(57)【要約】【課題】  中空構造を有する天板に生じる振動を減衰させ、高速高精度な位置決め装置を提供する。【解決手段】天板（３１）の構成部材(４，５)の接合面（１００）に、減衰材を塗布し、振動を減衰させる。接合面(１００)には突き当て部を有し、突き当て部は減衰材を介さずにネジまたは接着で天板構成部材１を固定し、天板面の位置精度を保証する。位置計測手段(４５，４６)は基板保持機構(１０１)を有する構成部材(４)に搭載する。【選択図】      図１（ａ）
2005150589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持して位置決めするための保持構造体を有する基板位置決め装置において、
前記保持構造体は、複数の構成部材を減衰材を介し接合して形成されており、
一方の構成部材の接合面には突き当て部を設け、前記突き当て部は減衰材を介さずに他方の構成部材の接合面と接合されていることを特徴とする基板位置決め装置。
【請求項２】
基板を保持して位置決めするための保持構造体を有する基板位置決め装置において、
前記保持構造体は、複数の構成部材を減衰材を介し接合して形成されており、
一方の構成部材の接合面の少なくとも外部雰囲気に触れる部分には前記減衰材に対し外部雰囲気を遮断する遮断壁を設け、前記遮断壁は減衰材を介さずに他方の構成部材の接合面と接合されていることを特徴とする基板位置決め装置。
【請求項３】
前記突き当て部は、固着手段を用いて前記他方の構成部材の接合面と接合されていることを特徴とする請求項１に記載の基板位置決め装置。
【請求項４】
前記遮断壁の上面、下面は、固着手段を用いて前記他方の構成部材の接合面と接合されていることを特徴とする請求項２に記載の基板位置決め装置。
【請求項５】
前記基板位置決め装置の構造部材は中空構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の基板位置決め装置。
【請求項６】
前記中空構造はリブを内蔵していることを特徴とする請求項３または４に記載の基板位置決め装置。
【請求項７】
前記保持構造体の位置を計測するための位置計測手段を備え、前記位置計測手段は、前記複数の構成部材のうちの基板を保持する機構を有する構成部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の基板位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造のリソグラフィ工程で使用する露光装置や各種精密加工機または各種精密測定器等においてウエハ等の基板を高速、高精度移動、位置決めする位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２に従来の基板位置決め装置であるところのＸＹステージの構成斜視図を示す。図中において、１０１は位置決めされるべき基板を搭載する基板保持機構、４２はステージ装置を支持する基準面４３を有する定盤、３８は定盤４２に固定された固定Ｙガイドであり、側面を基準面としている。３７は移動体としてのＹステージであり、Ｙリニアモータ４１によって、固定Ｙガイド３８に案内されてＹ方向に移動する。３２はＸステージであり、不図示のＸリニアモータ可動子を備え、Ｙステージ３７に設けられたＸガイド３３によってＸ方向に案内され、同じくＹステージ３７に設けられたＸリニアモータ固定子３４によってＸ方向に推力が与えられる。
【０００３】
Ｘステージ３２を構成する天板３１は図に示すように板形状になっている。天板３１にはＸ方向およびＹ方向の位置計測のためＸ方向ミラー４５およびＹ方向ミラー４６が設けられ、それぞれのミラーにレーザビームが照射され、反射光からＸ方向およびＹ方向の位置が計測される。
【０００４】
また、天板３１は、ステージに不図示のθＺＴ駆動機構を搭載することで、露光光軸と平行な方向であるＺ方向およびＸ，Ｙ，Ｚ軸回りの方向（θx、θy、θz）にも移動が可能となる。
【０００５】
図１３は従来の位置決め装置の各自由度における制御ブロック図である。５７は位置決め装置の機械特性Ｇｏであり、力ｆを入力すると変位ｘを生じる。また５８は制御コントローラ特性Ｇｃであり、一般的なコントローラＰＩＤ特性、アンプ特性および各安定化フィルタを含み、目標位置ｘｒから変位ｘを引いた値が入力されると所定の力ｆを発生する。例えば、Ｘ，Ｙ方向の位置決め制御時の変位ｘはレーザ干渉計の出力値となる。それぞれの自由度の目標位置に対し、高速、かつ高精度に追従することが、位置決め装置の性能の良否を決定する。
【０００６】
図１４は従来の位置決め装置の制御系ゲイン位相特性を表わす図である。図１４は図１３の機械特性Ｇｏおよび制御コントローラ特性Ｇｃを合成したものであり、一巡伝達特性といわれる。前述した高速、かつ高精度な追従性を得るには、位置決め装置のゲイン特性は高いほど（ハイゲイン化）望ましい。しかし、機械特性Ｇｏは様々な固有振動数を有し、しかも従来のような板形状のステージ構成部材としての天板３１においてはピークの高い（減衰の悪い）固有振動数が周波数の低い帯域（３００Ｈｚ〜）に生じてしまうことがある。
【０００７】
ステージ構造部材の振動は、ステージに搭載された位置計測ミラーの振動につながり、位置決め精度の悪化を招く。また、高すぎるゲインは固有振動数において発振を引き起こすため、そのままでは制御系のゲイン特性（図１４においては、ハイゲインの尺度になるゼロクロス周波数は４０Ｈｚ程度）は限定されてしまう。
【０００８】
そのため、従来では、ローパスフィルタやノッチフィルタといった安定化フィルタを多用し、高いピークを緩和するような補償をせざるをえなかった。あるいは固有振動数をより周波数の高い領域までもっていくような機構設計をせざるをえなかった。
【特許文献１】特開平１１−１４２５５５号公報
【特許文献２】特開２０００−１８３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来例のように安定化フィルタを多用すると、制御系の位相特性の遅れが周波数領域において低域にずれ込み、ゲインを上げようとすると位相が１８０度回ったところで系が発振してしまい、ハイゲイン化に貢献しなくなる。
【００１０】
また今後、このような構成の位置決め装置を備えた、例えば露光装置で処理される半導体ウエハについては、半導体素子の大面積化およびコスト削減を図るために、大口径、大サイズの半導体ウエハを用いる傾向にある。そのため、位置決め装置が大型化し、装置の固有振動数を高域化していくことは機構設計上困難である。上記の解決すべき課題の原因は、構造体がピークの高い固有振動を有することである。
【００１１】
このような問題を解決するため,特開平１１−１４２５５５号公報では、構成部材に中空構造を設け、前記中空内に減衰材を封入することによって振動を抑えている。しかし、減衰材を中空内に行き渡らせることは困難であり、また中空内全体に減衰材を封入することは、構造体の質量を増加させることにつながり、位置決め装置を駆動するリニアモータの負荷が増えるなどの問題点がある。また、特開２０００−１８３０１号公報では中空構造の接合部に樹脂層を設けて振動を減衰させている。しかし、接合する構成部材同士の位置関係は樹脂層の変形により変化するため、位置決め精度を保証できないという問題点がある。このことについて図７〜図１０を用いて説明する。
【００１２】
図７は減衰材を用いていない天板を表している。露光装置の天板の場合、天板７１にウエハＷを搭載するため天板面が図のように振動方向Ａにて振動すると、ウエハＷが振動または変形を起こし正確に露光できなくなってしまう。そして、図８に示すように減衰材６３を天板構成部材の接合面に塗布して接合すると、天板面の振動エネルギーが減衰材６３の部分で消費されるため、天板７１上のウエハＷの振動を減衰させることができる。しかし、接合面に減衰材を塗布しただけでは、図９に示すように減衰材６３の変形によって天板７１の上面の位置がずれてしまう。このことによりウエハＷの位置が変化してしまうため、正確な位置に露光できなくなる。そこで、図１０に示すように接合面に突き当て部６１を設け、突き当て部６１は減衰材６３を介さずに被接合面と接合すると、天板７１の上面の振動を減衰させるとともに、天板上面の位置決め精度も保証することができるため、高精度な位置決めが可能となる。
【００１３】
図１１は位置決め装置の一巡伝達特性を表している。図中の実線は減衰材を塗布していない場合であり、点線は接合面に減衰材を塗布して接合した場合を表している。点線のように減衰材を塗布するとピークの振幅が小さくなるので、位置決め装置のゲインをさらに高くすることができるようになる。よって、高精度な位置決めが可能となる。
【００１４】
本発明は、基板位置決め装置の天板に生じる振動を減衰させ、高速高精度な位置決めを行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、基板を保持して位置決めするための保持構造体を有する基板位置決め装置において、前記保持構造体は、複数の構成部材を減衰材を介し接合して形成されており、一方の構成部材の接合面には突き当て部を設け、前記突き当て部は減衰材を介さずに他方の構成部材の接合面と接合されていることを特徴とする。前記突き当て部は、固着手段を用いて前記他方の構成部材の接合面と接合されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、基板を保持して位置決めするための保持構造体を有する基板位置決め装置において、前記保持構造体は、複数の構成部材を減衰材を介し接合して形成されており、一方の構成部材の接合面の少なくとも外部雰囲気に触れる部分には前記減衰材に対し外部雰囲気を遮断する遮断壁を設け、前記遮断壁は減衰材を介さずに他方の構成部材の接合面と接合されていることを特徴としてもよい。この遮断壁の材質は金属でも樹脂でもよく、またベローズとしてもよい。前記遮断壁の上面は、固着手段を用いて前記他方の構成部材の接合面と接合されていることが好ましい。
【００１７】
本発明では、位置決め装置の構成部材の接合面に減衰材を塗布し、さらに接合面に突き当て部を有し、前記突き当て部は減衰材を介さずに被接合部材と接合されいてもよい。ここでいう減衰材とは、シリコーンゴムのような柔らかい樹脂、または高粘度の液体が望ましい。また、前記固着手段としては、ネジ止め、または接着が適している。前記位置決め装置が中空構造を有している場合、中空構造はリブを内蔵していてもよい。
【００１８】
また、前記保持構造体の位置を計測するための位置計測手段を備え、前記位置計測手段は、前記複数の構成部材のうちの基板保持機構を有する構成部材に取り付けられていることが望ましい。つまり、位置決め装置の位置計測手段手段が位置決め装置構成部材の位置決め精度を要求される構成部材に取り付けられていればなおよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、複数の構成部材を接合して保持構造体を形成し、接合部が減衰材を介し接合されており、一方の構成部材の接合面には突き当て部を設け、前記突き当て部は減衰材を介さずに他方の構成部材の接合面と接合されていることにより、基板位置決め装置の天板に生じる振動を減衰させ、高速高精度な位置決めを行うことができるという効果を奏する。また、本発明は、一方の構成部材の接合面の少なくとも外部雰囲気に触れる部分には減衰材に対し外部雰囲気を遮断する遮断壁を設け、遮断壁が減衰材を介さずに他方の構成部材の接合面と接合されていることにより、減衰材が直接真空雰囲気に触れるのを回避し、脱ガスの発生による、真空度の劣化を防止することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１５及び図１６は２つの構成部材で構成された露光装置の天板を表しており、いま天板が図中の矢印Ａの方向に振動しているとする。露光装置の天板ではウエハ上の正確な位置に回路パターンを転写するため、ウエハを搭載する面の位置決め精度が要求される。図１５では、天板の位置計測手段である干渉計のミラー６５がウエハＷの搭載されていない部材（天板構成部材２）に取り付けられている場合を表している。このような構成では、位置計測手段によって位置計測方向Ｂで得られる天板の位置はウエハの搭載されている面と大きく異なるため、正確な回路パターンの転写が行えない。一方図１６のように、天板の位置計測手段である干渉計のミラー６５がウエハＷの搭載されている部材（天板構成部材１）に取り付けられていれば、位置計測手段である干渉計のミラー６５により位置計測方向Ｂにて計測する天板の位置は、ウエハＷが搭載されている面とほぼ一致するため、正確な回路パターンの転写が可能となる。
【００２１】
このように、位置決め装置内の位置決め精度が要求される部分の構成部材に位置計測手段を取り付けられていることが望ましい。
【実施例１】
【００２２】
図１(ａ)〜図１(ｃ)に本発明の基板位置決め装置と、それを構成し基板を保持し位置決めするための保持構造体である天板の実施形態の概略図を示す。図１(ａ)は基板位置決め装置の斜視図、図１(ｂ)は基板位置決め装置の天板の斜視図、図１(ｃ)は正面図である。図１(ａ)において１０１は位置決めされるべき基板であるウエハを搭載する基板保持機構、４２はステージ装置を支持する基準面４３を有する定盤、３８は定盤４２に固定された固定Ｙガイドであり、側面を基準面としている。３７は移動体としてのＹステージであり、Ｙリニアモータ４１によって、固定Ｙガイド３８に案内されてＹ方向に移動する。３２はＸステージであり、不図示のＸリニアモータ可動子を備え、Ｙステージ３７に設けられたＸガイド３３によってＸ方向に案内され、同じくＹステージ３７に設けられたＸリニアモータ固定子３４によってＸ方向に推力が与えられる。
【００２３】
Ｘステージ３２を構成する天板３１は、図に示すように上下２つの構成部材４，５で構成され、接合面１００に減衰材を塗布し接合してある。天板３１にはＸ方向およびＹ方向の位置計測のためＸ方向ミラー４５およびＹ方向ミラー４６が設けられ、それぞれのミラーにレーザビームが照射され、反射光からＸ方向およびＹ方向の位置が計測される。
次に、基板を保持する保持構造体としての天板の部分について詳しく説明する。図１(ｂ)及び図１(ｃ)はそれぞれ天板部分の斜視図、及び正面図である。
【００２４】
天板の構成部材４，５は、これらの間の接合面の突き当て部１以外の場所に減衰材６（斜線部）を塗布し、構成部材４，５を張り合わせる。
【００２５】
さらに突き当て部１において、固着手段であるネジ締結または接着により天板構成部材４，５が接合される。
このようにすると、突き当て部１は減衰材を介さずに被接合部材と接合されるため、天板面の位置決め精度が劣化することがない。
【００２６】
また、位置計測手段は、Ｘ方向ミラー４５、及びＹ方向ミラー４６であり、先に述べたように基板が保持されている天板構成部材４に取り付けられている。
さらに、図２のように天板構成部材９１，９２は中空構造９４を有し、減衰材９３を介して接合されていても構わない。この場合も、突き当て部９０において、構成部材９１，９２がネジまたは接着により接合される。
【実施例２】
【００２７】
位置決め装置を真空雰囲気内で使用する場合、減衰材が直接真空雰囲気に触れると脱ガスが発生し、真空度が劣化する場合がある。図３はこのような場合の基板位置決め装置の天板の概念図である。この天板は、減衰材８３に対し外部雰囲気を遮断して、減衰材８３が天板外部の雰囲気に触れないようにするため、外部雰囲気に触れる部分に遮断壁84を設けて、この遮断壁84以外の接合面に減衰材83を塗布し、張り合わせる。この遮断壁は、金属、または樹脂でもよい。また、形状はベローズでもよい。さらに、この天板は、突き当て部80においてネジ締結、または接着により天板構成部材81,82を接合する。
【００２８】
また、図４は中空構造をなすように天板構成部材１３，１５を接合した天板を真空雰囲気内で使用する場合の概念図である。この天板は、減衰材１１，１２に対し外部雰囲気を遮断して、減衰材１１，１２が天板外部の雰囲気に触れないようにするため、外部雰囲気に触れる部分に遮断壁１６を設けて、この遮断壁１６以外の接合面に減衰材１１，１２を塗布し、張り合わせる。この遮断壁は、金属、または樹脂でもよい。また、形状はベローズでもよい。さらに、この天板は、遮断壁１６においてネジ締結、または接着により天板構成部材13,15を接合する。
また、図５に示すように、天板が二つの構成部材２３，２５からなっていて中空構造部２４も真空雰囲気となっている場合は、遮断壁２６は、天板の内側、及び外側の両側に配置して減衰材２１，２２に対し真空雰囲気を遮断する必要がある。
【００２９】
また、位置計測手段は実施例１のように基板が保持されている構成部材に取り付けられることが望ましい。
【実施例３】
【００３０】
次に、剛性を高くするためにリブを有する天板の場合の実施形態について、図６(ａ)及び図６(ｂ)に示す。図６はこのような場合の基板位置決め装置の天板の概念図である。
【００３１】
図６(ａ)は斜視図であり、図６(ｂ)は正面図である。リブ構造部５４を有する場合には、天板は、構成部材５１と、リブ構造部５４を有する構成部材５２とを接合して形成してあり、前記リブ構造部５４と天板構成部材５１との間の接合面にも減衰材５３を塗布することが望ましい。この場合も、実施例1のように、天板は突き当て部５６を有し、天板の位置決め精度を保証する必要がある。また、真空雰囲気内で用いる場合は、実施例２と同様に、天板は真空雰囲気に触れる部分に遮断壁を設け、減衰材５３が外部雰囲気に直接触れないようにする必要がある。この遮断壁は、金属、または樹脂でもよい。また、形状はベローズでもよい。また、位置計測手段は、実施例１の説明と同様に、基板が保持されている天板構成部材５１に取り付けられることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１（ａ）】本発明の実施例１の基板位置決め装置を示す概略斜視図である。
【図１（ｂ）】本発明の実施例１の天板を示す斜視図である。
【図１（ｃ）】本発明の実施例１の天板を示す正面図である。
【図２】本発明の実施例１の天板が中空構造を有する場合を示す概略図である。
【図３】本発明の実施例２の天板を示す概略図である。
【図４】本発明の実施例２の天板構成部材が中空構造をなすように接合されている形態を有する場合の天板を示す概略図である。
【図５】本発明の実施例２の中空構造内部も真空雰囲気となっている場合の天板を示す概略図である。
【図６（ａ）】本発明の実施例３の天板を示す概略斜視図である。
【図６（ｂ）】本発明の実施例３の天板を示す正面図である。
【図７】接合面に減衰材を塗布していない場合の天板の振動を表した図である。
【図８】接合面に減衰材を塗布した場合の天板の振動減衰を表した図である。
【図９】接合面に減衰材を塗布した場合の天板の位置ずれを表した図である。
【図１０】接合面に減衰材と突き当て部がある場合の天板を表した図である。
【図１１】基板位置決め装置制御系ゲイン位相特性図である。
【図１２】従来の基板位置決め装置を示す構成斜視図である。
【図１３】従来の基板位置決め装置の制御ブロック図である。
【図１４】従来の基板位置決め制御系ゲイン位相特性図である。
【図１５】位置計測手段が基板を保持している部材に取り付けられていない場合を表した図である。
【図１６】位置計測手段が基板を保持している部材に取り付けられている場合を表した図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，８０，９０  突き当て部
６，１１，１２，２１，２２，８３，９３  減衰材
４，５，１３，１５，２３，２５，８１，８２，９１，９２  天板構成部材
１６，２６，８４  外部雰囲気に減衰材が触れないようにするための遮断壁
１４、２４，９４  中空構造部
３１  天板
３２  Ｘステージ
３３  Ｘガイド
３４  Ｘリニアモータ固定子
３７  Ｙステージ
３８  固定Ｙガイド
３９  Ｙリニアモータ固定子
４０  Ｙリニアモータ可動子
４１  Ｙリニアモータ
４２  定盤
４３  基準面
４５  Ｘ方向ミラー
４６  Ｙ方向ミラー
５１，５２  天板構成部材
５３  減衰材
５４  リブ構造部
５５  中空構造部
５６  突き当て部
６１  突き当て部
６３  減衰材
６５  干渉計ミラー
７１  天板
１００  天板接合面
１０１  基板保持機構
【図１（ｂ）】
2005150589.tif 000003
【図１（ｃ）】
2005150589.tif 000004
【図２】
2005150589.tif 000005
【図３】
2005150589.tif 000006
【図７】
2005150589.tif 000007
【図８】
2005150589.tif 000008
【図９】
2005150589.tif 000009
【図１０】
2005150589.tif 000010
【図１５】
2005150589.tif 000011
【図１６】
2005150589.tif 000012
【図１（ａ）】
2005150589.tif 000013
【図４】
2005150589.tif 000014
【図５】
2005150589.tif 000015
【図６（ａ）】
2005150589.tif 000016
【図６（ｂ）】
2005150589.tif 000017
【図１１】
2005150589.tif 000018
【図１２】
2005150589.tif 000019
【図１３】
2005150589.tif 000020
【図１４】
2005150589.tif 000021