JP2004342987A - ステージ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】微動ステージの自重補償の調整を容易にする。自重補償手段に、磁気浮上方式を採用した場合、敏感度が高く微調整が困難、▲2▼3個の自重補償磁石の相互差調整が困難、▲3▼ユニット組立後の再調整が困難、▲4▼経年変化が生じた場合装置内で再調整する事が困難、といった問題点があった。
【解決手段】微動ステージ可動部(微動天板)に、重量調整手段を設ける。粗調整として自重補償手段の調整を行い、その補正残差を、微動ステージ可動部の重量調整手段を微調整する。重量調整手段として、微動天板に設けたバランサーウェイトを用いる。
【選択図】 図1
【解決手段】微動ステージ可動部(微動天板)に、重量調整手段を設ける。粗調整として自重補償手段の調整を行い、その補正残差を、微動ステージ可動部の重量調整手段を微調整する。重量調整手段として、微動天板に設けたバランサーウェイトを用いる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置においてウエハ基板などを微小位置決めするための微動ステージ等に用いられる支持装置を備えたステージ装置、特にリニアモータで6軸が直接位置決め制御される微動ステージの支持装置を備えたステージ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体露光装置におけるウェハなどの基板の精密位置決め機構として、微小直進機能と微小回転機能を有する微動ステージと、xy方向の大ストローク移動機能を有する粗動ステージとから構成されるステージ装置が一般的によく知られている。この様なステージ装置は、粗動ステージに構成される粗動アクチュエータによってxy方向の大ストロークの移動を行いつつ、微動ステージに構成される微動アクチュエータによって、搭載する基板の精密位置決め動作を行う。また、一般的に粗動アクチュエータや微動アクチュエータは、高速かつ高精度の移動を行えるよう、非接触で駆動するため、ローレンツ力を用いたリニアモータが多用されている。
【0003】
しかし、この様なステージ装置における微動ステージには、次のような問題がある。すなわち、基板サイズの大型化から微動ステージの重量も増加し、これをリニアモータの推力で支持する為には、アクチュエータに常時電流を通電しなくてはならず、これが熱源となり微動ステージを熱変形させたり、計測によく用いられるレーザー干渉計や光学エンコーダ等の測定誤差を生じてしまい、ひいては最終的な位置決め精度を劣化させてしまう。このような問題を解決するため、特開2001−358058号公報に示される様に、ばねまたは磁石によって微動ステージの重量を支持する方法、すなわち自重補償の方法が知られている。図8は、この従来例に示される微動ステージの自重補償の構成を模式的に示したものである。図中、101は微動ステージ、102は粗動ステージ、103a〜103cは自重補償手段としてのコイルばね、104a〜104cは微動アクチュエータである。微動ステージ101は、粗動ステージ102に対して、微動アクチュエータ104a〜104cの発生する推力によってその高さと傾きが所定座標になるよう位置決めされる。ところが、所定の高さと傾きを維持するように、微動ステージ101の重量を微動アクチュエータ104a〜104cの推力のみを用いて支えると、微動アクチュエータ104a〜104cには常時電流が通電されるため、常に一定の発熱が生じる。この熱はステージの精度に悪影響を与えるため、極力小さくする必要がある。そこで、この微動ステージ101を一定高さに浮上させるため、自重補償手段であるコイルばね103a〜103cが構成されている。すなわち、定常的な重量支持についてはコイルばね103a〜103cが行い、微小位置決めの為の駆動や、粗動アクチュエータ動作による加減速時の姿勢変動の修正動作などについては微動アクチュエータ104a〜104cが行う。これにより微動アクチュエータ104が発する熱量を最小にできる。ただし、コイルばね103a〜103cによる浮上力が、微動ステージ重量に対して大きくても小さくても、その差分は微動アクチュエータ104a〜104cの発熱につながるので、浮上力は正確に調整する事が必要である。
【0004】
また、自重補償手段として、コイルばねではなく、磁石の反発力を用いたり、空気シリンダーの駆動力を用いたりする場合であっても、構成と機能はまったく同じである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に自重補償手段としては、補償する微動ステージの重量は当然ながら浮上位置に依存せず一定であるため、自重補償手段の浮上力も浮上位置の依存性を極力小さくして、微動ステージの高さに因らずほぼ一定とする事が望ましい。また、粗動ステージ側の振動をできるだけ微動ステージに伝え難くするため、すなわち振動遮断特性を向上させるためには、粗動ステージと微動ステージの相対変位に関わらず常に一定の浮上力が生じる事が望ましい。これは、自重補償手段としてばね等の弾性体を用いる場合、そのばね定数は極力小さくあらねばならない事になる。これを逆に言えば、わずかな浮上力の変化で微動ステージの浮上位置が大きく変化してしまう事を意味する。そのため上記従来例では、その調整は敏感度が高くて困難なものであった。また、自重補償手段単体では何らかの治工具を用いて容易に調整できるよう工夫をしたとしても、微動ステージの重量や重心位置のばらつきを吸収するために、最終的には微動ステージに組み込んだ状態で実施する必要があり、やはり調整は困難であった。さらに、自重補償手段を3個以上の複数で構成した場合、それぞれの浮上力を調整した後に、それらの相互差も調整する必要があり、困難な調整を少なくとも二回実施する必要があった。また、わずかな経年変化が生じてもその浮上位置が大きく変化してしまうため、装置運用時において定期的に調整を実施する必要があるが、装置内は十分なメンテナンス空間がないため調整作業はさらに困難であった。場合によっては、この調整を行うためには装置を解体し、ステージを装置外部に取り出す必要があった。
【0006】
特に、リニアモータで6軸が直接位置決め制御される微動ステージの場合においては、上述した振動遮断特性を向上させる目的から、非接触に自重補償を行う事が望ましい。そのため、多くの場合、磁気反発力を利用した自重補償手段が用いられている。しかし、永久磁石の磁気特性はばらつきが大きく、経年変化も無視できない。さらに、浮上力の調整方法としては、着磁強度調整、磁石寸法調整、ギャップ寸法調整程度しかなく、いずれも簡便な調整は困難であるため、上述の問題は深刻であった。
【0007】
また、例えば自重補償手段としてばねなどの弾性体や永久磁石等の磁力を用いた場合でも、同様に上記の問題点は避けられないものであった。
【0008】
さらに、自重補償手段として、空気圧シリンダーを用いた場合、装置外部から圧力調整を行う事で、上述した調整の困難さの一部は解決できるが、本質的に調整の敏感度が高い問題は避けられず、調整に用いるレギュレータの精度が、必要とされる調整の敏感度を満足しない事が多かった。また、空気圧シリンダーでは、これを介して粗動ステージの振動が微動ステージに伝わりやすいため、上述したリニアモータで6軸が直接位置決め制御される微動ステージの場合には適さないものだった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明のステージ装置は、保持面を有する微動ステージと、前記微動ステージの自重および姿勢またはそのうちの一方を補償する1個又は少なくとも3個の自重補償手段と、前記微動ステージを鉛直方向に駆動する少なくとも3個のアクチュエータと、前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を調整する少なくとも3個所に配置された重量調整手段とを有し、前記自重補償手段の浮上力を前記微動ステージの自重及び姿勢またはそのうちの一方を補償する為に必要な浮上力におおむね一致させ、次に前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を、前記自重補償手段の調整された浮上力に一致させるよう前記重量調整手段を調整するようにしたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
(実施例)
図1から図4は、本発明の第一の実施例を示す図である。
【0011】
図1は、半導体露光装置において、リニアモータで6軸(6自由度)が直接位置決め制御される微動ステージを搭載したステージ装置の詳細を示す。
【0012】
このステージ装置は、ベース定盤1上にYヨーガイド2が固定され、Yヨーガイド2の側面とベース定盤1の上面でガイドされるYステージ3が、ベース定盤1の上にY方向に不図示のエアスライドにより、滑動自在に支持されている。Yステージ3は、主に2本のXヨーガイド4a4bと、その前端部材5及び奥端部材6の四つの部材から構成され、奥端部材6は、その側面及び下面に設けた不図示のエアパッドを介してYヨーガイド2の側面及びベース定盤1の上面と対面し、前端部材5は、その側面に設けた不図示のエアパッドを介してベース定盤1の上面と対面している。この結果、Yステージ3全体としては、前述のように、Yヨーガイド2の側面とベース定盤1の上面でY方向に滑動自在に支持されることになる。
【0013】
一方、Yステージ3の構成部品である2本のXヨーガイド4の側面とベース定盤1の上面とでガイドされるXステージ7は、X軸まわりにYステージ3の部分を囲むように設けられ、不図示のエアスライドにより、X方向に滑動自在に支持されている。Xステージ7は、主に2枚のXステージ側板8と、上板9及び下板10の四つの部材から構成され、下板10は、その下面に設けた不図示のエアパッドを介してベース定盤1の上面と対面し、2枚のXステージ側板8は、その側面に設けた不図示のエアパッドを介してYステージ3の構成部材である2本のXヨーガイド4a4bの側面と対面している。上板9の下面とXヨーガイド4a4bの上面、及び下板10の上面とXヨーガイド4a4bの下面は、非接触になっている。この結果、Xステージ7全体としては、前述のように、2本のXヨーガイド4の側面とベース定盤1の上面でX方向に滑動自在に支持されることになる。
【0014】
駆動機構は、X駆動用として1本、Y駆動用として2本の多相コイル切り替え方式のリニアモータが用いられている。
【0015】
YリニアモータY1とY2は、それぞれYリニアモータ可動子Y1a、Y2aとYリニアモータ固定子Y1b、Y2bから構成され、Yリニアモータ可動子Y1a、Y2aには可動子磁石が配置され、同じくYリニアモータ固定子Y1bおよびY2bには複数個のコイルが配置されている。そしてこのYリニアモータ可動子Y1a、Y2aの位置に応じて、Yリニアモータ固定子Y1b、Y2bの複数のコイルのうちの所定のコイルに選択的に電流を流す事によって、推力が発生する。また13は前側取り付け板、14は奥側取り付け板であり、それぞれ前端部材5及び奥端部材6に締結され、YリニアモータY1、Y2が発生させた推力をYステージ3に伝達する。XリニアモータX1は、図示しないXリニアモータ可動子X1aとXリニアモータ固定子X1bとからなる。図示しないXリニアモータ可動子X1aは、Xステージ7の上板9及び下板10に固定され、固定子磁石を設けている。Xリニアモータ可動子X1bは2本のXヨーガイド4a4bに固定され、複数個のコイルが配置されている。そしてこのXリニアモータ可動子X1aの位置、すなわちXステージ7の位置に応じて、Xリニアモータ固定子X1bの複数のコイルのうちの所定のコイルに選択的に電流を流す事によって、推力が発生する。
【0016】
図2は微動ステージの詳細を示す分解斜視図である。
【0017】
微動ステージは、Xステージ7の上板9の上にある中間板12の上に構成され、位置決めの対象物であるウエハをXYθ方向及びZチルト方向に位置決めするものである。中間板12は、微動ステージを単体で交換する場合に容易にするために設けられているが、中間板12を設けず直接上板9の上に微動ステージを構成してもかまわない。
【0018】
微動ステージは、三つのZ微動リニアモータZLM(ZLMaが可動子、ZLMbが固定子)と、二つずつ設けられたX微動リニアモータXLM(XLMaが可動子、XLMbが固定子)及びY微動リニアモータYLM(YLMaが可動子、YLMbが固定子)で天板11をXYθ方向及びZチルト方向に駆動して位置決めするようになっている。
【0019】
ウエハ天板11の上面にはXバーミラー15a及びYバーミラー15bが設けられ、ウエハ天板11の6軸方向の位置を非図示のレーザ干渉計で精密に計測できるようになっている。
【0020】
第一の実施例における自重補償手段は、反発可動子16と反発固定子17とから構成される。
【0021】
図3は第一の実施例における自重補償手段の詳細を示す斜視図である。
【0022】
反発可動子16は反発可動磁石16aと反発可動磁石ホルダ16bとからなる。反発可動磁石16aは、板状の単極永久磁石であって、板厚方向に着磁されている。
【0023】
反発固定子17は、前側ヨーク17a、後側ヨーク17b、2個の横ヨーク17c、2枚の反発固定磁石17d、及び2個のギャップ調整スペーサー17eからなる。
【0024】
前側ヨーク17aと後側ヨーク17bには、ギャップ調整スペーサー17eを介して、1枚ずつ反発固定磁石17dが接着されている。これらの反発固定磁石17dも板状の単極永久磁石であって、板厚方向、即ちこの図では、Y軸に平行な小矢印で示す方向に着磁されている。ただし、2枚とも極の方向は反発可動磁石16aと逆になっている。前側ヨーク17a、後側ヨーク17b、及び横ヨーク17cは、反発固定磁石17dの磁束を循環させるためのものであって、鉄等の軟磁性体が用いられる。上記ギャップ調整スペーサーも同様に軟磁性材料が用いられる。図中、前側ヨーク17a側の反発固定磁石17dの奥側から出た磁束は、後側ヨーク17bの表面についている反発固定磁石17dの手前側に入り、その反発固定磁石17cの奥側から出た磁束は、後側ヨーク17bに入り、左右(この場合X軸のプラス方向とマイナス方向)に分かれて2枚の横ヨーク17cに入り、2枚の横ヨーク17c中をY軸のプラス方向に流れて前側ヨーク17aに入り、前側ヨーク17a中でヨーク中央に向かうように流れて前側ヨーク17a側の反発固定磁石17dに達する。つまり、この自重補償手段は、自重補償方向を法線とする面内で循環するような磁路を形成している。このような磁路を形成して反発固定子17d単体で存在するときの磁束を増やすようにすることで、ヨーク部材を非磁性で構成した場合に比べて反発可動磁石16aが対面したときの反発力を増やすことが出来る。
【0025】
2枚の反発固定磁石17d間の距離は反発可動磁石16aの板厚より大きく設定されていて、反発可動磁石16aが2枚の反発固定磁石17dの間に、非接触で挿入可能になっている。また、反発可動磁石16aは、2枚の反発固定磁石17dの丁度中央の位置に挿入されるように設定されている。この構成において、反発可動子16が反発固定子17に挿入されると、両者は同じ極同士が対面するので、反発固定磁石17と反発可動磁石16の間に、Z上向きの反発力が働く。
【0026】
図3は、第一の実施例で用いられる自重補償要手段の単体調整方法を示す図である。図中、図2と同一の構成要素は同一の番号としており、説明は省略する。
【0027】
一対の直動ガイド22は、一対のガイド軸21とそれぞれ勘合し、反発可動子16の移動をz軸のみに規制する。工具ベース19は、全体を保持するベースであり、可動プレート20は直動ガイド22と締結されz軸方向のみに移動可能であり、この可動プレート20に反発可動子ホルダー16bが固定されている。ダミーウェイト23は可動プレート20の上に搭載され自重補償要素の発生する浮上力と等しい荷重を与える。ギャップ調整スペーサ17eは、自重補償手段の浮上力を調整するものであり、すなわち反発固定磁石間のギャップを調整し、狭ければ大きな浮上力を、広ければ小さな浮上力を得る事ができる。この構成により、非図示の高さ測定手段によって高さを測りつつ、所定の荷重を加えた状態での浮上力を調整できる。ただし、この調整方法では、微動ステージの重量ばらつきや、重心位置のばらつきによる姿勢ばらつきは調整できない。また、スペーサの厚さ研磨という工程となるので、ひとたび調整を終えて微動ステージに組み込んだ後は、再調整は困難になる。よって、この調整は粗調整として位置づけられるべき物である。
【0028】
そこで、図2に示されるバランサーウェイト18a,18b,18c,18d(18dのみ図示せず)が必要になる。バランサーウェイトは複数厚さの板材からなり、厚さの種類及び枚数を選択する事で、重量を調整する事ができる。すなわち、図4で示す粗調整が完了した反発固定子17および反発可動子16を微動ステージに組み込み、微動ステージの高さ及び姿勢を非図示のレーザー干渉計で測定しつつ、バランサーウェイト18a,18b,18c,18dの重量をそれぞれ調整する。これは最終形態の調整になり、かつステージ装置が露光装置内に搭載された後でも調整手切る事から、微調整として位置づけられるべき物である。またこの時、ステージ装置をサーボON状態にし、所定の位置及び姿勢に微動ステージを静止させ、その時にz微動リニアモータZLMa,ZLMbに必要な電流を測定することができ、この電流がほぼゼロになるようにバランサーウェイトの重量をそれぞれ調整する事もできる。
【0029】
以上述べたように、反発固定子17を個別に調整する粗調整と、ステージ組み込み状態で行う微調整の二段階で行う本発明の調整方法によれば、微動ステージの重量ばらつきや傾きのばらつきを容易に調整できるばかりではなく、装置運用状態において経年変化が生じた場合でも、再調整が容易にかつ正確に行える。
【0030】
また、本実施例では、自重補償手段として、同じ極を対面配置して、対面方向と直角方向の反発力を浮上力に用いた反発磁石を用いた例について述べたが、より一般的な、対面方向の反発力を浮上力に用いた反発磁石を用いても、その構成と効果は同一である。
【0031】
(他の実施例1)
図5は本発明の第二の実施例を示す図である。
【0032】
第一の実施例と異なる点は、反発可動子16及び反発固定子17を中央に一組だけ配置するのではなく、周辺三個所に三対の反発固定子24a,24b,24c及び反発可動子25a,25b,25cを配置したものである。
【0033】
これにより、第一の実施例では微動ステージの傾きの調整が、反発固定子の浮上力調整によっては出来なかったのに対し、本第二の実施例では可能となる点である。しかし、反面、自重補償手段を3個にしたため、これらの相互差を調整する必要も生じている。しかしながら、これも本発明によるバランサーウェイトによる微調整によって、容易にかつ正確に調整できるものである。
【0034】
また、本実施例ではにおいても、自重補償手段として、同じ極を対面配置して、対面方向と直角方向の反発力を浮上力に用いた反発磁石を用いた例について述べたが、より一般的な、対面方向の反発力を浮上力に用いた反発磁石を用いても、その構成と効果は同一である。
【0035】
(他の実施例2)
図6は本発明の第三の実施例を示す図である。
【0036】
第三の実施例は、自重補償要素としてコイルばね26a,26b,26cを配置した物である。この場合も、調整の敏感度が高いため、正確な調整は困難であるとともに、再調整や、装置内における調整は困難であり、本発明のバランサーウェイト18a,18b,18c,18dによる微調整手段は不可欠である。
【0037】
本実施例では、三個の自重補償要素として説明してきたが、第一の実施例と同様に中央に一個だけコイルバネを配置した場合も、同様の効果が得られる。
【0038】
また、本実施例は自重補償要素としてコイルばねを用いた例について説明してきたが、弾性体として板ばねや他の弾性体を用いても、その構成と効果はまったく同一である。
【0039】
(他の実施例3)
図7は本発明の第四の実施例を示す図である。
【0040】
第四の実施例は、自重補償要素としてエアーシリンダー27a,27b,27cを用いた物である。エアーシリンダーを用いた場合、それによる浮上力は、ステージ装置外部からの供給圧力によって調整できる。すなわち、第一から第三の実施例で述べたような、ステージ装置組み込み状態や露光装置搭載状態であっても、比較的容易に調整できる。しかしながら、浮上力の調整は今まで述べてきたように敏感度が高い調整であるため、高精度のレギュレーターが必要であったり、経年変化の極めて小さいレギュレーターが必要だった。その点、本発明のバランサーウェイト18a,18b,18c,18dを設ける事で、空気圧力による浮上力調整は、さほど正確さは要求されないため、空気圧調整手段のコストダウンが実現できる。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、保持面を有する微動ステージと、前記微動ステージの自重および姿勢またはそのうちの一方を補償する1個又は少なくとも3個の自重補償手段と、前記微動ステージを鉛直方向に駆動する少なくとも3個のアクチュエータと、前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を調整する少なくとも3個所に配置された重量調整手段とを有し、前記自重補償手段の浮上力を前記微動ステージの自重及び姿勢またはそのうちの一方を補償する為に必要な浮上力におおむね一致させ、次に前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を、前記自重補償手段の調整された浮上力に一致させるよう前記重量調整手段を調整するようにしたため、調整が容易かつ正確に実施できるようになる。また、重量調整手段を装置内で容易にアクセスできる位置に配置する事により、装置搭載状態でも微調整が容易にできるようになる。同様に、自重補償手段に経年変化を生じた場合でも容易に何度でも再調整ができるようになる。また制御状態を維持しながら調整ができるので、正確な調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における第一の実施例の全体像。
【図2】本発明における第一の実施例の詳細。
【図3】本発明の第一の実施例における自重補償機構。
【図4】本発明の第一の実施例における粗調整方法。
【図5】本発明の第二の実施例。
【図6】本発明の第三の実施例。
【図7】本発明の第四の実施例。
【図8】従来例。
【符号の説明】
1 ベース定盤
2 Yヨーガイド
3 Yステージ
4a4b Xヨーガイド
5 前端部材
6 奥端部材
7 Xステージ
8 Xステージ側板
9 上板
10 下板
11 ウエハ天板
12 中間板
13 前側取り付け板
14 奥側取り付け板
15a Xバーミラー
15b Yバーミラー
16 反発可動子
17 反発固定子
18a,18b,18c,18d バランサーウェイト
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置においてウエハ基板などを微小位置決めするための微動ステージ等に用いられる支持装置を備えたステージ装置、特にリニアモータで6軸が直接位置決め制御される微動ステージの支持装置を備えたステージ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体露光装置におけるウェハなどの基板の精密位置決め機構として、微小直進機能と微小回転機能を有する微動ステージと、xy方向の大ストローク移動機能を有する粗動ステージとから構成されるステージ装置が一般的によく知られている。この様なステージ装置は、粗動ステージに構成される粗動アクチュエータによってxy方向の大ストロークの移動を行いつつ、微動ステージに構成される微動アクチュエータによって、搭載する基板の精密位置決め動作を行う。また、一般的に粗動アクチュエータや微動アクチュエータは、高速かつ高精度の移動を行えるよう、非接触で駆動するため、ローレンツ力を用いたリニアモータが多用されている。
【0003】
しかし、この様なステージ装置における微動ステージには、次のような問題がある。すなわち、基板サイズの大型化から微動ステージの重量も増加し、これをリニアモータの推力で支持する為には、アクチュエータに常時電流を通電しなくてはならず、これが熱源となり微動ステージを熱変形させたり、計測によく用いられるレーザー干渉計や光学エンコーダ等の測定誤差を生じてしまい、ひいては最終的な位置決め精度を劣化させてしまう。このような問題を解決するため、特開2001−358058号公報に示される様に、ばねまたは磁石によって微動ステージの重量を支持する方法、すなわち自重補償の方法が知られている。図8は、この従来例に示される微動ステージの自重補償の構成を模式的に示したものである。図中、101は微動ステージ、102は粗動ステージ、103a〜103cは自重補償手段としてのコイルばね、104a〜104cは微動アクチュエータである。微動ステージ101は、粗動ステージ102に対して、微動アクチュエータ104a〜104cの発生する推力によってその高さと傾きが所定座標になるよう位置決めされる。ところが、所定の高さと傾きを維持するように、微動ステージ101の重量を微動アクチュエータ104a〜104cの推力のみを用いて支えると、微動アクチュエータ104a〜104cには常時電流が通電されるため、常に一定の発熱が生じる。この熱はステージの精度に悪影響を与えるため、極力小さくする必要がある。そこで、この微動ステージ101を一定高さに浮上させるため、自重補償手段であるコイルばね103a〜103cが構成されている。すなわち、定常的な重量支持についてはコイルばね103a〜103cが行い、微小位置決めの為の駆動や、粗動アクチュエータ動作による加減速時の姿勢変動の修正動作などについては微動アクチュエータ104a〜104cが行う。これにより微動アクチュエータ104が発する熱量を最小にできる。ただし、コイルばね103a〜103cによる浮上力が、微動ステージ重量に対して大きくても小さくても、その差分は微動アクチュエータ104a〜104cの発熱につながるので、浮上力は正確に調整する事が必要である。
【0004】
また、自重補償手段として、コイルばねではなく、磁石の反発力を用いたり、空気シリンダーの駆動力を用いたりする場合であっても、構成と機能はまったく同じである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に自重補償手段としては、補償する微動ステージの重量は当然ながら浮上位置に依存せず一定であるため、自重補償手段の浮上力も浮上位置の依存性を極力小さくして、微動ステージの高さに因らずほぼ一定とする事が望ましい。また、粗動ステージ側の振動をできるだけ微動ステージに伝え難くするため、すなわち振動遮断特性を向上させるためには、粗動ステージと微動ステージの相対変位に関わらず常に一定の浮上力が生じる事が望ましい。これは、自重補償手段としてばね等の弾性体を用いる場合、そのばね定数は極力小さくあらねばならない事になる。これを逆に言えば、わずかな浮上力の変化で微動ステージの浮上位置が大きく変化してしまう事を意味する。そのため上記従来例では、その調整は敏感度が高くて困難なものであった。また、自重補償手段単体では何らかの治工具を用いて容易に調整できるよう工夫をしたとしても、微動ステージの重量や重心位置のばらつきを吸収するために、最終的には微動ステージに組み込んだ状態で実施する必要があり、やはり調整は困難であった。さらに、自重補償手段を3個以上の複数で構成した場合、それぞれの浮上力を調整した後に、それらの相互差も調整する必要があり、困難な調整を少なくとも二回実施する必要があった。また、わずかな経年変化が生じてもその浮上位置が大きく変化してしまうため、装置運用時において定期的に調整を実施する必要があるが、装置内は十分なメンテナンス空間がないため調整作業はさらに困難であった。場合によっては、この調整を行うためには装置を解体し、ステージを装置外部に取り出す必要があった。
【0006】
特に、リニアモータで6軸が直接位置決め制御される微動ステージの場合においては、上述した振動遮断特性を向上させる目的から、非接触に自重補償を行う事が望ましい。そのため、多くの場合、磁気反発力を利用した自重補償手段が用いられている。しかし、永久磁石の磁気特性はばらつきが大きく、経年変化も無視できない。さらに、浮上力の調整方法としては、着磁強度調整、磁石寸法調整、ギャップ寸法調整程度しかなく、いずれも簡便な調整は困難であるため、上述の問題は深刻であった。
【0007】
また、例えば自重補償手段としてばねなどの弾性体や永久磁石等の磁力を用いた場合でも、同様に上記の問題点は避けられないものであった。
【0008】
さらに、自重補償手段として、空気圧シリンダーを用いた場合、装置外部から圧力調整を行う事で、上述した調整の困難さの一部は解決できるが、本質的に調整の敏感度が高い問題は避けられず、調整に用いるレギュレータの精度が、必要とされる調整の敏感度を満足しない事が多かった。また、空気圧シリンダーでは、これを介して粗動ステージの振動が微動ステージに伝わりやすいため、上述したリニアモータで6軸が直接位置決め制御される微動ステージの場合には適さないものだった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明のステージ装置は、保持面を有する微動ステージと、前記微動ステージの自重および姿勢またはそのうちの一方を補償する1個又は少なくとも3個の自重補償手段と、前記微動ステージを鉛直方向に駆動する少なくとも3個のアクチュエータと、前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を調整する少なくとも3個所に配置された重量調整手段とを有し、前記自重補償手段の浮上力を前記微動ステージの自重及び姿勢またはそのうちの一方を補償する為に必要な浮上力におおむね一致させ、次に前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を、前記自重補償手段の調整された浮上力に一致させるよう前記重量調整手段を調整するようにしたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
(実施例)
図1から図4は、本発明の第一の実施例を示す図である。
【0011】
図1は、半導体露光装置において、リニアモータで6軸(6自由度)が直接位置決め制御される微動ステージを搭載したステージ装置の詳細を示す。
【0012】
このステージ装置は、ベース定盤1上にYヨーガイド2が固定され、Yヨーガイド2の側面とベース定盤1の上面でガイドされるYステージ3が、ベース定盤1の上にY方向に不図示のエアスライドにより、滑動自在に支持されている。Yステージ3は、主に2本のXヨーガイド4a4bと、その前端部材5及び奥端部材6の四つの部材から構成され、奥端部材6は、その側面及び下面に設けた不図示のエアパッドを介してYヨーガイド2の側面及びベース定盤1の上面と対面し、前端部材5は、その側面に設けた不図示のエアパッドを介してベース定盤1の上面と対面している。この結果、Yステージ3全体としては、前述のように、Yヨーガイド2の側面とベース定盤1の上面でY方向に滑動自在に支持されることになる。
【0013】
一方、Yステージ3の構成部品である2本のXヨーガイド4の側面とベース定盤1の上面とでガイドされるXステージ7は、X軸まわりにYステージ3の部分を囲むように設けられ、不図示のエアスライドにより、X方向に滑動自在に支持されている。Xステージ7は、主に2枚のXステージ側板8と、上板9及び下板10の四つの部材から構成され、下板10は、その下面に設けた不図示のエアパッドを介してベース定盤1の上面と対面し、2枚のXステージ側板8は、その側面に設けた不図示のエアパッドを介してYステージ3の構成部材である2本のXヨーガイド4a4bの側面と対面している。上板9の下面とXヨーガイド4a4bの上面、及び下板10の上面とXヨーガイド4a4bの下面は、非接触になっている。この結果、Xステージ7全体としては、前述のように、2本のXヨーガイド4の側面とベース定盤1の上面でX方向に滑動自在に支持されることになる。
【0014】
駆動機構は、X駆動用として1本、Y駆動用として2本の多相コイル切り替え方式のリニアモータが用いられている。
【0015】
YリニアモータY1とY2は、それぞれYリニアモータ可動子Y1a、Y2aとYリニアモータ固定子Y1b、Y2bから構成され、Yリニアモータ可動子Y1a、Y2aには可動子磁石が配置され、同じくYリニアモータ固定子Y1bおよびY2bには複数個のコイルが配置されている。そしてこのYリニアモータ可動子Y1a、Y2aの位置に応じて、Yリニアモータ固定子Y1b、Y2bの複数のコイルのうちの所定のコイルに選択的に電流を流す事によって、推力が発生する。また13は前側取り付け板、14は奥側取り付け板であり、それぞれ前端部材5及び奥端部材6に締結され、YリニアモータY1、Y2が発生させた推力をYステージ3に伝達する。XリニアモータX1は、図示しないXリニアモータ可動子X1aとXリニアモータ固定子X1bとからなる。図示しないXリニアモータ可動子X1aは、Xステージ7の上板9及び下板10に固定され、固定子磁石を設けている。Xリニアモータ可動子X1bは2本のXヨーガイド4a4bに固定され、複数個のコイルが配置されている。そしてこのXリニアモータ可動子X1aの位置、すなわちXステージ7の位置に応じて、Xリニアモータ固定子X1bの複数のコイルのうちの所定のコイルに選択的に電流を流す事によって、推力が発生する。
【0016】
図2は微動ステージの詳細を示す分解斜視図である。
【0017】
微動ステージは、Xステージ7の上板9の上にある中間板12の上に構成され、位置決めの対象物であるウエハをXYθ方向及びZチルト方向に位置決めするものである。中間板12は、微動ステージを単体で交換する場合に容易にするために設けられているが、中間板12を設けず直接上板9の上に微動ステージを構成してもかまわない。
【0018】
微動ステージは、三つのZ微動リニアモータZLM(ZLMaが可動子、ZLMbが固定子)と、二つずつ設けられたX微動リニアモータXLM(XLMaが可動子、XLMbが固定子)及びY微動リニアモータYLM(YLMaが可動子、YLMbが固定子)で天板11をXYθ方向及びZチルト方向に駆動して位置決めするようになっている。
【0019】
ウエハ天板11の上面にはXバーミラー15a及びYバーミラー15bが設けられ、ウエハ天板11の6軸方向の位置を非図示のレーザ干渉計で精密に計測できるようになっている。
【0020】
第一の実施例における自重補償手段は、反発可動子16と反発固定子17とから構成される。
【0021】
図3は第一の実施例における自重補償手段の詳細を示す斜視図である。
【0022】
反発可動子16は反発可動磁石16aと反発可動磁石ホルダ16bとからなる。反発可動磁石16aは、板状の単極永久磁石であって、板厚方向に着磁されている。
【0023】
反発固定子17は、前側ヨーク17a、後側ヨーク17b、2個の横ヨーク17c、2枚の反発固定磁石17d、及び2個のギャップ調整スペーサー17eからなる。
【0024】
前側ヨーク17aと後側ヨーク17bには、ギャップ調整スペーサー17eを介して、1枚ずつ反発固定磁石17dが接着されている。これらの反発固定磁石17dも板状の単極永久磁石であって、板厚方向、即ちこの図では、Y軸に平行な小矢印で示す方向に着磁されている。ただし、2枚とも極の方向は反発可動磁石16aと逆になっている。前側ヨーク17a、後側ヨーク17b、及び横ヨーク17cは、反発固定磁石17dの磁束を循環させるためのものであって、鉄等の軟磁性体が用いられる。上記ギャップ調整スペーサーも同様に軟磁性材料が用いられる。図中、前側ヨーク17a側の反発固定磁石17dの奥側から出た磁束は、後側ヨーク17bの表面についている反発固定磁石17dの手前側に入り、その反発固定磁石17cの奥側から出た磁束は、後側ヨーク17bに入り、左右(この場合X軸のプラス方向とマイナス方向)に分かれて2枚の横ヨーク17cに入り、2枚の横ヨーク17c中をY軸のプラス方向に流れて前側ヨーク17aに入り、前側ヨーク17a中でヨーク中央に向かうように流れて前側ヨーク17a側の反発固定磁石17dに達する。つまり、この自重補償手段は、自重補償方向を法線とする面内で循環するような磁路を形成している。このような磁路を形成して反発固定子17d単体で存在するときの磁束を増やすようにすることで、ヨーク部材を非磁性で構成した場合に比べて反発可動磁石16aが対面したときの反発力を増やすことが出来る。
【0025】
2枚の反発固定磁石17d間の距離は反発可動磁石16aの板厚より大きく設定されていて、反発可動磁石16aが2枚の反発固定磁石17dの間に、非接触で挿入可能になっている。また、反発可動磁石16aは、2枚の反発固定磁石17dの丁度中央の位置に挿入されるように設定されている。この構成において、反発可動子16が反発固定子17に挿入されると、両者は同じ極同士が対面するので、反発固定磁石17と反発可動磁石16の間に、Z上向きの反発力が働く。
【0026】
図3は、第一の実施例で用いられる自重補償要手段の単体調整方法を示す図である。図中、図2と同一の構成要素は同一の番号としており、説明は省略する。
【0027】
一対の直動ガイド22は、一対のガイド軸21とそれぞれ勘合し、反発可動子16の移動をz軸のみに規制する。工具ベース19は、全体を保持するベースであり、可動プレート20は直動ガイド22と締結されz軸方向のみに移動可能であり、この可動プレート20に反発可動子ホルダー16bが固定されている。ダミーウェイト23は可動プレート20の上に搭載され自重補償要素の発生する浮上力と等しい荷重を与える。ギャップ調整スペーサ17eは、自重補償手段の浮上力を調整するものであり、すなわち反発固定磁石間のギャップを調整し、狭ければ大きな浮上力を、広ければ小さな浮上力を得る事ができる。この構成により、非図示の高さ測定手段によって高さを測りつつ、所定の荷重を加えた状態での浮上力を調整できる。ただし、この調整方法では、微動ステージの重量ばらつきや、重心位置のばらつきによる姿勢ばらつきは調整できない。また、スペーサの厚さ研磨という工程となるので、ひとたび調整を終えて微動ステージに組み込んだ後は、再調整は困難になる。よって、この調整は粗調整として位置づけられるべき物である。
【0028】
そこで、図2に示されるバランサーウェイト18a,18b,18c,18d(18dのみ図示せず)が必要になる。バランサーウェイトは複数厚さの板材からなり、厚さの種類及び枚数を選択する事で、重量を調整する事ができる。すなわち、図4で示す粗調整が完了した反発固定子17および反発可動子16を微動ステージに組み込み、微動ステージの高さ及び姿勢を非図示のレーザー干渉計で測定しつつ、バランサーウェイト18a,18b,18c,18dの重量をそれぞれ調整する。これは最終形態の調整になり、かつステージ装置が露光装置内に搭載された後でも調整手切る事から、微調整として位置づけられるべき物である。またこの時、ステージ装置をサーボON状態にし、所定の位置及び姿勢に微動ステージを静止させ、その時にz微動リニアモータZLMa,ZLMbに必要な電流を測定することができ、この電流がほぼゼロになるようにバランサーウェイトの重量をそれぞれ調整する事もできる。
【0029】
以上述べたように、反発固定子17を個別に調整する粗調整と、ステージ組み込み状態で行う微調整の二段階で行う本発明の調整方法によれば、微動ステージの重量ばらつきや傾きのばらつきを容易に調整できるばかりではなく、装置運用状態において経年変化が生じた場合でも、再調整が容易にかつ正確に行える。
【0030】
また、本実施例では、自重補償手段として、同じ極を対面配置して、対面方向と直角方向の反発力を浮上力に用いた反発磁石を用いた例について述べたが、より一般的な、対面方向の反発力を浮上力に用いた反発磁石を用いても、その構成と効果は同一である。
【0031】
(他の実施例1)
図5は本発明の第二の実施例を示す図である。
【0032】
第一の実施例と異なる点は、反発可動子16及び反発固定子17を中央に一組だけ配置するのではなく、周辺三個所に三対の反発固定子24a,24b,24c及び反発可動子25a,25b,25cを配置したものである。
【0033】
これにより、第一の実施例では微動ステージの傾きの調整が、反発固定子の浮上力調整によっては出来なかったのに対し、本第二の実施例では可能となる点である。しかし、反面、自重補償手段を3個にしたため、これらの相互差を調整する必要も生じている。しかしながら、これも本発明によるバランサーウェイトによる微調整によって、容易にかつ正確に調整できるものである。
【0034】
また、本実施例ではにおいても、自重補償手段として、同じ極を対面配置して、対面方向と直角方向の反発力を浮上力に用いた反発磁石を用いた例について述べたが、より一般的な、対面方向の反発力を浮上力に用いた反発磁石を用いても、その構成と効果は同一である。
【0035】
(他の実施例2)
図6は本発明の第三の実施例を示す図である。
【0036】
第三の実施例は、自重補償要素としてコイルばね26a,26b,26cを配置した物である。この場合も、調整の敏感度が高いため、正確な調整は困難であるとともに、再調整や、装置内における調整は困難であり、本発明のバランサーウェイト18a,18b,18c,18dによる微調整手段は不可欠である。
【0037】
本実施例では、三個の自重補償要素として説明してきたが、第一の実施例と同様に中央に一個だけコイルバネを配置した場合も、同様の効果が得られる。
【0038】
また、本実施例は自重補償要素としてコイルばねを用いた例について説明してきたが、弾性体として板ばねや他の弾性体を用いても、その構成と効果はまったく同一である。
【0039】
(他の実施例3)
図7は本発明の第四の実施例を示す図である。
【0040】
第四の実施例は、自重補償要素としてエアーシリンダー27a,27b,27cを用いた物である。エアーシリンダーを用いた場合、それによる浮上力は、ステージ装置外部からの供給圧力によって調整できる。すなわち、第一から第三の実施例で述べたような、ステージ装置組み込み状態や露光装置搭載状態であっても、比較的容易に調整できる。しかしながら、浮上力の調整は今まで述べてきたように敏感度が高い調整であるため、高精度のレギュレーターが必要であったり、経年変化の極めて小さいレギュレーターが必要だった。その点、本発明のバランサーウェイト18a,18b,18c,18dを設ける事で、空気圧力による浮上力調整は、さほど正確さは要求されないため、空気圧調整手段のコストダウンが実現できる。
【0041】
【発明の効果】
本発明によれば、保持面を有する微動ステージと、前記微動ステージの自重および姿勢またはそのうちの一方を補償する1個又は少なくとも3個の自重補償手段と、前記微動ステージを鉛直方向に駆動する少なくとも3個のアクチュエータと、前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を調整する少なくとも3個所に配置された重量調整手段とを有し、前記自重補償手段の浮上力を前記微動ステージの自重及び姿勢またはそのうちの一方を補償する為に必要な浮上力におおむね一致させ、次に前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を、前記自重補償手段の調整された浮上力に一致させるよう前記重量調整手段を調整するようにしたため、調整が容易かつ正確に実施できるようになる。また、重量調整手段を装置内で容易にアクセスできる位置に配置する事により、装置搭載状態でも微調整が容易にできるようになる。同様に、自重補償手段に経年変化を生じた場合でも容易に何度でも再調整ができるようになる。また制御状態を維持しながら調整ができるので、正確な調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における第一の実施例の全体像。
【図2】本発明における第一の実施例の詳細。
【図3】本発明の第一の実施例における自重補償機構。
【図4】本発明の第一の実施例における粗調整方法。
【図5】本発明の第二の実施例。
【図6】本発明の第三の実施例。
【図7】本発明の第四の実施例。
【図8】従来例。
【符号の説明】
1 ベース定盤
2 Yヨーガイド
3 Yステージ
4a4b Xヨーガイド
5 前端部材
6 奥端部材
7 Xステージ
8 Xステージ側板
9 上板
10 下板
11 ウエハ天板
12 中間板
13 前側取り付け板
14 奥側取り付け板
15a Xバーミラー
15b Yバーミラー
16 反発可動子
17 反発固定子
18a,18b,18c,18d バランサーウェイト
Claims (12)
- 保持面を有する微動ステージと、前記微動ステージの自重および姿勢またはそのうちの一方を補償する浮上力を発生する自重補償手段と、前記微動ステージを鉛直方向に駆動するアクチュエータと、前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を調整する重量調整手段とを有し、前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を、前記自重補償手段の浮上力に一致させるよう前記重量調整手段を調整することを特徴とするステージ装置。
- 前記自重補償手段の浮上力を前記微動ステージの自重及び姿勢またはそのうちの一方を補償する為に必要な浮上力におおむね一致させ、次に前記微動ステージの重量及び重心またはそのうちの一方を、前記自重補償手段の上述のように調整された浮上力に一致させるよう前記重量調整手段を調整することを特徴とする請求項1に記載のステージ装置。
- 前記自重補償手段が、ひとつの浮上力発生手段から構成され、前記微動ステージの平面的な略重心位置に配置された事を特徴とする請求項1又は2に記載のステージ装置。
- 前記自重補償手段が、少なくとも3個の浮上力発生手段から構成され、平面的に離れた少なくとも三個所の位置に配置された事を特徴とする請求項1又は2に記載のステージ装置。
- 前記浮上力発生手段が、同じ極を対面配置した磁石を有し、対面方向の反発力を浮上力に用いた事を特徴とする、請求項3又は4に記載のステージ装置。
- 前記浮上力発生手段が、同じ極を対面配置した磁石を有し、対面方向と直角方向の反発力を浮上力に用いた事を特徴とする、請求項3又は4に記載のステージ装置。
- 前記浮上力発生手段が、コイルばねである事を特徴とする、請求項3又は4に記載のステージ装置。
- 前記浮上力発生手段が、板ばねである事を特徴とする、請求項3又は4に記載のステージ装置。
- 前記浮上力発生手段が、空気圧シリンダーである事を特徴とする、請求項3又は4に記載のステージ装置。
- 前記アクチュエータが、少なくとも3個のリニアモータから構成され、前記微動ステージを非接触に駆動する事を特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のステージ装置。
- 前記重量調整手段が、微動ステージの少なくとも3個所に配置されたバランサーウェイトから構成される事を特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のステージ装置。
- 請求項1乃至11のいずれか1項記載のステージ装置を有する事を特徴とする露光装置。
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