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JP2008182282A - Positioning device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2008182282A
JP2008182282A JP2008110730A JP2008110730A JP2008182282A JP 2008182282 A JP2008182282 A JP 2008182282A JP 2008110730 A JP2008110730 A JP 2008110730A JP 2008110730 A JP2008110730 A JP 2008110730A JP 2008182282 A JP2008182282 A JP 2008182282A
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Abstract

【目的】半導体製造装置の位置決め装置において、高速・高精度な位置決めが実現できる移動体を提供すること。
【構成】位置決め装置の移動体である天板をSiCのコンポジット材からなる一体中空構造体で構成し、軽量、高強度、高剛性を実現する。この中空構造体には、電磁継ぎ手やローレンツ力アクチュエータによって、制御特性に優れたステージ装置を実現する。さらに、中空構造体を製作する時、内部に粉体を入れて、ラップ加工することにより、ラップ面の面圧が均一になり高い面精度が実現する。
【選択図】 図2
[Object] To provide a moving body capable of realizing high-speed and high-precision positioning in a positioning apparatus of a semiconductor manufacturing apparatus.
[Structure] The top plate, which is the moving body of the positioning device, is composed of an integral hollow structure made of SiC composite material, realizing light weight, high strength, and high rigidity. In this hollow structure, a stage device having excellent control characteristics is realized by an electromagnetic joint or a Lorentz force actuator. Furthermore, when manufacturing the hollow structure, the surface pressure of the lapping surface becomes uniform and high surface accuracy is realized by putting powder inside and lapping.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造方法及び素子等の製造装置に使用される、例えば、投影露光装置や各種精密加工装置または各種精密測定装置において、半導体ウエハやマスクやレチクル等の基板を、高精度で高速移動させ、位置決めを可能ならしめるためのステージなどの位置決め装置に関する。また、このような位置決め装置を用いた露光装置を使って半導体デバイスなどを製造する方法にも適する。 The present invention is used in a method for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, etc. and a manufacturing apparatus for the element, for example, in a projection exposure apparatus, various precision processing apparatuses, or various precision measuring apparatuses, such as a semiconductor wafer, a mask, a reticle, etc. The present invention relates to a positioning device such as a stage for moving a substrate at high speed with high accuracy and enabling positioning. Further, it is also suitable for a method of manufacturing a semiconductor device or the like using an exposure apparatus using such a positioning apparatus.

図12は従来の位置決め装置であるところのXYステージを示す構成斜視図であって、これは、例えば特開平8−229759号公報に示されている。 FIG. 12 is a structural perspective view showing an XY stage as a conventional positioning device, which is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-229759.

図中において、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、その両側に固定子39と可動子40を有する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。   In the figure, 42 is a surface plate having a reference surface 43 for supporting the stage device, 38 is a fixed Y guide fixed to the surface plate 42, and the side surface is used as a reference surface. Reference numeral 37 denotes a Y stage as a moving body, which is guided by a fixed Y guide 38 and moves in the Y direction by a Y linear motor 41 having a stator 39 and a mover 40 on both sides thereof. Reference numeral 32 denotes an X stage, which includes an X linear motor movable element (not shown), is guided in the X direction by an X guide 33 provided on the Y stage 37, and is also guided by an X linear motor stator 34 provided on the Y stage 37. Thrust is applied in the X direction.

Xステージ32を構成する天板31は、図12に示すように、平板形状になっている。天板31には、X方向及びY方向の位置計測のためX方向ミラー45及び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方向及びY方向の位置が計測される。 As shown in FIG. 12, the top plate 31 constituting the X stage 32 has a flat plate shape. The top plate 31 is provided with an X direction mirror 45 and a Y direction mirror 46 for measuring positions in the X direction and the Y direction. Each mirror is irradiated with a laser beam, and the positions in the X direction and the Y direction are reflected from the reflected light. It is measured.

また、このステージに図16に示す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方向及びX,Y,Z軸回りの方向(θx、θy、θz)にも移動が可能となる。 In addition, by mounting the θZT drive mechanism shown in FIG. 16 on this stage, the stage can also be moved in the Z direction parallel to the exposure optical axis and the directions around the X, Y, and Z axes (θx, θy, θz). It becomes possible.

図12におけるXステージ32の上部が、図16における台盤151に相当する。この台盤151は、円筒状の固定部材202を有し、固定部材202に保持された多孔質パッド207は、図示しないウエハ及びウエハチャックを保持する天板31に相当する天板204と一体である案内部材203,203aの内周面を非接触で支持する。台盤151は、θリニアモータ216によってその中心軸のまわりに回転可能であり、また、周方向に等間隔で配設されたZリニアモータ215によって図示上下方向に往復移動可能である。 The upper part of the X stage 32 in FIG. 12 corresponds to the platform 151 in FIG. The platform 151 includes a cylindrical fixing member 202, and a porous pad 207 held by the fixing member 202 is integrated with a top plate 204 corresponding to the top plate 31 that holds a wafer and a wafer chuck (not shown). The inner peripheral surface of a certain guide member 203, 203a is supported without contact. The platform 151 can be rotated around its central axis by a θ linear motor 216, and can be reciprocated in the vertical direction in the figure by Z linear motors 215 arranged at equal intervals in the circumferential direction.

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、アンプ特性及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、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。 FIG. 13 is a control block diagram for each degree of freedom of the conventional positioning device. Reference numeral 57 denotes a mechanical characteristic Go of the positioning device. When a force f is input, a displacement x is generated. Reference numeral 58 denotes a control controller characteristic Gc, which includes a general controller PID characteristic, an amplifier characteristic, and each stabilization filter. When a value obtained by subtracting the displacement x from the target position xr is input, a predetermined force f is generated. For example, the displacement x during the positioning control in the X and Y directions is the output value of the laser interferometer. Following the target position of each degree of freedom with high speed and high accuracy determines the quality of the positioning device.

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の表すこの特性は、図13の機械特性Go及び制御コントローラ特性Gcを合成したものであり、一巡伝達特性と言われる。前述した高速、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(ハイゲイン化)ほど望ましい。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造部材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。 FIG. 14 is a diagram showing control system gain phase characteristics of a conventional positioning device. This characteristic shown in FIG. 14 is a combination of the mechanical characteristic Go and the controller characteristic Gc shown in FIG. 13, and is called a round transfer characteristic. In order to obtain the high-speed and high-accuracy followability described above, the gain characteristic of the positioning device is preferably higher (higher gain). However, the mechanical characteristic Go has various natural frequencies, and in the plate-shaped stage structure member 31 as in the prior art, the natural frequency having a high peak (poor damping) is in a low frequency band (300 Hz to). May occur.

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。 The vibration of the stage structure member leads to the vibration of the position measurement mirror mounted on the stage, and the positioning accuracy is deteriorated.

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。 Further, since a gain that is too high causes oscillation at the natural frequency, the gain characteristic of the control system (in FIG. 14, the zero cross frequency that is a measure of high gain is about 40 Hz) is limited.

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。 For this reason, conventionally, a stabilization filter such as a low-pass filter or a notch filter must be used frequently to compensate so as to alleviate a high peak. Or we had to design the mechanism to bring the natural frequency to a higher frequency region.

そこで、例えば、特開平11−142555号公報に示されるように、ステージ構造部材を中空構造にしているが、図15に示すように、41はXステージを構成する天板である。天板41はセラミックで成形され、図のように中空構造の成形体となっているが、この中空構造42は、二体ないしそれ以上に分割したセラミック製の要素から形成され、下部に注入口43を有している。このように、一度、二体ないしそれ以上を焼成した後、各要素は再焼結によって接合されるとされ、再焼結で接合するための中間材質は、熱膨張係数の近いアルミナ系の硝子接合などが一般的であるが、天板41の熱変形を抑えるために、熱膨張係数小さい材料を使った場合に熱膨張率差による接合面の接合強度に不安があった。さらに、他の各要素の接合方法として接着剤を用いても、接着強度と接着信頼性に不安があった。   Therefore, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-142555, the stage structure member has a hollow structure. As shown in FIG. 15, reference numeral 41 denotes a top plate constituting the X stage. The top plate 41 is formed of ceramic and has a hollow structure as shown in the figure. This hollow structure 42 is formed of ceramic elements divided into two or more parts, and has an injection port at the bottom. 43. In this way, after two or more bodies are fired once, each element is said to be joined by re-sintering, and the intermediate material for joining by re-sintering is an alumina-based glass having a close thermal expansion coefficient Joining is common, but when using a material with a small coefficient of thermal expansion in order to suppress thermal deformation of the top plate 41, there was concern about the joining strength of the joining surface due to the difference in thermal expansion coefficient. Furthermore, even if an adhesive was used as a joining method for other elements, there was anxiety in adhesive strength and adhesive reliability.

前述の従来例では、ウエハ等の基板を搭載した天板をX、Y方向の所定の位置に移動するため、レーザ干渉計で天板のXY方向の位置を管理しながら、XYステージにより台盤がXY方向に移動する。そして天板は、台盤からラジアル空気軸受の空気膜を介して駆動力を受け、所定の位置に移動する。このとき、天板と台盤は一体的に移動することが望ましい。しかし、実際には、台盤の移動に対して保持盤が受ける駆動力は、静圧軸受の空気膜の圧縮性により位相遅れが生じるという問題があった。 In the above-described conventional example, the top plate on which a substrate such as a wafer is mounted is moved to a predetermined position in the X and Y directions. Therefore, the XY stage is used to control the position of the top plate in the X and Y directions with a laser interferometer. Moves in the XY direction. The top plate receives a driving force from the base plate through the air film of the radial air bearing and moves to a predetermined position. At this time, it is desirable that the top plate and the base plate move together. However, in practice, the driving force received by the holding plate with respect to the movement of the base plate has a problem that a phase delay occurs due to the compressibility of the air film of the hydrostatic bearing.

そこで、ラジアル空気軸受をなくし、θZT駆動機構に用いているローレンツ力アクチュエータ(リニアモータ)を微動XYに利用したとしても、天板31やその上に搭載されるウエハとウエハチャックの重さと加速度に耐え得る力をローレンツ力アクチュエータ(リニアモータ)に持たせることは、モータの大きさやモータからの発熱面から非常に困難であった。 Therefore, even if the radial air bearing is eliminated and the Lorentz force actuator (linear motor) used in the θZT drive mechanism is used for fine movement XY, the weight and acceleration of the top plate 31 and the wafer mounted thereon and the wafer chuck can be reduced. It has been very difficult to give the Lorentz force actuator (linear motor) a force that can withstand the size of the motor and the heat generation surface from the motor.

さらに、特開平8−229759号公報に示されるような従来の位置決め装置であるところのXYステージの天板204は、一枚板で構成されて、板の固有振動数が上がらないという問題があった。これを、特開平11−142555号公報に示すように、中空構造42にしても、接合部材のセラミック材と中空構造体の材質の熱膨張差があると製作できない問題があるために、熱膨張係数小さい材料に適用できない問題があった。そのために、接着剤を用いると接着のバラツキによって、同一形状であっても部品によって差があったり、計算で求められる一体部品の固有振動数まで上がらないという問題があった。   Further, the top plate 204 of the XY stage, which is a conventional positioning device as disclosed in JP-A-8-229759, is composed of a single plate, and there is a problem that the natural frequency of the plate does not increase. It was. As shown in JP-A-11-142555, the hollow structure 42 has a problem that it cannot be produced if there is a difference in thermal expansion between the ceramic material of the joining member and the material of the hollow structure. There was a problem that could not be applied to materials with small coefficients. Therefore, when an adhesive is used, there is a problem that even if the shape is the same, there is a difference between parts due to adhesion variation, and the natural frequency of the integral part that is calculated is not increased.

また、従来方法では、熱膨張係数の小さい材料の時には 一枚板であったために、必要な剛性を得るために、板厚が厚くなり、剛性向上以上に天板を重くしていた。これによって、前述の加速用のリニアモータへの負荷が増大する。同時に、この加速に耐える力を出すために必要な電流は増え、リニアモータからの発熱は、電流の二乗で増加してしまう。最後に、これが、ウエハ空間の環境を乱す原因となり、半導体素子の微細加工を高速で処理することが要求されている現状において、アライメント精度やステージ精度に悪影響を及ぼし、生産性を落とすという問題があった。   Further, in the conventional method, since the material is a single plate when the material has a small coefficient of thermal expansion, in order to obtain the necessary rigidity, the plate thickness is increased, and the top plate is heavier than the rigidity improvement. This increases the load on the acceleration linear motor described above. At the same time, the current required to produce a force that can withstand this acceleration increases, and the heat generated from the linear motor increases with the square of the current. Lastly, this causes the environment of the wafer space to be disturbed, and in the current situation where microfabrication of semiconductor elements is required to be processed at high speed, there is a problem that the alignment accuracy and stage accuracy are adversely affected and productivity is lowered. there were.

本発明の目的は、半導体製造装置等の位置決め装置において、制御特性に優れ、高速・高精度な位置決めが実現できる移動体を提供することである。   An object of the present invention is to provide a moving body that is excellent in control characteristics and can realize high-speed and high-precision positioning in a positioning apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus.

上記目的を達成するために、本発明の位置決め装置は、N2雰囲気、He雰囲気、真空雰囲気のいずれかの環境で被移動物を移動させるための位置決め装置において、被移動物を保持するための第一の板と、該第一の板を保持する第二の板とを有し、該第二の板の材質がセラミックからなる材料からなり、該第二の板の構造が同一種材質で形成され中空内部を有する中空構造になっていて、前記中空内部には該第二の板のねじれモードに対する固有振動数を高めるリブ構造を有し、前記環境において前記中空内部と外気を導通するための穴があることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a positioning device of the present invention is a positioning device for moving a moving object in any one of an N2 atmosphere, a He atmosphere, and a vacuum atmosphere . A second plate for holding the first plate, and the second plate is made of a ceramic material, and the structure of the second plate is made of the same kind of material. A hollow structure having a hollow interior, wherein the hollow interior has a rib structure for increasing a natural frequency with respect to a torsion mode of the second plate, and for conducting the hollow interior and the outside air in the environment. It is characterized by a hole.

また、ウエハチャックと天板とウエハ等の被移動物の相対位置を知るための複数の光学ミラーは、同じ材質でできていることが好ましく、いずれも中空構造になっていることが好ましい。   In addition, the plurality of optical mirrors for knowing the relative positions of the wafer chuck, the top plate, and the moving object such as the wafer are preferably made of the same material, and preferably all have a hollow structure.

また、この一体中空天板は、6自由度に被移動物を所定の位置に移動するために短ストロークの電磁力を使ったアクチュエータと天板の重力方向を支持する機構を具備していることを特徴としてもよい。   In addition, this integrated hollow top plate is provided with an actuator using a short stroke electromagnetic force and a mechanism for supporting the gravity direction of the top plate in order to move the moving object to a predetermined position with six degrees of freedom. May be a feature.

本発明に係る位置決め装置全体は、前記短ストロークの電磁力アクチュエータとは別に長ストロークに天板をXY移動させることができる長ストロークの電磁力アクチュエータを具備することが好ましく、その長ストロークの電磁力アクチュエータによって、移動されるステージであるXステージを具備し、前記短ストロークの電磁力アクチュエータと天板の重力方向を支持する機構は、Xステージに支持されている。そして、前記短ストローク電磁力アクチュエータとは、被移動物を水平面方向とヨーイング方向に所定位置に制御させるために少なくとも3つ以上のローレンツ力アクチュエータを具備することが好ましい。更に、水平面方向の被移動物を移動させるための加速度を補う電磁石アクチュエータを具備することが好ましい。そして、ローレンツ力アクチュエータと電磁石アクチュエータの力点と天板の重心との差を小さくするために、電磁石アクチュエータの可動側が取付けられる天板部分の裏面に掘り込みがある中空天板構造になっていることが好ましい。前記ローレンツ力アクチュエータは、被移動物が露光位置にある時に、最大推力定数の数%以内となるように、該アクチュエータのコイルと磁石を配置することが好ましい。 The entire positioning device according to the present invention preferably includes a long-stroke electromagnetic force actuator capable of moving the top plate XY in a long stroke separately from the short-stroke electromagnetic force actuator. An X stage that is a stage moved by an actuator is provided, and the mechanism for supporting the short stroke electromagnetic force actuator and the gravity direction of the top plate is supported by the X stage. The short stroke electromagnetic force actuator preferably includes at least three Lorentz force actuators in order to control the object to be moved at predetermined positions in the horizontal plane direction and the yawing direction. Furthermore, it is preferable to provide an electromagnet actuator that compensates for acceleration for moving the object to be moved in the horizontal plane direction. And in order to reduce the difference between the power point of the Lorentz force actuator and the electromagnetic actuator and the center of gravity of the top plate, it has a hollow top plate structure in which the back side of the top plate portion to which the movable side of the electromagnetic actuator is attached is dug. Is preferred. In the Lorentz force actuator, it is preferable to arrange the coil and magnet of the actuator so that the object to be moved is within a few percent of the maximum thrust constant when the moving object is at the exposure position.

また、被移動物を垂直方向とピッチング・ローリング方向の所定位置に制御させるために少なくとも3つ以上のローレンツ力アクチュエータを具備し、被移動物を搬送させるために必要な前記第二の板の移動が可能なストロークを具備することが好ましく、天板の重力方向の荷重を支持するために、天板と天板に取付けられるウエハやチャックやミラーやローレンツ力アクチュエータ可動部や電磁石アクチュエータ可動部や自重補償部可動部を合わせた重さに等しいかほぼ等しい力を発生させる磁石の反発力・吸引力または、コイルバネ等で構成される自重補償機構を具備していることが好ましい。   In addition, at least three Lorentz force actuators are provided to control the object to be moved to predetermined positions in the vertical direction and the pitching / rolling direction, and the movement of the second plate necessary for conveying the object to be moved In order to support the load of the top plate in the direction of gravity, the top plate and the wafer, chuck, mirror, Lorentz force actuator movable portion, electromagnetic actuator movable portion, self-weight, etc. It is preferable to provide a self-weight compensation mechanism including a repulsive force / attraction force of a magnet that generates a force equal to or substantially equal to the combined weight of the compensation unit movable unit, or a coil spring.

天板に取付けられるアクチュエータは、アクチュエータによる発熱によって、天板やミラーやウエハ等が変形することを低減させるために、アクチュエータのコイルがXステージ側にあるように構成されていることを特徴としてもよい。また、Xステージの上板から中空天板上に搭載される例えばチャック等に必要とされる電気・気体・液体を通すための配管等及び実装配線が、中空天板の中央部又は最外周部にあって、配線・配管による振動伝達率が、小さいことを特徴としてもよい。 The actuator attached to the top plate is also characterized in that the coil of the actuator is on the X stage side in order to reduce deformation of the top plate, mirror, wafer, etc. due to heat generated by the actuator. Good. Also, for example, piping, etc. for passing electricity, gas, liquid, etc. and mounting wiring required for a chuck or the like mounted on the hollow top plate from the upper plate of the X stage are the central part or outermost peripheral part of the hollow top plate. Then, the vibration transmissibility by wiring and piping may be small.

また、Xステージの上板は、ウエハを搬送ハンドからチャックに移動させるために、ウエハを一時保持するための受け渡し支持棒を具備していることが好ましい。受け渡し支持棒は、最低3本から構成され、チャックや中空天板を貫通している。中空天板が、Z方向のローレンツ力アクチュエータと自重補償機構の関係により上下すると、受け渡し支持棒がチャックの上面から突出し、受け渡し支持棒が受け渡しのためのウエハを一時支持することが可能となる。 Moreover, it is preferable that the upper plate of the X stage includes a delivery support bar for temporarily holding the wafer in order to move the wafer from the transfer hand to the chuck. The delivery support bar is composed of at least three and penetrates the chuck and the hollow top plate. When the hollow top plate moves up and down due to the relationship between the Z-direction Lorentz force actuator and the self-weight compensation mechanism, the transfer support bar protrudes from the upper surface of the chuck, and the transfer support bar can temporarily support the wafer for transfer.

中空天板のある面を仕上げ加工する方法として、中空天板の中空内部と外気との導通穴を通して、中空構造体の中空内部に粉体を入れてもよい。この粉体を入れることで、粉体によって充填された前記中空内部の重量が該中空内部を中空構造体の素材で充填した重量に等しくなっていれば、ラップ時、面圧一定にすることによって、高い面精度が得られるという特徴がある。また、被移動物の相対位置を知るのに必要とされるミラー面の製造工程は、前記中空天板に機械的な固定をした後に行うことができる。 As a method for finishing the surface with the hollow top plate, powder may be put into the hollow inside of the hollow structure through the conduction hole between the hollow inside of the hollow top plate and the outside air. By putting this powder, if the weight of the hollow interior filled with the powder is equal to the weight of the hollow interior filled with the material of the hollow structure, the surface pressure is kept constant at the time of lapping. There is a feature that high surface accuracy can be obtained. Moreover, the manufacturing process of the mirror surface required in order to know the relative position of a to-be-moved object can be performed after mechanically fixing to the said hollow top plate.

要するに、本発明では、位置決め装置の移動体である天板を熱膨張率が1.0e−6(1/℃)以下の低熱膨張材や無機質繊維複合材やSiCやSiCのコンポジット材からなる一体中空構造体で構成し、熱変形に強く、軽量、高強度、高剛性を実現する。この中空構造体には、電磁継ぎ手やローレンツ力アクチュエータによって、制御特性に優れた位置決め装置を実現する。さらに、中空構造体を製作する時、中空内部に粉体を入れて、ラップ加工することにより、ラップ面の面圧が均一になり高い面精度が実現する。   In short, in the present invention, the top plate, which is a moving body of the positioning device, is integrally formed of a low thermal expansion material having a coefficient of thermal expansion of 1.0e-6 (1 / ° C.) or less, an inorganic fiber composite material, SiC or SiC composite material. It is composed of a hollow structure and is resistant to thermal deformation, realizing light weight, high strength, and high rigidity. In this hollow structure, a positioning device with excellent control characteristics is realized by an electromagnetic joint or a Lorentz force actuator. Furthermore, when manufacturing the hollow structure, the surface pressure of the lapping surface becomes uniform and high surface accuracy is realized by putting powder in the hollow and lapping.

本発明では、ステージの構造部材おいて、最も精度に影響を及ぼす天板を前記熱膨張率が1.0e−6(1/℃)以下の低熱膨張材または無機質繊維複合材またはSiCまたはSiCとSiから形成されるSiCのコンポジット材からなる一体中空構造で、そのリブ構造が、天板の側板と側板が接する隅部から離れた側板の腹部から始まり図形対象位置関係をもつ別の側板の腹部につながるようにしたことによって、天板は、軽量、高強度、及び高剛性を実現することができた。また、電磁継ぎ手やローレンツ力アクチュエータによって、制御特性に優れた位置決め装置を実現できる。   In the present invention, in the structural member of the stage, the top plate that most affects the accuracy is a low thermal expansion material, an inorganic fiber composite material, SiC, or SiC having a thermal expansion coefficient of 1.0e-6 (1 / ° C.) or less. An integrated hollow structure made of SiC composite material formed from Si, and its rib structure starts from the abdomen of the side plate away from the corner where the side plate of the top plate contacts the side plate, and the abdomen of another side plate having a positional relationship with the graphic object As a result, the top plate can realize light weight, high strength, and high rigidity. In addition, a positioning device having excellent control characteristics can be realized by an electromagnetic joint or a Lorentz force actuator.

さらに、中空天板の上下移動できるストロークを持ったローレンツ力アクチュエータのストローク位置により推力定数の配分を最適化することによって、温度環境への影響を最小限にしたウエハ等の基板交換と露光時フォーカス制御を実現した。 In addition, by optimizing the distribution of thrust constants based on the stroke position of the Lorentz force actuator with a stroke that allows the hollow top plate to move up and down, it is possible to replace substrates such as wafers with minimal influence on the temperature environment and focus during exposure Realized control.

中空構造体の内部に粉体を入れて、ラップ加工することにより、ラップ面の面圧が均一になり高い面精度を実現することができた。
これらによって、高速で、高精度に位置決めする位置決め装置を提供することができ、露光装置において、高い生産性とアライメント精度を実現できる。
By putting powder in the hollow structure and lapping, the surface pressure of the lapping surface became uniform and high surface accuracy could be realized.
Accordingly, it is possible to provide a positioning device that performs high-speed and high-accuracy positioning, and high productivity and alignment accuracy can be realized in the exposure apparatus.

本発明の実施形態に係る位置決め装置について、被移動物が感光基板としてのウエハである場合を例として、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は被移動物が感光パターンを有する原版の場合にも適用可能である。   A positioning apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking as an example the case where the object to be moved is a wafer as a photosensitive substrate. The present invention can also be applied to the case where the object to be moved is an original having a photosensitive pattern.

図1は本発明の第一の実施形態に係る位置決め装置を構成する天板及びその周辺を示す概略上面図、図2はそのa−a断面図、図3はb−b断面図である。この位置決め装置は、第一の板としてのチャック1とこのチャック1を保持する第二の板としての中空天板2、ミラー3、電磁継ぎ手4、自重補償機構6、及び受け渡し支持棒8を有し、中空天板2等の位置を微調整するためのX方向微動リニアモータLMX、Y方向微動リニアモータLMY及びZ方向微動リニアモータLMZ等を備え、これらをXステージ上板51a上に配設して構成されている。   FIG. 1 is a schematic top view showing a top plate and its periphery constituting a positioning device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line aa, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line bb. This positioning device has a chuck 1 as a first plate, a hollow top plate 2 as a second plate for holding the chuck 1, a mirror 3, an electromagnetic joint 4, a self-weight compensation mechanism 6, and a delivery support rod 8. The X-direction fine movement linear motor LMX, the Y-direction fine movement linear motor LMY, the Z-direction fine movement linear motor LMZ, etc. for finely adjusting the position of the hollow top plate 2 and the like are provided on the X stage upper plate 51a. Configured.

図において、中空天板2は、焼結前に一体中空構造としたものを焼結して形成したものである。この中空天板2は、無機質繊維複合材やSiCとSiから形成されるSiCのコンポジット材からなり、その全体が同一種材質で焼結して形成されている。2体以上の部品を接着剤や再焼結によるガラス接合のような異種材を用いずに、焼結させるために、従来のような接合部での剛性劣化がない。
また、熱膨張率が1.0e−6(1/℃)以下の低熱膨張材やSiCからなる場合では、中空構造にするために同時に一体焼結できず、2体以上の部品になる。このような場合であっても、熱膨張係数が合わない接着剤やガラス接合のようなものではなく、熱膨張率差を吸収するようにメタル接合を用いることによって従来のような接合部での剛性劣化がない。これによって、同一種材質で一体中空構造にすることができる。
In the figure, the hollow top plate 2 is formed by sintering an integrated hollow structure before sintering. The hollow top plate 2 is made of an inorganic fiber composite material or a SiC composite material formed of SiC and Si, and is entirely formed by sintering with the same kind of material. Since two or more parts are sintered without using dissimilar materials such as glass bonding by an adhesive or re-sintering, there is no deterioration in rigidity at the joint portion as in the prior art.
In the case of being made of a low thermal expansion material or SiC having a thermal expansion coefficient of 1.0e-6 (1 / ° C.) or less, it is impossible to sinter at the same time in order to obtain a hollow structure, resulting in two or more parts. Even in such a case, it is not like adhesive or glass bonding that does not match the thermal expansion coefficient, but by using metal bonding so as to absorb the difference in thermal expansion coefficient, There is no deterioration of rigidity. Thereby, it is possible to make an integral hollow structure with the same kind of material.

また、この中空天板2は、剛性を確保するために、図5や図6に示すようなリブ構造になっており、リブ構造で構成された中空内部H2を外気と導通させるための導通穴H2aを具備している。外気とは、例えば、大気だけでなく、N2 雰囲気やHe雰囲気や真空である。中空構造の製造時は不活性ガス雰囲気中で行われるが、これと、ステージ搭載時や保管時の環境と異なる。導通穴H2aは、この中空天板2内に残留したガスが前記雰囲気に漏れ出し、その漏れ出したガスによってステージ環境を汚し、真空度が上がらないということが発生しないようにするために、設けられている。 Further, in order to ensure rigidity, the hollow top plate 2 has a rib structure as shown in FIGS. 5 and 6, and a conduction hole for conducting the hollow interior H2 constituted by the rib structure with the outside air. H2a. Outside air is, for example, not only air but also N 2 atmosphere, He atmosphere, and vacuum. Although the hollow structure is manufactured in an inert gas atmosphere, this is different from the environment when the stage is mounted or stored. The conduction hole H2a is provided in order to prevent the gas remaining in the hollow top plate 2 from leaking into the atmosphere and causing the stage environment to be contaminated by the leaked gas and the degree of vacuum does not increase. It has been.

中空天板2の上面には、感光基板であるウエハWを搭載するためにウエハチャック1があり、このチャック1は、図示されないバキュームエアや機械的クランプによって、天板2に固定されている。ウエハWも、図示されないバキュームエアや静電気力によってチャック1にクランプされている。   On the upper surface of the hollow top plate 2, there is a wafer chuck 1 for mounting a wafer W which is a photosensitive substrate, and this chuck 1 is fixed to the top plate 2 by vacuum air or mechanical clamp (not shown). The wafer W is also clamped to the chuck 1 by vacuum air or electrostatic force (not shown).

さらに、ウエハWの相対位置を計測するために、ミラー3を持つ。このミラー3は、図2では、一つしか示されていないが、6自由度を計測できるように、複数存在する。図1では、ミラー3の上面図が本来見えるはずであるが、省略している。ミラー3と中空天板2の固定方法は、例えば、特開平5−19157号公報に示されている方法による。 Further, in order to measure the relative position of the wafer W, a mirror 3 is provided. Although only one mirror 3 is shown in FIG. 2, a plurality of mirrors 3 exist so that six degrees of freedom can be measured. In FIG. 1, the top view of the mirror 3 should be visible, but is omitted. The method of fixing the mirror 3 and the hollow top plate 2 is, for example, according to the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-19157.

チャック1やミラー3も、中空天板2と同じ材料で構成されており、熱膨張率及び熱伝導率が等しい。これにより、露光熱やアクチュエータの熱により、天板2の温度が変化しても、中空天板2とミラー3間や中空天板2とチャック1間で、熱膨張率差による変形が生じない。さらに、チャック1やミラー3も中空構造をしていて中空内部H1,H3があるため、軽量・高剛性を実現することが可能となった。チャック1やミラー3が軽量化することは、中空天板2を含めた可動体全体の固有振動数を向上させる効果がある。 The chuck 1 and the mirror 3 are also made of the same material as the hollow top plate 2 and have the same thermal expansion coefficient and thermal conductivity. Thereby, even if the temperature of the top plate 2 changes due to the exposure heat or the heat of the actuator, deformation due to the difference in thermal expansion coefficient does not occur between the hollow top plate 2 and the mirror 3 or between the hollow top plate 2 and the chuck 1. . Furthermore, since the chuck 1 and the mirror 3 also have a hollow structure and have hollow interiors H1 and H3, it is possible to realize light weight and high rigidity. Reduction in weight of the chuck 1 and the mirror 3 has an effect of improving the natural frequency of the entire movable body including the hollow top plate 2.

中空天板2は、下面に、6自由度にウエハWを所定の位置に移動するために電磁力を使ったアクチュエータと、天板2の重力方向を支持する機構とを具備している。電磁力を使ったアクチュエータには、二つのタイプがある。一つはXY方向の加速力を受け持つ電磁継ぎ手4であり、他の一つは6自由度を制御するためのローレンツ力アクチュエータとしての微動リニアモータLMである。前記アクチュエータは、短ストロークであり、図17に示すような長ストローク移動できるXステージ51の上板51aの上に載っている。   The hollow top plate 2 includes an actuator using electromagnetic force to move the wafer W to a predetermined position with six degrees of freedom and a mechanism for supporting the gravity direction of the top plate 2 on the lower surface. There are two types of actuators that use electromagnetic force. One is an electromagnetic joint 4 that handles acceleration force in the XY directions, and the other is a fine movement linear motor LM as a Lorentz force actuator for controlling six degrees of freedom. The actuator has a short stroke and is mounted on an upper plate 51a of an X stage 51 that can move for a long stroke as shown in FIG.

ここで、この長ストロークステージ部分として、Yステージ54及びXステージ51について説明する。Yステージ54は、Yステージガイド54aの下面側にある図示しない静圧空気軸受けに給気することにより定盤55から浮上され、その両側に配置された二つの駆動アクチュエータ54cにより、定盤55の片側に設けられている固定ガイド52と一方のYステージガイド54aの側面に図示しない静圧空気軸受けに給気することにより固定ガイド52に沿って水平方向に案内されY方向に移動可能である。また、Xステージ51は、Xステージベース51cの下面側にある図示しない静圧空気軸受けに給気することにより、Yステージ54と同様に定盤55から浮上され、Yステージ54の側面54bとXステージガイド51bに図示しない静圧空気軸受けに給気することにより側面54bに沿って水平方向に案内され、駆動アクチュエータ51dによりX方向に移動可能である。このとき、Xステージ51及びYステージ54は、複数の与圧用磁石ユニットによって、常に一定の姿勢となるように調整されている。この長ストローク部分のステージには、不図示のレーザ干渉計が具備されている。この干渉計に対応するミラーは、従来の天板に配置したような光学ミラーをXステージ51の上面に設けても良いし、Y方向はYステージの部分54d上に各々1個配置し、Xステージ51の位置は、Yステージ54からXステージ51上の光学ミラーの位置を計測する形で検出しても良い。この長ストロークの部分において、長ストローク部分の制御のためにレーザ干渉計システムを付加する以外は、特開平8−229759号公報に開示のステージと共通であっても良い。   Here, the Y stage 54 and the X stage 51 will be described as the long stroke stage portion. The Y stage 54 is levitated from the surface plate 55 by supplying air to a static pressure air bearing (not shown) on the lower surface side of the Y stage guide 54a, and the two drive actuators 54c arranged on both sides of the Y stage 54 are By supplying air to a static pressure air bearing (not shown) on the side surface of the fixed guide 52 provided on one side and one Y stage guide 54a, the guide is horizontally guided along the fixed guide 52 and movable in the Y direction. The X stage 51 is levitated from the surface plate 55 in the same manner as the Y stage 54 by supplying air to a static pressure air bearing (not shown) on the lower surface side of the X stage base 51c. The stage guide 51b is guided in the horizontal direction along the side surface 54b by supplying air to a static pressure air bearing (not shown), and can be moved in the X direction by the drive actuator 51d. At this time, the X stage 51 and the Y stage 54 are adjusted by a plurality of pressurizing magnet units so as to always have a constant posture. A laser interferometer (not shown) is provided on the stage of the long stroke portion. As the mirrors corresponding to the interferometer, optical mirrors such as those arranged on a conventional top plate may be provided on the upper surface of the X stage 51, and one Y direction is arranged on the portion 54d of the Y stage. The position of the stage 51 may be detected by measuring the position of the optical mirror on the X stage 51 from the Y stage 54. The long stroke portion may be the same as the stage disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-229759 except that a laser interferometer system is added to control the long stroke portion.

従来は、XY方向の最終位置決め制御も、ラジアル空気軸受けを介して、この長ストロークである駆動アクチュエータ54cや駆動アクチュエータ51dでウエハWの位置をコントロールしていた。本実施形態では、XY方向の最終位置決め制御は、先に説明した中空天板2の下面のローレンツ力アクチュエータである微動リニアモータLMX,LMYによって行われる。そのため、この長ストロークの制御性能を下げることが可能であり、部品コストや調整コストも下げることが可能となった。さらに、従来は制御特性を重視するために、長ストロークアクチュエータもローレンツ力アクチュエータである必要はなく、発熱や推力を重視した他のリニアモータのタイプであっても良い。   Conventionally, in the final positioning control in the XY directions, the position of the wafer W is controlled by the drive actuator 54c and the drive actuator 51d having the long stroke via the radial air bearing. In the present embodiment, final positioning control in the XY directions is performed by the fine movement linear motors LMX and LMY which are Lorentz force actuators on the lower surface of the hollow top plate 2 described above. Therefore, it is possible to reduce the control performance of this long stroke, and it is possible to reduce the component cost and the adjustment cost. Furthermore, conventionally, in order to place importance on the control characteristics, the long stroke actuator need not be a Lorentz force actuator, but may be another linear motor type that places importance on heat generation and thrust.

ここで、長ストロークアクチュエータが発生した加速力を、中空天板2を含む微動可動部に伝達するのが電磁継ぎ手4である。電磁継ぎ手4は1ユニットでは、吸引力方向の力しか発生しないので、図2に示すように、X方向に二つ対向して配置される。図示されていないが、紙面の上下方向にY方向用に二つ対向して配置される。電磁継ぎ手4は、Xステージ上板51a上の中央部に固定側4bが配置され、中空天板2側に可動側4aが配置される。発熱や実装の面から、電磁継ぎ手4のコイルは、固定側(不図示)にある。可動側4aも固定側4bも電磁鋼板によって構成されている。固定側4bの積層鋼板は、コイルを入れることができるように、E型やU型の形状をしている。電磁継ぎ手4の可動側4aと固定側4bには、適当なギャップが存在する。このギャップ量は、対向する電磁継ぎ手4の面の加工・組立精度と制御やウエハアライメントのために6自由度移動するのに必要なストロークと加速時に長ストロークアクチュエータによって制御されるXステージ51と微動可動部の位置との差分(長ストローク側の制御残差)によって決定される。また、微動可動部がウエハWを回転方向に位置決めする時に、電磁継ぎ手4の部分も、Z軸周りに干渉しないように、対向する面は、円筒状になっている。 Here, it is the electromagnetic joint 4 that transmits the acceleration force generated by the long stroke actuator to the fine movement movable portion including the hollow top plate 2. Since one electromagnetic coupling 4 generates only a force in the attractive force direction in one unit, two electromagnetic couplings 4 are arranged opposite to each other in the X direction as shown in FIG. Although not shown in the drawing, they are arranged so as to be opposed to each other in the Y direction in the vertical direction of the page. As for the electromagnetic coupling 4, the fixed side 4b is arrange | positioned at the center part on the X-stage upper board 51a, and the movable side 4a is arrange | positioned at the hollow top plate 2 side. From the viewpoint of heat generation and mounting, the coil of the electromagnetic coupling 4 is on the fixed side (not shown). Both the movable side 4a and the fixed side 4b are made of electromagnetic steel plates. The laminated steel plate on the stationary side 4b has an E shape or a U shape so that a coil can be inserted. There is an appropriate gap between the movable side 4a and the fixed side 4b of the electromagnetic coupling 4. This gap amount depends on the X stage 51 and the fine movement controlled by the long stroke actuator at the time of acceleration and the stroke required for the movement and assembly accuracy and control of the surface of the electromagnetic coupling 4 facing and wafer alignment. It is determined by the difference (control residual on the long stroke side) from the position of the movable part. Further, when the fine movement movable portion positions the wafer W in the rotation direction, the opposing surface is also cylindrical so that the portion of the electromagnetic coupling 4 does not interfere around the Z axis.

上記の4つの電磁継ぎ手4で構成されたユニットの対向する面の円弧の中心は、すべて同一である。加工精度の面から同一半径であることが望ましい。円弧のXY平面内の中心は、中空天板2を含む微動可動部の重心Gとできるだけ等しいことが望ましい。 The centers of the arcs of the opposing surfaces of the unit composed of the four electromagnetic joints 4 are all the same. The same radius is desirable in terms of machining accuracy. It is desirable that the center of the arc in the XY plane is as equal as possible to the center of gravity G of the finely movable portion including the hollow top plate 2.

中空天板2の下面には、前述したように、もう一つのアクチュエータとして6自由度に制御させるためにローレンツ力アクチュエータである微動リニアモータLMを配置している。XY方向に微動させるための微動リニアモータLMX,LMYは、電磁継ぎ手4の外側に配置し、X軸上に二つのY方向の微動リニアモータLMYと、Y軸上に二つのX方向の微動リニアモータLMXがある。ヨーイング方向の制御は、Y方向微動リニアモータLMYかX方向微動リニアモータLMXのどちらかのリニアモータによって行われる。その他の配置として、XY方向の微動リニアモータLMX,LMYのどちらかのリニアモータを1個として、微動可動部の重心に配置することも可能である。XY方向微動リニアモータLMX,LMYは、いずれも発熱・実装の面から、可動側LMX1,LMY1に磁石とヨークとを配置し、発熱するコイルを固定側LMX2,LMY2にしている。 As described above, a fine movement linear motor LM, which is a Lorentz force actuator, is arranged on the lower surface of the hollow top plate 2 so as to be controlled with six degrees of freedom as another actuator. Fine movement linear motors LMX and LMY for fine movement in the XY directions are arranged outside the electromagnetic coupling 4, and two fine movement linear motors LMY in the Y direction on the X axis and two fine movement linears in the X direction on the Y axis. There is a motor LMX. The control in the yawing direction is performed by either the Y-direction fine movement linear motor LMY or the X-direction fine movement linear motor LMX. As another arrangement, it is also possible to arrange one linear motor of fine movement linear motors LMX and LMY in the XY direction at the center of gravity of the fine movement movable part. In the XY direction fine motion linear motors LMX and LMY, from the viewpoint of heat generation / mounting, magnets and yokes are arranged on the movable sides LMX1 and LMY1, and the heat generating coils are set to the fixed sides LMX2 and LMY2.

Z方向とピッチング・ローリング方向を制御するために、図1に示すように3つのZ方向微動リニアモータLMZを天板2の下面の周辺に配置している。図3は図1のb−b矢視から見た側面図である。XY方向微動リニアモータLMX、LMYと同様に、Z方向微動リニアモータLMZも、発熱・実装の面から、可動側LMZ1に磁石とヨークとを配置し、発熱するコイルを固定側LMZ2にしている。 In order to control the Z direction and the pitching / rolling direction, three Z-direction fine movement linear motors LMZ are arranged around the lower surface of the top plate 2 as shown in FIG. FIG. 3 is a side view as seen from the direction of arrows bb in FIG. Similarly to the XY direction fine movement linear motors LMX and LMY, the Z direction fine movement linear motor LMZ also has a magnet and a yoke arranged on the movable side LMZ1 from the viewpoint of heat generation and mounting, and the heat generating coil is set to the fixed side LMZ2.

さらに、中空天板2の下面には、自重補償機構6が装備されている。この自重補償機構6は、その発生する力が図3に示すように微動可動部の重量とほぼ等しくなるようになっている。その力残差は、中空天板2の上下位置により自重補償機構6より発生する力が変化することによる。この力残差は、Z方向の微動リニアモータLMZによって、完全に取り除かれる。この力残差によって、定常的に大きな推力をZ方向の微動リニアモータLMZが発生する必要があり、自重補償機構6が発生する力は、微動リニアモータLMの発熱によって、中空天板2の周りの環境が悪化することのないように調整されている。発生する力変動を少なくするために、自重補償機構6としては、吸引磁石6aと圧縮バネ6bを併用することにより実現している。これ以外にも、同様の効果を発揮するベロフラムや磁石反発であっても良い。 Furthermore, a self-weight compensation mechanism 6 is provided on the lower surface of the hollow top plate 2. The self-weight compensation mechanism 6 is configured such that the generated force is substantially equal to the weight of the fine movement movable portion as shown in FIG. The force residual is due to a change in the force generated by the self-weight compensation mechanism 6 depending on the vertical position of the hollow top plate 2. This force residual is completely removed by the fine movement linear motor LMZ in the Z direction. Due to this force residual, it is necessary for the fine movement linear motor LMZ to generate a large thrust constantly in the Z direction. The force generated by the self-weight compensation mechanism 6 is generated around the hollow top plate 2 by the heat generated by the fine movement linear motor LM. The environment has been adjusted so as not to deteriorate. In order to reduce the generated force fluctuation, the self-weight compensation mechanism 6 is realized by using the attractive magnet 6a and the compression spring 6b in combination. In addition to this, a belofram or magnet repulsion that exhibits the same effect may be used.

この自重補償機構6は、Z方向微動リニアモータLMZと同軸にすると、自重補償機構6で取りきれない力残差を中空天板2に与えないので、同軸上にある方が望ましい。 When the self-weight compensation mechanism 6 is coaxial with the Z-direction fine movement linear motor LMZ, it does not give the hollow top plate 2 a force residual that cannot be removed by the self-weight compensation mechanism 6, so that it is desirable that the self-weight compensation mechanism 6 be coaxial.

電磁継ぎ手4の固定側から、ウエハWの交換時に、一時的にウエハWを保持するための受け渡し支持棒8は、3本具備している。ウエハWがチャック1に保持されているような露光等の時は、受け渡し支持棒8の上面よりも、ウエハWの下面やチャック1の上面が上方にある状態になっている。受け渡し支持棒8自身には上下する機能はなく、中空天板2全体が、Z方向の微動リニアモータLMZによって下方に動くことによって、図4に示すように、チャック1の上面より飛び出す。結果として、支持棒8は、ウエハWの裏面で、ウエハWを保持できる。ウエハWを搬送するために搬送ハンド9が出入できる隙間まで、中空天板2全体を下げることによって、ウエハWの裏面とチャック1の上面の間隔を作る。これによって、搬送ハンド9により、ウエハWの交換も可能である。 Three transfer support rods 8 for temporarily holding the wafer W when the wafer W is replaced from the fixed side of the electromagnetic coupling 4 are provided. During exposure such as when the wafer W is held on the chuck 1, the lower surface of the wafer W and the upper surface of the chuck 1 are above the upper surface of the delivery support bar 8. The delivery support bar 8 itself does not have a function of moving up and down, and the entire hollow top plate 2 jumps out of the upper surface of the chuck 1 as shown in FIG. 4 by moving downward by the fine movement linear motor LMZ in the Z direction. As a result, the support bar 8 can hold the wafer W on the back surface of the wafer W. The space between the back surface of the wafer W and the top surface of the chuck 1 is created by lowering the entire hollow top plate 2 to a gap where the transfer hand 9 can enter and exit to transfer the wafer W. Thus, the wafer W can be exchanged by the transfer hand 9.

さらに、ミラー3は、露光位置からウエハ受け渡し等で、下方に中空天板2が下がった場合であっても、レーザ干渉計で計測できるような高さになっている。 Further, the mirror 3 has such a height that it can be measured by a laser interferometer even when the hollow top plate 2 is lowered downward from the exposure position by wafer transfer or the like.

XY方向微動リニアモータLMX,LMYとZ方向微動リニアモータLMZは、図4に示すように、チャック1のクリーニングで、露光位置よりアップした場合や、ウエハWの交換によってダウンした場合でも、推力が発生するような磁石とコイル配置になっている。この時、ウエハWの交換の時間が短く、発熱量として小さいので、露光位置にいる時と同じ推力を出す必要はなく、推力定数を露光位置の時に比べて、10%程度小さくすることによって、微動リニアモータLMはコンパクトにする方が良い。どの位置でもむやみに同じ推力を維持しようと大きい微動リニアモータLMにすると、磁石も大きくなり微動可動部が重くなり、電磁継ぎ手4が加速時に受け持つ負荷が増え、電磁継ぎ手4が発熱し、その発熱で、環境に影響を与える。この発熱で天板2の温度が上昇し、ウエハWとミラー3間の距離が変化してしまうという問題を起こす。また、粗動リニアモータの負荷も増える。さらに、比較的大きい微動リニアモータLMによって、Z方向にも大きくなると、微動可動部重心Gが粗動リニアモータの駆動点(力点)よりも離れてしまう。これによるモーメントを受ける図17のXステージ51の下面は静圧空気軸受けの負荷が増える。単位面積当たりの静圧空気軸受けの負荷が決まっているので、Xステージ51の下面を大きくすることになる。これは、Xステージ51を大きくすることになり、Xステージ51を搬送するXリニアモータやこれをさらに搬送するYステージ54のリニアモータに負荷をかけることになる。このように、負荷を下流に向けて増大させる傾向にあり、本実施形態の構成の場合、微動リニアモータLMをコンパクトすることは重要である。図2に示すように、微動リニアモータLMは、露光位置におけるコイルと磁石の関係が非対称位置(センタが一致している)にあり、露光位置にいる時に最大推力定数の数%以内にあるようにコイルと磁石を配置することを特徴としている。 As shown in FIG. 4, the XY fine linear motors LMX and LMY and the Z fine linear motor LMZ generate thrust even when the chuck 1 is cleaned up from the exposure position or down due to wafer W replacement. It has a magnet and coil arrangement that can be generated. At this time, since the time for exchanging the wafer W is short and the heat generation amount is small, it is not necessary to produce the same thrust as that at the exposure position, and by making the thrust constant about 10% smaller than that at the exposure position, The fine movement linear motor LM should be made compact. If a large fine motion linear motor LM is used to maintain the same thrust at any position, the magnet becomes larger and the fine motion movable part becomes heavier. It affects the environment. This heat generation raises the temperature of the top 2 and causes a problem that the distance between the wafer W and the mirror 3 changes. In addition, the load on the coarse motion linear motor increases. Furthermore, if the relatively large fine movement linear motor LM is also increased in the Z direction, the fine movement movable portion gravity center G is separated from the driving point (power point) of the coarse movement linear motor. The lower surface of the X stage 51 in FIG. 17 that receives the moment due to this increases the load of the static pressure air bearing. Since the load of the static pressure air bearing per unit area is determined, the lower surface of the X stage 51 is enlarged. This increases the size of the X stage 51 and places a load on the X linear motor that transports the X stage 51 and the linear motor of the Y stage 54 that transports the X stage 51 further. Thus, the load tends to increase toward the downstream, and in the case of the configuration of the present embodiment, it is important to make the fine movement linear motor LM compact. As shown in FIG. 2, in the fine movement linear motor LM, the relationship between the coil and the magnet at the exposure position is in an asymmetric position (centers are coincident), and is within a few percent of the maximum thrust constant when in the exposure position. It is characterized by arranging a coil and a magnet.

露光時に最大推力定数でなく、最大推力定数の数%以内に設定するのは、ウエハ交換によってダウンした時の推力定数の低下が20%を超えると、短時間であっても、熱の影響を無視できないためである。 The maximum thrust constant is set to within a few percent of the maximum thrust constant instead of the maximum thrust constant at the time of exposure. This is because it cannot be ignored.

本実施形態に係る中空天板2は、図2に示すように、微動可動部と電磁継ぎ手4の力点を合わせるために、その中心部に掘り込みを持つことを特徴としている。例えば、距離αが10mmあって、天板2の重さが10kg、Z方向微動リニアモータLMZの支持スパンが100mmであり、1Gの加速度にてウエハWを動かそうとすると、距離αに基づくモーメントによって、Z方向微動リニアモータLMZで1kgfの力を受け持つ必要がある。Z方向微動リニアモータLMZからの発熱を小さくするためにも、微動可動部の重心Gと電磁継ぎ手4の力点との距離αはゼロが望ましい。逆に、電磁継ぎ手4は、中空天板2に、XYZ方向の微動リニアモータLMX,LMY,LMZが取付けられる面と同じ面に取付けると、距離αの増加に比例して、Z方向微動リニアモータLMZが受け持つ力は増え、大きなサイズの微動リニアモータLMZが必要になる。これによって、移動荷重も増え、ステージとしての成立が極めて困難になる。図2に示す図形は、説明のために意識的に大きな差分を設けて表してある。 As shown in FIG. 2, the hollow top plate 2 according to the present embodiment is characterized by having a digging in the central portion thereof in order to match the power points of the fine movement movable portion and the electromagnetic coupling 4. For example, if the distance α is 10 mm, the weight of the top plate 2 is 10 kg, the support span of the Z-direction fine movement linear motor LMZ is 100 mm, and the wafer W is moved at an acceleration of 1 G, the moment based on the distance α Therefore, it is necessary to handle a force of 1 kgf with the Z-direction fine movement linear motor LMZ. In order to reduce the heat generation from the Z-direction fine movement linear motor LMZ, the distance α between the gravity center G of the fine movement movable portion and the power point of the electromagnetic coupling 4 is preferably zero. Conversely, when the electromagnetic joint 4 is mounted on the hollow top plate 2 on the same surface as the surface on which the fine movement linear motors LMX, LMY, LMZ in the XYZ directions are mounted, the Z direction fine movement linear motor is proportional to the increase in the distance α. The force that the LMZ is responsible for increases, and a large-size fine motion linear motor LMZ is required. As a result, the moving load increases and it becomes extremely difficult to establish a stage. The figure shown in FIG. 2 is consciously represented with a large difference for explanation.

次に、中空天板2の構造について説明する。中空天板2は、内部のリブによって、所定の強度や剛性の補強の機能が与えられる。また、中空天板2は、リブによって隔壁された部屋を外部の環境と等しくするために、図2に示すような導通穴H2aを有する。 Next, the structure of the hollow top plate 2 will be described. The hollow top plate 2 is given a function of reinforcing predetermined strength and rigidity by an internal rib. Further, the hollow top plate 2 has a conduction hole H2a as shown in FIG. 2 in order to make the room partitioned by the rib equal to the external environment.

さて、本実施形態に係る位置決め装置の制御系において、高速で、高精度な追従性を得るためには、位置決め装置のゲイン特性は高い(ハイゲイン化)ほど望ましい。そのため、従来においてゲイン特性に限界を与えていたステージの特性に代表される機械特性の固有振動数の値を上げることが必要であり、本実施形態に係る中空天板2は、中空内部とリブ構造によって、従来よりも固有振動数が大幅に向上し、制御系のゲイン特性が改善された。例えば、スキャン型の露光装置において、ウエハWとレチクルの同期精度を数nmレベルにするためには、ステージ単体におけるゼロクロス周波数も年々高い値を必要とされてきている。これを達成させるために必要とされる中空天板2のそれも比例して、従来の数倍の値が必要となっている。本発明を適用することによって高い固有振動数を有する天板2が可能となった。 In the control system of the positioning device according to this embodiment, in order to obtain high-speed and high-accuracy follow-up performance, it is desirable that the gain characteristic of the positioning device is higher (higher gain). Therefore, it is necessary to increase the value of the natural frequency of the mechanical characteristics represented by the characteristics of the stage, which has conventionally limited the gain characteristics, and the hollow top plate 2 according to this embodiment has a hollow interior and ribs. Due to the structure, the natural frequency has been greatly improved compared to the conventional system, and the gain characteristics of the control system have been improved. For example, in a scanning type exposure apparatus, in order to set the synchronization accuracy between the wafer W and the reticle to a level of several nanometers, the zero cross frequency in a single stage is required to be higher every year. The value of the hollow top plate 2 required to achieve this is proportional to the value of several times the conventional value. By applying the present invention, the top plate 2 having a high natural frequency can be realized.

具体的なリブの構成を説明する。図5は中空天板2のリブ構造を示す断面図である。中空天板2は、中心部に掘り込みがない場合、そのリブの構成は、図5に示すようになっている。 A specific configuration of the rib will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a rib structure of the hollow top plate 2. When the hollow top plate 2 is not dug in the center, the configuration of the ribs is as shown in FIG.

図18に示すように、リブ構造は、5つのパターン(リブなし・ひし形リブ・十字リブ・丸型リブ・X型リブ)について固有値解析し、評価してみると、1次モードがねじれモードであり、このねじれモードに対して強い順に固有振動数が高くなる。この中の順位は、リブなし・十字リブ・丸型リブ・X型リブ・ひし形リブの順に固有振動数が高くなる。定盤等でリブを入れる時に一般的に行われるX型リブよりもひし形リブの方が、本発明で示すリブ構造が優れていることが分かる。
すなわち、リブ構造は、中空天板2の上下の板に一体になっている。そして、中空天板の上下の板を囲むような外周の側板があって、このリブは側板と側板が接する隅部から離れた側板の腹部から始まり図形対象位置関係をもつ別の側板の腹部につながるように配置されればよい。
As shown in FIG. 18, when the rib structure is analyzed by eigenvalue analysis for five patterns (no ribs, rhombus ribs, cross ribs, round ribs, and X ribs), the primary mode is the torsion mode. Yes, the natural frequency increases in order of increasing strength with respect to the torsion mode. In this order, the natural frequency increases in the order of no rib, cross rib, round rib, X-type rib, and rhombus. It can be seen that the rib-shaped ribs shown in the present invention are superior to the rhombus-shaped ribs compared to the X-shaped ribs generally used when putting the ribs on a surface plate or the like.
That is, the rib structure is integrated with the upper and lower plates of the hollow top plate 2. And there is an outer side plate surrounding the upper and lower plates of the hollow top plate, and this rib starts from the abdomen of the side plate away from the corner where the side plate and the side plate are in contact with the abdomen of another side plate having a graphic object positional relationship What is necessary is just to arrange | position so that it may connect.

これを、具体的に形状に示したのが図5である。図5(a)に示すように、リブ構造は、前記ひし形を繰り返し、あたかも断面がXY微動方向に沿った四辺からなる四角形□のリブR1と、これに対し断面がそれぞれ45度の傾斜角度をなす四辺からなるひし形◇のリブR2とを交互に、リブR1a内にリブR2a、その内側にリブR1b、さらにその内側へリブR2bを、それぞれ入れる構造にすることによって、非常に高い固有振動数を実現することができた。   This is specifically shown in FIG. As shown in FIG. 5 (a), the rib structure repeats the above rhombus, as if the cross section had a square □ rib R1 having four sides along the XY fine movement direction, and the cross section had an inclination angle of 45 degrees. By arranging the rib R2 of the rhombus ◇ consisting of four sides formed alternately, the rib R2a in the rib R1a, the rib R1b inside, and the rib R2b inside, respectively, a very high natural frequency can be obtained. Could be realized.

本実施形態では、中央部に電磁継ぎ手4を配置することを特徴としている。これを適用したリブ構造を図6に示す。このリブ構造は、電磁継ぎ手4の可動部4aの取り付け穴H2cをなす内接円の大きさが電磁継ぎ手4の固定部の外径より干渉しない程度にやや大きく、断面内周が円形の円リブの外接部が、ひし形◇の言わば円形とひし形との組み合わせリブR3を有する構造になっている。その外側は、図5と同じパターンである断面が四角形□のリブと断面の各辺が45度の角度をなすひし形◇のリブとが交互に繰り返されて、四角形□のリブR1a内にひし形◇のリブR2aがあり、その内側に四角形□のリブR1bがある。
さらに、図5(a)の発展系として、図5(b)を示す。外側の四隅の三角部分を軽くすることによって図5(a)は固有振動数を向上させている。しかし、実際の構成では、ミラー3等の質量が乗る。このような場合には図5(b)のように側板と側板が接する接点からリブを出すように対角線にリブを入れるのではなく、ねじりに弱いところである腹Rwからリブを出すことが固有振動数向上に有効である。
The present embodiment is characterized in that the electromagnetic coupling 4 is disposed in the central portion. A rib structure to which this is applied is shown in FIG. This rib structure is a circular rib with a slightly larger inner circle that forms the mounting hole H2c of the movable portion 4a of the electromagnetic joint 4 so that it does not interfere with the outer diameter of the fixed portion of the electromagnetic joint 4 and has a circular inner periphery in cross section. The circumscribed portion of the diamond has a structure having a combination rib R3 of a circle and a rhombus, so-called rhombus ◇. On the outside, a square □ rib having the same pattern as in FIG. 5 and a rhombus ◇ rib having an angle of 45 degrees on each side of the cross section are alternately repeated to form a diamond □ in the square □ rib R1a. Rib R2a, and a square □ rib R1b is inside thereof.
Further, FIG. 5 (b) is shown as a development system of FIG. 5 (a). By reducing the triangular portions at the outer four corners, the natural frequency is improved in FIG. However, in an actual configuration, the mass of the mirror 3 or the like is carried. In such a case, as shown in FIG. 5 (b), the ribs are taken out from the antinode Rw, which is vulnerable to torsion, instead of putting the ribs diagonally so that the ribs come out from the contact point where the side plate contacts the side plate. It is effective for improving the number.

ここで、リブの厚みであるが、本実施形態では、計算上は5mm程度が最適である。10mmに増やしても、固有振動数は、わずかな向上にしかならない。材質をSiCとSiから形成されるSiCのコンポジット材する場合では、中空構造にするために単品で事前に焼結しないので、接合する面を確保するためや、単品の焼結時における強度維持のために、リブ厚を厚く取ることが不要である。本実施形態に係る中空天板2は、最終の焼結をする前の段階で、リブ構造にしており、焼結前の強度も中空構造にすることで確保できるという利点がある。従来のように固有振動数の向上に寄与しないにもかかわらず、接合面となる中空リブの厚みを取る必要がないため、中空天板2は、必要以上に重くすることがない。これによって、中空天板2は軽量化することができ、前述の加速用のリニアモータへの負荷は低減し、この加速に耐える力を出すために必要な電流は同時に下がり、リニアモータからの発熱は大幅に改善され、環境に及ぼす影響が減り、位置決め精度が向上する。
また、無機質繊維複合材を用いた場合は、比剛性が高いので、より軽量でかつ高剛性を実現できる。
熱膨張率が1.0e−6(1/℃)以下の低熱膨張材を用いる場合、低熱膨張材の材質がコージライト系である場合、ヤング率が低く、天板として適用することができなかったが、本発明のリブ構造の中空天板にすることによって、低熱膨張材でも実現することが可能となった。
また、SiCのコンポジット材よりも高剛性を求めるためにヤング率が高い材質であるSiCを用いた場合であっても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
Here, regarding the thickness of the rib, in this embodiment, about 5 mm is optimal in calculation. Even if it is increased to 10 mm, the natural frequency is only slightly improved. In the case of a SiC composite material made of SiC and Si, since it is not sintered in advance as a single product in order to make a hollow structure, it is necessary to secure the surface to be joined or to maintain strength during sintering of a single product. Therefore, it is not necessary to increase the rib thickness. The hollow top plate 2 according to the present embodiment has a rib structure before the final sintering, and has an advantage that the strength before sintering can be ensured by making the structure hollow. Although it does not contribute to the improvement of the natural frequency as in the prior art, it is not necessary to take the thickness of the hollow rib serving as the joint surface, so that the hollow top plate 2 is not made heavier than necessary. As a result, the hollow top plate 2 can be reduced in weight, the load on the acceleration linear motor described above is reduced, and the current required to generate the force to withstand this acceleration is reduced at the same time, and the heat generated from the linear motor is reduced. Is greatly improved, the influence on the environment is reduced, and the positioning accuracy is improved.
In addition, when the inorganic fiber composite material is used, the specific rigidity is high, so that lighter weight and higher rigidity can be realized.
When a low thermal expansion material having a thermal expansion coefficient of 1.0e-6 (1 / ° C) or less is used, when the material of the low thermal expansion material is cordierite, the Young's modulus is low and cannot be applied as a top plate. However, the hollow top plate having the rib structure of the present invention can be realized even with a low thermal expansion material.
In addition, it goes without saying that the same effect can be obtained even when SiC, which is a material having a high Young's modulus, is used in order to obtain higher rigidity than the SiC composite material.

図7に示す第二の実施形態として、中空天板2の側面に光学ミラーを接着固定又はメカニカル固定されたミラー一体型中空天板2について説明する。
この光学ミラー3の材質も、熱膨張率差による中空天板2の変形を避けるために、中空天板2と同じ材質である。同じ材質で一体構造になっているので、ミラー3がステージの移動時の加速で動くという問題は発生しない。また、剛性の高い中空天板2に保持されているために、ミラー3が変形する心配もないという利点がある。
As a second embodiment shown in FIG. 7, a mirror-integrated hollow top plate 2 in which an optical mirror is bonded or mechanically fixed to a side surface of the hollow top plate 2 will be described.
The material of the optical mirror 3 is also the same material as the hollow top plate 2 in order to avoid deformation of the hollow top plate 2 due to a difference in thermal expansion coefficient. Since the same material is used as an integral structure, there is no problem that the mirror 3 moves due to acceleration during the movement of the stage. Further, since the mirror 3 is held on the hollow top plate 2 having high rigidity, there is an advantage that the mirror 3 does not have to be deformed.

Xステージ51の上板51aから中空天板2上に搭載されるチャック1や不図示のセンサ等に必要とされる電気・気体・液体を通すための配管等及び実装配線は、中空天板2の中央部又は最外周部にあって、配線・配管による振動伝達率が、小さくできることを特徴とする。小さい振動伝達率にするために、エア等の内圧が掛かる比較的硬い配管は、図7に示すように、電磁継ぎ手4の固定側の中央部の導入管11を通って、上下をつなぐ接続チューブ13を経由し、電磁継ぎ手4の可動側の中央部の導入管15を経由し、さらに、天板2の中央部を経由して、チャック1のウエハ吸着用真空溝18に供給される。この時、振動伝達率を決める要素は、接続チューブ13である。この実施形態は、チューブ13を中央部に配置することで、該チューブ13による非対称な干渉成分が発生しにくく、制御性が良いという特徴をもつ。中央部が有利であるが、チューブ13による影響を小さくするために、この接続チューブ13は細く、長さは長く、螺旋状にするのが望ましい。比較的軟らかい電気ケーブル等の実装ケーブル類17は、振動に対する影響が小さいので、天板2の外周側が望ましい。特に、信号ケーブルは、断線等の交換を容易するためにも、エア配管チューブのように内部に配置するよりも、外周に配置する方が望ましい。 The piping and the mounting wiring for passing electricity, gas, liquid, etc. required for the chuck 1 mounted on the hollow top plate 2 from the upper plate 51a of the X stage 51 and the sensor (not shown) and the like are mounted on the hollow top plate 2 The vibration transmissibility by wiring and piping can be reduced in the central part or the outermost peripheral part. In order to obtain a small vibration transmissibility, a relatively hard pipe to which an internal pressure such as air is applied, as shown in FIG. 13, via the introduction pipe 15 at the central part on the movable side of the electromagnetic coupling 4, and further through the central part of the top plate 2, to the wafer suction vacuum groove 18 of the chuck 1. At this time, the element that determines the vibration transmissibility is the connection tube 13. This embodiment is characterized in that the tube 13 is arranged in the center, so that an asymmetric interference component due to the tube 13 is hardly generated and controllability is good. Although the central portion is advantageous, in order to reduce the influence of the tube 13, it is desirable that the connecting tube 13 is thin, long and spiral. Since the mounting cables 17 such as a relatively soft electric cable have little influence on vibration, the outer peripheral side of the top plate 2 is desirable. In particular, the signal cable is preferably arranged on the outer periphery rather than being arranged inside like an air piping tube in order to facilitate replacement such as disconnection.

次に、中空天板2を加工する方法を説明する。光学ミラー面を仕上げるために、まず、先に述べたように、中空天板2にミラー3の部材を固定し、図9に示すように、中空天板2の外気との導通穴H2aを通して、中空構造体の中空内部H2に粉体(球体・円筒)20を入れる。この粉体20を入れることで、この粉体20によって充填された中空内部H2の重量が、該中空内部を中空構造体の素材で充填した重量と等しくなるようにする。粉体20は円筒状をして、整列するように並べる場合、SiCのコンポジット材の比重が3.0である時、粉体20の比重は、3.8となる。その材料としてアルミナセラミクスを用いれば良い。 Next, a method for processing the hollow top plate 2 will be described. In order to finish the optical mirror surface, first, as described above, the member of the mirror 3 is fixed to the hollow top plate 2, and as shown in FIG. 9, through the conduction hole H2a with the outside air of the hollow top plate 2, Powder (sphere / cylinder) 20 is placed in the hollow interior H2 of the hollow structure. By inserting the powder 20, the weight of the hollow interior H2 filled with the powder 20 is made equal to the weight of the hollow interior filled with the material of the hollow structure. When the powder 20 is cylindrical and arranged so as to be aligned, when the specific gravity of the SiC composite material is 3.0, the specific gravity of the powder 20 is 3.8. Alumina ceramics may be used as the material.

このように粉体20を充填することによって、研削やラップやポリシュする時に、部材の面圧は、中実天板と同じになる。特に、ラップ盤22のような高精度な平面を出す時、面圧の差で加工量が異なってしまうが、粉体20を充填することで解決される。図10は、ミラー3の面をラップ加工している図である。図11は、チャック1が取付けられる中空天板2の面2aを仕上げている図である。このような手法は、中空天板2のミラー3の面の加工をする場合だけに限定されるものではなく、1μm以下の平面度を必要とする中空ガイド等のその他の中空部材を仕上げる時にも適用されるものである。 By filling the powder 20 in this way, the surface pressure of the member becomes the same as that of the solid top plate when grinding, lapping or polishing. In particular, when a high-precision flat surface such as a lapping machine 22 is provided, the amount of processing varies depending on the difference in surface pressure, but this can be solved by filling the powder 20. FIG. 10 is a diagram in which the surface of the mirror 3 is lapped. FIG. 11 is a view in which the surface 2a of the hollow top plate 2 to which the chuck 1 is attached is finished. Such a method is not limited to the case of processing the surface of the mirror 3 of the hollow top plate 2 but also when finishing other hollow members such as a hollow guide that requires a flatness of 1 μm or less. Applicable.

図8は本発明の第三の実施形態に係る位置決め装置を示す図である。図2では、電磁継ぎ手4の可動部4aが中空天板2に取付けられる部分において、中空天板2側は、1枚板になっていたが、電磁継ぎ手4が受ける加速力が大きいと、中空天板2を変形させてしまう。この変形によって、ウエハチャック1も変形してしまう。これによって、ウエハWも変形し、アライメントエラーの原因となる。そこで、第三の実施形態では、中空天板2の強度を上げるために、電磁継ぎ手4の可動部4aが取付けられる中空天板2の部分2bにおいても、単純に板の厚さを厚くするのではなく、中空構造にして、軽量高剛性を実現している。
FIG. 8 is a view showing a positioning device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 2, in the portion where the movable portion 4 a of the electromagnetic joint 4 is attached to the hollow top plate 2, the hollow top plate 2 side is a single plate. However, if the acceleration force received by the electromagnetic joint 4 is large, the hollow portion is hollow. The top plate 2 is deformed. Due to this deformation, the wafer chuck 1 is also deformed. As a result, the wafer W is also deformed, causing an alignment error. Therefore, in the third embodiment, in order to increase the strength of the hollow top plate 2, the thickness of the plate is also simply increased in the portion 2b of the hollow top plate 2 to which the movable portion 4a of the electromagnetic joint 4 is attached. Instead, it has a hollow structure to achieve light weight and high rigidity.

本発明の第一の実施形態に係る位置決め装置の平面図である。It is a top view of the positioning device concerning a first embodiment of the present invention. 図1におけるa−a断面図である。It is aa sectional drawing in FIG. 図1におけるb−b断面図である。It is bb sectional drawing in FIG. 本発明の第一の実施形態に係る位置決め装置の動作説明用図であって、中心位置における断面図である。It is operation | movement explanatory drawing of the positioning device which concerns on 1st embodiment of this invention, Comprising: It is sectional drawing in a center position. (a)は本発明の実施形態に係る位置決め装置の中空天板のリブ構造の例を示す断面図であり、(b)は本発明の実施形態に係る位置決め装置の中空天板のリブ構造として(a)の発展系の例を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows the example of the rib structure of the hollow top plate of the positioning device which concerns on embodiment of this invention, (b) is as a rib structure of the hollow top plate of the positioning device which concerns on embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the example of the development system of (a). 本発明の実施形態に係る位置決め装置の中空天板のリブ構造の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the rib structure of the hollow top plate of the positioning device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の第二の実施形態に係る位置決め装置の中心位置における断面図である。It is sectional drawing in the center position of the positioning apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三の実施形態に係る位置決め装置の中心位置における断面図である。It is sectional drawing in the center position of the positioning device which concerns on 3rd embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る中空天板を加工する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of processing the hollow top plate which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る中空天板におけるミラー面をラップ加工している状態を示す図である。It is a figure which shows the state which is lapping the mirror surface in the hollow top plate which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る中空天板のチャックが取付けられる面を仕上げている状態を示す図である。It is a figure which shows the state which has finished the surface where the chuck | zipper of the hollow top plate which concerns on embodiment of this invention is attached. 従来の位置決め装置の斜視図である。It is a perspective view of the conventional positioning device. 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。It is a control block diagram in each degree of freedom of the conventional positioning device. 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。It is a figure showing the control system gain phase characteristic of the conventional positioning device. 従来のステージ構造部材の中空構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hollow structure of the conventional stage structure member. 従来のステージに搭載したθZT駆動機構の断面図である。It is sectional drawing of the (theta) ZT drive mechanism mounted in the conventional stage. 長ストローク移動できるXステージの斜視図である。It is a perspective view of X stage which can move a long stroke. 中空天板のリブ構造の5つのパターン(リブなし・ひし形リブ・十字リブ・丸型リブ・X型リブ)を示す図である。It is a figure which shows five patterns (Ribless, rhombus rib, cross rib, round rib, X-type rib) of the rib structure of a hollow top plate.

符号の説明Explanation of symbols

1:チャック(第一の板)、2:中空天板(第二の板)、3:ミラー(第三の板を含む)、4:電磁継ぎ手、4a:可動側、4b:固定側、6:自重補償機構、6a:吸引磁石、6b:圧縮バネ、8:受け渡し支持棒、9:搬送ハンド、10:干渉ビーム、11:導入管、13:接続チューブ、15:導入管、17:実装ケーブル類、18:ウエハ吸着用真空溝、20:粉体、22:ラップ盤、51:Xステージ、51a:Xステージ上板(第四の板)、51b:Xステージガイド、51c:Xステージベース、51d:X駆動アクチュエータ、52:固定ガイド、54:Yステージ、54a:Yステージガイド、54b:Yステージの側面、54c:Y駆動アクチュエータ、54d:Yステージの部分、55:定盤、
H1:中空内部、H2:中空内部、H2a:導通穴、H2c:取り付け穴、H3:中空内部、LMX:X方向微動リニアモータ、LMX1:可動側、LMX2:固定側、LMY:Y方向微動リニアモータ、LMY1:可動側、LMY2:固定側、LMZ:Z方向微動リニアモータ、LMZ1:可動側、LMZ2:固定側、W:ウエハ。
1: chuck (first plate), 2: hollow top plate (second plate), 3: mirror (including third plate), 4: electromagnetic coupling, 4a: movable side, 4b: fixed side, 6 : Self-weight compensation mechanism, 6a: suction magnet, 6b: compression spring, 8: delivery support rod, 9: transfer hand, 10: interference beam, 11: introduction tube, 13: connection tube, 15: introduction tube, 17: mounting cable 18: vacuum groove for wafer adsorption, 20: powder, 22: lapping machine, 51: X stage, 51a: X stage upper plate (fourth plate), 51b: X stage guide, 51c: X stage base, 51d: X drive actuator, 52: Fixed guide, 54: Y stage, 54a: Y stage guide, 54b: Side surface of Y stage, 54c: Y drive actuator, 54d: Y stage part, 55: Surface plate,
H1: Hollow inside, H2: Hollow inside, H2a: Conduction hole, H2c: Mounting hole, H3: Hollow inside, LMX: X direction fine movement linear motor, LMX1: Moving side, LMX2: Fixed side, LMY: Y direction fine movement linear motor , LMY1: movable side, LMY2: fixed side, LMZ: Z-direction fine movement linear motor, LMZ1: movable side, LMZ2: fixed side, W: wafer.

Claims (16)

N2雰囲気、He雰囲気、真空雰囲気のいずれかの環境で被移動物を移動させるための位置決め装置において、被移動物を保持するための第一の板と、該第一の板を保持する第二の板とを有し、該第二の板の材質がセラミックからなる材料からなり、該第二の板の構造が同一種材質で形成され中空内部を有する中空構造になっていて、前記中空内部には該第二の板のねじれモードに対する固有振動数を高めるリブ構造を有し、前記環境において前記中空内部と外気を導通するための穴があることを特徴とする位置決め装置。 In a positioning apparatus for moving a moving object in any of an N2 atmosphere, a He atmosphere, and a vacuum atmosphere, a first plate for holding the moving object and a second plate for holding the first plate The second plate is made of a ceramic material, and the structure of the second plate is formed of the same kind of material and has a hollow structure having a hollow interior. Has a rib structure for increasing the natural frequency for the torsional mode of the second plate, and has a hole for conducting the hollow interior and the outside air in the environment . 前記リブ構造は、前記第二の板の上下の板に一体になっていることを特徴とする請求項1に記載の位置決め装置。 The positioning device according to claim 1, wherein the rib structure is integrated with upper and lower plates of the second plate. 前記第二の板の上下の板を囲むような外周の側板があって、前記リブは側板と側板が接する隅部から離れた側板の腹部から始まり図形対象位置関係をもつ別の側板の腹部につながることを特徴とする請求項1に記載の位置決め装置。 There is an outer side plate surrounding the upper and lower plates of the second plate, and the rib starts from the abdomen of the side plate away from the corner where the side plate and the side plate are in contact with the abdomen of another side plate having a graphic object positional relationship. The positioning device according to claim 1, wherein the positioning device is connected. 請求項3のリブ構造は、保持面に平行に切断したときの断面が四角形のリブと該断面が四角形のリブに対し角度をなして接合され、前記保持面に平行に切断したときの断面がひし形のリブとを交互に入れる構成であることを特徴とする位置決め装置。 Rib structure according to claim 3, the rib cross section of a square when taken parallel to the holding surface, the cross section are joined at an angle to the ribs of the square, cross-section when cut parallel to the holding surface A positioning device characterized by having a configuration in which diamond-shaped ribs are alternately inserted. 前記第二の板の材質は熱膨張率が1.0e−6(1/℃)以下の低熱膨張材または無機質繊維複合材またはSiCまたはSiCとSiから形成されるSiCのコンポジット材からなっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の位置決め装置。 The material of the second plate is made of a low thermal expansion material having a coefficient of thermal expansion of 1.0e-6 (1 / ° C.) or less, an inorganic fiber composite material, SiC, or a composite material of SiC formed of SiC and Si. The positioning apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein 半導体露光装置の基板移動ステージである位置決め装置において、被移動物が感光基板と感光パターンを有する原版とのどちらかであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の位置決め装置。 6. The positioning apparatus according to claim 1, wherein the object to be moved is either a photosensitive substrate or an original having a photosensitive pattern in a positioning apparatus which is a substrate moving stage of a semiconductor exposure apparatus. 前記第一の板は前記第二の板と同じ材質でできており、該第一の板も中空構造になっていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の位置決め装置。 The positioning device according to claim 1, wherein the first plate is made of the same material as the second plate, and the first plate also has a hollow structure. 前記第二の板は、被移動物の相対位置を知るための第三の板として複数の光学ミラーを具備し、該光学ミラーを形成する第三の板は、前記第二の板と同一材質の中空構造になっており、前記第二の板は、6自由度に被移動物を所定の位置に移動するために電磁力を使ったアクチュエータと該第二の板の重力方向を支持する機構を具備していることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の位置決め装置。 The second plate includes a plurality of optical mirrors as a third plate for knowing the relative position of the object to be moved, and the third plate forming the optical mirror is made of the same material as the second plate. The second plate has a mechanism for supporting an actuator using electromagnetic force and a gravitational direction of the second plate in order to move a moving object to a predetermined position with six degrees of freedom. The positioning device according to claim 1, comprising: 前記アクチュエータとは別に長ストロークにて前記第一の板をXY移動させることができる長ストロークアクチュエータを具備し、その長ストロークアクチュエータによって、移動される第四の板を具備し、前記アクチュエータと前記第二の板の重力方向を支持する機構は、該第四の板に支持されていることを特徴とする請求項8に記載の位置決め装置。 In addition to the actuator, a long stroke actuator capable of moving the first plate in an XY manner with a long stroke is provided, and a fourth plate moved by the long stroke actuator is provided. The positioning device according to claim 8, wherein the mechanism for supporting the gravitational direction of the second plate is supported by the fourth plate. 前記アクチュエータとは、被移動物を水平方向とヨーイング方向に所定位置に制御させるための少なくとも3つ以上のローレンツ力アクチュエータと、被移動物を移動させるための加速度を補うために同心円上に配置された少なくとも4つ以上の電磁石アクチュエータとであって、前記電磁石アクチュエータの可動側が前記第二の板に固定され、前記ローレンツ力アクチュエータと電磁石アクチュエータの力点と該第二の板の重心との差を小さくするために、少なくともアクチュエータが取付けられる該第二の板部分は裏面に掘り込みがある中空板構造であることを特徴とする請求項8または9に記載の位置決め装置。 The actuators are at least three Lorentz force actuators for controlling the object to be moved to predetermined positions in the horizontal direction and the yawing direction, and concentrically arranged to compensate for the acceleration for moving the object to be moved. And at least four or more electromagnet actuators, wherein the movable side of the electromagnet actuator is fixed to the second plate, and the difference between the power point of the Lorentz force actuator and the electromagnet actuator and the center of gravity of the second plate is reduced. The positioning device according to claim 8 or 9, wherein at least the second plate portion to which the actuator is attached has a hollow plate structure with a digging on the back surface. 前記ローレンツ力アクチュエータは、被移動物が露光位置にある時に、最大推力定数の数%以内となるように、該アクチュエータのコイルと磁石を配置することを特徴とする請求項10に記載の位置決め装置。 11. The positioning device according to claim 10, wherein the Lorentz force actuator arranges a coil and a magnet of the actuator so that the object to be moved is within a few percent of the maximum thrust constant when the moving object is at the exposure position. . 前記第四の板には、被移動物を搬送ハンドから前記第一の板に移動させるために、被移動物を一時保持するための受け渡し支持棒を具備し、該受け渡し支持棒は、最低3本から構成され、前記第一の板及び第二の板を貫通し、該第二の板が、前記アクチュエータによって上下することで、前記第一の板の上面から突出することを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の位置決め装置。 The fourth plate is provided with a delivery support bar for temporarily holding the product to be moved from the transport hand to the first plate, and the delivery support bar has a minimum of 3 It is comprised from a book, It penetrates said 1st board and 2nd board, This 2nd board protrudes from the upper surface of said 1st board by raising and lowering with said actuator. Item 12. The positioning device according to any one of Items 9 to 11. 前記第四の板から第二の板に供給される電気・気体・液体を通すための配管及び実装配線が、前記第二の板の中央部及び最外周部のどちらかにあることを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載の位置決め装置。 The piping and the mounting wiring for passing electricity, gas, and liquid supplied from the fourth plate to the second plate are in either the central portion or the outermost peripheral portion of the second plate, The positioning device according to any one of claims 9 to 12. 被移動物を垂直方向とピッチング・ローリング方向の所定位置に制御させるために少なくとも3つ以上のローレンツ力アクチュエータを備え、被移動物を搬送させるために必要な前記第二の板の移動が可能なストロークを具備すること特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の位置決め装置。 At least three Lorentz force actuators are provided to control the object to be moved to predetermined positions in the vertical direction and the pitching / rolling direction, and the second plate necessary for transporting the object can be moved. The positioning device according to claim 1, further comprising a stroke. 前記第二の板の重力方向の荷重を支持するために、該第二の板と該第二の板に機械的に固定される部品との重さに等しい力を発生させる自重補償機構を有することを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の位置決め装置。 In order to support the load in the gravitational direction of the second plate, a self-weight compensation mechanism that generates a force equal to the weight of the second plate and a component mechanically fixed to the second plate is provided. The positioning device according to claim 1, wherein 1μm以下の仕上げ面を必要とする前記中空構造を有する請求項1〜15のいずれかに記載の位置決め装置の製造方法において、前記中空構造の中空内部に粉体を入れるための穴を具備し、前記粉体を入れる前記中空内部内の重量が該中空内部内を前記第二の板と同種の材質素材で充填した場合の該中空内部内の重量に等しい状態にして、製造工程を行うことを特徴とする位置決め装置の製造方法。 In the manufacturing method of the positioning device according to any one of claims 1 to 15, which has a hollow structure that requires a finished surface of 1 µm or less, a hole for putting powder into the hollow interior of the hollow structure is provided, The manufacturing process is carried out with the weight in the hollow interior containing the powder equal to the weight in the hollow interior when the hollow interior is filled with the same material material as the second plate. A method for manufacturing a positioning device.
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