JPH06252034A - 電磁式アライメント装置 - Google Patents
電磁式アライメント装置Info
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- JPH06252034A JPH06252034A JP10852393A JP10852393A JPH06252034A JP H06252034 A JPH06252034 A JP H06252034A JP 10852393 A JP10852393 A JP 10852393A JP 10852393 A JP10852393 A JP 10852393A JP H06252034 A JPH06252034 A JP H06252034A
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Abstract
すること。 【構成】 電磁式サブステージ14と電磁式モノリシッ
クステージ40は、両者の間に位置する単一の基準面を
有する一方に他方が従動するよう結合されている。モノ
リシックステージ40にはU字形ブラケット36により
X−Y方向に移動自在なリニアモータを有するサブステ
ージ14が取り付けられている。この本体をX、Y、Z
方向に精密に移動させ、Z軸を中心に回転させるフラッ
トな電磁コイルにより懸架されている。モノリシックス
テージ位置決めコイルは、それぞれの磁気構造体内の中
心に位置するよう、従動制御手段はモノリシックステー
ジの運動をサブステージにリンクすなわちトラッキング
する。モノリシックステージに取り付けられた調節自在
な機械式ストッパーは、モノリシックステージのフォー
カスすなわちZ方向への走行を制限する。
Description
造技術に関し、特にマイクロリソグラフィーにおいてウ
ェーハを位置合わせ(アライメント)し、位置決めする
ための電磁式ウェーハステージに関する。
ウェーハの最新の製造方法では、回路パターンを形成す
る半導体ウェーハを正確に位置合わせし、位置決めしな
ければならない。半導体ウェーハ上で複製されるエレメ
ントの主要寸法が小さくなるにつれて、ウェーハの機械
的な位置合わせおよび位置決めに対する要求が大きくな
っている。本発明の発明者であるダニエル・エヌ・ガル
バートに対し、1990年8月28日発行された「マイ
クロリソグラフィー装置」を発明の名称とする米国特許
第4, 952, 858号にはウェーハを位置合わせし、
かつ位置決めするのに使用されるウェーハステージが開
示されている。ここに開示されている電磁式アライメン
ト(位置合わせ)装置は、モノリシックステージと、サ
ブステージと、アイソレートされた基準構造体から成
る。モノリシックステージとこのモノリシックステージ
を懸架し、位置決めするためのサブステージの間にはフ
ォースアクチュエータが介在されている。モノリシック
ステージの概略位置に従動するようサブステージの位置
を制御するための手段も開示されている。
2, 858号に開示された発明は、意図している目的を
達成しているが、ウェーハステージの性能を更によく
し、位置決めをより正確かつ繰り返し可能にしたいとい
う要望がある。これは、半導体ウェーハ上の主要サイズ
がより小さくなっていることを鑑みれば当然である。
移動できるサブステージを有するウェーハステージおよ
びこのサブステージに結合されたウェーハチャックを載
せたモノリシックステージに関する。サブステージとモ
ノリシックステージとの間には超フラットなフォーカス
基準面が位置している。この基準面上にモノリシックス
テージを懸架しかつ位置決めするためにサスペンション
手段が使用される。モノリシックステージおよびサブス
テージの走行路の全レンジにわたって基準面が延びてお
り、基準面からのモノリシックステージの走行距離を制
限する機械的なストッパーとなっている。
距離が長くなったウェーハステージを提供することにあ
る。本発明の別の目的は、より正確かつ精密なウェーハ
ステージを提供することにある。本発明の利点は、容易
に維持調節できることにある。
ックステージの走行レンジを機械式ストッパーにより所
定距離に制限することにある。本発明の特徴は、サブス
テージとモノリシックステージとの間に広いフラットな
基準面を設けたことにある。本発明の別の特徴は、空気
ベアリングを機械式ストッパーとして使用することにあ
る。
および特徴は、次の詳細な説明から容易に明らかとなろ
う。
す。ベースフレーム10はこれに取り付けられたビーム
12を有する。このビーム12にはサブステージ14が
載っている。X方向への移動は、リニアモータ16によ
り制御され、Y方向への移動リニアモータ18により制
御される。空気ベアリング上にはサブステージ14が載
り、X方向の移動は、上方空気ベアリング20および下
方ベアリング22によりガイドされる。傾斜した上方空
気ベアリングトラック24には空気ベアリング20が載
り、傾斜した下方ベアリングトラック26には下方空気
ベアリング22が載っている。サブステージ14のY方
向への移動は、左側空気ベアリング28および右側空気
ベアリング30によってガイドされる。傾斜した左側空
気ベアリングトラック22には左側空気ベアリング28
が載り、傾斜した右側空気ベアリングトラック34には
右側空気ベアリング30が載っている。こうして、サブ
ステージ14は、リニアモータ16および18のレンジ
内で所望のX−Y位置に制御されながら移動される。サ
ブステージ14にはU字形ブラケット36が接続されて
おり、ブラケットおよびサブステージ14の重量の一部
は、サブステージの反力手段38とバランスが取られて
いる。
たモノリシックステージ40と、基準面42を示す。基
準面42は、図1に示されたサブステージ14と、モノ
リシックステージ40との間に位置している。U字形ブ
ラケット36にはコイルプレート44が強固に取り付け
られており、このコイルプレート44には4つの電磁コ
イル56および58により、モノリシックステージ40
のモノリシック本体46が結合されている。2つの電磁
コイル56は、モノリシック本体46の前方向への相対
運動を制御するものである。図2の切り欠き部には2つ
のコイル56のうちの一方しか示していない。図示した
コイル56の反対側の側面に別のコイル56が隣接して
いる。2つの電磁コイル58は、モノリシック本体46
のX方向への相対運動を制御する。図2の切り欠き部に
は一方のコイル58しか示していない。他方のコイル5
8は図示したコイル58と反対側に隣接している。モノ
リシック本体46の各コーナーには4つの電磁フォーカ
スコイル52が位置しているが、図2の切り欠き部には
1つのフォーカスコイル52しか示していない。これら
フォーカスコイル52はモノリシック本体46をフォー
カス方向、すなわちZ方向に移動するものである。従っ
てこれらフォーカスコイル52はモノリシック本体46
の基準面46からの距離を制御する。モノリシック本体
46の重量は、モノリシック反力手段50により補償さ
れている。基準面42上には3つの空気ベアリング48
(図2ではそのうちの2つしか示していない)が滑空す
るようになっている。モノリシックステージ40のモノ
リシック本体46のZ軸上の位置を検出するのに3つの
キャップゲージ54(図2の斜視図ではそのうちの2つ
しか示されていない)が使用される。モノリシック本体
46には、3つのたわみ材47により空気ベアリング4
8が取り付けられている。モノリシック本体46には、
空気ベアリング48と連動する3つの機械式ストッパー
49が取り付けられている。図2では、3つの機械式ス
トッパー49のうちの2つしか示されていない。第3の
機械式ストッパーは、図2のうちの干渉計ミラー60に
よって隠されている側にある。これら機械式ストッパー
49は、調節自在であり、モノリシック本体46がZ軸
方向に沿う所定の走行レンジからはずれるのを防止す
る。これにより基準面42または図示していない投影用
光学系に不意に接触するのを防止している。モノリシッ
クステージの構造、サブステージへの制御および結合
は、米国特許第4, 952, 858号に開示されている
ものに類似する。モノリシック本体46には、ウェーハ
チャック60が取り付けられている。干渉計ミラー62
と共に、レーザーゲージ(図示せず)が使用され、モノ
リシックステージ40のモノリシック本体46の位置を
正確に測定するようになっている。図1に示すサブステ
ージ14に取り付けられたコイルプレート44とモノリ
シック本体46には、相対位置センサー手段55が連動
しており、モノリシック本体46とU字形ブラケット3
6によりサブステージ14に取り付けられているコイル
プレート44との相対位置を検出するようになってい
る。基準面42の位置決めを調節し、かつ維持するの
に、ダンピングされた曲げ差動ロッド64が使用されて
いる。
テージ14とモノリシックステージ40との間には基準
面42が位置し、フォーカスすなわちZセンサー54を
使用して基準面42とモノリシックステージ40との間
の距離を検出するようになっている。相対位置センサー
手段55は、U字形ブラケット36を介してモノリシッ
クステージ40とサブステージ14に連動し、モノリシ
ックステージ40とサブステージ14の相対位置を検出
するようになっている。サブステージ14、相対位置セ
ンサー手段55およびモノリシックステージ40には、
従動制御手段66が結合されている。この従動制御手段
66は、モノリシックステージ40の概略位置に従うよ
う、サブステージ14の位置を制御するための手段とな
っている。従って、モノリシックステージ40はサーボ
制御され、サブステージ14はモノリシックステージ4
0の位置をトラッキングしてモノリシックステージを所
定位置にセンタリングし続ける。この所定位置とは、一
般には図2に示すコイル56および58が連動する磁気
構造体内の中心となっている位置のことである。ストッ
パー49および空気ベアリング48は、モノリシックス
テージ40の所定レンジへの走行を制限し、基準面、投
影光学系(図示せず)またはその他の近接構造体に衝突
しないようにしている。
走行レンジを長くすることに加えて、合焦および位置決
め精度を改良するものである。走行レンジが長くなった
ことにより、操作性が改善され、モノリシックの清掃お
よび手入れが容易となった。更に、モノリシックステー
ジは検査および修理のため容易に取り外すことができ
る。
が、当業者には本発明の精神および範囲から逸脱するこ
となく、種々の変更が可能であることは明らかである。
した斜視図。
Claims (11)
- 【請求項1】 ベースと、 該ベースに載ったサブステージと、 前記サブステージに連動し、前記サブステージの位置を
制御するためのモータ手段と、 モノリシックステージと、 前記サブステージと前記モノリシックステージとの間に
位置する基準面と、 前記モノリシックステージに取り付けられ、前記基準面
上に前記モノリシックステージを懸架し、かつ位置決め
するためのサスペンション手段と、 前記モノリシックステージおよび前記基準面と連動し、
前記モノリシックステージを前記基準面からの所定距離
内に維持するためのストッパー手段と、 前記モノリシックステージに連動し、前記モノリシック
ステージの位置を検出するための検出手段と、 前記サブステージ、前記モノリシックステージおよび検
出手段とに連動し、前記モノリシックステージの概略位
置に従うよう前記サブステージの位置を制御するための
従動制御手段とから成る電磁式アライメント装置。 - 【請求項2】 前記ストッパー手段は、 前記モノリシックステージに取り付けられた少なくとも
一つの機械式ストッパーと、 前記サブステージに取り付けられ、前記基準面に載った
少なくとも一つの空気ベアリングとから成る請求項1に
記載の電磁式アライメント装置。 - 【請求項3】 一端が前記サブステージに取り付けら
れ、他端が前記モノリシックステージに取り付けられた
U字形ブラケットを更に含む請求項2に記載の電磁式ア
ライメント装置。 - 【請求項4】 前記モータ手段は、 X方向に移動する第1リニアモータと、 Y方向に移動する第2リニアモータとから成る請求項1
に記載の電磁式アライメント装置。 - 【請求項5】 前記サスペンション手段は複数の電磁コ
イルから成る請求項4に記載の電磁式アライメント装
置。 - 【請求項6】 前記複数の電磁コイルは、 少なくとも2つのX方向位置決めコイルと、 少なくとも2つのY方向位置決めコイルと、 少なくとも4つのZ方向位置決めコイルとを含む請求項
5に記載の電磁式アライメント装置。 - 【請求項7】 前記検出手段は、 Z軸を中心とする回転を含む前記モノリシックステージ
のX−Y位置を検出する干渉計と、 Z軸に沿う前記モノリシックステージの位置を検出する
ためのキャップゲージと、 前記サブステージと前記モノリシックステージに連動
し、前記サブステージと前記モノリシックステージとの
間の相対位置を検出するための相対位置センサ手段とを
含む請求項6に記載の電磁式アライメント装置。 - 【請求項8】 前記基準面により形成される平面は垂直
である請求項1に記載の電磁式アライメント装置。 - 【請求項9】 前記サブステージに取り付けられ、前記
サブステージの重量とバランスを取るためのサブステー
ジ反力手段と、 前記モノリシックステージに取り付けられ前記モノリシ
ックステージの重量とバランスを取るためのモノリシッ
クステージ反力手段とを更に含む請求項8に記載の電磁
式アライメント装置。 - 【請求項10】 2つの脚を有するベースフレームと、 前記ベースの2つの脚の間に延びるビームと、 前記ビームに取り付けられたX方向リニアモータと、 前記ビームに取り付けられたサブステージと、 前記サブステージの位置部に取り付けられたY方向リニ
アモータと、 前記サブステージに取り付けられたU字形ブラケット
と、 前記U字形ブラケットに取り付けられたコイルプレート
と、 前記コイルプレートに取り付けられた少なくとも2つの
X方向電磁コイルと、 前記コイルプレートに取り付けられた少なくとも4つの
Z方向電磁コイルと、 前記Y方向コイルと、X方向コイルと、Z方向コイルと
により懸架され、位置決めされたモノリシック本体と、 前記モノリシック本体に取り付けられたウェーハチャッ
クと、 前記モノリシック本体と前記サブステージとの間に位置
し、前記サブステージと前記モノリシック本体の全移動
レンジを含むよう充分に広くなっている単一の基準面
と、 前記コイルプレートに取り付けられ、前記基準面に沿っ
て滑空するよう位置する少なくとも3つの空気ベアリン
グと、 前記モノリシック本体に連動され、前記モノリシック本
体の回転を含むX−Y位置を検出するためのX−Y方向
位置検出手段と、 前記モノリシック方向に連動し、前記基準面と前記モノ
リシック本体との変位を検出するためのZ方向検出手段
と、 前記コイルプレートおよび前記モノリシック本体に連動
し、これらコイルプレートおよびモノリシック本体との
相対的位置を検出するための相対的位置センサ手段と、 前記X方向リニアモータ、前記Y方向リニアモータ、前
記Y方向コイル、前記X方向コイル、および前記相対的
位置センサ手段とに連動し、前記Y方向コイルおよび前
記X方向コイルの移動レンジに対する所定位置に前記モ
ノリシック本体を維持するよう、前記モノリシック本体
の位置をトラッキングするための従動制御手段とから成
る、半導体の製造に用いるための電磁式アライメント装
置。 - 【請求項11】 前記所定位置とは、前記Y方向コイル
と前記X方向コイルとの間の中心位置である請求項10
に記載の半導体の製造に使用する電磁式アライメント装
置。
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