JP3633441B2 - ステージ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
各種産業分野で用いられる、交番荷重を受けるステージ装置全般に関する。
例えば、ワークにマスクパターンを露光するプロキシミティ露光装置におけるステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交番荷重とは、物体に対して、通常ある一方向から、場合によってはその反対方向から働く荷重を言う。
一般に、交番荷重に対応したステージ装置とは、通常ステージの自重を荷重として受け、状況によっては、ステージを押し上げる方向に働く荷重を受ける場合に対応したステージ装置である。
交番荷重に対応したステージ装置として、例えば実開平３−１１７５３７号公報に記載されたステージ装置が挙げられる。
同公報のステージ装置の上面図を図６、同公報のステージ装置の分解斜視図を図７に示し、以下にその構造について説明する。
【０００３】
上記公報のステージ装置は、ベース３を、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５によって挟み、ベース３と移動台２、及びベース３と板状部材５との間には、ボール６を回転自在に保持したボール保持板７が組み込まれている。そして、板状部材５が、ボール６の転がりによって、平面内を移動可能に案内されている。
また、移動台２と板状部材５の間には、スペーサ１２が設けられ、ボール保持板７に回転自在に保持された各ボール６に適切な与圧が加わるように、その厚みが設定されている。
そして、図７において上下方向からの荷重、即ち交番荷重が移動台２とその移動台２に一帯に連結する板状部材５に対して加わった場合にも、支持精度を低下させない剛性がこの与圧によって与えられる。
【０００４】
一方、板状部材５の一方の側辺には、支持板１３を介して伸縮可能な１個の駆動装置４、例えば電動リニアアクチェエータが取り付けられ、それに直交する側辺には、支持板１３を介して互いに平行に伸縮する２個の駆動装置４が取付けられている。そして、その各駆動装置４の接続シャフト１４は、回動可能かつ伸縮方向に対して直交する方向にスライド可能に構成された継手１５を介し板状部材５の側辺に連結されている。
そして、このような構成により、板状部材５を直交する２方向に直線移動させたり、板状部材５の任意の点を中心に回動させたりすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記に示したような交番荷重に対応したステージ装置を製作する場合には、高度な加工技術が必要となる。なぜなら、ベース３に対する移動台２、及び板状部材５の平行度の調節は、全て表面加工の精度のみで行なわなくてはならないからである。
【０００６】
上記公報のステージ装置の断面部分拡大図を図８に示し、以下に詳しく説明する。
板状部材５は、ベース３と移動台２、及びベース３と板状部材５との間に組み込まれたボール保持板７に回転自在に保持されたボール６の転がりによって、平面内を移動可能に案内されている。また、移動台２と板状部材５の間には、スペーサ１２が設けられ、各ボール６に適切な与圧が加わるように、その厚みが設定されている。
従って、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５が滑らかに移動する為には、ボール６の滑らかな転がりを維持する必要がある。
ボール６の滑らかな転がりを維持する為には、ボール６と接する面の平面度が高精度に維持されている必要がある。ボール６と接する面の平面度が高精度に維持されていない場合、ボール６は、ボール６と接する面の凹凸の影響を受け、滑らかな転がりを維持することができない。
従って、ベース３の両表面３ａ、３ｂ、移動台２の面２ｂ、板状部材５の面５ａには、高い平面度が要求される。
【０００７】
また、上記公報のステージ装置をワークにマスクパターンを露光するプロキシミティ露光装置に利用する場合、板状部材５の面５ｂ（または、移動台２の面２ａ）上には、石英ガラスなどからなるマスク、またはポリイミドフィルム、ステンレス基板などからなるワークが載置され、真空吸着により板状部材の面５ｂ（または、移動台２の面２ａ）上に保持される。
真空吸着により、マスク、またはワークの保持を良好に行う為には、マスク、またはワークと板状部材５の面５ｂ（または、移動台２の面２ａ）との間の界面における真空漏れを防止する必要があり、従って、板状部材５の面５ｂ（または、移動台２の面２ａ）にも、前述の４面と同様に高い平面度が要求される。
【０００８】
また、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５ががたつき無く移動する為には、ボール保持板７に保持された各ボール６と各ボール６と接する４面２ｂ，３ａ，３ｂ，５ａとが、移動の際に、常に接触していなければならない。各ボール６と各ボール６と接する４面２ｂ，３ａ，３ｂ，５ａとが、移動の際に、常に接触しているためには、各ボール６と接する４面２ｂ，３ａ，３ｂ，５ａが互いに高い平行度で維持されていなけらばならない。各ボール６と接する４面２ｂ，３ａ，３ｂ，５ａが互いに高い平行度で維持されていない場合、ボール６が強い与圧を受けて接触する領域と、接触しないで隙間を生じる領域が存在し、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５の移動に際し、がたつきが生じる。
各ボール６と接する４面２ｂ，３ａ，３ｂ，５ａが互いに高い平行度で維持されるためには、上記公報のステージ装置の構造上、ベース３の両表面３ａと３ｂ、移動台２の面２ｂと２ｃ、スペーサ１２の面１２ａと１２ｂの３組の面の高い平行度に要求される。
【０００９】
また、上記公報のステージ装置をワークにマスクパターンを露光するプロキシミティ露光装置に利用する場合、板状部材５の面５ｂ（または、移動台２の面２ａ）上には、マスク、またはワークが載置されて保持されるが、ステージに載置されたマスク、またはワークが回転移動した時に水平度を維持する為には、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５の移動平面と板状部材５の面５ｂ（または、移動台２の面２ａ）が互いに平行でなければならない。板状部材５の移動平面５ａと板状部材５の面５ｂ（または、移動台２の面２ａ）が互いに平行でない場合、ステージに載置されたマスク、またはワークが回転移動した時に水平度を維持することができない。
従って、板状部材５の面５ａと５ｂ（または、移動台２の面２ａと２ｂ）の高い平行度が要求される。
【００１０】
更に、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５ががたつき無く、滑らかに移動する為には、ボール保持板７に回転自在に保持された各ボール６に適切な与圧が加わるように、その厚みを設定することも必要である。与圧の大きさが適切な与圧に比べて小さい場合、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５を押し上げる荷重が加わった時に、板状部材５の浮き上がりが生じ、与圧の大きさが適切な与圧に比べて大きい場合、ボール６の滑らかな転がりが妨げられ、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５の滑らかな移動を妨げる。
従って、スペーサ１２の厚さには、高い寸法公差が要求される。
【００１１】
更に、ボール保持板７に回転自在に保持された各ボール６が、均等に外部からの荷重を受けるためには、各ボール６の径がそれぞれ揃っていなければならない。
ボール６の径が揃っていない場合、径の大きなボール６にばかり荷重が加わることになる。この状態で、板状部材５の移動が繰り返されると、径の大きなボール６と接する、板状部材５、移動台２、またはベース３の一部が削れたり、ボール６が変形したりして、板状部材５とその移動台２に一体に連結する板状部材５の移動にがたつきを生じさせる。
しかし、高い等級のボールであっても、寸法にはμｍレベルの公差がある。それ以上の精度でボールを加工し、多数のボールを同一の寸法に揃えることは可能であるが、非常に高価なものとなる。
【００１２】
すなわち、上記公報のステージ装置において、ベース３の両表面３ａ，３ｂ、移動台２の面２ｂ、板状部材５の面５ａ、および移動台２の面２ａ（または、板状部材５面５ｂ）の５面には高い平面度、ベース３の両表面３ａと３ｂ、移動台２の面２ａと２ｂ、スペーサの面１２ａと１２ｂ、および移動台２面２ａと２ｂ（または、板状部材５の面５ａと５ｂ）の４組には高い平行度、またスペーサ１２の厚さには高い寸法公差が要求される。また多数のボール６は、全て同一の寸法に揃えておく必要がある。
【００１３】
従って、上記に示した面またはボールの加工費は、加工精度確認のための測定費用等も含めると、非常に高価なものとなり、装置全体の価格も高くなる。
【００１４】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、高精度部品の使用を最小限に抑え、且つ、支持精度を低下させない、高剛性を有する交番荷重に対応したステージ装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ベースを、ボールを介して移動台とその移動台に一体に連結する板状部材により挟み、該ボールの転がりによって、該移動台が平面内で移動するステージ装置において、上記ベースの少なくとも一面側の３箇所に、回転自在に保持された各３個の上記ボールを設け、上記各３個のボールと移動台及び／または板状部材の間に、ボール受け板を設け、上記ボール受け板と向い合う上記移動台及び／または上記板状部材に、上記ボール受け板を押圧する支持軸を設けたことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記支持軸は、先端部に球面を有する突起体であり、前記ボール受け板の上記突起体に押圧される位置に、穴を設けたことを特徴とする。
【００１６】
【作用】
上記構成によれば、ボール受板がボールの径に応じて、３点で接するよう自由に傾く。従って、それぞれのボールはほぼ均一の荷重を受けることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のステージ装置をプロキシミティ露光装置のマスクステージとして使用した場合の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１８】
最初に、プロキシミティ露光装置の動作を以下に示す。
▲１▼移動台２の面２ａにマスクパターンが形成されたマスクＭが真空吸着等によって保持される。
▲２▼ワークステージＷＳにワークＷが載置され、ワークステージＷＳが上昇し、ワークＷをマスクステージ１のマスクＭに押しつける。
▲３▼ワークステージＷＳの“平行出し機構”（図示しない）により、マスクＭに対してワークＷを平行にする。
▲４▼ワークステージＷＳが予め設定された位置にまで下降し、マスクＭに印されたマスクアライメントマーク（図示しない）とワークＷに印されたワークアライメントマーク（図示しない）を一致させるように、マスクステージ１またはワークステージＷＳが移動し、マスクＭとワークＷの位置合せを行なう。
▲５▼位置合わせ終了後、マスクＭを介して、光照射装置（図示しない）から露光光をワークＷに照射し、マスクパターン（図示しない）をワークＷに露光する。
ここで、本発明のマスクステージ１において、ベース３は、常に板状部材５、及び移動台２の自重Ｇ１（下向きの力）を受ける。ワークＷの平行出しを行う時、ワークＷが移動台２に押し付けられ、マスクステージ１には上方向の力Ｐ１が作用する。従って、移動台２の自重をＧ１とすると、Ｐ１＞Ｇ１の場合には、ベース３は、上向きの力を受ける。
【００１９】
次に、本発明のマスクステージの構造について説明する。
移動台２は、三つの駆動装置（駆動機素）４により、平面内を移動する。
移動台２と、移動台２の面２ｄ上のほぼ均等な３箇所に固定した板状部材５とによって、移動可能な状態で、ベース３を挟み込んでいる。
【００２０】
図３に、移動台または、板状部材とベースの界面の詳細な構造を示す。
３個のボール６が、ボール保持板７に回転自在に、且つ、ボール保持板７から突出させて保持されている。このとき、３個のボールの中心を結んでなる三角形が正三角形となるように配置されている。
ベース３の両表面、或いはいずれか一方には、移動制限枠８が予め設けられ、その内側に、ボール保持板７が収められ、その移動を制限している。また、移動制限枠８及び、ボール保持板７は、円形状を有しており、これにより、移動平面内の全方位に対して等量の移動を可能にしている。また、移動制限枠８及び、ボール保持板７の直径は、移動台２の移動可能範囲を考慮して適宜設計されている。
ボール受け板９は、移動制限枠８及び、ボール保持板７と同様に、円形状を有しており、その中心には、皿穴１０が設けられている。そして、ボール受け板９は、ボール保持板７をベース３とボール受け板９とにより挟み込むように、ボール保持板７に接して配置されている。このとき、ボール受け板９は、ボール保持板７に回転自在に保持された各３個のボール６の中心を結んでなる三角形の内側にボール受け板９に設けられた皿穴１０が位置するように配置されている。また、ボール受け板９に設けられた皿穴１０が、ボール保持板７とは反対側を向くように配置されている。
一方、球先ボルト１１は、移動台２、または板状部材５に設けられたタップ（図示しない）に螺合し、球先ボルト１１の先端の球状部分は、ボール保持板７に設けられた皿穴１０に押圧可能に接している。
【００２１】
そして、ボール６に加えられる圧力、すなわち与圧は、球先ボルト１１のねじ込み量によって調整する。
ボール６の径が互いに多少異なっていても、ボール受け板９がボール６の径に応じて、３点で接するよう自由に傾く。また、ボール受け板９の傾きに対して、ボール受け板９の皿穴１０と球先ボルト１１の先端の球状部分とが傾き自在に接する。従って、上記ボール６の径に違いがあったとしても、３点が均等な荷重を受けるように自動的に調整される。
【００２２】
次に、本発明のマスクステージの組立て・調整手順について説明する。
図２において、最初に、ベース３の面３ａと、移動台２の面２ａのマスク吸着面とが平行になるように、調整用の球先ボルト１１ａで調整し、固定する。
次に、ボール６を保持したボール保持板７、移動制限枠８、ボール受け板９を図３に示す順序で、ベース３の両面に保持する。
そして、与圧用の球先ボルト１１ｂのねじ込み量を調整して、３箇所同じ締め加減とし、ロックナット２０等で固定する。
以上の手順により、組み立て、及びベース３に対する移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５の移動平面の平行調整が完了する。
【００２３】
上記構成のマスクステージにおいて、ボール６は、移動台２の面２ｂ、板状部材５の面５ａと接しないので、ボール６の滑らかな転がりを維持するためには、ベース３の両面３ａ，３ｂのみを高い平面度に維持しておけばよい。従って、高い平面度が要求されるのは、ベース３の両面３ａ，３ｂ、及びマスクＭを吸着する、移動台２の面２ａの３面だけとなる。
また、球先ボルト１１ａ、及び１１ｂによって、ベース３に対する移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５の移動平面の平行を調整することができるので、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５をがたつき無く移動させるためには、ベース３の両表面３ａと３ｂの１組の面を高い平行度に維持しておけば良い。従って、高い平行度が要求されるのは、ベース３の両表面３ａと３ｂ、及びマスクＭが回転移動した際に水平度を維持する、移動台２の両面２ａと２ｂの２組の面だけとなる。
また、上記構成のマスクステージにおいては、各ボール６に加える与圧は、与圧用球先ボルト１１ｂのねじ込み量によって調整可能であるので、スペーサ１２は不要となる。
更に、ボール受け板９の傾きに対しては、ボール受け板９の皿穴１０と球先ボルト１１の先端の球状部分とが傾き自在に接するので、ボール６の径に違いがあったとしても、３点が均等な荷重を受けるように自動的に調整される。従って、ボール６を高い公差の寸法に揃えておく必要もない。
【００２４】
図４は、他の実施例である。
ベース３の面３ａと移動台２の面２ｂとが接する部分を、図２に示した構造ではなく、１個所につき１個のボール６で行なっている。
これは、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５の自重Ｇ１に比べて、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５に加わる上方向の力Ｐ１が小さい時に、このような構造であっても問題はない。但し、ベース３の面３ａとそれに対向する移動台２の面２ｂとの平行度は、ベース３の面３ａと移動台２の面２ｂとに挟まれた３個のボール６によって決まるので、３個のボールを同一の寸法に揃えておく必要がある。また、ベース３の面３ａと移動台２の面２ｂとに挟まれた３個のボール６の滑らかな転がりを維持する為に、ベース３の面３ａに加え、移動台２の面２ｂの平面度を高精度に維持しておく必要がある。
なお、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５の自重Ｇ１が、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５に加わる上方向の力Ｐ１に比べて小さい時には、図４とは逆の構成になる。
【００２５】
また、図５に示すような、偏心荷重、すなわちステージに加わる荷重がステージ面内で均一でない荷重に対しても本発明のステージは有効である。
図５の場合、ベース３と移動台２及び／または板状部材５との間に配置された３箇所のボール保持板７の中心を結ぶ三角形の外側に、（偏心荷重として）荷重Ｇ２が加わる。３箇所に配置されたボール保持板７に回転自在に保持されたボール６に加わる荷重は、場所によって大きく異なり、極端な場合は逆向きになる。しかし、上記実施例のような構造であれば、移動台２がベース３から浮き上がることを防ぎ、それぞれのボール保持板７間のボールの径を適宜に決定すれば、高い剛性を保つこともできる。
【００２６】
尚、本実施例においては、ボール受け板の９の中心に皿穴１０を設けたが、これに限るものではなく、先端部に球面を有する突起体（本実施例の場合、球先ボルト１１）の先端の中心と一点で係合する形状の穴であれば良い。
また、本実施例においては、ボール６は、ボール保持板７に回転自在に保持されているが、ボール６とボール保持板７とが一体になっている必要はなく、移動の際にボール保持板７からボール６が外れないように構成されていれば良い。
更に、３個のボール６の中心を結んでなる三角形が正三角形となるように配置したが、これに限るものではなく、３個のボールが直線状に並ぶことが無ければ、同一平面内で、どのように配置しても良い。
【００２７】
【発明の効果】
ボール６の径が互いに多少異なっていても、ボール受け板９がボール６の径に応じて、３点で接するよう自由に傾く。また、ボール受け板９の傾きに対して、ボール受け板９の皿穴１０と球先ボルト１１の先端の球状部分とが傾き自在に接する。従って、上記ボール６の径に違いがあったとしても、３点が均等な荷重を受けるように自動的に調整されるので、移動台２とその移動台２に一体に連結する板状部材５の、高精度で安定した移動が実現できる。また、交番荷重に対応したステージ装置において、ステージ装置を本実施例のような構造とすることにより、高精度の加工を最小限に押さえ、装置全体の価格の上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステージ装置の平面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るステージ装置であって、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】移動台または、板状部材とベースの界面の詳細な構造を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係るステージ装置であって、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ断面図であって、偏心荷重を受けた場合を示す図である。
【図６】交番荷重に対応した、従来のステージ装置の上面図である。
【図７】図６の分解斜視図である。
【図８】図７の部分拡大図である。
【符号の説明】
１ マスクステージ
２ 移動台
３ ベース
４ 駆動装置（駆動機素）
５ 板状部材
６ ボール
７ ボール保持板
８ 移動制限枠
９ ボール受け板
１０ 皿穴
１１ 球先ボルト
１１ａ 調整用の球先ボルト
１１ｂ 与圧用の球先ボルト
１２ スペーサ
１３ 支持板
１４ 接続シャフト
１５ 継手
２０ ロックナット

Claims (2)

1. ベースを、ボールを介して移動台とその移動台に一体に連結する板状部材により挟み、該ボールの転がりによって、該移動台が平面内で移動するステージ装置において、
   上記ベースの少なくとも一面側の３箇所に、回転自在に保持された各３個の上記ボールを設け、
   上記各３個のボールと移動台及び／または板状部材の間に、ボール受け板を設け、
   上記ボール受け板と向い合う上記移動台及び／または上記板状部材に、上記ボール受け板を押圧する支持軸を設けたことを特徴とするステージ装置
2. 前記支持軸は、先端部に球面を有する突起体であり、
   前記ボール受け板の上記突起体に押圧される位置に、穴を設けたことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。

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