JP3084418B2 - Ｓｏｒ露光用縦形ｘｙステージ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路の微細パ
ターンの露光装置、特にシンクロトロン軌道放射光を光
源とする露光装置等に適用して好適なＳＯＲ露光用縦形
ＸＹステージ（以下、縦形ＸＹステージという）に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造工程では感光材を塗っ
たウエハと呼ばれる半導体素子基板上に回路パターンを
焼き付ける露光装置が用いられる。これには同一の回路
パターンをウエハ面上の多数箇所に焼きつけるため、ウ
エハを二軸方向に移動させる縦形ＸＹステージが用いら
れる。

【０００３】一方、半導体素子の高集積化に対応して転
写光源の短波長化も進展しており、将来技術として現状
の転写光源である紫外線に較べ波長が２桁以上も短いシ
ンクロトロン軌道放射光（以下ＳＯＲ光と言う）を用い
たパターン転写技術の開発が進められている。これは波
長の短い光ほど回折や干渉が少なく微細パターンの転写
が可能なためである。

【０００４】前記ＳＯＲ光は、光速に近い高エネルギの
電子ビームを電磁石で曲げたときビームが進行する接線
方向に放射される電磁波のことで、可視光からＸ線まで
をも含む高い指向性を持つ輝度の強い光で、この中から
波長が１ｎｍ近辺の軟Ｘ線を取り出してパターン転写用
の光源としている。

【０００５】図８はこのようなＳＯＲ光を光源とする露
光装置に用いられる縦形ＸＹステージの従来例を示すも
ので、これを概略説明すると、１はＳＯＲ光で、このＳ
ＯＲ光１は高エネルギの電子ビームを閉軌道内に蓄積し
てあるドーナツ状のリング２から電子ビームが進行する
接線の水平面内あらゆる方向に放射されており、その一
方向にＸ線マスク３が設けられている。Ｘ線マスク３に
は回路パターンが形成されており、この回路パターンを
通過したＳＯＲ光１にパターンの陰影を生じさせる。４
はＸ線マスク３を保持しその位置や姿勢を制御するマス
クステージ、５はウエハ６を吸着保持するウエハステー
ジ、７はＸ線マスク３やウエハ６に予め設けてある位置
合わせマークを観測し位置ずれ量を光学的に検出する検
出系である。８はウエハ６をＸＹ方向に移動させるＸＹ
ステージで、このＸＹステージ８や前記マスクステージ
４を位置合わせマークからの位置ずれ検出信号に基づき
移動調整して位置合わせを行った後、ＳＯＲ光１を照射
することにより、Ｘ線マスク３のパターンがウエハ６上
の感光剤に転写される。

【０００６】ＳＯＲ光１は、水平面内に放射される。こ
のため、Ｘ線マスク３やウエハ６は垂直面内に縦置きさ
れ、ＸＹステージ８も縦形となる。また、ＳＯＲ光１は
指向性が高いとはいっても若干の発散性を有しているの
で、Ｘ線マスク３とウエハ６間が離れると投影されるパ
ターンの形状が歪んだり、ぼけたりして正常な露光が難
しくなる。このため、Ｘ線マスク３の面とウエハ６の面
の間隔をきわめて小さくする必要があり、例えば５０μ
ｍ以下にする。

【０００７】図８において、ウエハ６は今マスク３が設
置されるＳＯＲ光１の軸上になく、マスク３から遠く離
れた位置にある。それでＸ線マスク３およびウエハ６は
互いに容易に交換できる。これは、ウエハ６の露光のみ
であればウエハ６の露光面積分だけの移動量をＸＹステ
ージ８に与えればよいが、ウエハ６は逐次交換する必要
があり、ＸＹステージ８が露光面積分だけの移動量しか
持たないと、Ｘ線マスク３とウエハ６とが微小な隙間を
保って相対している状況では、双方に損傷を与えないで
交換するのが不可能に近いためである。したがって、図
示位置における矢印９や矢印１０の方向からＸ線マスク
３やウエハ６の交換を行った後、ＸＹステージ８により
ウエハ６をＸ線マスク３に相対する位置まで移動させて
露光を開始するわけである。

【０００８】前記ＸＹステージ８は、ウエハ６をＸ方
向、すなわち水平方向に移動させる案内であるＸ軸ガイ
ド１１と、Ｘ軸スライダ１２、およびＸ軸送りねじ１
３、ウエハ６をＹ方向、すなわち垂直方向に移動させる
案内であるＹ軸ガイド１４とＹ軸スライダ１５、および
Ｙ軸送りねじ１６等によって構成され、通常はＸ軸スラ
イダ１２上にＹ軸スライダ１５を載せた構造とされ、
Ｘ、Ｙ軸ガイド１１、１４が固定側で、送りねじ１３、
１６によってＸ、Ｙ軸スライダ１２、１５がそれぞれ、
Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動される。１７はＸ軸スライダ１２
上にＹ軸スライダ１５を直交結合させる横定盤、１８は
Ｘ軸駆動モータ、１９はＹ軸駆動モータである。この場
合、Ｘ軸駆動モータ１８は、Ｘ軸スライダ１２、横定盤
１７、Ｙ軸ガイド１４およびＹ軸スライダ１５を抱えて
駆動するためＹ軸駆動モータ１９に較べて負荷が大き
い。この分、Ｘ軸駆動モータ１８の容量が大型になるの
は避けられない。特に、Ｘ軸スライダ１２は露光面積分
のストロークは勿論、これにＸ線マスク３やウエハ６の
交換に必要とされるストロークを加えた移動量が要求さ
れ、概ね露光面積分の３倍から５倍の移動量が必要とさ
れる。したがって、Ｘ軸スライダ１２はＹ軸スライダ１
５に較べて長尺となり、縦形ＸＹステージ８における水
平方向の幅を広くする結果となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記したようにＳＯＲ
露光装置に用いられる従来の縦形ＸＹステージ８におい
ては、Ｘ軸スライダ１２の移動量として露光面積分の約
３〜５倍の移動量を必要とするため、必然的にステージ
８の水平方向の幅が広くなるものであるが、その結果と
して以下に述べるような問題点があった。 前述したようにＳＯＲ光１は電子ビームが進行する
接線の水平面内あらゆる方向に放射される。したがっ
て、縦形ＸＹステージ８の幅が狭い程リング２周囲の放
射方向に多数の露光装置を設置でき、リング２の有効利
用が可能となるが、従来における縦形ＸＹステージ８の
構成では、Ｘ線マスク３やウエハ６の交換を容易にする
ため、ＳＯＲ光１の軸に直交する水平面内方向、すなわ
ちＸ軸方向の幅が広くなるため、リング２の有効利用に
反するという問題があった。 ＸＹステージ８の送り精度が低下する。ＸＹステー
ジ８の送り精度は、ステージの姿勢を保つ案内精度と送
り精度で定まり、その精度を決めているのは構成部材の
加工精度と考えてよい。ただし、中にはＸＹステージ８
の送り誤差分だけ微小に動く機構と誤差の測定系を別に
付加して誤差を補正し、精度を高める方法もあるが、本
体を１桁上回る精度や性能を持つ機構系、測定系、制御
系等を新たに追加搭載する必要があり、重量の増大を招
くし、きわめて高価、複雑化し、故障し易いステージと
なる。これを避けるには本体のみで最終精度を確保でき
ることが望ましく、したがってなるべく単純な構造で、
構成部材も加工精度を高められる形状にしておくことが
大事である。さらにＸ軸スライダ１２が長尺化すると、
Ｘ軸ガイド１１やＸ軸送りねじ１３もこの分だけ細長く
する必要がある。加工精度は部材強度が無限大であって
も、長さに反比例し、さらに部材強度に関しては長さの
３乗、径の４乗に反比例して低下する。すなわち、部材
に加工に伴って種々の力や応力、例えば切削力や研削
力、塑性変形に伴う残留応力や熱応力、或は加工装置に
部材を固定する際に加わるチャッキング力等が作用する
が、力が作用すれば部材が変形するから変形すればする
ほど精密な加工は望めなくなる。このように部材強度は
加工精度に影響を及ぼす最も大きな要因となっている。
要するに、部材の長尺化は加工精度を著しく低下させ、
加工精度がＸＹステージ８の送り精度を悪化させるもの
である。 Ｙ軸スライダ１５の重力アンバランスを生じる。Ｘ
軸スライダ１２にかかる重量はＸ軸ガイド１１の直交方
向に作用するので、案内面が支えることになる。この場
合、Ｘ軸送りねじ１３に加わる静的な回転負荷はねじ面
の摩擦力のみでＸ軸スライダ１２の重量そのものは負荷
にならない。これに対してＹ軸スライダ１５にかかる重
量はＹ軸スライダ１５の案内方向に作用するのでＹ軸送
りねじ１６が支えることになる。したがって、Ｙ軸スラ
イダ１５の重量は直接Ｙ軸送りねじ１６の回転負荷とな
る。この重力による回転負荷はＹ軸駆動モータ１９の回
転方向に対し逆向きに作用する。これはＹ軸スライダ１
５の上昇と下降とでＹ軸駆動モータ１６に与えるエネル
ギを変えてやる必要があることを意味している。これは
Ｙ軸スライダ１５の駆動制御に悪影響を与え、結果とし
てＹ軸スライダ１５の位置決め精度を低下させたり送り
の高速化を阻む欠点となる。なお、Ｘ軸スライダ１２や
Ｙ軸スライダ１５の重量は軽ければ軽いほどよい。これ
は周知のように、駆動モータにかかる負荷を少なくさせ
制御の面で、高速、高精度な位置決めを有利にさせるた
めである。 障害に対する安全性に欠ける。Ｘ軸スライダ１２は
ウエハ６の交換位置と露光位置間を往復する。往路は問
題無いが復路においてはマスクステージ４とウエハステ
ージ５がすれ違うから装置の立ち上げ保守の際、ここに
手や指が挟まれると大変なことになる。何故ならば、Ｘ
軸スライダ１２は自重に加えてＹ軸ガイド１４、Ｙ軸ス
ライダ１５および横定盤１７を抱えていることからかな
りの重量があり、動き出したら止まらないし、モータド
ライブ中であれば尚更止めるのが難しく、安全対策に過
大な負担を強いられるものである。

【００１０】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、ＳＯＲ光軸に直交する水平面内方向の幅を短縮す
ることができ、高速、高精度化並びに安全性の向上を図
るようにした縦形ＸＹステージを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたもので、その第１の発明は、水平方
向に並進可能なＸ軸スライダと、このＸ軸スライダに取
り付けられかつ垂直方向に並進可能なＹ軸スライダと、
このＹ軸スライダに取り付けられかつ所定のウエハを載
置可能とするステージとを備え、前記ステージは、所定
の倒立軸または開閉軸により、倒立自在または開閉自在
な状態で前記Ｙ軸スライダに連結されたものである。第
２の発明は上記第１の発明において、前記ステージを倒
立または開閉させる駆動モータを縦形ＸＹステージが設
けられる装置固定部側に配設し、この駆動モータの回転
をＸＹ方向ストロークの定位置で前記ステージにクラッ
チ手段を介して伝達するようにしたものである。第３の
発明は、上記第１または第２の発明において、前記Ｘ軸
スライダの垂直部上方にプーリを、下方に渦巻きばねを
用いた巻き取りドラムをそれぞれ設け、前記Ｙ軸スライ
ダと巻き取りドラムを前記プーリを介してワイヤで連結
し、前記Ｙ軸スライダにかかる重量と巻き取りドラムの
トルクとを前記渦巻きばねによってバランスさせるよう
にしたものである。

【００１２】

【作用】本発明において、ステージはＹ軸スライダに対
して倒立軸または開閉軸によって倒立または開閉自在に
連結されており、Ｘ線マスクの反対側に倒されるか開閉
され、開放されたＸ線マスクの前方側からＸ線マスクウ
エハの交換を可能にする。ステージを倒立させると、縦
形ＸＹステージの移動ストロークは露光面積分ですむ。
ステージはマスクステージに対してこれと反対方向に倒
立するため、すれ違うことがない。渦巻きばねはいくら
伸ばしても力が殆ど変化せず、したがって、Ｙ軸スライ
ダの保持力が略一定で、Ｙ軸スライダにかかる重量と巻
き取りドラムのトルクとをバランスさせる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は、本発明に係る縦形ＸＹステー
ジの一実施例を示すステージを倒した状態の一部破断分
解斜視図、図２は主要構成部材の分解斜視図である。こ
れらの図において、２０はウエハステージ５が設置され
るステージで、このステージ２０は水平な倒立軸２３に
よってＹ軸スライダ２２に連結されることにより、図１
の実線で示す水平位置（交換位置）と、破線２１で示す
直立位置（露光位置）間を回動自在とされ、パルスモー
タ２９によって回動されるように構成されている。

【００１４】ここで、ステージ２０を水平方向に開閉さ
せても同様なことが可能である。このような例は図３に
示される。図２において倒立軸２３はＹ軸スライダ２２
のＬ字部の横軸に平行設置されているが、倒立軸２３は
Ｌ字部の縦軸にも平行に設置できる。この場合は倒立軸
を開閉軸と呼称することとする。倒立または開閉の何れ
かの方式であっても本発明の目的を達成できることに変
わりはない。ただし、倒立式と開閉式で異なるのは、倒
立式には重力の悪影響が作用することである。これを図
４により説明する。２０ａはステージ２０の重心点、２
３ａは倒立軸２３に装着されたねじりコイルばねであ
る。図４において、ステージ２０が直立したときと倒置
したときで重心点の位置が変化し、この分だけ倒立軸２
３に加わるモーメントに差が生じる。モーメントの大き
さは重心点２０ａと倒立軸とを結ぶ重力直角方向の距離
とステージ２０の重量との積となるので、ステージ２０
の直立時は、略零で最小となるが倒置時には最大とな
る。一方、倒立軸の回転に要する動力、すなわち、パル
スモータ２９の馬力は、これに加わるモーメントの最大
値以上は必要である。ただし、図示のようにねじりコイ
ルばね２３ａを付加すれば、ステージ２０の倒置に伴っ
てねじりコイルばね２３ａも撓み変形するため、この分
だけ重力の作用に基づくモーメントの最大値を大幅に低
減でき、ひいてはパルスモータ２９を含む倒立動力系の
小型化が可能である。なお、開閉式ではステージ２０の
回転が重力直角方向なので、前述の悪影響は存在しな
い。

【００１５】再び図１および図２において、前記パルス
モータ２９は、縦形ＸＹステージの装置固定部を構成す
るベース１００に対して固定配置されたイケール３５に
エアシリンダ２８を介して固定配置されるものである
が、図１においてはステージ２０の影になって実際には
図示できない位置とされるため、便宜上イケール３５か
らエアシリンダ２８とともに、取り外して示している。
このイケール３５は、実施例では、Ｌ字上であってＹ軸
スライダと同様に垂設されている。パルスモータ２９の
回転は駆動クラッチ２６と従動クラッチ２７を介してウ
ォーム２４に伝達され、さらにこのウォーム２４の回転
がウォームホイール２５に伝達されることにより前記倒
立軸２３を回動させ、これによってステージ２０が水平
な交換位置と垂直な露光位置間を往復回動される。６１
は先端が球形の位置決めピンで、ステージ２０の直立位
置を固定するためのものであって、図１には図示しない
が（図５参照）直立ストッパ３０の裏面には位置決めピ
ン６１を嵌め合わせるテーパ穴６２が存在する。また、
３０ｂはステージ２０を真空吸着するため直立ストッパ
３０の裏面に設置されたリング状の薄膜からなる吸着リ
ングである。以下、図５によりステージ２０の直立位置
を吸着固定する動作の詳細を説明する。

【００１６】図５（ａ）は位置決めピン６１の近傍のみ
を断面した吸着固定直前のステージ２０の状態を示す図
である。３０ａは凸段差でテーパ穴６２を囲んで閉軌道
状に設置され、さらに凸段差３０ａ上にはきわめて薄い
膜が外側に向かって片持ちはり状に接着され、吸着パッ
ド３０ｂが構成されている。３０ｃは排気通路であっ
て、ホース３０ｄに接続されている。３０ｅはステージ
２０が直立位置にあることを検出する近接センサであ
る。このような吸着構造となっているので、近接スイッ
チ３０ｅの動作によりホース３０ｄを真空排気すれば、
先ず、吸着パッド３０ｂとステージ２０との隙間が排気
され空気が流れる。このため流れの直角方向の圧力は低
下（霧吹きの原理）するので薄い膜で形成される吸着パ
ッド３０ｂは大気圧によって背後から押され、図５
（ｂ）に示すように自動的にステージ２０に貼り付いて
吸着パッド３０（ｂ）内の閉空間を気密にし、結果とし
て位置決めピン６１は大気圧によってテーパ穴６２に強
く押し付けられステージ２０の直立位置が固定される。

【００１７】図１において、駆動クラッチ２６と従動ク
ラッチ２７の結合、分離は、前記エアシリンダ２８の駆
動によってパルスモータ２９を進退移動させることで行
われる。したがって、ステージ２０の倒立位置は、Ｘ、
Ｙ軸方向ストロークの定位置に限定されている。そし
て、前記Ｙ軸スライダ２２にはステージ２０を真空吸着
して直立位置に保持する直立ストッパ３０が設けられ、
イケール３５にはステージ２０を水平位置に吸着保持す
る電磁式倒れストッパ３１が一体に設けられている。な
お、図２においてはストッパ３１の図示を省略してい
る。

【００１８】前記Ｙ軸スライダ２２は図２に示すように
Ｌ字状に形成され、その水平部２２ａの上面に前記倒立
軸２３の軸端を軸支するブラケット２２Ａが一体に設け
られ、垂直部２２ｂに前記直立ストッパ３０、後述する
エアパッド５３およびＹ軸磁石５４が設けられている。

【００１９】３２はＬ字形に形成されたＸ軸スライダ
で、このＸ軸スライダ３２の水平部３２Ａがスライダ本
体を、垂直部３２Ｂが前記Ｙ軸スライダ２２のガイドを
それぞれ構成し、スライダ本体３２Ａと垂直部３２Ｂと
で囲まれた空間部分に前記ステージ２０がＹ軸スライダ
２２とともに配設されている。前記Ｙ軸スライダ２２
は、前記垂直部３２Ｂを複数個のＹ軸エアパッド３３で
挟み込こんで構成される空気軸受によって保持されてお
り、Ｙ軸送りねじ１６に螺合するＹ軸ナット３４を有し
ている。Ｙ軸モータ１９によりＹ軸送りねじ１６を回転
させると、その回転がＹ軸ナット３４の直線運動に変換
され、これによってＹ軸スライダ２２が垂直部３２Ｂに
沿って昇降動作される。

【００２０】前記Ｘ軸スライダ３２を水平方向に往復移
動させるＸ軸送りねじ１３は、縦形ＸＹステージ全体を
支持している前記イケール３５上に配設されており、Ｘ
軸スライダ３２のスライダ本体３２Ａに連結固定された
空気静圧式のＸ軸ナット３６が螺合されている。したが
って、Ｘ軸モータ１８によってＸ軸送りねじ１３を回転
させると、このねじの回転はＸ軸ナット３６によって直
線運動に変換され、Ｘ軸スライダ３２を往復移動させ
る。前記Ｘ軸送りねじ１３と、Ｙ軸スライダ２２のＹ軸
送りねじ１６は、Ｘ軸スライダ３２のスライダ本体３２
Ａと垂直部３２Ｂにこれと平行に且つステージ２０との
中間付近に位置させ、送りねじの推力中心、すなわちス
ライダ本体３２Ａおよび垂直部３２Ｂともナット３４、
３６の位置がスライダにおけるＸ、Ｙ平面上の重心点近
傍となるようにしてある。Ｘ軸スライダ３２もＹ軸スラ
イダ２２と同様に前記イケール３５、ベース１００と一
体のＸ軸ガイド３７を複数のＸ軸エアパッド３８で挟み
込むことにより空気軸受案内される。

【００２１】３９はＸ軸サブスライダで、このサブスラ
イダ３９は、イケール３５の上部に固定されたＸ軸サブ
ガイド４０に空気軸受案内され、Ｘ軸スライダ３２の上
面と可とう性材料から構成される連結板４１で結合され
ている。連結板４１の上部にはＺ字溝４２が形成されて
おり、Ｘ軸サブスライダ３９の進行水平面内の力がより
伝達され他の力は連結板４１が変形して逃げるように工
夫されている。

【００２２】ここで、連結板４１の構造を図６により詳
細に説明する。図６（ａ）は連結板４１の拡大図であ
る。連結板４１にはＺ字の頂辺と底辺に相当する平行な
２本の切欠き４１ａとＺ字の上下を斜めに結ぶ切欠き４
１ｂが刻設されている。このため、連結板４１は、Ｘ軸
スライダ３２の垂直部３２Ｂを支持するに必要な板面方
向にはきわめて強いが、切欠き部分が曲がるため垂直部
３２Ｂの支持に不必要な板面直角方向にきわめて弱い形
状になっている。このような形状になっているので、図
６（ｂ）に示すようにＸ軸スライダ３２の垂直部３２Ｂ
とＸ軸スライダ３２とＸ軸サブスライダ３９との組立精
度を、さほど高める必要がなくなる。特に、本縦形ステ
ージではＹ軸重量がＸ軸サブスライダ３９に懸架される
ことによる機構変形を連結板４１に吸収させ、精度が要
求されるＸ軸スライダ３２に、これらの変形を伝達させ
ないためである。

【００２３】前記Ｙ軸スライダ２２の水平部２２ａ先端
にはコ字状のＹ軸サブスライダ４３が設けられており、
Ｘ軸スライダ３２のスライダ本体３２Ａに固定されたＹ
軸サブガイド４４を軸に空気軸受案内される。この空気
軸受け案内の構造は、他の空気軸受け案内構造と同様に
磁石と空気吹き出しとの組み合わせによって構成されて
いる。なお、４３ａは、Ｙ軸サブスライダ４３内に設け
られた磁石である。Ｘ軸サブスライダ４０やＹ軸サブス
ライダ４３は、Ｘ軸スライダ３２のスライダ本体３２Ａ
先端やＹ軸スライダ２２の水平部２２ａ先端のＸ、Ｙ平
面と直交する軸方向（以下Ｚ方向と云う）のみを支持す
るよう工夫してあり、前述のＺ字溝４２もその一環であ
る。これはスライダの長手方向の両端に平行して案内を
設けると二軸の平行出しに難点があるし、熱膨張によっ
て二軸間の距離に狂いが生じるとガイドとスライダとが
噛んで動かなくなるので、通常は両端の一端は逃げ勝手
にしておく必要があるためである。

【００２４】４５はＹ軸スライダ２２の背面にねじ止め
固定された吊りフック、４６はＸ軸サブスライダ３９に
固定された吊り金具で、２つのプーリ４７（４７ａ、４
７ｂ）を有している。４８は掃除機のコードを巻き戻す
機構と同一の機能を持った渦巻き式の板ばね４８ａを内
蔵する定力機構で、この定力機構４８は巻取りドラム４
９を一定のトルクで巻き締めることができ、Ｙ軸スライ
ダ２２の重量とバランスするよう決めてある。５０は吊
りワイヤで、一端は吊りフック４５に、他端は２つのプ
ーリ４７ａ、４７ｂを介して巻取りドラム４９に固定さ
れている。巻取りドラム４９はＸ軸スライダ３２の重心
点がＸ軸ナット３６上になるよう重量配分のため下方
に、吊りフック４５はＹ軸スライダ２２の重心点、すな
わちＹ軸ナット３４上になるようプーリ４７の位置と傾
きを定めてある。

【００２５】５１はＸ軸磁石で、Ｘ軸ガイド３７を挟ん
だ反対側にも同数設置されている。５２はＸ軸スライダ
３２のＺ方向を支える磁性材料製のＺ軸案内板で、Ｘ軸
磁石５１との間に磁石の吸引力が作用するようになって
いる。この吸引力はＸ軸エアパッド３８の空気軸受とバ
ランスさせてあるのでＸ軸スライダ３２は非接触浮上す
る。５３はＹ軸スライダ２２のＺ方向を支えるエアパッ
ドで、Ｙ軸Ｚ案内面３２ｃはＸ軸スライダ３２の垂直部
３２Ｂの裏面の両サイドである。５４はＹ軸磁石で、図
示していないがＸ軸スライダ３２のＺ軸案内板５２に相
当するＹ軸磁性材料板３２ｄが対向するＸ軸スライダ３
２の垂直部３２Ｂ背面を彫り込んで接着固定されてい
る。Ｘ軸スライダ３２がＺ軸案内板５２、磁性材料と同
一部材で構成してあるのに対し、Ｙ軸スライダ２２は別
部材で構成している点は異なるが、空気軸受圧と磁石の
吸引力とのバランスで浮上していることは変わらない。
ここで、バランス浮上についてＹ軸を例に詳細に説明す
る。

【００２６】図７は、Ｘ軸スライダ３２の垂直部３２Ｂ
をＹ軸スライダ２２を含んで水平に切断し、上方から見
た断面図である。Ｙ軸磁石５４は磁束を効率よくＹ軸磁
性材料板３２ｄに導くためのヨーク５４ａに内包され、
Ｙ軸スライダ２２に固定されている。２２ａはＹ軸Ｚ案
内面３２ｃやＹ軸Ｘ案内面３３ａの軸受隙間に高圧空気
を供給するための給気通路である。このような構造とな
っているので、高圧空気が供給されると軸受隙間内の圧
力は上昇するが、垂直部３２Ｂに対しＹ軸エアパッド３
３は対向して存在するため左右の軸受圧力がバランスし
問題ないが、Ｙ軸スライダとＹ軸Ｚ案内面３２ｃとは軸
受隙間が同一面内にあるため軸受圧力が上昇すれば、そ
の分だけ軸受隙間が増大し結果として軸受隙間内に圧力
が生じないため空気軸受になり得ない。ただし、図示の
構造ではＹ軸磁石５４とＹ軸磁性材料板３２ｄとの間に
磁力による吸引力を作用させ軸受圧力とバランスするよ
うにしてあるので、このようなことは無く空気軸受とし
て機能する。

【００２７】図１において、Ｘ軸サブスライダ４０、並
びにＹ軸サブスライダ４３のＺ方向も同様に空気軸受圧
と磁石の吸引力とのバランスで浮上させてあるが、重複
するので説明を省略する。

【００２８】要約すると、ＸＹ平面方向は挟み込み式の
空気軸受案内（３３、３８）、Ｚ方向は磁力と空気軸受
力とのバランス浮上式の空気軸受案内である。バランス
浮上式は、一軸当たり唯一の案内面で足りるので、この
分エアパッドも少なくてすむため挟み込み式の浮上案内
に較べて案内精度は若干落ちるがスライダの小型軽量化
に有利である。縦形ＸＹステージと言うかぎりＸＹ方向
の送り精度や高速化が重視される。したがって、Ｚ方向
のみバランス浮上式をとってステージの軽量化を図り位
置決めの高速化や低動力化に対処してある。また、案内
はＸ軸、Ｙ軸スライダ３２、２２ともすべて空気軸受、
加えて前述したように送りにも空気静圧ねじを採用して
あり、本発明の縦形ＸＹステージは全空気浮上ステージ
としてある。空気軸受は浮上隙間の均一化効果により部
材の加工精度を一桁上回る案内精度が得られるのは周知
の事実で空気静圧ねじの送り精度についても同様の結果
が得られている。なお、図１、図２ともＸ軸、Ｙ軸スラ
イダ３２、２２の半ストローク位置がウエハステージ５
やステージ２０の倒立位置となるように描いてある。

【００２９】次に、縦形ＸＹステージの動作について説
明する。図２において、ステージ２０が実線で示すよう
に水平に倒れた状態ではステージ２０上方の空間を利用
してＸ線マスクやウエハ６の交換ができる。交換後、エ
アシリンダ２８を前進駆動させて駆動クラッチ２６をＹ
軸スライダ２２の従動クラッチ２７に結合させパルスモ
ータ２９を回転させれば、その回転がウオーム２４およ
びウオームホイール２５を介して倒立軸２３に伝達され
るため、ステージ２０は図１二点鎖線で示すように前方
に回動して直立する。直立した状態で直立ストッパ３０
上に設けられた円錐状テーパ穴６２（図６（ａ））にス
テージ２０上に設けられた先端が球状をした位置決めピ
ン６１が入ってステージ３０を位置決めした後、直立ス
テージ３０上に設けられた真空吸着パッド３０ｂによっ
てステージ２０を真空吸着させれば露光位置は正確に定
まる。この後、エアシリンダ２８を後退させれば駆動ク
ラッチ２６と従動クラッチ２７の結合が解除され、Ｘ軸
モータ１８を駆動すればＸ軸スライダ３２はＸ軸ガイド
３７に沿ってＸ軸方向に、Ｙ軸モータ１９を駆動すれば
Ｙ軸スライダ２２がＸ軸スライダ３２の垂直部３２Ｂに
案内されてＹ軸方向に動くので、結果としてステージ２
０はＸＹ方向に移動される。なお、縦形ＸＹステージの
移動量はステージ２０を倒立させてＸ線マスクやウエハ
６を交換するためＸ、Ｙ軸スライダ３２、２２とも露光
面積分のストロークがあればよいことは言うまでもな
い。

【００３０】Ｘ、Ｙ軸スライダ３２、２２をＸＹ方向に
動かしてＳＯＲ露光を終えた後、ステージ２０を前述の
倒立位置に戻してステージ２０の直立動作と逆の動作を
実行すれば、ステージ２０は図示のように倒れる。倒れ
た後、倒れストッパ３１のコイルを励磁すればステージ
２０に設けられた不図示の磁性体を吸着するため、直立
位置と同様に水平位置も正確に定められ動作が一巡す
る。

【００３１】なお、本発明ではＬ字形に形成されたＸ軸
スライダを主要な構成要素として説明したが、Ｘ軸サブ
スライダやＹ軸サブスライダをも加えた形状はロ形に近
い。したがって、主要構造をＬ字形に限定するものでは
ない。また、ステージ２０を倒立式で示したが、倒立軸
２３が一本かつ平行に限られるものではなく、垂直かつ
２本連動しての駆動であれば、両開き開閉ドア式になる
し、倒立についても同様のことが可能である。また、案
内や送りねじに空気軸受を用いたのは縦形ＸＹステージ
のみでＳＯＲ露光装置に要求される最終精度を確保せん
がためで、精度がさほど必要なければ転がり式のボール
案内やボールねじを用いても構成でき、極端な場合は空
気静圧ねじの代わりにリニアモータを採用でき、これに
限るものではない。さらに、Ｘ線マスクやウエハの逐次
交換が縦形ＸＹステージのストロークを増さず実現でき
ることを示したが、Ｘ線マスクやウエハでなくても同様
な逐次交換が可能であることも言うまでもない。加え
て、Ｘ、Ｙ軸スライダ３２、２２の送りねじ１３、１６
はステージ２０とＸ軸ガイド、並びにＹ軸ガイド、すな
わちＸ軸スライダ３２の垂直部３２Ｂとの中間に位置さ
せるとＸＹ平面内において重心点近傍の駆動を実現でき
るが、送りねじの位置はこれに限られるものではなく、
ガイドと平行であれば中間点以外でもよいことは言うま
でもない。ステージ２０の倒立位置の固定に球形の位置
決めピン６１とテーパ穴６２を用いたが、球と平面、テ
ーパや円筒の軸と穴等々、様々な組み合わせがあるし、
位置決めピン６１も一箇所としたが、複数個でも何等差
し支えない。真空や磁力による着脱固定で示したが、静
電力でもよいことは言うまでもない。また、ステージ２
０の倒立では、ねじりコイルばね２０ａで重力モーメン
ト差を低減したが、ステージ２０の回転につれてばねが
撓み変形するようにすればねじりコイルばねでなくて
も、例えば単なる板ばね、あるいは、引張りや圧縮式の
コイルばねでも容易に実現できることも言うまでもな
い。加えて、連結板４１の切欠き４１ｂも、コの字で示
したが、Ｖ字、Ｕ字等が容易に想像され、これに限るも
のではない。

【００３２】いずれにしてもＬ字形に形成されたＸ軸ス
ライダ３２の水平部３２Ａをスライダ本体とし、垂直部
３２ＢをＹ軸スライダ２２の案内とした縦形ＸＹステー
ジにおいて、水平部と垂直部によって囲まれた空間部分
にＹ軸スライダ２２に倒立軸または開閉軸を介して結合
したステージ２０を設け、このステージ２０の回転を利
用して縦形ＸＹステージに対する物体の供給回収を実施
する本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更し得るも
のである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る縦形Ｘ
Ｙステージによれば、Ｘ方向の移動ストロークがウエハ
の露光面積分だけでよく、図３に示した従来装置に較
べ、この分だけＸ軸スライダの案内や送りねじの長さを
短縮することができる。これは構成部材の加工精度を高
め、結果として縦形ＸＹステージの送り精度を高める利
点に加え、装置幅も短縮できＳＯＲ光軸に直交する水平
面内周囲の放射方向に多数の装置を設置できる利点、並
びにマスクステージやウエハステージとがすれ違うこと
がないので装置の組立調整や保守の際の事故に対し安全
性が高い利点等様々な効果を生む。また、ステージを倒
立させる駆動機構を縦形ＸＹステージ上に搭載せず、Ｘ
Ｙ方向ストロークの定位置に別置きして動力をクラッチ
手段を介して伝達する方式は、駆動機構をステージ上に
搭載する方式に較べステージへの重量負荷を軽減できる
利点に加え、倒立位置を限定できるので縦形ＸＹステー
ジの背面、すなわちステージの倒れる方向の空間を別途
利用できる利点を有する。また、倒立機構におけるねじ
りコイルばねの付加はモーメント力を低減し機構を小型
・軽量化させるが、結果として動作の高速化も併せて達
成できる効果がある。また、薄い片持ちはり式の吸着パ
ッドによる直立位置の固定は、薄い膜が自動的に相対す
る吸着面に吸い付いて気密にするため、吸着面の精度が
少々悪くても、吸着面間に隙間があっても、薄い膜が相
手面に倣って気密にするため、きわめて強力な吸着力が
得られ、結果として真空排気系の低動力化はもちろん、
直立位置を強固に維持する効果がある。加えて、Ｚ字切
欠き付の連結板は機構の組立誤差、部材の熱膨張やＹ軸
ステージ重量の懸架に伴う寸法変化等の悪影響を縦形Ｘ
Ｙステージの主機能であるＸＹ軸に伝達しない効果があ
る。また、Ｌ字形に形成されたＸ軸スライダの水平部を
スライダ本体、垂直部をＹ軸スライダの案内とし、水平
部と垂直部によって囲まれた空間部分にＹ軸スライダと
ステージを搭載しているので、例えばＸ線マスクやウエ
ハの移送を容易にしたような利点を生むことはもちろ
ん、搭載機構と水平部または垂直部との中間にある重心
点に送りねじを配置でき、Ｘ軸スライダやＹ軸スライダ
を揺動させない重心点近傍の駆動を実現できる。さらに
また、渦巻きばねを用いた定力機構はＹ軸スライダの上
下動に伴うモータの正逆転負荷を均等化する利点を有す
ることは勿論、ワイヤの経路をプーリの位置や傾きで自
由に設計できる利点があり、重量配分や重心点の吊り合
わせ等が容易になる利点もあり、結果として重心点駆動
が実現できるため微細な位置決め制御に効果がある。な
お、案内や送りねじを空気軸受とした全静圧浮上方式を
用いると、空気軸受は部材の加工精度を一桁上回る送り
精度が得られるためＳＯＲ露光に求められる最終精度を
縦形ＸＹステージのみで実現できる利点があり、またＸ
Ｙ方向は挟み込み式の空気軸受、ＸＹ面に直交するＺ方
向には空気軸受圧と磁石の吸引力とをバランスさせる空
気軸受を採用し、背反する要求である送りの高精度化と
小型、軽量化とを両立させる効果、あるいは空気軸受に
特有の軸受隙間の平均化、無摩擦、長寿命、クリーン等
の特徴も位置決め精度や装置の運用に様々の効果がある
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る縦形ＸＹステージの一実施例を示
す一部破断分解斜視図である。

【図２】主要構成部材の分解斜視図である。

【図３】ステージを水平方向に開閉させるようにした例
を示す図である。

【図４】倒立式ステージにおける重力による影響を説明
する図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）はステージの真空吸着機構を示
す図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）はＸ軸スライダとＸ軸サブスラ
イダとを連結する連結板の斜視図である。

【図７】Ｘ軸スライダの浮上機構を示す図である。

【図８】縦形ＸＹステージの従来例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ ＳＯＲ光 ３ Ｘ線マスク ４ マスクステージ ５ ウエハステージ ６ ウエハ １８ Ｘ軸駆動モータ １９ Ｙ軸駆動モータ ２２ Ｙ軸スライダ ２３ 倒立軸 ２９ パルスモータ ３２ Ｘ軸スライダ ４８ 定力機構 ４８ａ 渦巻きばね ４９ 巻取りドラム

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−181522（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−42426（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向に並進可能なＸ軸スライダと、
   このＸ軸スライダに取り付けられかつ垂直方向に並進可
   能なＹ軸スライダと、このＹ軸スライダに取り付けられ
   かつ所定のウエハを載置可能とするステージとを備え、
   前記ステージは、所定の倒立軸または開閉軸により、倒
   立自在または開閉自在な状態で前記Ｙ軸スライダに連結
   されていることを特徴とするＳＯＲ露光用縦形ＸＹステ
   ージ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のＳＯＲ露光用縦形ＸＹス
   テージにおいて、前記ステージを倒立または開閉させる
   駆動モータを縦形ＸＹステージが設けられる装置固定部
   側に配設し、この駆動モータの回転をＸＹ方向ストロー
   クの定位置で前記ステージにクラッチ手段を介して伝達
   するようにしたことを特徴とするＳＯＲ露光用縦形ＸＹ
   ステージ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のＳＯＲ露
   光用縦形ＸＹステージにおいて、前記Ｘ軸スライダの垂
   直部上方にプーリを、下方に渦巻きばねを用いた巻き取
   りドラムをそれぞれ設け、前記Ｙ軸スライダと巻き取り
   ドラムを前記プーリを介してワイヤで連結し、前記Ｙ軸
   スライダにかかる重量と巻き取りドラムのトルクとを前
   記渦巻きばねによってバランスさせるようにしたことを
   特徴とするＳＯＲ露光用縦形ＸＹステージ。