JP2005093637A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージ定盤の自重および上に載る移動体の重量による変形を抑えて、移動体の底面に設けられた静圧空気軸受の軸受面と定盤面が接触することのない位置決め装置を提供する。
【解決手段】ステージ定盤１１の裏面の支持を固定ガイド１５がついている側に１ケ所、反対側（移動体が最も端面近くに来る）に２ケ所設け、固定ガイド側の角部には大きい面取りを入れて自重を減らすことによって、ステージ定盤１１の変形を極力抑えている。ステージ定盤１１の裏面は軽量化のためにリブ構造になっているため、３ケ所の支持はリブが交差する位置に配置している。さらに、ＸＹスライダ１４の底面に設けられた静圧空気軸受の中心を通る円上付近に与圧磁石ユニットの中心を配置することによって、静圧空気の反発力と与圧吸引力の作用点の違いによるステージ定盤１１の変形も抑えている。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体露光装置用ＸＹステージなどの位置決め装置に用いられる定盤周りの構成に関するものである。

図１４に特許文献１に示される従来の位置決め装置の概略斜視図を示す。位置決め装置であるウェハステージは、ＸＹステージのＸステージ５１上に６軸微動ステージ（不図示）が搭載されている。図１５は図１４のＡ−Ａ断面図、図１６は図１４のＢ矢視図、図１７は図１４のＣ矢視図、図１８は図１４の裏面図である。図１４において、５５はステージ定盤であり、上面が滑らかな基準面となっている。５５ａは軸受保守用切り欠き、５４は移動体としてのＹステージ、５１は移動体としてのＸステージ、５２はＹステージ５４の水平方向（Ｘ軸方向）の固定ガイドである。図１５、図１６に示すように、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄは多孔質の静圧空気軸受であり、このうち５３ａはＸステージ５１の水平方向（Ｙ軸方向）、５３ｂはＸステージ５１の鉛直方向（Ｚ軸方向）、５３ｃはＹステージ５４の水平方向（Ｘ軸方向）、５３ｄはＹステージ５４の鉛直方向（Ｚ軸方向）を各々案内している。

図１６において、５４ａはＹステージ５４の水平方向、鉛直方向の静圧空気軸受５３ｃ、５３ｄが取付けられる取付け板、５４ｂはＸステージ５１の水平方向の案内板である。図１４に戻って、５４ｃはＹステージ５４用の駆動アクチュエータ、５４ｄはＹステージ５４用の駆動アクチュエータ５４ｃの連結板であり静圧空気軸受取付け板５４ａに連結されている。図１５において、５１ａはＸステージ５１の移動板、５１ｂはＸステージ５１の水平方向軸受５３ａが取付けられる取付け板、５１ｃはＸステージ５１の鉛直方向の軸受５３ｂが取付けられる取付け板、図１４に戻って、５１ｄはＸステージ５１の駆動アクチュエータである。

図１７、１８において、５６ａ、５６ｂ、５６ｃはそれぞれ与圧用磁石ユニットであり、磁力手段として永久磁石とヨークとを有している。なお、駆動アクチュエータ５１ｄ、５４ｃは例えばリニアモータ等を用いる。

図１４ないし図１８に示すように、Ｙステージ５４は静圧空気軸受５３ｃ、５３ｄに給気することによりステージ定盤５５から浮上され、その両側に配置された２つの駆動アクチュエータ５４ｃにより片側に設けられている固定ガイド５２に沿ってＹ方向に移動される。またＸステージ５１は静圧空気軸受５３ａ、５３ｂに給気することによりＹステージ５４と同様にステージ定盤５５から浮上され、Ｙステージ５４の側面５４ｂを水平方向の案内として駆動アクチュエータ５１ｄによりＸ方向に移動される。このとき、Ｘステージ５１およびＹステージ５４は与圧磁石ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃによって、固定ガイド５２およびステージ定盤５５に吸引されるので、静圧空気軸受の軸受剛性を大きくし動的特性を良好なものにしている。
特開平０８−２２９７５９号公報

このような静圧空気軸受５３ｂ、５３ｄを成立させるためには、ステージ定盤５５とのギャップをμオーダーに抑えなければならず、お互いの変形量が重要になってくる。近年、ステージは大型化しており、それに伴ってステージ定盤も大きくなる傾向にあるが、図１４の従来例ではステージ定盤５５の変形については言及されておらず、その支持方法についても全く述べていない。一般的には、ステージ定盤５５はその姿勢を一意的に決めるために裏面を３点で受けるようにしているが、何も工夫しなければステージ定盤５５の変形が大きくなり、静圧空気軸受５３ｂ、５３ｄとステージ定盤５５とのギャップが部分的に小さくなり、最悪は接触してしまうことも考えられる。

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的はステージ定盤の自重およびその上に載る移動体の重量による変形を抑えるための構成を提供し、静圧空気軸受とステージ定盤が接触することのない良好な位置決め装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明の位置決め装置はステージ定盤を裏面３点で支持し、その位置を移動体の移動量の大きい方向において、移動体が定盤の端面に最も接近する側に２点、反対側に１点で支持するとともに、その位置および定盤の形状も工夫することによって、定盤の自重変形およびその上に載る移動体の重量による変形を抑えることを特徴としている。

さらには移動体の底面に設けられた静圧軸受装置の与圧磁石ユニットの配置も工夫し、静圧軸受の反発力と与圧吸引力の作用点の違いによる定盤の変形を抑えることも特徴としている。

以上説明したように、本発明によればステージ定盤の３点支持の配置を固定ガイドのある奥側に１点、反対側に２点とし、１点支持側の角部に大きな面取りを施すことによって定盤自体の重量およびその上の移動体の重量によるステージ定盤の変形を極力おさえることができる。さらに、ＸＹスライダの底面の静圧空気軸受の与圧磁石ユニットの中心を、静圧軸受の中心を通る円上付近に配置することによって、静圧空気の圧力による反発力と与圧磁石による吸引力の作用点の違いで生じるステージ定盤面の変形を極力抑えることができる。したがって、定盤面と軸受面が接触しない良好な位置決め装置を提供することができる。

以下に、図１ないし図１３を参照して本発明による改良された移動装置の実施の形態について説明する。
（実施例１）

図１は本発明にかかわるウェハステージの第１実施例を示す概略斜視図である。この実施例では、ベース定盤１０の中央部にステージ定盤１１が搭載され、その周りにＸビーム１２をＸ方向に駆動させるリニアモータの固定子１２ａを載せるＸ定盤１２ｂ、およびＹビーム１３をＹ方向に駆動させるリニアモータの固定子１３ａを載せるＹ定盤１３ｂが搭載されている。Ｘビーム１２、Ｙビーム１３が交差しているところにはＸＹスライダ１４が設けられており、Ｘビーム１２、Ｙビーム１３とＸＹスライダ１４はそれぞれ非接触に支持されており（不図示）、ビームの移動に伴ってＸＹスライダ１４がスムーズに移動できるようになっている。ＸＹスライダ１４の上には、ここでは示さないが６軸微動ステージが載り、さらにウェハチャックを設けてウェハステージを構成している。Ｘビーム１２の両端には静圧空気軸受を取付けるＸ取付け板１２ｃが設けられており、ステージ定盤１１に対して静圧空気軸受によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に案内されている。さらに図中奥側のＸ取付け板１２ｃｓはステージ定盤１１に取付けられた固定ガイド１５に対して静圧空気軸受によって水平方向（Ｙ軸方向）にも案内されている。Ｙビーム１３の両端にも、静圧空気軸受を取付けるＹ取付け板１３ｃが設けられており、ステージ定盤１１に対して静圧空気軸受によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に案内されている。ＸＹスライダ１４も底面に設けられた静圧空気軸受によってステージ定盤１１に対して鉛直方向（Ｚ軸方向）に案内されている。

次に、静圧空気軸受について説明する。図２は図１を裏面から見た図、図３は図１のＤ矢視図である。これらの図のように、Ｘ取付け板１２ｃの裏面には多孔質の静圧空気軸受１２１が設けられており、これによってＸ取付け板１２ｃをステージ定盤１１に対して浮上させている。同様に、Ｙ取付け板１３ｃ、およびＸＹスライダ１４の裏面にはそれぞれ静圧空気軸受１３１、１４１が設けられており、これによってＹ取付け板１３ｃ、ＸＹスライダ１４をステージ定盤１１に対して浮上させている。

この時図２に示すようにＸ取付け板１２ｃには与圧磁石ユニット１２２が静圧空気軸受１２１を囲むように設けられており、このような配置にすることによって静圧空気の圧力による反発力と与圧磁石による吸引力の作用点の違いで生じるＸ取付け板１２ｃ、およびステージ定盤１１の変形を極力抑えている。

同様にＹ取付け板１３ｃにも与圧磁石ユニット１３２が静圧空気軸受１３１を囲むように設けられている。ただし、この与圧磁石ユニット１３２はＹ取付け板１３ｃの長手方向中央部には配置されていない。これは、Ｙ取付け板１３ｃにはＸ軸方向を案内するためのＸガイド用磁石ユニット１３３が設けられており、この吸引力を考慮すると長手方向中央部には与圧磁石ユニットを設けない方が変形量が小さくなるからである。図３に示すようにＹ取付け板１３ｃがＸ軸方向にずれようとすると、このＸガイド用磁石ユニット１３３はステージ定盤１１の端面１１ａまたは溝側面１１ｂからはみ出すため元に戻ろうという力が働く。Ｙビーム１３には水平方向のガイドを備えていないため、Ｘガイド用磁石ユニット１３３を設けているが、これは同時に与圧磁石としての機能も有しているのである。

一方、Ｘビーム１２のＹ軸方向の案内は固定ガイド１５と静圧空気軸受１２３によってなされている。図４に図１のＥ矢視図を示すが、奥側のＸ取付け板１２ｃｓの側面に静圧空気軸受１２３が設けられており、与圧磁石ユニット１２４が長手方向に挟むように配置されている。この配置は与圧磁石ユニット１２２、１３２のように静圧空気軸受の周囲を囲むように配置した場合より変形量は大きくなるが、短手方向の寸法を抑える必要があるときは有効である。

なおＹビーム１３にＸビーム１２と同じようなしっかりした水平方向のガイドを設けると、両ビームの直角度がゼロでないかぎり過拘束になってしまうので、前述したようなＸガイド用磁石ユニット１３３を設けることによって弱く案内している。

次にステージ定盤１１について説明する。図５は、図１のウェハステージのステージ定盤１１周りだけ示した斜視図である。この図のようにステージ定盤１１は姿勢が一意的に決まるように底面を３点で受けてベース定盤１０に搭載されている（図には示さないが、Ｘ定盤１２ｂ、Ｙ定盤１３ｂも底面を３点で支持されている）。このウェハステージは、ウェハの出し入れは手前側で行いＸＹスライダ１４の移動量はＹ方向の方が大きいため、ステージ定盤１１の形状もＹ方向の方が長い。また、前述のようにＸビーム１２の奥側には固定ガイド１５がある関係でＸ取付け板が１２ｃだけでなく１２ｃｓも設けられているため、そのスペース分だけＸＹスライダ１４とＹビーム１３は奥側端面ぎりぎりまで移動することができない。このため移動体がＹ方向手前側にフルストローク移動したときが、移動体の重量が最も偏ることになるので、その時の荷重を支えるためにステージ定盤１１はＹ方向手前側に２点（１１ｄ）、奥側に１点（１１ｅ）で支持されている。

図６はステージ定盤１１を裏側から見た斜視図である。ステージ定盤１１の裏側には剛性を保ちつつ重量を抑えるためにリブ構造１１ｃになっており、ステージ定盤１１の手前側に２点支持部１１ｄ、奥側すなわち固定ガイド１５がある側に１点支持部１１ｅを配置している。
（実施例２）

図７は本発明にかかわる第２実施例を示すウェハステージのステージ定盤１１１を裏面から見た斜視図である。本実施例では、ステージ定盤１１１の奥側の角部に大きな面取り部１１１ｆを設けている。ステージ定盤１１１の奥側の支持部１１１ｅは１ヶ所であるため、特に自重による変形は奥側の角部で大きくなるため、その部分を面取りによって除去して軽くすると変形を小さくすることができる。

ちなみに、ＥＵＶ露光装置用のウェハステージにおいては、ステージ定盤１１１の具体的な寸法は長手（Ｙ）方向長さ１３００ｍｍ、短手（Ｘ）方向長さ１０９６ｍｍ、厚さ２５０ｍｍ、大きい面取り１００ｍｍであり、支持の位置は手前側の２点は手前端面から４００ｍｍ、左右端面から２７４ｍｍ、奥側１点は奥端面から１３０ｍｍにしている。

リブ１１１ｃの形状は特殊なものではないが、大きな力を受ける３点支持部１１１ｄ、１１１ｅの周囲の剛性を高める意味で、リブが交差する位置に３点支持部が配置されるようにしている。

３点の支持部１１１ｄ、１１１ｅはステージ定盤１１１の自重と、その上に載るＸビーム、Ｙビーム、ＸＹスライダとそれらに不随する部材の重さを支えておりその反力が発生するが、上述したようにステージ定盤１１１の変形を抑える工夫をすることで３点に発生する各反力がほぼ等しくなっている。
（実施例３）
図８は本発明にかかわる第３実施例を示すウェハステージを裏面から見た図である。この実施例では、第２実施例に加えてＸＹスライダ１１４の裏面に静圧空気軸受１１４１が２行２列に設けられている。この静圧空気軸受１１４１は、中心がすべて同一円上を通るような配置にしてある。そしてステージ定盤との間で与圧力を発生させるための与圧磁石ユニット１１４２が４ヶ所設けられている。この与圧磁石ユニット１１４２の配置も、与圧吸引力と静圧空気の反発力との作用点の相違によるステージ定盤の変形を極力抑えるために工夫されている。すなわち、図９の拡大図に示すように与圧磁石ユニットの中心が静圧空気軸受１１４１の中心を通る円１１４３付近に位置するように配置している。具体例としては、ＥＵＶ露光装置用のウェハステージにおいては、静圧空気軸受１１４１の中心を通る円１１４３の半径が１４３ｍｍに対して、円の中心から与圧磁石ユニットの中心までの距離は１４５．５ｍｍと１４７ｍｍとしている。
（実施例４）

図１０は本発明にかかわる第４実施例を示すウェハステージのＸＹスライダ２１４の裏面拡大図である。第３実施例と同様、静圧空気軸受２１４１の中心を通る円２１４３付近に与圧磁石ユニットの中心が来るようにしているが、ここでは与圧磁石ユニット２１４２は４ヶ所でなく、それぞれ２分割して８ヶ所設けられている。
（実施例５）

図１１は本発明にかかわる第５実施例を示す真空内ウェハステージを裏面から見た図である。本実施例では、第３実施例を真空対応にするために静圧空気軸受の周囲にラビリンス隔壁を設けて空気が外部に漏れないようにしている。ここで、２２はＸビーム、２３はＹビームであり、それぞれＸ取付け板２２ｃ、２２ｃｓ、Ｙ取付け板２３ｃを備えている。Ｘ取付け板２２ｃの底面には静圧空気軸受２２１とその周囲を囲むように与圧磁石ユニット２２２が設けられており、さらにその周囲にラビリンス隔壁２６が設けられている。また、Ｙ取付け板２３ｃの底面にも静圧空気軸受２３１とその周囲に与圧磁石ユニット２３２が設けられており、さらにその周囲にラビリンス隔壁２７が設けられている。なお、Ｙ取付け板２３ｃにはＸガイド用磁石ユニット２３３が設けられている。図１２は図１１のＦ−Ｆ断面図（手前側Ｘ取付け板２２ｃ）であり、ラビリンス隔壁２６の詳細を示している。この図から、ラビリンス隔壁２６はラビリンスポケット２６１、２６２、２６３によって構成されており、静圧空気軸受２２１に供給された空気は最も近接した１段目のラビリンスポケット２６１に排出され、不図示の排気用通路を通りチャンバー外部に排出される。１段目のラビリンスポケット２６１で排出しきれなかった空気は２段目のラビリンスポケット２６２から排出され、それでも排出しきれなかったわずかな空気は３段目のラビリンスポケット２６３から排出される。

奥側Ｘ取付け板２２ｃ、Ｙ取付け板２３ｃにおける与圧磁石ユニットに関しても同様であることは言うまでもない。ＸＹスライダ２４に関しては４つの静圧空気軸受２４１それぞれ独立にラビリンス隔壁２８を設けており、与圧磁石ユニットをそれぞれの静圧空気軸受２４１の周囲に設けるとスペースが大きくなってしまうので図１１のように各ラビリンス隔壁２８の外部に与圧磁石ユニット２４２を設けた。そして静圧空気軸受２４１の中心を通る円付近に与圧磁石ユニット２４２の中心が来るようにしている。

次に図１３に奥側Ｘ取付け板２２ｃｓのサイド面を示す（Ｇ矢視図）。この面にはＹ軸方向案内用の静圧空気軸受２２３が設けられており、それに近接したところに与圧磁石ユニット２２４が配置されている。ラビリンス隔壁２９は１段目のラビリンスポケット２９１、２段目のラビリンスポケット２９２、３段目のラビリンスポケット２９３から構成されている。

なお、定盤の３点支持の先行技術としては特開平８−３２０００４号などがあり公知であるが、固定ガイドとの関係や３点支持の配置に関する先行例はない。また、ＸＹスライダのような２行２列に配置された静圧空気軸受としては特開平８−２２９７５９号の図６に示されているが、与圧手段の位置に関する記述はない。

本発明における第１実施例である半導体露光装置に適用される位置決め装置を示す概略斜視図。 図１の実施例の裏面を示す図。 図１のＤ方向矢視図。 図１のＥ方向矢視図。 図１の主要部品の図。 図１におけるステージ定盤１１の裏側斜視図。 本発明における第２実施例である半導体露光装置に適用される位置決め装置のステージ定盤１１１を示す裏側斜視図。 本発明における第３実施例である半導体露光装置に適用される位置決め装置の裏面を示す図。 図８のＸＹスライダ１１４の裏面拡大図。 本発明における第４実施例である半導体露光装置に適用される位置決め装置のＸＹスライダ２１４の裏面を示す拡大図。 本発明における第５実施例である半導体露光装置に適用される真空内位置決め装置の裏面を示す図。 図１１のＦ−Ｆ断面図。 図１１のＧ方向矢視図。 従来の位置決め装置の概略斜視図。 図１４のＡ−Ａ断面図。 図１４のＢ方向矢視図。 図１４のＣ方向矢視図。 図１４の裏面を示す図。

符号の説明

１０ ベース定盤
１１、１１１、５５ ステージ定盤
１１ｃ、１１１ｃ ステージ定盤リブ
１１ｄ、１１ｅ、１１１ｄ、１１１ｅ ステージ定盤３点支持部
１１１ｆ ステージ定盤面取り部
１２、２２ Ｘビーム
１３、２３ Ｙビーム
１４、１１４、２１４、２４ ＸＹスライダ
１５、５２ 固定ガイド
１２ａ、１３ａ リニアモータ固定子
１２ｂ Ｘ定盤
１３ｂ Ｙ定盤
１２ｃ、２２ｃ、１２ｃｓ、２２ｃｓ Ｘ取付け板
１３ｃ、２３ｃ Ｙ取付け板
１２１、１２３、１３１、１４１、１１４１、２１４１、２２１、２２３、２３１、２４１、５３ａ〜ｄ 静圧空気軸受
１２２、１２４、１３２、１４２、１１４２、２１４２、２２２、２２４、２３２、２４２、５６ａ〜ｃ 与圧磁石ユニット
１３３、２３３ Ｘガイド用磁石ユニット
２６、２７、２８、２９ ラビリンス隔壁
２６１、２９１ １段目ラビリンスポケット
２６２、２９２ ２段目ラビリンスポケット
２６３、２９３ ３段目ラビリンスポケット
５１ Ｘステージ
５４ Ｙステージ
５１ｄ、５４ｃ 駆動アクチュエータ
５１ａ 移動板
５１ｂ、５１ｃ、５４ａ 取付け板
５４ｂ Ｘステージ水平方向ガイド
５４ｄ 連結板

Claims (10)

1. 第１の方向と第２の方向に平行な基準面を有する定盤と、該定盤に対して第１の方向に移動可能な第１の移動体と、該定盤に対して第２の方向に移動可能な第２の移動体とを備え、該定盤には該移動体の移動量の大きい方向の一端面に移動方向と垂直な方向をガイドする固定ガイドを備えた位置決め装置において、該定盤は裏面３ヶ所で支持され、該支持は該固定ガイドが設けられた端面に近い位置に１ヶ所、反対側端面に近い位置に２ヶ所設けることを特徴とする位置決め装置。
2. 該定盤の該固定ガイドが設けられた端面の角部に大きい面取りをつけることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 該定盤の３ヶ所の支持は、該定盤および原点位置にある該移動体の重量を受けたときの反力がほぼ等しい位置であることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
4. 該定盤の裏面はリブ構造となっており、３ヶ所の支持部が該リブの交差する場所に位置することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
5. 第１の移動体および第２の移動体の動きにならって該定盤上を第１の方向および第２の方向に移動可能な第３の移動体を有し、該第１ないし第３の移動体の該定盤に対向する面には流体軸受と該移動体と該定盤間に与圧として作用させる磁力手段を有する流体軸受装置を備えていることを特徴とする請求項１ないし４に記載の位置決め装置。
6. 該第１および第２の移動体に設けられた流体軸受装置における該磁力手段は、該流体軸受の周囲に複数配置されていることを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
7. 該第３の移動体に設けられた流体軸受装置における流体軸受の中心はすべて同一円上に位置し、該磁力手段の中心はすべて該円上付近に位置することを特徴とする請求項５に記載の位置決め装置。
8. 該第３の移動体に設けられた流体軸受装置における流体軸受は、該第３の移動体の該定盤に対向する面に２行２列に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の位置決め装置。
9. 該流体軸受は多孔質絞り型であることを特徴とする請求項５ないし８に記載の位置決め装置。
10. 該磁力手段は、永久磁石およびヨークからなることを特徴とする請求項５ないし８に記載の位置決め装置。
    

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