CN113471133A - 载物台装置 - Google Patents

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CN113471133A CN202110345848.8A CN202110345848A CN113471133A CN 113471133 A CN113471133 A CN 113471133A CN 202110345848 A CN202110345848 A CN 202110345848A CN 113471133 A CN113471133 A CN 113471133A
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Abstract

本发明提供一种能够实现载物台装置的高精度化的技术。载物台装置具备：第一移动体；X轴驱动部，其构成为能够沿Y轴方向移动并且驱动第一移动体沿X轴方向移动；第二移动体，其构成为能够沿Y轴方向移动并且引导第一移动体沿X轴方向移动；Y轴驱动部，其驱动X轴驱动部或第二移动体沿Y轴方向移动；以及限制单元，其并不限制X轴驱动部与第二移动体之间的X轴方向上的相对移动，而是在使两者彼此非接触的状态下限制两者之间的Y轴方向上的相对移动。

Description

载物台装置
本申请主张基于2020年3月31日申请的日本专利申请第2020-062981号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。
技术领域
本发明涉及一种载物台装置。
背景技术
已知有一种用于定位对象物的载物台装置。以往，提出有一种载物台装置，其具备：第一移动体；驱动体，驱动第一移动体沿X轴方向移动；以及第二移动体，其构成为能够沿Y轴方向移动并且引导第一移动体沿X轴方向移动(例如，专利文献1)。
专利文献1：日本特开2009-101427号公报
在以往的载物台装置中，X轴驱动部被第二移动体支承。因此，X轴驱动部驱动第一移动体时的反作用力会传递到第二移动体。
但是，要求将载物台装置使用于更大型的对象物的定位上。此时，需要使载物台装置大型化，随之，X轴驱动部也会大型化，X轴驱动部驱动第一移动体时的反作用力也会变大。若将以往的载物台装置直接大型化，则会导致较大的反作用力传递到第二移动体。这会诱发由第二移动体的结构部件引起的滞后(hysteresis)及振动。即，妨碍高精度化。
并且，载物台装置有时使用于半导体器件的制造。由于半导体器件的设计规则的微细化或重叠或者层叠的需求，要求使制造中使用的载物台装置进一步高精度化。
总之，要求使载物台装置高精度化。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而完成的，其一种实施方式的示例性目的之一在于提供一种能够实现载物台装置的高精度化的技术。
为了解决上述问题，本发明的一种实施方式的载物台装置具备：第一移动体；X轴驱动部，其构成为能够沿Y轴方向移动并且驱动第一移动体沿X轴方向移动；第二移动体，其构成为能够沿Y轴方向移动并且引导第一移动体沿X轴方向移动；Y轴驱动部，其驱动X轴驱动部或第二移动体沿Y轴方向驱动；以及限制单元，其并不限制X轴驱动部与第二移动体之间的X轴方向上的相对移动，而是在使两者彼此非接触的状态下限制两者之间的Y轴方向上的相对移动。
另外，以上构成要件的任意组合或将本发明的构成要件和表述在方法、装置、系统等之间相互置换的方式也作为本发明的实施方式而有效。
根据本发明，能够实现载物台装置的高精度化。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的载物台装置的图。
图2中(a)(c)是表示图1的载物台装置的图。
图3是沿图2中(a)的A-A线剖切的剖视图。
图4是表示图1的导梁(guide beam)的一端及其周边的立体图。
图5是用于说明限制单元的一例的图。
图6是用于说明限制单元的另一例的图。
图7是用于说明限制单元的又一例的图。
图8是用于说明限制单元的又一例的图。
图中：12-第一移动体，14-第二移动体，16-第一X轴驱动部，18-第二X轴驱动部，20-第一Y轴驱动部，22-第二Y轴驱动部，88-限制单元，100-载物台装置。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行说明。实施方式为示例，其并不用于限定本发明，实施方式中记载的所有特征或其组合并不一定是发明的本质性内容。在各附图中，对相同或等同的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当省略重复说明。
在本说明书中，“部件A与部件B非接触”是指：部件A与部件B并未直接物理接触而且部件A与部件B也未间接地接触(即，也未经由其他部件而间接连接)。
图1是实施方式所涉及的载物台装置100的立体图。为了便于说明，如图所示，定义将与台面10a(后述)平行的某一方向作为X轴方向、将与X轴方向正交且与台面10a平行的方向作为Y轴方向、将与这两者正交的(即，与台面10a正交的)方向作为Z轴方向的XYZ正交坐标系。图2中(a)～(c)是表示图1的载物台装置100的图。图2中(a)是载物台装置100的俯视图，图2中(b)是沿X轴方向观察载物台装置100时的侧视图，图2中(c)是沿Y轴方向观察载物台装置100时的侧视图。
载物台装置100被称为XY载物台，其在X轴方向及Y轴方向上定位对象物。载物台装置100具备：平台10；第一移动体12，其构成为能够沿X轴方向移动；第二移动体14，其构成为能够沿Y轴方向移动并且引导第一移动体12沿X轴方向移动；第一X轴驱动部16及第二X轴驱动部18，其驱动第一移动体12沿X轴方向移动；第一Y轴驱动部20及第二Y轴驱动部22，其驱动第二移动体14沿Y轴方向移动；第一Y轴导件24；第二Y轴导件26；以及四个限制单元88，其以非接触方式限制X轴驱动部与第二移动体14之间的Y轴方向上的相对移动。
平台10为俯视观察时呈矩形形状的部件。平台10的上表面(即，台面10a)实施了平面加工。并且，沿Y轴方向延伸的第一侧面10b也实施了平面加工。如后述，台面10a及第一侧面10b作为供空气轴承(air bearing)滑动的滑动面而发挥作用。
第一Y轴驱动部20包括第一Y轴定子28及第一Y轴可动件30。第一Y轴定子28是与长度方向正交的截面呈圆形的细长的棒状部件，其通过将多个圆柱状的磁铁连结在一起而构成。第一Y轴定子28配置成其轴线方向与Y轴方向一致，其两端被固定于平台10的第一侧面10b上的未图示的一对保持部件保持。即，俯视观察时，第一Y轴定子28配置于平台10的外侧。
第一Y轴可动件30包括壳体32及线圈(未图示)。在壳体32形成有沿Y轴方向贯穿的截面为圆形的插通孔，第一Y轴定子28插通于其中。线圈以围绕第一Y轴定子28的方式配置在插通孔内，并固定于插通孔的周面。若电流流过线圈，则在线圈与第一Y轴定子28之间产生电磁力，基于其电磁相互作用，线圈乃至第一Y轴可动件30沿Y轴方向移动。
第二Y轴驱动部22包括第二Y轴定子34及第二Y轴可动件36。第二Y轴定子34及第二Y轴可动件36的结构与第一Y轴定子28及第一Y轴可动件30的结构相同。另外，第二Y轴定子34配置成其轴线方向与Y轴方向一致，并且与第一Y轴定子28平行排列。并且，第二Y轴定子34的两端被固定于台面10a上的一对保持部件(未图示)支承。
第二移动体14包括第二可动部38、多个Y轴偏航空气轴承(yaw air bearings)40、导梁42及多个Y轴升降空气轴承(lift air bearing)44。
第二可动部38为板状部件，并且配置成其两个主表面朝向X轴方向。第二可动部38设置在第一Y轴可动件30的下方，并连结于第一Y轴可动件30。因此，第二可动部38与第一Y轴可动件30一同移动。第二可动部38的下侧部分与平台10的第一侧面10b对置。
多个Y轴偏航空气轴承40固定于与平台10的第一侧面10b对置的第二可动部38的下侧部分，并向第一侧面10b喷出空气等气体。通过该斥力，第二可动部38与第一侧面10b之间的非接触状态得以维持。
导梁42为长条状的部件，并以其长度方向与X轴方向一致的方式配置在第一X轴定子52(后述)与第二X轴定子58(后述)之间。导梁42的一端连结于第二可动部38，且另一端连结于第二Y轴可动件36。导梁42的与X轴方向正交的截面的形状具有凹形。详细而言，导梁42包括底壁46、第一侧壁48及第二侧壁50。底壁46为在X轴方向上长的平板状的部件，并且设置成两个主表面朝向Z轴方向。第一侧壁48为在X轴方向上长的立壁，其从底壁46上表面(即，一个主表面)的Y轴方向上的一端竖立设置。第二侧壁50与第一侧壁48同样是在X轴方向上长的立壁，且其从底壁46上表面的Y轴方向上的另一端竖立设置，从而与第一侧壁48在Y轴方向上对置。
第一侧壁48的外侧的面(即，与第二侧壁50对置的面的相反侧的面)实施了平面加工，从而作为用于使空气轴承滑动的滑动面而发挥作用。以下，将第一侧壁48的外侧的面称为第一滑动面48a。同样地，第二侧壁50的外侧的面也实施了平面加工，从而作为用于使空气轴承滑动的滑动面而发挥作用。以下，将第二侧壁50的外侧的面称为第二滑动面50a。
多个Y轴升降空气轴承44固定于导梁42。Y轴升降空气轴承44向平台10的台面10a喷出气体。通过该斥力，Y轴升降空气轴承44乃至导梁42在Z轴方向上支承为与台面10a之间保持非接触状态(详细而言，与台面10a之间隔着数μm左右的间隙)。
第一X轴驱动部16包括第一X轴定子52和第一X轴可动件54。第一X轴定子52的结构与第一Y轴定子28或第二Y轴定子34的结构相同。第一X轴定子52配置成其轴线方向与X轴方向一致，且其两端被第一支承部件56支承。第一X轴可动件54的结构与第一Y轴可动件30或第二Y轴可动件36的结构相同，且其基于与第一X轴定子52之间的电磁相互作用而沿X轴方向移动。
第二X轴驱动部18包括第二X轴定子58、第二X轴可动件60及第二支承部件62。第二X轴定子58及第二X轴可动件60的结构分别与第一X轴定子52及第一X轴可动件54的结构相同。第二X轴定子58配置成其轴线方向与X轴方向一致且与第一X轴定子52平行排列，且其两端被第二支承部件62支承。
图3是沿图2中(a)的A-A线剖切的剖视图。第一移动体12包括第一可动部64、多个X轴偏航空气轴承66、多个X轴升降空气轴承68及载物台70。第一可动部64为方形筒状部件，其内插通有导梁42。第一可动部64包括底壁72、上壁74、第一侧壁76及第二侧壁78。第一侧壁76与导梁42的第一滑动面48a对置，且第二侧壁78与导梁42的第二滑动面50a对置。在第一侧壁76的外侧的面，经由未图示的连接部件连接有第一X轴可动件54，且在第二侧壁78的外侧的面，经由未图示的连接部件连接有第二X轴可动件60。因此，第一可动部64与第一X轴可动件54及第二X轴可动件60一同移动。
多个X轴偏航空气轴承66固定于第一侧壁76的内表面(即，与第二侧壁78对置的面)76a及第二侧壁78的内表面(即，与第一侧壁76对置的面)78a，并朝向导梁42的第一滑动面48a及第二滑动面50a喷出气体。并且，多个X轴升降空气轴承68固定于底壁72的下表面72a，并朝向台面10a喷出气体。通过从X轴偏航空气轴承66及X轴升降空气轴承68喷出气体而产生的斥力，第一可动部64分别在Y轴方向及Z轴方向上支承为与导梁42及台面10a之间保持非接触状态(详细而言，与导梁42及台面10a之间隔着数μm左右的间隙)。
载物台70固定于第一可动部64。在载物台70上，例如载置有半导体晶片等加工对象物等。
返回图1及图2，第一Y轴导件24包括第一Y轴导轨80和两个第一滑块82。第一Y轴导轨80以其延伸方向与Y轴方向一致的方式固定于台面10a上。两个第一滑块82分别包括多个滚动体，并沿着第一Y轴导轨80而在Y轴方向上移动。
第二Y轴导件26包括第二Y轴导轨84和两个第二滑块86。第二Y轴导轨84及第二滑块86的结构分别与第一Y轴导轨80及第一滑块82的结构相同。另外，第二Y轴导轨84配置成其延伸方向与Y轴方向一致，且与第一Y轴导轨80平行排列。
支承第一X轴定子52的两个第一支承部件56中的一个被第一Y轴导件24的第一滑块82支承，且另一个被第二Y轴导件26的第二滑块86支承。即，第一支承部件56乃至第一X轴驱动部16构成为能够沿Y轴方向移动。
同样地，支承第二X轴定子58的两个第二支承部件62中的一个被第一Y轴导件24的第一滑块82支承，且另一个被第二Y轴导件26的第二滑块86支承。即，第二支承部件62乃至第二X轴驱动部18构成为能够沿Y轴方向移动。
在此，对第一移动体12、第二移动体14、X轴驱动部及Y轴驱动部的支承进行总结。
(i)第一移动体12并未直接也未间接地(即，并未经由其他部件)支承于第二移动体14、X轴驱动部及Y轴驱动部。第一移动体12直接支承于平台10。具体而言，通过从X轴升降空气轴承68喷出的气体的斥力，第一移动体12以与平台10非接触的状态支承于平台10。
(ⅱ)第二移动体14并未直接也未间接地支承于第一移动体12、X轴驱动部及Y轴驱动部。第二移动体14直接支承于平台10。具体而言，通过从多个Y轴升降空气轴承44喷出的气体的斥力，第二移动体14以与平台10非接触的状态支承于平台10。
(ⅲ)X轴驱动部并未直接也未间接地支承于第一移动体12、第二移动体14及Y轴驱动部。X轴驱动部经由直接支承于平台10的Y轴导件而支承于平台10。
(ⅳ)Y轴驱动部并未直接也未间接地支承于第一移动体12、第二移动体14及X轴驱动部。Y轴驱动部经由直接支承于平台10的未图示的保持部件而支承于平台10。
如上所述，第一移动体12、第二移动体14、X轴驱动部及Y轴驱动部相互独立地(换言之，不经由共同的部件或彼此之间互不经由地)支承于平台10上。
图4是表示导梁42的一端及其周边的立体图。限制单元88并不限制X轴驱动部与第二移动体14之间的X轴方向上的相对移动，而限制X轴驱动部与第二移动体14之间的Y轴方向上的相对移动。尤其，限制单元88在X轴驱动部与第二移动体14并未接触(更具体而言，X轴驱动部与第二移动体14并未直接接触并且也未经由其他部件连接)的状态下限制Y轴方向上的相对移动。
图5是用于说明限制单元88的一例的图。图5是载物台装置100的俯视图。在图5中，省略了第一移动体12和Y轴驱动部。限制单元88包括第一磁铁90、第二磁铁92及磁性体93。磁铁90、92可以是永久磁铁，也可以是电磁铁。第一磁铁90固定于X轴驱动部。在图5中，第一磁铁90固定于支承部件的与导梁42对置的侧面。第二磁铁92及磁性体93固定于第二移动体14。在图5中，第二磁铁92及磁性体93固定于导梁42的与支承部件对置的侧面。
磁性体93与第一磁铁90在Y轴方向上对置。另外，磁性体93也可以固定于X轴驱动部并且与第二磁铁92在Y轴方向上对置。总之，磁性体93与磁铁在Y轴方向上相互吸引，由此使X轴驱动部与第二移动体14在Y轴方向上相互吸引，从而使X轴驱动部与第二移动体14之间的Y轴方向上的相对移动受到限制。即，本实施方式的限制单元88通过磁吸引力来限制X轴驱动部与第二移动体14之间的Y轴方向上的相对移动。通过限制Y轴方向上的相对移动，当第二移动体14被Y轴驱动部驱动而沿Y轴方向移动时，X轴驱动部追随第二移动体14也沿Y轴方向移动。
并且，第一磁铁90和第二磁铁92固定成相同的磁极在Y轴方向上彼此相对。在图5中，第一磁铁90和第二磁铁92固定成S极彼此相对。通过使相同的磁极在Y轴方向上彼此相对，第一磁铁90和第二磁铁92在Y轴方向上彼此排斥。通过该斥力，第一磁铁90乃至X轴驱动部与第二磁铁92乃至第二移动体14之间的非接触状态得以维持。
另一方面，X轴驱动部与第二移动体14之间的X轴方向上的相对移动并不受限制，并且其彼此独立地被支承，因此通过X轴驱动部驱动第一移动体12时的反作用力不会被传递到第二移动体14。
接着，对上述结构的载物台装置100的动作进行说明。
若电流供给至第一Y轴驱动部20的第一Y轴可动件30的线圈及第二Y轴驱动部22的第二Y轴可动件36的线圈，则在各线圈与Y轴定子之间产生电磁力，基于其电磁相互作用，Y轴可动件乃至第二移动体14(及第一移动体12)沿Y轴方向移动。若电流供给至第一X轴驱动部16的第一X轴可动件54的线圈及第二X轴驱动部18的第二X轴可动件60的线圈，则在各线圈与X轴定子之间产生电磁力，基于其电磁相互作用，X轴可动件乃至第一移动体12沿X轴方向移动。如此，通过使第一移动体12及第二移动体14移动，使第一移动体12的载物台70在XY方向上移动，从而在XY方向上对载置于载物台70上的对象物进行定位。第一X轴驱动部16及第二X轴驱动部18与第二移动体14之间的Y轴方向上的相对移动被限制单元88限制，因此随着第二移动体14沿Y轴方向移动，第一X轴驱动部16及第二X轴驱动部18也沿Y轴方向移动。
根据以上说明的实施方式所涉及的载物台装置100，X轴驱动部与第二移动体14之间的X轴方向上的相对移动并不受限制，而其Y轴方向上的相对移动则以非接触的方式受到限制，而且，X轴驱动部与第二移动体14彼此独立地被支承。由此，使X轴驱动部追随第二移动体14沿Y轴方向移动而沿Y轴方向移动的同时，抑制了通过X轴驱动部驱动第一移动体12时的反作用力传递到第二移动体14(尤其第二可动部38)。因此，不会产生由第二可动部38的结构部件引起的滞后及振动，或者抑制产生滞后及振动。即，能够实现更高精度的载物台装置100。并且，由于抑制了反作用力传递到第二可动部38，因此由该反作用力引起的第二可动部38的振动比较迅速地停止。由此，载物台装置100的生产能力得到提高。
以上，对实施方式的载物台装置进行了说明。该实施方式为示例，本领域技术人员应当可以理解，这些各构成要件或各处理工艺的组合可以存在各种变形例，并且这种变形例也在本发明的范围内。以下示出变形例。
(变形例1)
图6是用于说明限制单元88的另一例的图。图6对应于图5。在本变形例中，限制单元88为空气垫96。空气垫96固定于X轴驱动部及第二移动体14中的一个上。在图6中，空气垫96固定于支承部件的与导梁42相对置的侧面。空气垫96也可以经由间隔件98而固定于支承部件，以使其与导梁42的间隙变得微小。空气垫96具有朝向导梁42的侧面的吸引口96a及喷出口96b。空气垫96从吸引口96a吸引空气。通过该吸引力，限制X轴驱动部与第二移动体14之间的Y轴方向上的相对移动。
并且，空气垫96从喷出口96b朝向导梁42(Y轴方向)喷出从未图示的供气系统供给过来的高压气体。通过该斥力，X轴驱动部与第二移动体14之间的非接触状态得以维持。
根据本变形例，能够实现与实施方式相同的效果。
(变形例2)
图7是用于说明限制单元88的又一例的图。图7对应于图5。第一X轴驱动部16与第二X轴驱动部18通过连接部件94而彼此连接在一起，从而一体地沿Y轴方向移动。在图7中，第一支承部件56与第二支承部件62通过连接部件94而连接在一起。
限制单元88包括第一磁铁90及第二磁铁92。第一磁铁90固定于X轴驱动部。在图7中，第一磁铁90固定于支承部件的与导梁42对置的侧面。第二磁铁92固定于第二移动体14。在图7中，第二磁铁92固定于导梁42的与支承部件对置的侧面。第一磁铁90与第二磁铁92固定成相同的磁极在Y轴方向上彼此相对。在图7中，第一磁铁90与第二磁铁92固定成S极彼此相对。由此，第一磁铁90与第二磁铁92在Y轴方向上彼此排斥。
若第二移动体14向第一X轴驱动部16侧移动，则第一支承部件56乃至第一X轴驱动部16通过磁铁的斥力而被导梁42(第二移动体14)推压从而与第二移动体14一同移动。与第一X轴驱动部16连接在一起的第二X轴驱动部18也朝向相同的方向移动。若第二移动体14向第二X轴驱动部18侧移动，则第二支承部件62乃至第二X轴驱动部18通过磁铁的斥力而被导梁42(第二移动体14)推压从而与第二移动体14一同移动。与第二X轴驱动部18连接在一起的第一X轴驱动部16也朝向相同的方向移动。
即，在本变形例中，利用磁排斥力限制X轴驱动部与第二移动体14之间的Y轴方向上的相对移动。
根据本变形例，能够实现与实施方式相同的效果。
(变形例3)
图8是用于说明限制单元88的又一例的图。图8对应于图7。
限制单元88包括固定于X轴驱动部及第二移动体14中的一个上的空气垫96。在图8中，空气垫96固定于支承部件的与导梁42相对置的侧面。空气垫96为喷出型的空气垫。空气垫96朝向导梁42(Y轴方向)喷出从未图示的供气系统供给过来的高压气体，从而在其与导梁42之间的微小的间隙中形成高压的气体层。另外，空气垫96也可以固定于导梁42的侧面。
若第二移动体14向第一X轴驱动部16侧移动，则第一支承部件56乃至第一X轴驱动部16经由气体层而被导梁42(第二移动体14)推压从而与第二移动体14一同移动。与第一X轴驱动部16连接在一起的第二X轴驱动部18也朝向相同的方向移动。若第二移动体14向第二X轴驱动部18侧移动，则第二支承部件62乃至第二X轴驱动部18经由气体层而被导梁42(第二移动体14)推压从而与第二移动体14一同移动。与第二X轴驱动部18连接在一起的第一X轴驱动部16也朝向相同的方向移动。
即，在本变形例中，利用空气的斥力限制X轴驱动部与第二移动体14之间的Y轴方向上的相对移动。
根据本变形例，能够实现与实施方式相同的效果。
(变形例4)
在实施方式中，对Y轴驱动部驱动第二移动体14沿Y轴方向移动的情况进行了说明，但是并不只限于此，Y轴驱动部也可以驱动X轴驱动部沿Y轴方向移动。此时，Y轴驱动部的可动件与X轴驱动部连结在一起。若X轴驱动部被Y轴驱动部驱动而沿Y轴方向移动，则通过限制单元88，与X轴驱动部之间的Y轴方向上的相对移动受到限制的第二移动体14与X轴驱动部一同沿Y轴方向移动。
上述的实施方式及变形例的任意组合也作为本发明的实施方式而有效。通过组合而产生的新的实施方式兼具所组合的实施方式及变形例各自的效果。

Claims (4)

1.一种载物台装置，其特征在于，具备：
第一移动体；
X轴驱动部，其构成为能够沿Y轴方向移动并且驱动所述第一移动体沿X轴方向移动；
第二移动体，其构成为能够沿Y轴方向移动并且引导所述第一移动体沿X轴方向移动；
Y轴驱动部，其驱动所述X轴驱动部或所述第二移动体沿Y轴方向移动；以及
限制单元，其并不限制所述X轴驱动部与所述第二移动体之间的X轴方向上的相对移动，而是在使两者彼此非接触的状态下限制两者之间的Y轴方向上的相对移动。
2.根据权利要求1所述的载物台装置，其特征在于，
所述X轴驱动部与所述第二移动体彼此独立地被支承。
3.根据权利要求1或2所述的载物台装置，其特征在于，
所述限制单元通过空气的吸引力、空气的斥力、磁吸引力或磁排斥力来限制所述X轴驱动部与所述第二移动体之间的Y轴方向上的相对移动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的载物台装置，其特征在于，
所述X轴驱动部与所述Y轴驱动部彼此独立地被支承。
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