(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持面を有する保持盤と、該保持盤の底面に結合された第１および第２の磁石ユニットと、前記第１および前記第２の磁石ユニットにそれぞれ嵌合する第１および第２の偏平コイルと、前記第１および前記第２の偏平コイルと一体である支持体を有し、前記第１および第２の偏平コイルが、前記第１および第２の磁石ユニットとの間にそれぞれ発生する推力によって前記保持盤を前記保持面に平行な平面内で位置決めするように構成されていることを特徴とする位置決めステージ。
【請求項２】
保持盤と一体である第３の磁石ユニットとこれに対向する第３の偏平コイルが設けられており、該第３の偏平コイルが、前記第３の磁石ユニットとの間に発生する推力によって前記保持盤を前記保持面に垂直な平面内で位置決めするように構成されていることを特徴とする請求項１記載の位置決めステージ。
【請求項３】
支持体が、ＸＹ粗動ステージに搭載されていることを特徴とする請求項１または２記載の位置決めステージ。
【請求項４】
第１および第２の磁石ユニットが保持盤の保持面に沿って放射状に配設されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の位置決めステージ。
【請求項５】
各偏平コイルが、冷却媒体を流動させる冷却ジャケットを備えていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の位置決めステージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体露光装置等においてウエハやレチクル等を高精度で位置決めするための位置決めステージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
縮小投影型等の半導体露光装置においては、レチクル等の原版のパターンをウエハに縮小投影して数回の重ね焼きを行なうため、各露光サイクルごとにレチクルとウエハを高精度で位置決めすることが要求される。
【０００３】
従って、半導体露光装置においてウエハ等の位置決めを行なう位置決めステージには６軸方向の位置決め精度が極めて高くしかも高速位置決めできるものが必要であり、図９に示すような磁気による反発力と推力を利用した非接触型の微動ステージＥ0 が開発されている。これは、コイルプレート１１１とこれに支持された８個の偏平コイル１１２〜１１９を有する固定部１１０と、ウエハチャック１２１ａと一体である保持盤１２１とこれに保持された８個の磁石ユニット１２２〜１２９を有する可動部１２０を備えており、固定部１１０のコイルプレート１１１は、公知のＸＹ粗動ステージに載置され、ウエハチャック１２１ａはその表面に図示しないウエハを吸着する。
【０００４】
前記８個の偏平コイル１１２〜１１９は、Ｙ軸方向に互に離間して対向する一対のＸ偏平コイル１１２，１１３と、Ｘ軸方向に互に離間して対向する一対のＹ偏平コイル１１４，１１５と、Ｘ偏平コイル、Ｙ偏平コイル１１２〜１１５の間に１個ずつ配設された２対のＺ偏平コイル１１６〜１１９からなり、前記８個の磁石ユニット１２２〜１２９は、固定部１１０の各Ｘ偏平コイル１１２，１１３を嵌挿させる中空部を有するＸ磁石ユニット１２２，１２３と、各Ｙ偏平コイル１１４，１１５を嵌挿させる中空部を有するＹ磁石ユニット１２４，１２５と、各Ｚ偏平コイル１１６〜１１９を嵌挿させる中空部を有するＺ磁石コイル１２６〜１２９からなり、微動ステージＥ0 の組立は、固定部１１０のコイルプレート１１１と可動部１２０の保持盤１２１に偏平コイル１１２〜１１９、磁石ユニット１２２〜１２９をそれぞれ組み付けたうえで固定部１１０上に可動部１２０を下降させ、偏平コイル１１２〜１１９を磁石ユニット１２２〜１２９の中空部にそれぞれ嵌挿させることによって行なわれる。
【０００５】
各磁石ユニット１２２〜１２９に嵌挿された偏平コイル１１２〜１１９は後述するように磁気反発力によって磁石ユニット１２２〜１２９との間に１ｍｍ程度の隙間を形成する非接触状態に維持され、偏平コイル１１２〜１１９に供給される電流が変化するとそれぞれ所定の方向の推力が発生する。すなわち、Ｘ偏平コイル１１２，１１３によってＸ軸方向の推力が発生され、Ｙ偏平コイル１１４，１１５によってＹ軸方向の推力が発生され、このようなＸ軸方向とＹ軸方向の推力によって保持盤１２１すなわちウエハチャック１２１ａのＸ軸方向とＹ軸方向とωＺ軸方向の位置決めが行なわれる。また、Ｚ偏平コイル１１６〜１１９によってＺ軸方向すなわち前記ウエハを露光する露光光の光軸方向の推力が発生し、これによって保持盤１２１とウエハチャック１２１ａの重量が支持されるとともにＺ軸方向とωＸ軸方向とωＹ軸方向の位置決めが行なわれる。
【０００６】
保持盤１２１は、その上面にウエハチャック１２１ａを支持し、各磁石ユニット１２２〜１２９は保持盤１２１の側面に固着され、該側面の上端には、それぞれＸ軸方向とＹ軸方向にのびるＹミラー１３０、Ｘミラー１３１が固着され、これらは、図示しないレーザ干渉計によってウエハチャック１２１ａのＸ軸方向、Ｙ軸方向およびωＺ軸方向の位置を計測するのに用いられる。また、各Ｚ磁石ユニット１２６〜１２９はＺ位置センサ１３２を有し、各Ｚ位置センサ１３２は、図示しない基準面との間のＺ軸方向の離間距離を測定することでウエハチャック１２１ａのＺ軸方向、ωＸ軸方向、ωＹ軸方向の位置を計測するのに用いられる。これらの計測値は各偏平コイル１１２〜１１９の図示しない制御系に帰還される。
【０００７】
微動ステージＥ0 によるウエハの位置決めは以下のように行なわれる。コイルプレート１１１を載せたＸＹ粗動ステージを駆動してウエハの所定の露光領域を露光位置へ移動させたうえで、上記のようにウエハチャック１２１ａの６軸方向の位置を計測し、例えば、Ｘ軸方向の位置が目標値よりずれていた場合にはＸ偏平コイル１１２，１１３に加速用の電流を供給し、ウエハチャック１２１ａをＸ軸方向へ移動させて目標位置に近づける。続いて減速用の逆方向の電流をＸ偏平コイル１１２，１１３に供給してウエハチャック１２１ａを目標位置で停止させる。この間、Ｙ偏平コイル１１４，１１５およびＺ偏平コイル１１６〜１１９と各磁石ユニット１２４〜１２９の間には１ｍｍ程度の隙間があるためこれらは非接触であり、保持盤１２１すなわちウエハチャック１２１ａの移動を妨げるおそれはない。従って、極めて高速度で高精度に位置決めすることができる。
【０００８】
図１０は一方のＸ偏平コイル１１２とＸ磁石ユニット１２２の構成を詳しく説明するものである。同図の（ｂ）に示すように、Ｘ偏平コイル１１２は、コイルの中心穴が楕円形で、Ｚ軸方向に長尺である一対の有効領域１１２ａを有し、両有効領域１１２ａがＸ磁石ユニット１２２の中空部を貫通する。Ｘ磁石ユニット１２２は、Ｘ偏平コイル１１２の各有効領域１１２ａの両側面に２個ずつそれぞれ対向する合計４個の磁石１２２ａを有し、これらは２個ずつ１対のヨーク１２２ｂに固定され、両ヨーク１２２ｂは一対の側板１２２ｃによって一体的に結合されている。４個の磁石１２２ａは、Ｘ偏平コイル１１２の各有効領域１１２ａを挟んで対向する面が互に逆の極性を有し、かつ、Ｘ偏平コイル１１２の同じ側に隣接して配設されたものが互に逆の極性になるように着磁されている。
【０００９】
Ｘ偏平コイル１１２に電流が供給されると、Ｘ偏平コイル１１２をＸ磁石ユニット１２２に対して非接触に保つ磁気反発力と、Ｘ偏平コイル１１２の有効領域１１２ａの幅方向すなわちＸ軸方向の推力が発生し、供給された電流量に応じてＸ偏平コイル１１２をＸ軸方向に所定量だけ変位させる。
【００１０】
残りの偏平コイル１１３〜１１９についても同様の原理によってそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の推力が発生する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術によれば、前述のように、各偏平コイルを嵌挿させる磁石ユニットがウエハチャックと一体である保持盤の側面に固着されており、各磁石ユニットを安定して固定するためには保持盤の高さ方向の寸法すなわち厚さを少なくともＸ偏平コイルの有効領域の長さより大きくする必要があり、このために保持盤の重量が増加して可動部全体が高重量化し、高速かつ高精度の位置決めが困難になるという未解決の課題がある。
【００１２】
他方、各偏平コイルの有効領域を除く残りの部分すなわちラウンド部は上記の磁気反発力や推力の発生には寄与することなく発熱して熱エネルギーを消費するのみであるから、電流消費量を低減するためにはＸ偏平コイルの有効領域が長い方が望ましい。すなわち、保持盤の厚さを縮小するためにＸ偏平コイルの有効領域の長さを短縮すればラウンド部の発熱量が増大してエネルギーロスが大きくなるという新たなトラブルを生じる。
【００１３】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、磁石ユニットと一体である保持盤の厚さを縮小し、可動部の小形化と軽量化を大きく促進できる位置決めステージを提供することを目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の位置決めステージは、保持面を有する保持盤と、該保持盤の底面に結合された第１および第２の磁石ユニットと、前記第１および前記第２の磁石ユニットにそれぞれ嵌合する第１および第２の偏平コイルと、前記第１および前記第２の偏平コイルと一体である支持体を有し、前記第１および前記第２の偏平コイルが、前記第１および第２の磁石ユニットとの間にそれぞれ発生する推力によって前記保持盤を前記保持面に平行な平面内で位置決めするように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
保持盤と一体である第３の磁石ユニットとこれに対向する第３の偏平コイルが設けられており、該第３の偏平コイルが前記第３の磁石ユニットとの間に発生する推力によって前記保持盤を前記保持面に垂直な平面内で位置決めするように構成されているとよい。
【００１６】
第１および第２の磁石ユニットが保持盤の保持面に沿って放射状に配設されていてもよい。
【００１７】
各偏平コイルが、冷却媒体を流動させる冷却ジャケットを備えているとよい。
【００１８】
【作用】
各磁石ユニットは、互いに極性が逆向きである一対の磁石を偏平コイルの両面のそれぞれに対向させた中空部材であり、磁石ユニットと偏平コイルの間の磁気による反発力と推力を利用して両者を非接触で所定量だけ相対的に変位させる。第１および第２の磁石ユニットと偏平コイルによって保持面に水平な２軸の方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）の位置決めおよび垂直軸のまわりの回転位置（ωＺ軸方向）の位置決めが行なわれ、第３の磁石ユニットと偏平コイルによって保持盤の重量が支持され、Ｚ軸方向とωＸ軸方向およびωＹ軸方向の位置決めが行なわれる。
【００１９】
第１、第２の磁石ユニットをその長さ方向が垂直になるように配設して保持盤の側面に固定するには両磁石ユニットの長さに応じて保持盤を厚くしなければならない。そこで、第１、第２の磁石ユニットの上端を保持盤の底面に固定し、保持盤から懸下することで、第１、第２の磁石ユニットを保持盤に一体化する。保持盤が厚くなくても第１、第２の磁石ユニットを安定して保持盤に固定できるため、位置決めステージの可動部を大幅に小形化かつ軽量化できる。これによって、装置全体の小形化と位置決め精度の向上および位置決めの高速化に大きく貢献できる。
【００２０】
第１および第２の磁石ユニットが保持盤の保持面に沿って放射状に配設されていれば、第１、第２の磁石ユニットの長さ方向が水平であるから位置決めステージの可動部をより一層小形化かつ簡略化できる。その結果、位置決め精度の向上と位置決めの高速化をより一層促進できる。
【００２１】
加えて、各偏平コイルを冷却ジャケットによって冷却すれば、保持盤や計測用のミラーの熱変形等を防ぎ、より一層高精度な位置決めを行なうことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は一実施例による位置決めステージである微動ステージＥ1 を示すもので、これは、支持体であるコイルプレート１１とこれに支持された８個の偏平コイル１２〜１９を有する固定部１０と、水平な保持面を有するウエハチャック２１ａと一体である保持盤２１とこれと一体的に結合された８個の磁石ユニット２２〜２９を有する可動部２０を備えており、固定部１０のコイルプレート１１は、公知のＸＹ粗動ステージに載置され、ウエハチャック２１ａはその保持面に図示しないウエハを吸着する。
【００２４】
前記８個の偏平コイル１２〜１９は、Ｙ軸方向に互に離間して対向する一対の第１の偏平コイルであるＸ偏平コイル１２，１３と、Ｘ軸方向に互に離間して対向する一対の第２の偏平コイルであるＹ偏平コイル１４，１５と、Ｘ偏平コイル、Ｙ偏平コイル１２〜１５の間に１個ずつ配設された２対の第３の偏平コイルであるＺ偏平コイル１６〜１９からなり、前記８個の磁石ユニット２２〜２９は、固定部１０の各Ｘ偏平コイル１２，１３を嵌挿させる中空部を有する第１の磁石ユニットであるＸ磁石ユニット２２，２３と、各Ｙ偏平コイル１４，１５を嵌挿させる中空部を有する第２の磁石ユニットであるＹ磁石ユニット２４，２５と、各Ｚ偏平コイル１６〜１９を嵌挿させる中空部を有する第３の磁石ユニットであるＺ磁石コイル２６〜２９からなり、微動ステージＥ1 の組立は、図２に示すように、固定部１０のコイルプレート１１と可動部２０の保持盤２１に偏平コイル１２〜１９、磁石ユニット２２〜２９をそれぞれ組み付けたうえで固定部１０上に可動部２０を下降させ、偏平コイル１２〜１９を磁石ユニット２２〜２９の中空部にそれぞれ嵌挿させることによって行なわれる。
【００２５】
各磁石ユニット２２〜２９に嵌挿された偏平コイル１２〜１９は磁気反発力によって磁石ユニット２２〜２９との間に１ｍｍ程度の隙間を形成する非接触状態に維持され、偏平コイル１２〜１９に供給される電流が変化するとそれぞれ所定の方向の推力が発生する。すなわち、Ｘ偏平コイル１２，１３によってＸ軸方向の推力が発生され、Ｙ偏平コイル１４，１５によってＹ軸方向の推力が発生され、このようなＸ軸方向とＹ軸方向の推力によって保持盤２１すなわちウエハチャック２１ａのＸ軸方向とＹ軸方向とωＺ軸方向の位置決めが行なわれる。また、Ｚ偏平コイル１６〜１９によってＺ軸方向すなわち前記ウエハを露光する露光光の光軸方向の推力が発生し、これによって保持盤２１とウエハチャック２１ａの重量が支持されるとともにＺ軸方向とωＸ軸方向とωＹ軸方向の位置決めが行なわれる。
【００２６】
保持盤２１は、その上面にウエハチャック２１ａを支持し、各磁石ユニット２２〜２９は保持盤２１の底面２１ｂに固着されてこれから懸下される。保持盤２１上には、それぞれＸ軸方向とＹ軸方向にのびるＸミラー３０、Ｙミラー３１が固着され、これらは、図示しないレーザ干渉計によってウエハチャック２１ａのＸ軸方向、Ｙ軸方向およびωＺ軸方向の位置を計測するのに用いられる。また、各Ｚ磁石ユニット２６〜２９はＺ位置センサ３２を有し、各Ｚ位置センサ３２は、図示しない基準面との間のＺ軸方向の離間距離を測定することでウエハチャック２１ａのＺ軸方向、ωＸ軸方向、ωＹ軸方向の位置を計測するのに用いられる。これらの計測値は各偏平コイル１２〜１９の図示しない制御系に帰還される。
【００２７】
微動ステージＥ1 によるウエハの位置決めは以下のように行なわれる。前述のＸＹ粗動ステージを駆動してウエハの所定の露光領域を露光位置へ移動させたうえで、上記のようにウエハチャック２１ａの６軸方向の位置を計測し、例えば、Ｘ軸方向の位置が目標値よりずれていた場合にはＸ偏平コイル１２，１３に加速用の電流を供給し、ウエハチャック２１ａをＸ軸方向へ移動させて目標位置に近づける。続いて減速用の逆方向の電流をＸ偏平コイル１２，１３に供給してウエハチャック２１ａを目標位置で停止させる。この間、Ｙ偏平コイル１４，１５およびＺ偏平コイル１６〜１９と各磁石ユニット２４〜２９の間には１ｍｍ程度の隙間があるためこれらは非接触であり、保持盤２１すなわちウエハチャック２１ａの移動を妨げるおそれはない。従って、極めて高速度で高精度に位置決めすることができる。
【００２８】
なお、Ｘ偏平コイル１２，１３およびＹ偏平コイル１４，１５はそれぞれ長軸方向がＺ軸方向に一致するようにコイルプレート１１上に立設されており、これらの偏平コイル１２〜１５の上方のラウンド部を保持盤２１の底面２１ｂから上方へ突出させる必要があるため、保持盤２１の側面に４個の切欠け２１ｃを設けて、各Ｘ偏平コイル１２，１３およびＹ偏平コイル１４，１５の上部と干渉しないように構成されている。
【００２９】
本実施例によれば、各磁石ユニット２２〜２９がその上端を保持盤２１の底面２１ｂに固着され、保持盤２１によって懸下された状態で組み付けられているため、各偏平コイルが垂直方向に長尺であっても各磁石ユニットが保持盤の側面に固着されている場合のように保持盤の厚さを大きくする必要がない。
【００３０】
従って、保持盤を薄くすることで位置決めステージの可動部全体を小形かつ軽量化し、位置決めの高速化と高精度化を促進するとともに、偏平コイルを充分に長尺にすることができるためエネルギーロスの低減にも大きく役立つ。
【００３１】
このような位置決めステージを用いることで、半導体露光装置等の高精度化と生産性の向上に大きく貢献できる。
【００３２】
図３ないし図５は第１の変形例による位置決めステージＥ2 を示す。これは、各偏平コイル１２〜１９を支持するコイル支持体１２ａ〜１９ａに内部配管を設けるとともに、各偏平コイル１２〜１９をコイル支持体１２ａ〜１９ａに組み付けたうえでアクリル等の樹脂で作られた冷却ジャケットであるコイルジャケット１２ｂ〜１９ｂによって覆い、配管１２ｃ〜１９ｃから各コイルジャケット１２ｂ〜１９ｂに冷却媒体を供給して各偏平コイル１２〜１９を冷却するように構成したものである。
【００３３】
図４はコイル支持体１２ａとコイルジャケット１２ｂの構成を詳しく説明するもので、まず、コイル支持体１２ａの底部から機械加工によって内部配管Ｒ1 を穴加工し、Ｘ偏平コイル１２を組み付けたうえでコイルジャケット１２ｂの本体Ｒ2 をコイル支持体１２ａに接着し、続いてコイルジャケット１２ｂのふたＲ3 を本体Ｒ2 にかぶせてＸ偏平コイル１２を封入する。
【００３４】
実際の固定部１０の組立においては、図５の（ａ）に示すようにまずコイルプレート１１に各偏平コイル１２〜１９を組み付けてこれらの内部配管に配管１２ｃ〜１９ｃを接続し、そのうえで同図の（ｂ）に示すようにコイルジャケット１２ｂ〜１９ｂを装着する。
【００３５】
このように各偏平コイルを冷却することで保持盤の温度が上昇するのを防ぎ、保持盤と一体であるＸミラー、Ｙミラーの熱変形を回避する。各偏平コイルの発熱によってＸミラー、Ｙミラーが熱歪を起こすと、ウエハチャックの位置を測定する干渉計の出力値に誤差が発生し、正確な位置決めを行なうことができない。そこで偏平コイルを強制冷却することによってＸミラー、Ｙミラーの熱変形を防ぐものであり、保持盤に対するＸミラー、Ｙミラーの固定部分に弾性材等を介在させることなく保持盤に直付けできるという利点が付加される。
【００３６】
図６および図７は第２の変形例Ｅ3 を示すもので、これは、Ｘ偏平コイル１２，１３およびＹ偏平コイル１４，１５と同様のＸ偏平コイル４２，４３およびＹ偏平コイル４４，４５をそれぞれ長軸方向がコイルプレート４１の径方向に一致するように配設したものである。Ｘ偏平コイル４２，４３およびＹ偏平コイル４４，４５を嵌挿させるＸ磁石ユニット５２，５３およびＹ磁石ユニット５４，５５が保持盤５１の底面５１ｂに放射状に固着されるため、保持盤２１のように切欠け２１ｃは不要である。従って、保持盤５１に簡単な外形の平板を用いることで部品コストを大幅に削減できるうえに、Ｘ磁石ユニット５２，５３およびＹ磁石ユニット５４，５５のＺ軸方向の寸法が大幅に縮小され、その結果、位置決めステージ全体の厚さをより一層小さくできるという利点があり、さらに、Ｘ磁石ユニット５２，５３およびＹ磁石ユニット５４，５５をより安定した状態で保持盤５１に固定できるという特筆すべき長所もある。
【００３７】
なお、図８に示すように各偏平コイル４２〜４９をコイルジャケット４２ｂ〜４９ｂ内に封入し、前述と同様の配管から供給される冷却媒体によって各偏平コイル４２〜４９を冷却すれば、前述と同様に保持盤５１と一体であるＸミラー６０、Ｙミラー６１等の熱変形を回避して高精度な位置決めを行なうことができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、次に記載するような効果を奏する。
【００３９】
磁石ユニットと一体である保持盤の厚さを縮小して位置決めステージの可動部を大幅に小形化かつ軽量化し、位置決めの高精度化と高速化を大きく促進できる。
【００４０】
また、各偏平コイルに冷却ジャケットを設けて保持盤や計測用のミラーの熱変形を防ぐことで、より一層高精度で安定した位置決めを行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例による位置決めステージを示す斜視図である。
【図２】図１の装置を分解した状態で示す分解斜視図である。
【図３】第１の変形例を示す斜視図である。
【図４】コイルジャケットの組み付けを説明する図である。
【図５】コイルジャケットを組み付ける前と組み付け後の固定部を示す斜視図である。
【図６】第２の変形例を示す斜視図である。
【図７】図６の装置を分解した状態で示す分解斜視図である。
【図８】第２の変形例の固定部にコイルジャケットを設けた場合を示す部分斜視図である。
【図９】一従来例を分解した状態で示す分解斜視図である。
【図１０】偏平コイルと磁石ユニットの構成を説明する図である。
【符号の説明】
１０    固定部
１１，４１    コイルプレート
１２，１３，４２，４３    Ｘ偏平コイル
１４，１５，４４，４５    Ｙ偏平コイル
１６〜１９，４６〜４９    Ｚ偏平コイル
２０    可動部
２１，５１    保持盤
２２，２３，５２，５３    Ｘ磁石ユニット
２４，２５，５４，５５    Ｙ磁石ユニット
２６〜２９，５６〜５９    Ｚ磁石ユニット
３０，６０    Ｘミラー
３１，６１    Ｙミラー
【図１】
0003658071.tif 000002
【図２】
0003658071.tif 000003
【図３】
0003658071.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003658071.tif 000007
【図７】
0003658071.tif 000008
【図８】
0003658071.tif 000009
【図９】
0003658071.tif 000010
【図１０】
0003658071.tif 000011