JP2007220910A

JP2007220910A - 真空用位置決め装置

Info

Publication number: JP2007220910A
Application number: JP2006039643A
Authority: JP
Inventors: Tei Goto; 禎後藤; Nobuhito Saji; 伸仁佐治
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】真空チャンバ内外の気圧差による位置決め精度の低下を抑制できる真空用位置決め装置を提供する。
【解決手段】隔壁部６ｂが真空チャンバ１の外壁面１ａと蛇腹状シール部材８を気密に結合され、大気圧と真空チャンバ１内の気圧との気圧差に起因する隔壁部６ｂを挟んで垂直に作用する力の不釣合い分の影響をキャンセルする大気圧低減機構１１を真空チャンバ１と隔壁部６ｂとの間に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に形成されたアライメントマークの位置を真空チャンバ内で調整する際に用いられるアライメントマーク位置調整装置等、真空チャンバ中に配される位置決め対象の位置決め装置に関する。

半導体ウエハ、液晶基板等の基板に微細な配線パターンをパターニングする半導体露光装置やイオン注入装置等では、真空中に高精度の位置決め装置が設けられることがある。例えば、基板に形成されたアライメントマークの位置を検出する装置として、従来、図７及び図８に示すようなアライメントマーク位置検出装置２が使用されている。このアライメントマーク位置検出装置２はプレート状のベース３を備えており、このベース３は真空チャンバ１の図示しない床面に固定された支持台５５上に固定されている。支持台５５及びベース３が基台を構成する。

また、アライメントマーク位置調整装置２はベース３にリニアガイド４を介して支持されたスライダ（移動ステージ）５を備えており、このスライダ５には、ミラー６ａ、隔壁部６ｂ、図示しない複数のレンズ等からなるアライメントマーク撮像用光学系６が取り付けられている。さらに、アライメントマーク位置検出装置２はアライメントマーク撮像用光学系６を介してアライメントマークを真空チャンバ１の外部で撮像するＣＣＤカメラ等の撮像装置７を備えており、この撮像装置７もアライメントマーク撮像用光学系６に一体的に結合されており、スライダ５と共に真空チャンバ１の外壁面１ａに対して進退可能である。

さらにまた、アライメントマーク位置検出装置２はスライダ５を介して撮像装置７及びアライメントマーク撮像用光学系６を真空チャンバ１の外壁面１ａに対する進退方向に駆動するボールねじ９を備えており、このボールねじ９はボールねじ駆動モータ１０により駆動される。ベース３のリニアガイド４を挟んで反対側の側面にブラケット３ａが固定されており、このブラケット３ａにモータ１０が固定されるとともに、ボールねじ９のねじ軸９ａが軸受を介して回転自在に軸支されている。ベース３は中央に開口３ｂを有し、ボールねじ９のナット９ｂが固定されるナットブラケット５ａがこの開口３ｂを貫通するとともにリニアガイド４のレールを跨いでスライダ５に固定されている。９ｃはモータ１０の回転軸とねじ軸９ａとを接続する継手である。モータ１０が回転してナット９ｂがねじ軸９ａに沿って移動するのに伴い、ナットブラケット５ａ、スライダ５、ひいてはアライメントマーク撮像用光学系６及び撮像装置７がリニアガイド４に案内されて移動する。

また、アライメントマーク撮像用光学系６の隔壁部６ｂと真空チャンバ１の外壁面１ａとは、ベローズ等の蛇腹状シール部材（弾性シール部材）８を介して気密に結合されている。蛇腹状シール部材８は蛇腹部８ａの両端に環状のフランジ部８ｂ，８ｃを有し、フランジ部８ｂ及び８ｃと蛇腹部８ａとも気密に結合されている。隔壁部６ｂの中央部分は、例えば石英ガラスからなる透光窓で構成されている。すなわち透光窓が中央部分に気密的に固定されている。したがって、隔壁部６ｂを境として、アライメントマーク撮像用光学系６の撮像装置７寄りの側は大気圧中に、反対側は真空環境下に曝される。

このようなアライメントマーク位置検出装置では、隔壁部６ｂと真空チャンバ１の外壁面１ａとを弾性変形能に富んだ蛇腹状シール部材８を介して結合しているため、撮像装置７を大気中に配置していながら、ボールねじ９及びボールねじ駆動モータ１０により撮像装置７及びアライメントマーク撮像用光学系６を移動させることができる。したがって、多種類のアライメントマークの配置に対応してアライメントマークを検出することができるという利点を有している。また、真空チャンバでは、真空引きによるチャンバ内外の気圧差による外壁面１ａの変形の影響が無視できないのであるが、隔壁部６ｂと真空チャンバ１の外壁面１ａとを弾性変形能に富んだ蛇腹状シール部材８を介して結合していることにより、外壁面１ａの変形の影響が支持台上に設けられたアライメントマーク位置検出装置２に伝わるのを低減できる。

また、撮像装置７を大気中に配置したので、特殊で高価な真空仕様の撮像装置を使用する必要がなく、撮像装置のメンテナンス等の際にも真空チャンバ１を分解する必要がなく、容易に作業が可能となる。
すなわち、アライメントマーク位置検出装置２の高精度な位置決めと、撮像装置７の低コスト化及びメンテナンスの容易化とを同時に実現することができる。

また、やはり真空チャンバ中に配されるステージの移動・位置決めのための例えばＸＹステージ等のような位置決め装置で、発塵源あるいは発熱源ともなるステージ位置決め駆動用のモータを大気中に配置する場合がある。この場合も、真空チャンバ外壁面の変形の影響が位置決め装置に及ぶのを防ぐため、上記と同様の隔壁部及び弾性シール部材を用いることも考えられる。

さらに、真空中で使用される位置決め装置が直接設置される基台が真空チャンバの変形の影響で位置が変動してしまったり、変形してしまったりしては意味がない。このようなことを避けるために、基台が設置される真空チャンバの床面を変形し難い肉厚に構成したり、変形しても比較的位置変動の無視できる位置に基台を固定することも考えられる。しかし、これらの方法では、真空チャンバの大型化、重量増を招く。そこで、基台を真空チャンバを貫通して立設される支柱を介して真空チャンバ外の大気中の基礎面上に支持するとともに、貫通孔は弾性シール部材により密封することも考えられる。これにより、真空チャンバの床面が真空引きにより変形しても、その影響を基台が直接受けることはない。

しかしながら、上述したアライメントマーク位置検出装置にあっては、真空チャンバ１の真空引きによるチャンバ内外の気圧差の影響がアライメントマーク位置検出装置２等に及ぶのを完全に除去するには至らなかった。
これは、外壁面１ａの変形の影響は蛇腹状シール部材８の蛇腹部８ａの弾性変形により十分吸収できるのであるが、隔壁部６ｂに軸方向に作用する大気側（外側）から押す力と真空側（内側）から押す力に不釣合いが存在するためである。すなわち、真空チャンバ１内が真空のとき、隔壁部６ｂを軸方向から見て外側からしか力が作用しない部分があり、外側から内側に向けて（真空チャンバ内外の圧力差）×（この部分の面積）で定まる力が、不釣合い分として、垂直に作用することにある。この部分の面積（軸方向から見た蛇腹部８ａの最小内周円の面積に略近い面積）は、外壁面１ａの面積と比べるとかなり小さいものの、この力により、アライメントマーク位置検出装置２や支持台の弾性変形や位置の変化が生じ、アライメントマーク検出精度に影響を及ぼす場合もあり得る。また、ボールねじ９を逆作動させる可能性もある。

さらに、真空チャンバ内のステージ位置決め装置であって、モータを大気中に設けたものや、真空チャンバを貫通して立設される支柱を介して大気中の基礎面に基台を支持するようにしたものの場合にも、同様の問題が残る。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、真空チャンバ内外の気圧差による位置決め精度の低下を抑制することのできる真空用位置決め装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、真空チャンバ内に配される基台と、該基台上に設けられ該基台に対して少なくとも一方向に移動・位置決め可能な位置決め対象を搭載する移動ステージとを備え、少なくとも一部が隔壁部を介して大気中に曝される真空用位置決め装置において、前記隔壁部が前記真空チャンバの外壁面と弾性シール部材を介して気密に結合され、大気圧と前記真空チャンバ内の気圧との気圧差に起因する前記隔壁部を挟んで垂直に作用する力の不釣合い分の影響をキャンセルする大気圧低減機構を前記真空チャンバと前記隔壁部との間に設けたことを特徴とする。

本発明に係る真空用位置決め装置において、大気圧低減機構は、前記隔壁部の周囲に配置された複数流体圧シリンダからなるものを好適に使用できる。また、流体圧シリンダは、前記隔壁部及び前記真空チャンバ外壁面の一方に固定されたシリンダ本体と、このシリンダ本体から突出して前記隔壁部及び前記真空チャンバ外壁面の他方に連結または当接されたピストンロッドとを備えてなるものを使用できる。さらに、流体圧シリンダは、隔壁部の周囲を囲んで三つ以上配置されていることが好ましい。

本発明に係る真空用位置決め装置によれば、真空チャンバ内外の気圧差により変形しやすい部位に直接、位置決め装置を固定せず、弾性シール部材を介して隔壁部を結合しているので、真空チャンバの変形の影響による位置決め装置の位置変動等を抑制できる。さらに、大気圧低減機構を真空チャンバと隔壁部との間に設けたことで、隔壁部に垂直に作用する真空チャンバ内外の気圧差による力の影響をも抑制することができる。したがって、移動ステージ、ひいてはこれに搭載される位置決め対象の位置を精度よく調整することができる。

以下、図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態について説明するが、図７及び図８に示したものと同一の部分には同一の符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。
図１は本発明の真空用位置決め装置の一例としての第１の実施形態に係るアライメントマーク位置検出装置の概略構成を示す平面図で、図２は第１の実施形態に係るアライメントマーク位置検出装置の側面図である。図１及び図２に示すように、隔壁部６ｂと真空チャンバ外壁面１ａとを蛇腹状シール部材８を介して結合するとともに、蛇腹状シール部材８の一方のフランジ部８ｂには、真空引き時に隔壁部６ｂに軸方向に内外から作用する力の不釣合い分（外側から内側へ向けた力の影響）を低減する大気圧低減機構１１が設けられている。この大気圧低減機構１１は、図３に示すように、撮像装置７の周囲に略１２０度の間隔で配置された三つのエアーシリンダ１２からなり、各エアーシリンダ１２は蛇腹状シール部材８の一方のフランジ部８ｂに固定されたシリンダ本体１２ａ（図１参照）と、このシリンダ本体１２ａから突出して真空チャンバ１の外壁面に当接されたピストンロッド１２ｂとを備えて構成されている。

このように構成される第１の実施形態に係るアライメントマーク位置検出装置では、隔壁部６ｂを境とした密封状態を保ちつつ蛇腹状シール部材８の蛇腹部８ａが弾性変形し、ボールねじ９及びボールねじ駆動モータ１０により撮像装置７及びアライメントマーク撮像用光学系６が真空チャンバ外壁面１ａに垂直な方向に移動させることができるので、製造する半導体チップのサイズの変更によるアライメントマークの位置の変更にも対応することができる。同時に、真空引き時における真空チャンバ１の外壁面１ａの弾性変形の影響も蛇腹部８ａが弾性変形することにより吸収されるため、アライメントマーク位置検出装置の位置変化や弾性変形を抑制できる。

また、本実施形態では、さらに、大気圧低減機構１１を設けたことにより、撮像装置７を介してアライメントマーク位置検出装置２を構成する各部や装置が固定される支持台の弾性変形や位置の変化の発生をさらに確実に防止できるので、アライメントマークの位置を精度よく検出することができる。したがって、第１の実施形態に係るアライメントマーク位置検出装置によれば、アライメントマークの位置を精度よく調整することができる。

また、真空チャンバ内外の気圧差により生じる押圧力のため、ボールねじ９に逆作動する等の事態も防止することができる。
エアーシリンダ１２による押圧力は、三つのエアーシリンダ１２個々の押圧力を等しく、かつ、三つのエアーシリンダ１２による押圧力の総和が、真空チャンバ内外の気圧差に起因する前記力の不釣合い分の影響をキャンセルする大きさとなるように制御するのが好ましい。これにより、この不釣合い分がキャンセルされ、アライメントマーク位置検出装置２の位置変動や弾性変形、ボールねじ９の逆差動等の原因となる外力が作用するのを特に効果的に防止することができる。

なお、上述した第１の実施形態では大気圧と真空チャンバ１内の気圧との気圧差に起因する隔壁部６ｂを挟んで垂直に作用する力の不釣合い分の影響をキャンセルする大気圧低減機構１１を三つのエアーシリンダ１２から構成したが、エアーシリンダの代わりに油圧シリンダ等の流体圧シリンダを用いてもよい。
但し、エアーシリンダに代表される気体を媒体とする流体圧シリンダを用いることにより、ピストンロッド１２ｂの伸縮量が変化しても押圧力を略一定とすることができる。このため、本実施形態等のようなある程度のストローク量が必要な用途でも、エアーシリンダへの供給圧力を一定に保てばよいので制御が容易で好ましい。

また、本実施形態では、三つのエアーシリンダを用いているが、これには限らず数及び配置は適宜変更可能である。但し、三つもしくはそれ以上の流体圧シリンダを周方向に等間隔に配置することにより、バランスよく真空チャンバ１の外壁面１ａを押圧することができ、好ましい。
さらに、本実施形態では、流体圧シリンダ１２のピストンロッド１２ｂが真空チャンバ１の外壁面１ａに当接するようにしたが、流体圧シリンダ１２のピストンロッド１２ｂを真空チャンバ１の外壁面１ａに連結（固定）するようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、流体圧シリンダの本体１２ａが、隔壁部６ｂに固定される蛇腹状シール部材８の一方のフランジ部８ｂに固定しているが、隔壁部６ｂと一体的に移動する部分であれば他の箇所に固定するようにしてもよい。
さらに、本体１２ａを外壁面１ａに固定し、シリンダロッド１２ｂを隔壁部６ｂ側に当接あるいは固定するようにしてもよい。

次に、図４〜図６を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
図４及び図５において、符号１４は真空チャンバ、１５は真空チャンバ１４を床面から浮いた状態で支持する支柱を示しており、この真空チャンバ１４内には、ＸＹステージ１６が設けられているとともに、ＸＹステージ１６を駆動するＸＹステージ駆動装置１７（図５参照）が設けられている。なお、真空チャンバ１４はほぼ箱形に形成された真空チャンバ本体１４ａと、この真空チャンバ本体１４ａの一側面部に形成された内部機器搬入用開口部を閉塞するチャンバ蓋１４ｂとで形成されている。

ＸＹステージ駆動装置１７はベース１８を備えており、このベース１８には、ＸＹステージ１６を図中Ｘ軸方向に駆動する第１のステージ駆動機構１９が設けられているとともに、ＸＹステージ１６を図中Ｙ軸方向に駆動する第２のステージ駆動機構２０が設けられている。
第１のステージ駆動機構１９はスライダ２１を備えており、このスライダ２１はベース１８の上面部に設けられた二本のリニアガイドレール２２によって図中Ｘ軸方向に移動可能に支持されている。また、第１のステージ駆動機構１９はスライダ２１を図中Ｘ軸方向に駆動するボールねじ２３を備えており、このボールねじ２３を駆動するボールねじ駆動モータ２４は真空チャンバ１４の外部に設けられている。

さらに、第１のステージ駆動機構１９はボールねじ駆動モータ２４の回転トルクをボールねじ２３に伝える第１のトルク伝達機構２５を備えており、このトルク伝達機構２５は、図６に示すように、ボールねじ２３のねじ軸２３ａ及びボールねじ駆動モータ２４の回転軸２４ａにそれぞれカップリング２６を介して連結されたトルク伝達軸２７を備えている。また、トルク伝達機構２５はトルク伝達軸２７の真空チャンバ貫通部をシールするシールユニット２８を備えており、このシールユニット２８にはプレート状の大気圧受け部材２９が取り付けられている。

大気圧受け部材（隔壁部）２９は、真空チャンバ１４の外部に大気圧受け面２９ａを有している。この大気圧受け面２９ａにはベローズ３０の一端部がフランジ３１を介して接合されており、ベローズ３０の他端部はフランジ３２を介して真空チャンバ１４の外壁面に接合されている。
大気圧受け部材２９には、真空チャンバ１４内外に気圧差があるときに、大気圧受け部材２９の大気圧受体面２９ａに垂直に作用する大気圧による力と、大気圧受け部材２９の反対側端面２９ｂに垂直に作用する内部圧力による力との差（不釣合い分）による影響を低減する大気圧低減機構３３（図６参照）がフランジ３１を介して取り付けられている。この大気圧低減機構３３はベローズ３０の周囲にほぼ１２０度間隔で配置された三つのエアーシリンダ３４からなり、各エアーシリンダ３４は大気圧受け部材２９に固定されたシリンダ本体３４ａと、このシリンダ本体３４ａから突出して真空チャンバ１４の外壁面に接合されたピストンロッド３４ｂとを備えて構成されている。

第２のステージ駆動機構２０はスライダ３５（図５参照）を備えており、このスライダ３５はベース１８とスライダ２１の上面部に二本ずつ設けられたリニアガイドレール３６によって図中Ｙ軸方向に移動可能に支持されている。また、第２のステージ駆動機構２０はスライダ３５を図中Ｙ軸方向に駆動するボールねじ３７を備えており、このボールねじ３７を駆動するボールねじ駆動モータ３８は真空チャンバ１４の外部に設けられている。

第２のステージ駆動機構２０の構成は第１のステージ駆動機構１９と同様なので詳細な説明は省略する。
ベース１８は、図４に示すように、真空チャンバ１４内に設けられたベース本体１８ａと、このベース本体１８ａの底面部から突出して真空チャンバ１４の底板部１４ｃを貫通する複数本（例えば四本）の支柱１８ｂとからなり、各支柱１８ｂの先端には、プレート状の大気圧受け部材（隔壁部）５０が取り付けられている。
大気圧受け部材５０は、大気圧受け面５０ａ（図６参照）を有している。この大気圧受け面５０ａと反対側の大気圧受け部材５０の上面部にはベローズ５１の一端側のフランジ部が接合されており、ベローズ５１の他端側のフランジ部は真空チャンバ１４の底板部１４ｃに接合されている。

真空チャンバ１４の底板部１４ｃには、真空チャンバ１４の内外に気圧差があるときに、大気圧受け部材５０に大気側ベースＢを介して垂直に作用する大気圧による力と、その力が作用するのと反対側端面に垂直に作用する内部圧力による力との差（不釣合い分）による影響を低減する大気圧低減機構５２（図６参照）が設けられている。この大気圧低減機構５２はベローズ５１の周囲にほぼ１２０度間隔で配置された三つのエアーシリンダ５３からなり、各エアーシリンダ５３は床面に固定されたシリンダ本体５３ａと、このシリンダ本体５３ａから突出して真空チャンバ１４の底板部１４ｃに接合されたピストンロッド５３ｂとを備えて構成されている。

このように構成される第２の実施形態では、大気圧受け部材２９を介して真空チャンバ内外の気圧差に起因する力の影響を低減する大気圧低減機構３３を大気圧受け部材２９と真空チャンバ１４の本体１４ａとの間に設けたことで、第１のステージ駆動機構１９、第２のステージ駆動機構２０を構成する各部の弾性変形や位置の変化を起こすことを防止できるので、高精度な位置決めが維持される。

また、上述した第２の実施形態では、大気圧受け部材５０を介して真空チャンバ内外の気圧差に起因する力の影響を低減する大気圧低減機構５２を大気圧受け部材５０と真空チャンバ１４の底板部１４ｃとの間に設けたことで、ベース１８が上下に動くことを防止できる。
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を実施することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るアライメントマーク位置調整装置の概略構成を示す平面図である。図１に示すアライメントマーク位置調整装置の側面図である。図１に示すアライメントマーク位置調整装置の背面図である。本発明の第２の実施形態に係るＸＹステージ駆動装置の概略構成を示す側面図である。図４に示すＸＹステージ駆動装置の概略構成を示す平面図である。図４に示す第１のトルク伝達機構の概略構成を示す図である。従来のアライメントマーク位置調整装置の概略構成を示す平面図である。アライメントマーク位置調整装置の側面図である。

符号の説明

１真空チャンバ
２アライメントマーク位置検出装置
３ベース
４リニアガイドレール
５スライダ
６アライメントマーク撮像用光学系
７撮像装置
８蛇腹状シール部材
９ボールねじ
１０ボールねじ駆動モータ
１１大気圧低減機構
１２エアーシリンダ
１４真空チャンバ
１５支柱
１６ＸＹステージ
１７ＸＹステージ駆動装置
１８ベース
１９第１のステージ駆動機構
２０第２のステージ駆動機構
２１，３５スライダ
２２，３６リニアガイドレール
２３ボールねじ
２４，３８ボールねじ駆動モータ
２５トルク伝達機構
２６カップリング
２７トルク伝達軸
２８シールユニット
２９大気圧受け部材
３０ベローズ
３３大気圧低減機構
３４エアーシリンダ
１８ａベース本体
１８ｂ支柱
５０大気圧受け部材
５１ベローズ
５２大気圧低減機構
５３エアーシリンダ

Claims

真空チャンバ内に配される基台と、該基台上に設けられ該基台に対して少なくとも一方向に移動・位置決め可能な位置決め対象を搭載する移動ステージとを備え、少なくとも一部が隔壁部を介して大気中に曝される真空用位置決め装置において、
前記隔壁部が前記真空チャンバの外壁面と弾性シール部材を介して気密に結合され、大気圧と前記真空チャンバ内の気圧との気圧差に起因する前記隔壁部を挟んで垂直に作用する力の不釣合い分の影響をキャンセルする大気圧低減機構を前記真空チャンバと前記隔壁部との間に設けたことを特徴とする真空用位置決め装置。
前記大気圧低減機構は、前記隔壁部の周囲に配置された複数の流体圧シリンダからなることを特徴とする請求項１記載の真空用位置決め装置。
前記流体圧シリンダは、前記隔壁部及び前記真空チャンバ外壁面の一方に固定されたシリンダ本体と、このシリンダ本体から突出して前記隔壁部及び前記真空チャンバ外壁面の他方に連結または当接されたピストンロッドとを備えてなることを特徴とする請求項２記載の真空用位置決め装置。
前記流体圧シリンダは、前記隔壁部の周囲を囲んで三つ以上配置されていることを特徴とする請求項２又は３記載の真空用位置決め装置。