JP2024091112A

JP2024091112A - アクチュエータ、傾き制御装置、位置決め装置、処理装置、デバイス製造方法

Info

Publication number: JP2024091112A
Application number: JP2022207569A
Authority: JP
Inventors: 龍太中島; 達矢吉田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2024-07-04

Abstract

【課題】駆動の円滑性を高められるアクチュエータ等を提供する。
【解決手段】アクチュエータ３は、固定部５と、可動部６と、可動部６を固定部５に対して駆動方向（Ｚ軸方向）に沿って駆動する駆動部（コイル５４および永久磁石６５）と、固定部５において駆動方向に延び、当該駆動方向に沿った駆動部による可動部６の駆動を案内する案内部５２と、可動部６と案内部５２の間に気体を供給する気体供給部５５と、を備え、案内部５２は、駆動方向視（Ｚ軸方向視）において、可動部６の中央に位置する。駆動部は、駆動方向視において、案内部５２を環状に囲む。
【選択図】図４

Description

本発明は、アクチュエータ等に関する。

特許文献１には、リニアモータが開示されている。駆動部を構成する磁石およびコイルは相対的に移動する。

特許第４６６４１４２号公報

特許文献１では、Ｚ軸ガイドとＺ軸アクチュエータが物理的に離れて配置されており、リニアモータの駆動時に円滑な駆動が妨げられる恐れがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、駆動の円滑性を高められるアクチュエータ等を提供することを一つの目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のアクチュエータは、固定部と、可動部と、可動部を固定部に対して駆動方向に沿って駆動する駆動部と、固定部において駆動方向に延び、当該駆動方向に沿った駆動部による可動部の駆動を案内する案内部と、可動部と案内部の間に気体を供給する気体供給部と、を備える。案内部は、駆動方向視において、可動部の中央に位置する。

この態様によれば、可動部と案内部の間に供給される気体によって、駆動部による駆動の円滑性を高められる。

本発明の別の態様は、傾き制御装置である。この装置は、被駆動体における複数の被駆動箇所を駆動することで、当該被駆動体の傾きを制御する複数のアクチュエータを備える。各アクチュエータは、固定部と、被駆動箇所に位置する可動部と、可動部を被駆動箇所と共に固定部に対して駆動方向に沿って駆動する駆動部と、固定部において駆動方向に延び、当該駆動方向に沿った駆動部による可動部および被駆動箇所の駆動を案内する案内部と、を備える。案内部は、駆動方向視において、可動部の中央に位置する。

この態様によれば、複数のアクチュエータによって、被駆動体の傾きを適切に制御できる。

本発明の更に別の態様は、位置決め装置である。この装置は、上記の傾き制御装置によって傾きが制御される被駆動体としてのテーブルを位置決めする。

本発明の更に別の態様は、処理装置である。この装置は、上記の位置決め装置によって位置決めされるテーブルに載置される被処理物を処理する。

本発明の更に別の態様は、デバイス製造方法である。この方法は、上記の処理装置による被処理物の処理を通じてデバイスを製造する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや、これらの表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラム等に変換したものも、本発明に包含される。

本発明によれば、駆動の円滑性を高められる。

ステージ装置を模式的に示す平面図である。傾き制御装置を示す斜視図である。アクチュエータを示す斜視断面図である。アクチュエータの変形例を示す。

以下では、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下では実施形態とも表される）について詳細に説明する。説明および／または図面においては、同一または同等の構成要素、部材、処理等に同一の符号を付して重複する説明を省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明の簡易化のために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施形態に記載される全ての特徴やそれらの組合せは、必ずしも本発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明に係るアクチュエータおよび傾き制御装置を適用可能な位置決め装置または駆動装置としてのステージ装置１００を模式的に示す平面図である。ステージ装置１００は、半導体ウエハ等の被処理物を載置する被駆動体としてのテーブルをＸ軸方向（図１における左右方向）およびＹ軸方向（図１における上下方向）に位置決めするＸＹステージである。ステージ装置１００は、Ｙ軸方向に延びてテーブルをＹ軸方向に駆動する一対のＹステージ１２０と、Ｘ軸方向に延びてテーブルをＸ軸方向に駆動する、当該テーブルと一体化されたＸステージ１３０と、定盤１４０を備える。一対のＹステージ１２０は、Ｘステージ１３０のＸ軸方向の両端に、スライダ１２４を介して連結されている。Ｙステージ１２０およびＸステージ１３０は上面視でＨ型をなす。

ステージ装置１００の構成のうち、少なくともテーブル、Ｙステージ１２０、Ｘステージ１３０は、内部が真空状態に保たれた真空チャンバに収容されてもよい。本明細書において「真空」とは、通常の大気圧より低い圧力の気体で満たされた空間の状態を表す。真空は圧力領域によって、低真空（100 kPa～100 Pa）、中真空（100 Pa～0.1 Pa）、高真空（0.1 Pa～10^－5 Pa）、超高真空（10^－5 Pa～10^－8 Pa）、極高真空（10^－8 Pa以下）等のように区分される。本実施形態のステージ装置１００は、以上のいずれの区分の真空環境で使用してもよい。また、本実施形態のステージ装置１００は、以上のいずれの区分にも該当しない非真空環境で使用してもよい。

Ｘステージ１３０およびＹステージ１２０には、リニアモータ２Ｘおよび２Ｙがそれぞれ設けられる。各リニアモータ２Ｘ、２Ｙが発生させるＸ軸方向またはＹ軸方向の直線動力は、被駆動体としてのテーブルをＸ軸方向またはＹ軸方向に直線駆動する。Ｘ軸方向の直線駆動を担うリニアモータ２Ｘは、固定子およびＸ軸方向の軌道を構成する電機子２と、当該電機子２に沿ってＸ軸方向に移動可能な可動子２０を備える。この可動子２０には被駆動体としてのテーブルが固定されて、一体的に移動する。Ｙ軸方向の直線駆動を担う一対のリニアモータ２Ｙは、固定子およびＹ軸方向の軌道を構成する電機子２と、当該電機子２に沿ってＹ軸方向に移動可能な可動子２０を備える。この可動子２０にはスライダ１２４が固定されて、一体的に移動する。ここで、一対のスライダ１２４がリニアモータ２Ｘの電機子２の両端に連結されているため、一対のリニアモータ２Ｙは、リニアモータ２Ｘの電機子２を一対のスライダ１２４ごとＹ軸方向に直線駆動する。そして、リニアモータ２Ｘの電機子２（軌道）上にはテーブルがあるため、一対のリニアモータ２Ｙは、テーブルをＹ軸方向に直線駆動することになる。

以上のように真空環境下および非真空環境下を問わず高精度な位置決めまたは駆動を実現できる本実施形態のステージ装置１００（リニアモータを動力源とする位置決め装置）は、例えば、露光装置、イオン注入装置、熱処理装置、アッシング装置、スパッタリング装置、ダイシング装置、検査装置、洗浄装置等の半導体製造装置やＦＰＤ（Flat Panel Display）製造装置等のデバイス製造装置において、非処理物としての半導体ウエハ等を載置するテーブルを被駆動体として位置決めまたは駆動する用途に好適である。なお、本実施形態のステージ装置１００を適用可能な処理装置は、当該ステージ装置１００または位置決め装置によって任意の被処理物を処理のために位置決めする任意の装置でよく、例えば、任意の製造装置、任意の加工装置（例えば、工作機械）、任意の検査装置でよい。

図２は、本発明に係る傾き制御装置４を示す斜視図である。傾き制御装置４は、Ｘステージ１３０（不図示）の上面（＋Ｚ軸方向の面）と、テーブル（不図示）の下面（－Ｚ軸方向の面）の間に設けられ、被駆動体としての当該テーブルの傾きを制御する。る。傾き制御装置４は、固定プレート４１と、実質的に同じ三つのアクチュエータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ（以下では総称してアクチュエータ３とも表される）と、可動プレート４２を備える。

上面視（Ｚ軸方向視）で矩形板状の固定プレート４１は、その下面がＸステージ１３０の上面に取り付けられる。また、固定プレート４１の上面には、三つのアクチュエータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃが、上面視で略正三角形を形成する位置に設けられる。各アクチュエータ３については後述する。三つのアクチュエータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃの上面には、可動プレート４２の下面が取り付けられる。可動プレート４２は上面視で略正三角形状であり、その三つの頂点に三つのアクチュエータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃが位置する。このような可動プレート４２の各頂点は、対応する各アクチュエータ３によってＺ軸方向に沿って駆動される各被駆動箇所となる。

可動プレート４２の上面には、被駆動体としてのテーブルの下面が取り付けられる。このため、テーブルは、可動プレート４２と一体的に、三つのアクチュエータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃによって駆動される。換言すれば、テーブルおよび可動プレート４２は、三つのアクチュエータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃによる駆動対象としての単一の被駆動体を構成する。

三つのアクチュエータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、被駆動体における三つの被駆動箇所（可動プレート４２の三つの頂点）をＺ軸方向に沿って駆動することで、当該被駆動体（テーブルおよび可動プレート４２）の傾きを制御する。本実施形態における傾きとは、被駆動体としての可動プレート４２の上面における法線が、＋Ｚ軸方向（典型的には、鉛直方向）となす角度θを意味する。図２において模式的に示されるように、傾きθは、Ｘ軸周りの傾き（または回転）θ_ｘと、Ｙ軸周りの傾き（または回転）θ_ｙの二つの成分に分解される。

このような二軸の回転駆動（θ_ｘ，θ_ｙ）に加えて、三つのアクチュエータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、可動プレート４２およびテーブルの全体をＺ軸方向に並進駆動できる。この並進駆動量はＺと表される。このように、本実施形態に係る傾き制御装置４では、三つのアクチュエータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃによって、三つのパラメータ（θ_ｘ，θ_ｙ，Ｚ）が制御される。なお、Ｚ軸方向の並進駆動は行わずに、二軸の回転駆動（θ_ｘ，θ_ｙ）による傾き制御のみを実現するためには、二つのアクチュエータ３があれば十分である。この場合、図２における三つのアクチュエータ３Ａ、３Ｂ、３Ｃのうち任意の一つを、可動プレート４２の一つの頂点を下方から支持するだけの支持台に置き換えてもよい。

図３は、本発明に係るアクチュエータ３を示す斜視断面図である。アクチュエータ３は、駆動方向としてのＺ軸方向に沿って相対的に移動可能な固定部５および可動部６を備える。可動部６は、被駆動体における被駆動箇所（例えば、図２における可動プレート４２の頂点）に位置する。

固定部５における基部５１は、傾き制御装置４における固定プレート４１上に取り付けられる。基部５１の上面には、上方の可動部６に向かって＋Ｚ方向に延びる軸状または円柱状の案内部５２が設けられる。また、基部５１の上面には、上方の可動部６に向かって＋Ｚ方向に延びる円筒状のモータ設置部５３が、駆動方向視（Ｚ方向視）において案内部５２を環状または円環状に囲むように設けられる。駆動方向視において、円状の案内部５２と、円環状のモータ設置部５３は、同心円状に配置されている。モータ設置部５３の駆動方向視における外周側には、駆動部としてのボイスコイルモータ等のモータを構成する一または複数のコイル５４が設けられる。

外形が略円柱状の可動部６は、駆動方向視において略円板状の頂部６１を備える。頂部６１の下面には、下方の固定部５に向かって－Ｚ方向に延びる円筒状の軸受部６２が設けられる。駆動方向視において、円環状の軸受部６２は円状の案内部５２を略隙間なく囲む。軸受部６２の駆動方向視における内周側の案内部５２との対向面には、一または複数の軸受６３が設けられる。駆動方向視において案内部５２を略隙間なく囲む軸受６３は、可動部６が固定部５に対してＺ軸方向に沿って駆動される際に、軸状の案内部５２を軸支する。軸受６３は、案内部５２との間のＺ軸方向に沿った相対移動を妨げない態様で、案内部５２を軸支するのが好ましい。例えば、軸受６３は、案内部５２との接触面または摺動面において回転自在なボール等の転動体を複数有する転がり軸受として構成される。

頂部６１の下面には、下方の固定部５に向かって－Ｚ方向に延びる円筒状のモータ設置部６４が、駆動方向視において軸受部６２を環状または円環状に囲むように設けられる。駆動方向視において、比較的小さい円環状の軸受部６２と、比較的大きい円環状のモータ設置部６４は、同心円状に配置されている。更に、駆動方向視において、固定部５における円状の案内部５２は、円環状の軸受部６２内に同心円状に配置され、固定部５における円環状のモータ設置部５３は、共に円環状のモータ設置部６４と軸受部６２の間に同心円状に配置されている。つまり、駆動方向視において内周側から順に配置される案内部５２、軸受部６２、モータ設置部５３、モータ設置部６４は、全て同心円状に配置されている。

モータ設置部６４の駆動方向視における内周側の一または複数のコイル５４との対向面には、当該コイル５４と共にボイスコイルモータ等のモータを構成する一または複数の永久磁石６５が設けられる。このように、固定部５におけるコイル５４と可動部６における永久磁石６５によって構成されるボイスコイルモータ等の駆動部は、可動部６を固定部５に対して駆動方向（Ｚ方向）に沿って駆動する。具体的には、コイル５４に流される駆動電流によって発生する磁界が、永久磁石６５に対してＺ方向の直線動力を及ぼす。なお、同様の駆動部を構成するために、コイル５４を可動部６に設け、永久磁石６５を固定部５に設けてもよい。

駆動部による可動部６の駆動の際、駆動方向視において可動部６の中央に位置する案内部５２は、当該駆動方向に沿った可動部６の駆動を案内する。可動部６の中心軸と軸状の案内部５２が略一致しているため、案内部５２によって可動部６の姿勢やバランスを効果的に維持しながら、駆動部によって可動部６を安定的に駆動できる。また、駆動方向視において案内部５２を環状に囲む駆動部（コイル５４および永久磁石６５）によって、周方向や径方向への不要な動力の発生を効果的に抑制できるため、可動部６をＺ軸方向に沿って高精度に直線駆動できる。

図４は、図３のアクチュエータ３の変形例を示す。この変形例では、図３における転がり軸受等の接触式の軸受６３の代わりに、非接触式の軸受を構成する気体供給部５５が設けられる。気体供給部５５は、可動部６における軸受部６２の内周面と、固定部５における案内部５２の外周面の間に、圧縮空気等の気体を供給する。気体供給部５５が供給する気体によって、可動部６（軸受部６２）は、案内部５２によってＺ軸方向に案内されながらも、当該案内部５２と実質的に非接触で円滑に移動できる。

図４に模式的に示されるように、気体供給部５５が軸受部６２と案内部５２の間に噴出する気体は、固定部５（基部５１および案内部５２）の内部に設けられる給気路５６を通じて供給されるのが好ましい。また、真空環境で使用されるアクチュエータ３については、気体供給部５５が軸受部６２と案内部５２の間に供給する気体をアクチュエータ３外に漏出させない気密構造を採用するのが好ましい。更に、気体供給部５５が軸受部６２と案内部５２の間に供給した気体を大気等に排気するための排気路を、給気路５６と同様に固定部５の内部に設けるのが好ましい。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。例示としての実施形態における各構成要素や各処理の組合せには様々な変形例が可能であり、そのような変形例が本発明の範囲に含まれることは当業者にとって自明である。

なお、実施形態で説明した各装置や各方法の構成、作用、機能は、ハードウェア資源またはソフトウェア資源によって、あるいは、ハードウェア資源とソフトウェア資源の協働によって実現できる。ハードウェア資源としては、例えば、プロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種の集積回路を利用できる。ソフトウェア資源としては、例えば、オペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。

３アクチュエータ、４傾き制御装置、５固定部、６可動部、４２可動プレート、５１基部、５２案内部、５３モータ設置部、５４コイル、５５気体供給部、５６給気路、６１頂部、６２軸受部、６３軸受、６４モータ設置部、６５永久磁石、１００ステージ装置、１２０Ｙステージ、１３０Ｘステージ。

Claims

固定部と、
可動部と、
前記可動部を前記固定部に対して駆動方向に沿って駆動する駆動部と、
前記固定部において前記駆動方向に延び、当該駆動方向に沿った前記駆動部による前記可動部の駆動を案内する案内部と、
前記可動部と前記案内部の間に気体を供給する気体供給部と、
を備え、
前記案内部は、前記駆動方向視において、前記可動部の中央に位置する、
アクチュエータ。
前記駆動部は、前記駆動方向視において、前記案内部を環状に囲む、請求項１に記載のアクチュエータ。
被駆動体における複数の被駆動箇所を駆動することで、当該被駆動体の傾きを制御する複数のアクチュエータを備え、
前記各アクチュエータは、
固定部と、
前記被駆動箇所に位置する可動部と、
前記可動部を前記被駆動箇所と共に前記固定部に対して駆動方向に沿って駆動する駆動部と、
前記固定部において前記駆動方向に延び、当該駆動方向に沿った前記駆動部による前記可動部および前記被駆動箇所の駆動を案内する案内部と、
を備え、
前記案内部は、前記駆動方向視において、前記可動部の中央に位置する、
傾き制御装置。
前記各アクチュエータは、前記可動部と前記案内部の間に気体を供給する気体供給部を備える、請求項３に記載の傾き制御装置。
前記駆動部は、前記駆動方向視において、前記案内部を環状に囲む、請求項３に記載の傾き制御装置。
少なくとも三つの前記アクチュエータを備える、請求項３に記載の傾き制御装置。
請求項３から６のいずれかに記載の傾き制御装置によって傾きが制御される前記被駆動体としてのテーブルを位置決めする位置決め装置。
請求項７に記載の位置決め装置によって位置決めされる前記テーブルに載置される被処理物を処理する処理装置。
請求項８に記載の処理装置による前記被処理物の処理を通じてデバイスを製造するデバイス製造方法。