す図であ
り、同図は、基台ＢＰによるマスク保持枠ＭＳ１の位置
決め機構を示している。同図において、ＢＰは基台、Ｖ
１１はＶ溝体、Ｐ１１はピボット軸受、Ｆ１１は平面体
でありＶ溝体Ｖ１１の溝の方向は、ピボット軸受Ｐ１の
中心方向を向いている。また、Ｂｓ１はマスク保持枠Ｍ
Ｓ１に設けられたボール先スクリューの先端部のボール
である。

【００３７】同図の構成とすることにより、ピボット軸
受Ｐ１１とＶ溝体Ｖ１１によりマスク保持枠ＭＳ１の位
置が規制され、基台ＢＰに対してマスク保持枠ＭＳ１を
所定の位置に位置決めすることができる。また、上記図
７に示した位置決め機構を、マスク開閉枠ＭＳ２に設け
られた補助Ｖ溝体Ｖ２の代わりに用いることもでき、図
７の機構を用いて、マスク保持枠ＭＳ１をマスク開閉枠
ＭＳ２に対して位置決めするように構成してもよい。さ
らに、上記実施例ではネジの先端にボールが設けられた
ボール先スクリューを用いる例について示したが、ボー
ルの代わりに、先端部が曲面を有する突起した構造体を
使用してもよく、要は、Ｖ溝体、ピボット軸受に一点で
係合する形状であればどのようなものを用いてもよい。

【００３８】以上説明した第１の実施例では、マスクス
テージＭＳを開閉するため回転軸Ｓｈを使用している。
このため、マスクステージＭＳを閉じたときのボール先
スクリューＢｓ１の先端部のボール位置と略等しい面上
に回転軸Ｓｈの中心を位置させ、マスクステージＭＳを
閉じるとき、マスク保持枠ＭＳ１に設けられたボール先
スクリューＢｓ１が、基台ＢＰのＶ溝体Ｖ１に対しでき
るだけ垂直状態に入り込むように構成している。上記構
造は、比較的構成が簡単であるという長所はあるが、マ
スクステージＭＳの移動は円弧状であるため、ボール先
スクリューＢｓ１がＶ溝体Ｖ１に入り込むとき、必ずし
も垂直状態にならず、ボール先スクリューＢｓ１がやや
斜めからＶ溝体Ｖ１に入り込み、位置合わせの精度が落
ちる場合がある。また、円弧状の移動なので、３個のボ
ール先スクリューＢｓ１先端部のボールの中心と回転軸
Ｓｈの中心を結んだそれぞれの回転半径は異なる。この
ため、Ｖ溝体Ｖ１にボール先スクリューＢｓ１が接触す
るときの衝撃も異なったものとなり、場合によっては位
置合わせの精度が低下することもある。

【００３９】次に示す第２、第３の実施例は上記欠点を
改善するため、マスクステージＭＳの開閉時、マスクス
テージが出来るだけ基台ＢＰに対して垂直に接近するよ
うに構成したものである。図８は本発明の第２の実施例
を示す図であり、同図はリンク機構によりマスクステー
ジＭＳを開閉する実施例を示している。なお、同図は理
解を容易にするため、主としてマスクステージＭＳの開
閉機構とワークＷを示しているが、マスク保持枠ＭＳ１
の位置決め機構は前記図１〜図４に示したものと同一で
ある。

【００４０】図８において（ａ）はマスクステージを閉
じた状態を示し、（ｂ）はマスクステージを開いた状態
を示しており、ＭＳ１はマスクＭが吸着されたマスク保
持枠、ＭＳ２はマスク開閉枠であり、マスク保持枠ＭＳ
１、マスク開閉枠ＭＳ２によりマスクステージＭＳを構
成している。マスク保持枠ＭＳ１には前記したボール先
スクリューＢｓ１が設けられ、マスクが閉じていると
き、ボール先スクリューＢｓ１の先端部のボールは基台
ＢＰに設けられたＶ溝体Ｖ１に嵌合する。また、マスク
保持枠ＭＳ１には前記した補助ボール先スクリューＢｓ
２が設けられており、マスクステージが完全に閉じてい
ないとき、補助ボール先スクリューＢｓ２の先端部のボ
ールはマスク開閉枠ＭＳ２に設けられた補助Ｖ溝体Ｖ２
に嵌合する。ＬＫ１，ＬＫ２はリンク機構であり、リン
ク機構ＬＫ１，ＬＫ２の一端はマスク開閉枠ＭＳ２に回
転可能に取り付けられ、リンク機構ＬＫ１，ＬＫ２の他
端は、基台ＢＰに固定された支持体ＳＰＴ１、ＳＰＴ２
に回転可能に取り付けられている。また、Ｗはワーク、
ＷＳはワークステージであり、同図においては省略され
ているが、前記図１３に示したようにワークステージＷ
Ｓは間隙設定機構を介してＸＹθステージ、Ｚステージ
に取り付けられており、ワークステージＷＳはＸＹθＺ
方向に駆動される。

【００４１】以上の構成において、図８（ａ）のマスク
ステージＭＳを閉じた状態から、図示しない把手等を持
ってマスクステージＭＳを持ち上げると、リンク機構Ｌ
Ｋ１，ＬＫ２は、ストッパＳｔｐに当たるまで回転し、
マスクステージＭＳは同図（ｂ）に示すように上昇す
る。この状態でワークＷをワークステージＷＳ上に載置
したり、ワークＷを交換することができる。本実施例に
おいては、上記のようにリンク機構ＬＫ１，ＬＫ２を利
用してマスクステージＭＳを上昇させているので、マス
ク保持枠ＭＳ１に設けられたボール先スクリューＢｓ１
の先端部のボールは円弧状に移動して、Ｖ溝体Ｖ１に入
り込む。このため、前記したように位置合わせの精度が
落ちる場合がある。しかしながら、リンク機構ＬＫ１，
ＬＫ２を用いているため、各ボール先スクリューＢｓ１
は同一の回転半径で移動する。このため、マスクステー
ジを閉じたとき、ボール先スクリューＢｓ１がＶ溝体Ｖ
１に接触するときの衝撃は同一となり、前記した第１の
実施例よりスムーズにボール先スクリューＢｓ１をＶ溝
体Ｖ１に挿入することができる。

【００４２】図９は本発明の第３の実施例を示してお
り、同図はマスクステージＭＳをＺ方向に移動させて開
閉する実施例を示している。なお、同図は、図８と同
様、理解を容易にするため、主としてマスクステージＭ
Ｓの開閉機構とワークＷを示しているが、マスク保持枠
ＭＳ１の位置決め機構は前記図１〜図４に示したものと
同一である。同図において、図８に示したものと同一の
ものには同一の符号が付されており、図９（ａ）はマス
クステージＭＳが閉じている状態を示し、（ｂ）はマス
クステージが開いている状態を示している。本実施例
は、図８に示したリンク機構ＬＫ１，ＬＫ２に換えて、
マスク開閉枠ＭＳ２をＺ方向（同図に上下方向）に移動
させるＺ方向移動機構ＺＤが設けた点で図８と相違し、
その他の構成は図８の実施例と同様である。

【００４３】図９の構成において、同図（ａ）のマスク
ステージＭＳが閉じた状態から、マスクステージＭＳを
持ち上げると、Ｚ方向移動機構ＺＤによりマスクステー
ジＭＳは同図（ｂ）に示すように上昇する。この状態で
ワークＷをワークステージＷＳ上に載置したり、ワーク
Ｗを交換することができる。なお、上記のようにマスク
ステージＭＳを持ち上げる代わりに、上記Ｚ方向移動機
構ＺＤに駆動手段を設け、電動、油圧、あるいは空気圧
等でマスクステージＭＳを上昇させるようにしてもよ
い。本実施例においては、上記のようにＺ方向移動機構
ＺＤを用いて、マスクステージＭＳを上昇させているの
で、マスク保持枠ＭＳ１に設けられたボール先スクリュ
ーＢｓ１の先端部のボールは垂直に移動して、Ｖ溝体Ｖ
１に入り込む。このため、前記したように位置合わせの
精度が落ちることがない。なお、上記のように、マスク
ステージＭＳを上昇させるだけでは、マスクステージＭ
ＳとワークステージＷＳの間隔を充分開けることができ
ず、ワークＷの交換等の作業に支障がでる場合がある。

【００４４】そこで、例えば、図１０に示すように、マ
スクステージＭＳが上昇しているとき、Ｚ方向駆動機構
ＺＤを中心としてマスクステージＭＳが回転できるよう
な構成とすれば、ワークステージＷＳ上の空間を開放す
ることができ、ワークＷの交換を容易に行うことが可能
となる。また、上記のようにマスクステージを回転させ
る代わりに、マスクステージＭＳが上昇しているとき、
マスクステージＭＳを同図の右方向にスライドさせるよ
うに構成してもよい。さらに、ガイド機構を用いてマス
クステージＭＳを開閉するようにしてもよい。なお、上
記実施例では、主としてプロキシミティー露光装置のマ
スクステージについて説明したが、本発明のマスクステ
ージ位置決め機構は、上記したプロキシミティー露光装
置以外に、開閉時の位置決め精度を要求される種々の装
置に適用することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
以下の効果を得ることができる。（１）マスク開閉枠が開いているときには、第１の三点
対偶基素によりマスク開閉枠に対するマスク保持枠の位
置を位置決めし、マスク開閉枠が閉じるとき、第１の三
点対偶基素の対偶を解除してマスク保持枠をマスク開閉
枠に対して移動可能とし、第２の三点対偶基素により基
台に対するマスク保持枠の位置を位置決めするように構
成したので、マスク開閉枠の位置がマスク開閉時にずれ
ても、マスク保持枠を基台に対して正確に位置決めする
ことができる。このため、本発明を裏面アライメントを
行うプロキシミティー露光装置等に適用することにより
アライメント精度を向上させることが可能となる。

【００４６】（２）第１および／または第２の三点対偶
基素を、先端部に曲面を有する３個の突起体と、Ｖ溝を
有する３個のＶ溝体から構成し、上記Ｖ溝体の中心軸が
所定の一点で交差するように配置することにより、マス
ク保持枠、マスク開閉枠、基台が熱膨張しても、Ｖ溝体
の中心軸を結ぶ線が交差する点を一定位置に保持させる
ことができる。このため、上記交差する点にマスクのア
ライメント・マークを配置することにより、熱膨張が発
生してもアライメント・マークの位置がずれることがな
く、アライメント精度を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のマスクステージの構成（その
１）を示す図である。

【図２】本発明の実施例のマスクステージの構成（その
２）を示す図である。

【図３】本発明の実施例のマスクステージの構成（その
３）を示す図である。

【図４】本発明の実施例のマスクステージの分解斜視図
である。

【図５】ボール先スクリューとＶ溝体の位置関係を示す
図である。

【図６】補助ボール先スクリューの位置調整構造を示す
図である。

【図７】マスク保持枠の位置決め機構の他の実施例を示
す図である。

【図８】リンク機構を利用した本発明の第２の実施例を
示す図である。

【図９】Ｚ方向移動機構を利用した本発明の第３の実施
例を示す図である。

【図１０】図９においてマスクステージの回転機構を設
けた実施例を示す図である。

【図１１】表面アライメントによるプロキシミティー露
光装置の構成を示す図である。

【図１２】真空吸着パッドの断面構造を示す図である。

【図１３】裏面アライメントによるプロキシミティー露
光装置の構成を示す図である。

【図１４】図１３におけるマスクステージの回転部の取
り付け構造を示す図である。

【図１５】ボール先スクリューとＶ溝体を用いた位置決
め方法を説明する図である。

【図１６】ボール先スクリューとＶ溝体との相対位置が
ずれた場合を示す図である。

【符号の説明】

ＭマスクＭＳマスクステージＭＳ１マスク保持枠ＷワークＢＰ基台Ｂｓ１ボール先スクリューＢｓ２補助ボール先スクリューＶ１Ｖ溝体Ｖ２補助Ｖ溝体Ｖｐ１マスク開閉枠吸着パッドＶｐ２吸着パッドＰｎピンＳｐバネＨ１，Ｈ２，ｈ１孔Ｓｈ軸Ｐ１１ピボット軸受Ｖ１１Ｖ溝体Ｆ１１平面板Ｂｕ１ブッシュ（先端球面）Ｂｕ２平ブッシュＢ１１調整ネジＬＫ１，ＬＫ２リンク機構ＺＤＺ方向移動機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクを保持するマスク保持枠とマスク
開閉枠とから構成され、マスク開閉枠が閉じていると
き、上記マスク保持枠がマスク開閉枠に対して移動でき
るように取り付けられたマスクステージと、上記マスク開閉枠を開閉可能に支持する基台と、上記マスク開閉枠と基台が、マスク開閉枠を閉じると
き、上記マスク保持枠とマスク開閉枠が基台面に対して
略垂直方向に移動するように接続されているマスクステ
ージの位置決め機構であって、上記マスク保持枠とマスク開閉枠は、両者の三点対偶を
可能とする第１の三点対偶基素を備え、また、上記マス
ク保持枠と基台は、両者の三点対偶を可能とする第２の
三点対偶基素を備えており、上記マスク開閉枠が開いているとき、上記第２の三点対
偶基素による三点対偶を解除して、上記マスク開閉枠に
対するマスク保持枠の位置を、上記第１の三点対偶基素
により位置決めし、上記マスク開閉枠が閉じているとき、上記第１の三点対
偶基素による三点対偶を解除して、上記基台に対するマ
スク保持枠の位置を、上記第２の三点対偶基素により位
置決めすることを特徴とするマスクステージの位置決め
機構。
【請求項２】上記第１および／または第２の三点対偶
基素が、先端部に曲面を有する３個の突起体と、Ｖ溝を
有する３個のＶ溝体から構成されており、上記Ｖ溝体の中心軸が所定の一点で交差するように配置
されていることを特徴とする請求項１のマスクステージ
の位置決め機構。
【請求項３】上記第１および／または第２の三点対偶
基素が、先端部に曲面を有する第１の突起体と、該第１
の突起体の先端部と接触するピボット軸受と、先端部に曲面を有する第２の突起体と、該第２の突起体
の先端部と接触し、中心軸が略上記ピボット軸受方向に
向かうＶ溝体と、先端部に曲面を有する第３の突起体と、該第３の突起体
と接触する平面体から構成されていることを特徴とする
請求項１のマスクステージの位置決め機構。