JP2004069703A - 座標測定台 - Google Patents

Abstract

【課題】　座標測定台を提供する。
【解決手段】　ＸＹ座標測定台（１）は各座標軸毎に摩擦棒（１０；１２）とモータ（９；１１）とを有する駆動ユニットを有する。モータ（９；１１）はそのモータ軸（１９）が摩擦棒（１０；１２）の一方側に接しているとともに、加圧ローラ（２０）が摩擦棒（１０；１２）の反対側に接している。加圧ローラ（２０）、摩擦棒（１０；１２）およびモータ軸（１９）を加圧力で互いに予圧する１つの加圧ばね（２４）が設けられ、その結果モータ軸（１９）が摩擦棒（１０；１２）に対して摩擦係合してモータ（９；１１）の回転運動を摩擦棒（１０；１２）の直線運動に変換する。本発明によれば、モータ軸（１９）に、加圧力と反対方向に向けられ、且つモータ軸（１９）に向けられて加圧力を補償する補償力を生じる補償手段（２１）が付設される。
【選択図】　　　図２

Description

　本発明は、請求項１の所謂プレアンブル部分（前提部）の特徴を有した座標測定台に関するものである。

　上記の種類の座標測定台は半導体産業において基板を測定するための高精度座標測定装置に用いられている。そのような座標測定台を有する座標測定装置は非特許文献１に記載されている。この測定装置は基板、例えばマスクやウエハ上のパターン要素のエッジの座標を高精度に測定するのに用いられる。

　先行する未公開特許文献１は上記の種類の追加改良された座標測定台および、基板、例えばマスクやウエハ上のパターン要素のエッジの座標を高精度に測定するための座標測定装置について記載している。

　座標測定装置はＸ方向およびＹ方向に水平に移動可能な上記の種類の座標測定台を有している。それはエッジ座標が測定すべき形状特徴を有する基板を受け取る役目を果たす。さらに、個別の干渉測定光線路が測定台の各座標軸（Ｘ，Ｙ）に対応している。２つの干渉測定光線路の端部に配置された測定ミラーが測定台の直交する２つの側面に載置されている。その２つの測定ミラーによって測定台の位置を干渉により決定することができる。

　座標測定台は各座標軸に対して摩擦棒とモータとを有する駆動ユニットを有する。モータはそのモータ軸が摩擦棒の一端に接する一方、加圧ローラが摩擦棒の他端に接する。加圧ローラ、摩擦棒およびモータ軸を加圧力により互いに予圧する少なくとも１つのバネを設ける。その結果モータ軸が摩擦棒に摩擦係合されるため、モータの回転運動が摩擦棒の直線運動に変換される。

　上記の種類の座標測定装置は５ｎｍ未満の範囲の再現性を有する座標を確定するのに役立つ。すでに述べたようにこの測定精度は測定台のＸＹ位置精度と垂直移動精度とに大きく左右されるため、測定台の設計には極めて厳しい要求が課される。

　周知の座標測定台の駆動ユニットで用いられるモータは回転速度依存型トルクを有するものだった。またこの周知の座標測定台はすでに重い台構成部品で構成されているため、高トルクを発生させるためにモータは常に高速回転しなければならない。さらにこの周知の座標測定台で３０ｎｍ未満の範囲の微細な位置決めを良好に達成するために、高速回転するモータ軸の回転運動をリンク装置を用いて大幅に低減させなければならなかった。

　この目的のために、例えば摩擦車低減リンク装置を介して摩擦棒に作用するモータ軸上に配置された摩擦車を有するステッピングモータまたは直流モータを駆動ユニットで用いた。最後の摩擦車と摩擦棒との間の摩擦係合を充分に確実なものにするために加圧力をそれだけ高くしなければならない。また必要な加圧力は駆動システムが移動しなければならない質量に左右される。

　座標測定器の新たな開発状況では、半導体産業において大型基板、例えば９インチマスクおよび３００ｍｍウエハの測定を可能にする超大型のＸＹ座標測定台が必要とされた。その結果個々の可動台構成部品（ＸおよびＹ方向用）は以前の座標測定台よりかなり重かった（最大８０ｋｇ）。周知の駆動ユニットを使用したこの超大型のＸＹ座標測定台の実験により周知の駆動装置ではこれらの質量を移動させるのに充分なトルクがかからないことが分かった。移動すべき質量が大きいため摩擦棒上の摩擦係合が一部失われ、すなわちすべりが生じた。一方これにより確実に位置精度が失われた。

独国特許発明第１０１　４０　１７４．４−５２号明細書 ケー・ディー・ロスおよびケー・リン（Ｋ．Ｄ．Ｒｏｅｔｈ　ａｎｄ　Ｋ．Ｒｉｎｎ）著「半導体製造用ライカ工業計測機器アイプロを用いたマスク測定学（Ｍａｓｋｅｎｍｅｔｒｏｌｏｇｉｅ　ｍｉｔ　ｄｅｒ　ＬＥＩＣＡ　ＩＭＳ　ＩＰＲＯ　ｆｕｅｒ　ｄｉｅ　Ｈａｌｂｌｅｉｔｅｒｐｒｏｄｕｋｔｉｏｎ［Ｍａｓｋ　ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ＬＥＩＣＡ　ＩＭＳ　ＩＰＲＯ　ｆｏｒ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ］）」、「科学技術の報告（Ｍｉｔｔｅｉｌｕｎｇｅｎ　ｆｕｅｒ　Ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔ　ｕｎｄ　Ｔｅｃｋｎｉｋ）」、１９９７年１０月、第１１巻、第５号、ｐ.１３０−１３５

　そのため本発明の目的は大きな台質量にもかかわらず、正確なＸＹ位置決め精度を可能にした超大型のＸＹ座標測定台を示すことである。

　この目的は請求項１の特徴構成を有する座標測定台によって達成される。

　周知の座標測定台を用いて、加圧ローラ、摩擦棒およびモータ軸を少なくとも１つのばねの加圧力で互いに予圧して、モータ軸を摩擦棒に摩擦係合させた。この新しい非常に重い座標測定台では、摩擦車を摩擦棒に対して押し付けるために相当大きな加圧力が必要とされるが、これはモータ軸のベアリングに過度の負荷をかけることが分かった。

　さらにこの新しい座標測定台の非常に重い台構成部品を移動させるための加圧力を増加させるために、本発明によれば、駆動ユニットに、加圧力と反対方向に向けられ、且つモータ軸に向けられて加圧力を補償する補償力を生じる補償手段が付設されている。これによりモータ軸のベアリングに過度に負荷をかけることなく加圧力を著しく増加させることができる。

　本発明の有利な実施形態では、補償手段が限定移動可能な負荷軽減ベアリング保持要素上に、モータのモータ軸に対して補償力で予圧される２つの近接した負荷軽減ベアリングを含む。２つの負荷軽減ベアリング間の空隙が、加圧力と負荷軽減ベアリング保持要素の可動性とによりモータ軸に対して中心になるように位置決めされたモータ軸用のＶ字型受け口を形成している。

　負荷軽減ベアリングおよび加圧ローラをボールベアリング、自己整合ボールベアリングまたはニードルベアリングとして具現化することができる。ステッピングモータを駆動要素として用いることができる。

　また一方モータがその非常に高い全トルクを最小の移動距離に対しても利用するため、トルクモータを用いることが特に有利であることを示した。これは重い台構成部品を移動する際の大きな利点であることを示す。この実施形態により実際さらに位置精度を向上させることができた。これはこの状況では関連する機械的許容誤差を有するいかなる種類のリンク装置もこれ以上必要ないということがさらに有利であることを示している。エネルギー伝達が直接モータ軸から摩擦棒へと生じるため、位置精度は事実上モータの動作精度の影響しか受けない。

　以下、本発明について概略図を参照して説明する。

　図１は本発明による完全に組み立てた座標測定台１の斜視図である。基部２がその上に中央部４を配した状態で示されている。中央部４はＹ誘導要素６と追加支持要素１３とに吊着されており、そのＹ誘導要素６および追加支持要素１３は両方とも基部２の平面上の支持エアベアリング７によって支持されているとともにその上を摺動可能である。中央部４をＸ方向に移動させるために基部２は溝として具現化されたＸ誘導要素３を有する。中央部４に配置された誘導エアベアリング８はＸ方向への移動を誘導するためにＸ誘導要素３に係合しているがこの図では隠れている。

　Ｘ移動を達成するために、中央部４をＸ駆動要素９の回転運動を中央部４に伝えるＸ摩擦棒１０に結合させる。Ｘ駆動要素９のモータ軸１９の反対側には加圧ローラ２０がＸ摩擦棒１０に対して摩擦配置されている。そのために加圧ローラ２０、Ｘ摩擦棒１０およびモータ軸１９が少なくとも１つのばね（図示せず）の加圧力で互いに予圧されているため、モータ軸１９はＸ摩擦棒に対して摩擦係合している。

　本発明によれば、Ｘ駆動要素９のモータ軸１９に、加圧力と反対方向に向けられ、且つモータ軸１９に向けられて加圧力を補償する補償力を生じる補償手段２１が付設されている。これによりモータ軸１９のベアリングに過度に負荷をかけることなく加圧力を著しく増加させることができる。

　中央部４を超えて完全にまたがる台本体５は中央部４の上方に配置されている。また台本体５は数個の支持エアベアリング７によって基部２の表面上に支持されるとともにＹ誘導要素６に沿ってＹ方向に摺動可能である。この誘導要素６がＸ方向に移動可能な中央部４を搬送するため、中央部４がＸ方向に移動する度に台本体５は強制誘導的に追従する。

　その上にＹ誘導リブ１５が据え付けられた２つの保持要素１４が、台本体５のＹ誘導要素６に面した外側に配置されている。Ｙ誘導リブ１５の外側に配置されているのは、数個の誘導エアベアリング８であり、Ｙ誘導要素６の外側に対して据え付けられるとともにＹ誘導要素６に沿って台本体５の正確な移動を確保する。Ｙ移動を達成するために、Ｙ摩擦棒１２によって台本体５に回転運動が伝達されるＹ駆動要素１１が基部２上に固定して配置されている。

　Ｙ摩擦棒１２はＸ方向に延在する押棒１７に対向するその一端において環状エアベアリング１６と係合することにより、Ｙ摩擦棒１２のＹ移動を台本体５に伝達する。加圧ローラ２０はモータ軸１９の反対側でＹ摩擦棒１２に摩擦配置されている。そのために加圧ローラ２０、Ｙ摩擦棒１２およびモータ軸１９が少なくとも１つのばね（図示せず）の加圧力で互いに予圧されているため、モータ軸１９はＹ摩擦棒１２に対して摩擦係合している。

　本発明によれば、Ｙ駆動要素１１のモータ軸１９に、加圧力と反対方向に向けられ、且つモータ軸１９に向けられて加圧力を補償する補償力を生じる補償手段２１が付設されている。これによりモータ軸１９のベアリングに過度に負荷をかけることなく加圧力を著しく増加させることができる。

　基部２、中央部４および台本体５はそれぞれ重畳する内在開口部１８を有し、それらの開口部は透過光測定用の１つの開放透過光領域を形成している。

　図２は図１の座標測定台のＸ駆動装置の斜視詳細図である。

　Ｘ駆動要素９はモータ載置台２２上に配置されている。Ｘ駆動要素９のモータ軸１９はモータ載置台２２を貫通して上方に突出するとともにＸ摩擦棒１０に接している。Ｘ摩擦棒１０の反対側には、加圧ローラ２０がモータ軸１９に正対して加圧ローラ保持要素２３に配置されている。加圧ばね２４が加圧ばね保持要素２５に配置されて加圧ローラ保持要素２３を加圧ローラ２０に対して予圧することにより、加圧力で加圧ローラ２０自体をＸ摩擦棒１０に予圧する。

　モータ軸１９側には負荷軽減ベアリング保持要素２６に２つの近接負荷軽減ベアリング２７が配置されている。負荷軽減ベアリング保持要素２６はモータ載置台２２に対して限定的に移動可能である。補償ばね２８が補償ばね保持要素２９に配置されて負荷軽減ベアリング保持要素２６上の２つの負荷軽減ベアリング２７をモータ軸１９に対して補償力で予圧する。

　この補償力は加圧ローラ２０が加える加圧力とは反対方向に向けられて加圧力を補償する。モータ軸１９にかかる負荷はこれによって軽減される。同時に非常に高い加圧力でＸ摩擦棒１０に作用してこれにより座標測定台の非常に重い構成部品を移動させることができる。その２つの負荷軽減ベアリング２７間の空隙がモータ軸１９用のＶ字型受け口を形成しており、そのＶ字型受け口は負荷軽減ベアリング保持要素２６の可動性と加圧力自体とによりモータ軸１９に対して中心になるように位置決めされている。

　図３は図１の座標測定台のＹ駆動装置の上からの詳細図である。

　Ｙ駆動要素１１（図では隠れている）がモータ載置台２２上に配置されている。Ｙ駆動要素１１のモータ軸１９はモータ載置台２２を貫通して上方に突出するとともにＹ摩擦棒１２に接している。

　Ｙ摩擦棒１２の反対側には、加圧ローラ２０がモータ軸１９に対して横方向にずれた状態で加圧ローラ保持要素２３に配置されている。加圧ばね２４が加圧ばね保持要素２５に配置されて加圧ローラ保持要素２３を加圧ローラ２０に対して予圧することにより、加圧力で加圧ローラ２０自体をＹ摩擦棒１２に予圧する。

　モータ軸１９側には負荷軽減ベアリング保持要素２６に２つの近接負荷軽減ベアリング２７が配置されている。負荷軽減ベアリング保持要素２６はモータ載置台２２に対して限定的に移動可能である。補償ばね２８が補償ばね保持要素２９に配置されて負荷軽減ベアリング保持要素２６上の２つの負荷軽減ベアリング２７をモータ軸１９に対して補償力で予圧する。

　この補償力は加圧ローラ２０が加える加圧力とは反対方向に向けられて加圧力を補償する。モータ軸１９にかかる負荷はこれによって軽減される。同時に非常に高い加圧力でＹ摩擦棒１２に作用してこれにより座標測定台の非常に重い構成部品を移動させることができる。その２つの負荷軽減ベアリング２７間の空隙がモータ軸１９用のＶ字型受け口を形成しており、そのＶ字型受け口は負荷軽減ベアリング保持要素２６の可動性と加圧力自体とによりモータ軸１９に対して中心になるように位置決めされている。

　Ｙ摩擦棒１２の移動は環状エアベアリング１６（詳細は図１を参照してすでに説明した）によって押棒１７に伝達されるため、Ｙ摩擦棒１２の自由端の横移動は押棒１７上の環状エアベアリング１６の傾斜を招き、それによって位置決めが不正確になる。そのため加圧ローラ２０はモータ軸１９に正対して配置されずに、Ｙ摩擦棒１２上でモータ軸１９の位置に対して横にずれている。

　Ｙ摩擦棒１２を安定させ且つ上述した加圧ローラ２０の横ずれの方向に一段と大きく横ずれした支持ベアリング３０が、負荷軽減ベアリングから離れてモータ軸１９がＹ摩擦棒１２に接している側に追加配置されている。これによりＹ摩擦棒１２の自由端は支持ベアリング３０によって安定するため、押棒１７上の環状エアベアリング１６の傾斜は不可能になる。

　図４は図３の座標測定台のＹ駆動装置の側面からの詳細図である。図示の仕方により隠れているもの以外は図３と同じ構成部品が示されている。

　モータ載置台２２が例えば花崗岩で作製可能な基部２に取り付けられている。Ｙ駆動要素１１がモータ載置台２２に配置されている。Ｙ駆動要素１１のモータ軸１９（図では隠れている）はモータ載置台２２を貫通して上方に突出するとともにＹ摩擦棒１２に接している。加圧ローラ保持要素２３上の加圧ローラ２０は図では隠れている。上に補償ばね２８（図では隠れている）が配置された補償ばね保持要素２９が見える。Ｙ摩擦棒１２の移動は環状エアベアリング１６によって押棒１７（詳細は図１を参照してすでに説明した）に伝達される。

　押棒１７上の環状エアベアリング１６の傾斜とそれによる位置決めの不正確さを招くＹ摩擦棒１２の自由端の横移動を抑制するために、支持ベアリング３０がモータ軸１９がＹ摩擦棒１２に接している側の支持ベアリング保持要素３１上に追加配置されている。このベアリングはモータ軸１９に対して一段と大きく横にずれている（詳細は図３を参照してすでに説明した）。

本発明による座標測定台の斜視図である。 図１の座標測定台のＸ駆動装置の斜めの詳細図である。 図１の座標測定台のＹ駆動装置の上からの詳細図である。 図１の座標測定台のＹ駆動装置の側面からの詳細図である。

符号の説明

　１　座標測定台
　２　基部
　３　Ｘ誘導要素
　４　中央部
　５　台本体
　６　Ｙ誘導要素
　７　支持エアベアリング
　８　誘導エアベアリング
　９　Ｘ駆動要素
　１０　Ｘ摩擦棒
　１１　Ｙ駆動要素
　１２　Ｙ摩擦棒
　１３　追加支持要素
　１４　保持要素
　１５　Ｙ誘導リブ
　１６　環状エアベアリング
　１７　押棒
　１８　内在開口部
　１９　モータ軸
　２０　加圧ローラ
　２１　補償手段
　２２　モータ載置台
　２３　加圧ローラ保持要素
　２４　加圧ばね
　２５　加圧ばね保持要素
　２６　負荷軽減ベアリング保持要素
　２７　負荷軽減ベアリング
　２８　補償ばね
　２９　補償ばね保持要素
　３０　支持ベアリング
　３１　支持ベアリング保持要素

Claims (8)

1. 　各座標軸毎に、摩擦棒（１０；１２）と、モータ軸（１９）が前記摩擦棒（１０；１２）の一方の側に接しているモータ（９；１１）とを備えた駆動ユニットを有し、、前記摩擦棒（１０；１２）の他方の側に加圧ローラが接しており、
   　前記加圧ローラ（２０）、前記摩擦棒（１０；１２）および前記モータ軸（１９）を加圧力で互いに予圧する少なくとも１つの加圧ばね（２４）が設けられ、互いの予圧によって、前記モータ軸（１９）が前記摩擦棒（１０；１２）に対して摩擦係合して前記モータ（９；１１）の回転運動を前記摩擦棒（１０；１２）の直線運動に変換するＸＹ座標測定台（１）において、
   　前記モータ軸（１９）に、前記加圧力と反対方向に向けられ且つ前記モータ軸（１９）に向けられて前記加圧力を補償する補償力を生じる補償手段（２１）が付設されていることを特徴とするＸＹ座標測定台（１）。
2. 　前記加圧ローラ（２０）が、前記摩擦棒（１０；１２）に対して加圧力で予圧される加圧ローラ保持要素（２３）に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＸＹ座標測定台（１）。
3. 　前記補償手段（２１）が限定移動可能な負荷軽減ベアリング保持要素（２６）上に、２つの近接した負荷軽減ベアリング（２７）を有し、該負荷軽減ベアリング（２７）は不動モータ載置台（２２）に載置された前記モータ（９；１１）の前記モータ軸（１９）に対して前記補償力で予圧されており、
   　前記２つの負荷軽減ベアリング（２７）間の空隙が、前記負荷軽減ベアリング保持要素（２６）の可動性と前記加圧力自体とにより前記モータ軸（１９）に対して中心になるように位置決めされる前記モータ軸（１９）用のＶ字型受け口を画定することを特徴とする請求項２に記載のＸＹ座標測定台（１）。
4. 　前記負荷軽減ベアリング（２７）がボールベアリング、自己整合ボールベアリングまたはニードルベアリングとして具現化されていることを特徴とする請求項３に記載のＸＹ座標測定台（１）。
5. 　前記加圧ローラ（２０）が前記Ｙ摩擦棒（１２）上で前記モータ軸（１９）の位置に対して横にずれるとともに、
   　前記Ｙ摩擦棒（１２）を安定させ且つ前記加圧ローラ（２０）の上記横ずれの方向に一段と大きく横ずれした支持ベアリング（３０）が、前記負荷軽減ベアリング（２７）から離れて、前記モータ軸（１９）が前記Ｙ摩擦棒（１２）に接している側に追加配置されていることを特徴とする請求項３に記載のＸＹ座標測定台（１）。
6. 　前記加圧ローラ（２０）がボールベアリング、自己整合ボールベアリングまたはニードルベアリングとして具現化されていることを特徴とする請求項１に記載のＸＹ座標測定台（１）。
7. 　前記モータ（９；１１）がステッピングモータまたは直流モータとして具現化されていることを特徴とする請求項１に記載のＸＹ座標測定台（１）。
8. 　前記モータ（９；１１）がトルクモータとして具現化されていることを特徴とする請求項１に記載のＸＹ座標測定台（１）。

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