JP3808873B2

JP3808873B2 - 移動テーブル装置

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Publication number: JP3808873B2
Application number: JP2004030997A
Authority: JP
Inventors: 真樹水落; 芳雅福嶋; 正己勝山; 敏孝小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: JP2004172635A

Description

本発明は、半導体製造装置，半導体検査装置、或いは精密な加工が要求される工作機械等の移動テーブル（試料移動台又は試料ステージとも称する）に係り、さらに詳細は試料位置の測定誤差を改善するものに関する。

一般に、半導体製造装置或いは半導体検査装置において、試料（例えばウェハ）を移動させるステージ（移動テーブル装置）は高精度な位置決め機能が要求されるため、試料位置の検出には精度の高い計測が可能なレーザを用いていることが多い。このものでは、試料テーブル上に配置されたミラーの位置をレーザにて測定し、試料の位置を管理している。レーザ測定により試料位置の検出を行う場合、従来はバーミラーと試料間の距離変動を無視していたが、より高精度な試料の位置決めが要求される装置では、ガイドに使用されるローラのばらつきやガイドの取付け精度等のガイドに起因するテーブルの変形によって、バーミラーと試料間の距離変化が生じ、高精度な試料位置の管理が難しい。

ここで、上記問題点の理解を容易にするために、図１および図２を用いて説明する。

始めに、図１に示す一般的な移動テーブル装置の構成と計測方法について説明する。

図１において、ＸＹ移動可能なトップテーブル１上にＸ方向の計測に用いられるＸバーミラー５と、Ｙ方向の測定に用いられるＹバーミラー６が取付けられており、同一テーブル上に試料３０が搭載されている。試料３０は、トップテーブル移動時に動かないようにトップテーブル１に真空吸着もしくは静電吸着されているか、或いは機械的に固定されている。まず、Ｘ方向の測定について説明する。レーザヘッド１０から出力されるレーザはビームスプリッタ９により分割され、干渉計７を通りＸバーミラー５に対し垂直に入射させた後、Ｘバーミラー５からの反射光は再び干渉計を通過した後（ダブルパス方式では再度Ｘバーミラー５に入射する）、干渉光となる。その干渉光はレシーバ８で受光され、レシーバ８からの信号によりＸバーミラー５の位置が検出される。Ｙ方向についても同様の方法で干渉計７とＹバーミラー６間の距離を検出することが可能であり、試料とバーミラーの距離が変わらないものとすると、レーザから得られたバーミラーの距離変動量を基に試料位置を高精度に管理することが可能である。

しかし、図２に示すようにトップテーブル１が変形した場合、トップテーブル１に搭載される試料３０の中心と、図中のＸ方向の計測に使用されるＸバーミラー５の距離が、変形前をＸとすると変形後はΔＸだけ増加しており、測定値にΔＸの誤差を含むことになり、試料の位置決め精度が低下する。

上記のようなガイドの精度、或いは温度変化と熱膨張係数に起因するテーブルの変形に対して、ガイドレールの予圧部と固定部にばねを介在させて、ガイドレールが逃げられる構造をなす移動ステージ（Ｘ−Ｙステージ）が従来例として特開平１−２７４９３６号公報（特許文献１）に記載されている。

前記従来例によるガイドレールの逃げ構造を略図にして図１１に示す。

前記従来例では、移動テーブル８０に取付けられている予圧側ガイドレール８２の支持ピン８３に皿ばね８５を介在させており、この皿ばね８５の圧縮力により上記ガイドレール８２を移動テーブル８０に密着させることによって、予圧の変化に対してガイドレールに自由度を与えている。また、予圧部についても圧縮ばね８７が押圧ピン８９に介在し、ガイドの予圧を一定に保つ工夫がされており、テーブルの変形を抑える機構となっている。

特開平１−２７４９３６号公報

上記従来例による対策では、皿ばね８５により予圧側ガイドレール８２を移動テーブル８０に密着させており、予圧側ガイドレール８２は予圧方向以外の方向に対しても自由度を持つことになる。

つまり、移動テーブル８０の上面垂直方向に対しては、上記皿ばね８５の圧縮力に依存しているため、上記垂直方向に衝撃あるいは振動等の加速度が生じた場合、テーブル上面は不安定になり易い。そこで、移動テーブル８０の上面垂直方向に対する剛性を向上させようとすると上記皿ばね８５のばね係数を大きくする必要があるが、当初の目的である予圧方向へのスムーズなずれを確保するには取付け面の摩擦力を低減させなくてはならない。

その手段として取付け面の面荒さを鏡面のように小さくする方法が挙げられるが移動テーブル全体を考えた場合、テーブルの移動方向に対しての剛性は予圧方向の剛性と同じく低いため、自励振動或いは外乱に対して弱い構造となってしまう。

本発明の目的は、ガイドの剛性を保ちつつ、テーブルの変形を小さく抑えることで、テーブル上面に配置されるミラーと試料の距離を一定に保つことが可能な移動テーブル装置を提供することにある。

本発明は、固定ベースと、この固定ベースに第１のガイドを介して往復移動自在に載置される中間テーブルと、この中間テーブルに第２のガイドを介し往復移動自在に載置され、かつ往復移動方向が中間テーブルの往復移動方向と交差する方向になっているトップテーブルと、このトップテーブルに設ける計測用ミラーを有する移動テーブルにおいて、前記トップテーブルは、前記第２のガイドを保持する移動テーブルと、この移動テーブルの上に重なり、かつ試料載置用の試料テーブルを有するとともに移動テーブルと試料テーブルとの間に弾性体を介在したことを特徴とするものである。

本発明によれば、ガイドの剛性を保ちつつ、テーブルの変形を小さく抑えることで、テーブルの上面に配置されるミラーと試料の距離を一定に保つことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図に沿って説明する。

まず、図３、図４、図５に示す実施例について述べる。

図３の（イ）はテーブル装置の平面を、図３の（ロ）はテーブル装置の側面を示している。図４は図３の（イ）のＡ部拡大図である。

図３において、固定ベース３上にＸテーブル（中間テーブル）２がローラガイド機構１１を介して搭載され、Ｘテーブル２上にＹテーブル１（トップテーブル）がローラガイド機構１２を介して搭載されている。尚、Ｙテーブル１はガイドを保持するＹ１テーブル２０（移動テーブル）と、試料およびミラーを搭載するＹ２テーブル２１（試料テーブル）に分割されており、テーブル間はＸ方向及びＹ方向に変形容易な平行板ばね２５を介して連結されている。またＸテーブル２及びＹテーブル１は搭載する際、固定側のテーブルに取付けられる予圧側のガイドレール１１Ａ２および予圧側のガイドレール１２Ａ２に予圧ねじ１５により予圧を与えている。このローラガイド機構の詳細を図３の他に図４を参照しつつ説明する（尚、ローラガイド機構１１，１２は同様のメカニズムであるから、ローラガイド１２の予圧側についてのみ説明する）。

図４は図３のＡ部拡大平面図である。ローラガイド機構１２は、Ｙテーブル１の下面にＹ方向に向けて配置された２条のガイドレール１２Ｂ１及び１２Ｂ２と、前記ガイドレールに対応してＸテーブル２上にＹ方向に向けて配置された２条のガイドレール１２Ａ１及び１２Ａ２と、ガイドレール間に介在するローラ１２Ｄ付きのリテーナ１２Ｃと、ローラ１２Ｄと相対するガイドレールを密着させるような推進力を与える予圧ねじ１５で構成される。

ローラガイド機構１２はクロスドローラ型で、多数のローラ１２Ｄがリテーナ１２Ｃに交互にその向きを９０°変えてクロス配置されている。また、上記ローラ１２Ｄは、リテーナ１２Ｃに保持されており、ガイドレール１２Ａ２および１２Ｂ２の対向面に設けた断面Ｖ溝にそれぞれ転がり接触しつつ移動可能な状態で組み込まれている。

上記実施例の発明の効果を図５、図６を用いて説明する。

ガイドレール１２Ａ２に予圧を与えた時に、ガイドレール１２Ａ２と１２Ｂ２、およびガイドレール１２Ａ１とガイドレール１２Ｂ１が挟み込んでいるローラ１２Ｄ１の直径よりも（図４参照）、テーブル移動時に新たにガイドレール間に進入するローラ１２Ｄ２の直径の方が大きい場合、ガイドレール間に対して、図のローラ１２Ｄ２の向きにより斜め上方に力が加わり、Ｙ１テーブル２０は変形する。しかし、Ｙ１テーブル２０とＹ２テーブル２１間の平行板ばね２５により変形は吸収され、Ｙ２テーブル２１では変形が減衰する。次に、ガイドレールに進入するローラ１２Ｄ３は（図４参照）前記ローラ１２Ｄ２に対して９０°向きが異なるためＹ１テーブル２０は斜め下方に力が加わるが、前述と同様の効果により試料テーブル２１では変形が減衰する。これらの作用は、ガイドレールの取付け誤差によるテーブルの変形、或いは温度変化によるテーブルの変形に対しても同様の効果が期待出来る。

また、試料テーブル２１と移動テーブル２０間にアブソーバ５０を取付けることで、Ｙ２テーブル２１を制振することができ、弾性体による剛性低下の影響を緩和することが可能である。アブソーバとしては、空気，流体等を使用した機械的なものや、合成樹脂或いはゴム等の防振効果のある材料が使用出来る。次に、Ｙ１テーブル２０とＹ２テーブル２１間に自由度があると、Ｙ１テーブル２０に対するＹ２テーブル２１の相対変位が生じ易く、試料の位置決めを行う際、加減速に応じてＹ２テーブル２１の制定時間が長くなってしまう。そこで、図６に示すようにＹ１テーブル２０とＹ２テーブル２１の一部をピン４０により拘束することで、Ｙ２テーブル２１の並進運動を除去し、１方向に変形容易な平行板ばね２６を、ピン４０と平行板ばね２６間で自由度があるような向きに取付けることで回転運動を除去する事が可能である。

次ぎに図７、図８に示す他の実施例について説明する。

この実施例は、移動テーブルの変形を吸収可能な平行板ばねを示すものである。

平行板ばねは、Ｙ１テーブル取付け部分６０と、図中のＹ方向に変形容易な板ばね部６１と、板ばね部６１上に形成されるＸ方向に変形容易な板ばね部６２と、Ｙ２テーブル取付け部６３によって構成される。図中に示される板ばね６１，６２は互いに直交方向に変形容易なので、Ｘ方向及びＹ方向の両成分を含む変形が移動テーブルに生じた場合についても、取付け方法に係わらずその変形を吸収することが可能である。図８は平行板ばねが変形した時の板ばね部６２の様子を示している。図に示すように、Ｘ方向の変形により高さが変化するが、その時の変化量は下記の数式により求める事が出来る。

（数１）
ΔＺ＝Ｌ（１−ｃｏｓθ）
θ＝ｓｉｎ〜^１（Ａ／Ｌ）
ΔＺ：Ｙ２取付け部のＺ方向の変位量
Ｌ：板ばね部の長さ
Ａ：Ｙ１テーブル取付け部とＹ２テーブル取付け部の相対変位量
仮に、板ばね部の高さが１０ｍｍ、Ｙ１テーブル取付け部とＹ２テーブル取付け部の相対変位量が１μｍであったとすると、Ｚ方向の変位量ΔＺは
ΔＺ＝０．０５ｎｍ
と非常に小さく無視できる。

次ぎに図９に示す他の実施例について説明する。

この実施例は、弾性体として平行板ばねを使用しないものである。

図に示すように、スペーサ６５を介してボルト７０によりＹ２テーブル２１とＹ１テーブル２０を連結した構成において、Ｙ２テーブル２１の弾性係数がボルト７０の弾性係数に比べて大きい場合は、ボルト７０が弾性体の役割を果たし、Ｙ２テーブル２１の変形をボルト７０で吸収することが可能である。このような組合せとして、Ｙ２テーブル２１の材質をセラミックス、ボルト７０の材質にりん青銅を使用した場合など効果が大きい。また、ボルトの本数を少なくすることや、ボルトの直径を小さくすることなどでも変形を吸収する効果は高い。

次ぎに図１０に示す他の実施例について説明する。

図１０の（イ）は試料テーブルおよび移動テーブルの平面を、図１０の（ロ）は図１０の（イ）のＣ−Ｃ断面を示している。

この実施例は、変形容易な部分を移動テーブルに形成し、試料テーブルとの連結部分の変形を小さくした移動テーブル装置に係わるものである。

図に示すＹ１テーブル２０とＹ２テーブル２１は直接ボルト７０で連結されており、両者の接触部分はテーブルの中央付近のみである。Ｙ１テーブル２０は断面図に示すように溝が形成されているため、この溝部分では変形容易であり、テーブル中央部のＹ２テーブル２１との接触部分は、ガイド保持部の変形が伝達し難い構造となっている。本構造では前述した平行板ばねを使用しない第２の実施例よりも試料テーブルの変形を減少させる効果が高く、更に弾性体がＹ２テーブルに一体で形成されているので、部品点数の削減並びに装置の小型化に有効である。

一般的なテーブル装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すテーブル装置に備わるテーブルの変形を示す図である。本発明の一実施例に係わるもので、テーブル装置の平面および側面を示す図である。図３のＡ部拡大図である。図３に示す実施例がもたらす良さを説明するための図である。図３に示す実施例がもたらす良さを説明するための斜視図である。本発明の他の実施例に係わるもので、平行板ばねの斜視図である。図７に示す平行板ばねの動作を説明するための図である。本発明の他の実施例に係わるもので、試料テーブルおよび移動テーブルを示す図である。本発明の他の実施例に係わるもので、試料テーブルおよび移動テーブルを示すところの平面および断面の図である。従来例に係わるもので、固定テーブルと移動テーブルの部分拡大図である。

符号の説明

１…トップテーブル（Ｙテーブル）、２…中間テーブル（Ｘテーブル）、３…固定ベース、４…移動テーブル装置、５…Ｘバーミラー、６…Ｙバーミラー、７…干渉計、８…レシーバ、９…ビームスプリッタ、１０…レーザヘッド、１１，１２…ローラガイド機構、１１Ａ，１１Ｂ…第２の直線ガイドを構成するガイドレール、１２Ａ，１２Ｂ…第１の直線ガイドを構成するガイドレール、１２Ａ１，１２Ｂ１…第１のガイド機構における基準側ガイドレール、１２Ａ２，１２Ｂ２…第１のガイド機構における予圧側ガイドレール、１１Ａ１…第２のガイド機構における基準側ガイドレール、１１Ａ２…第２のガイド機構における予圧側ガイドレール、１１Ｃ，１２Ｃ…リテーナ、１１Ｄ，１２Ｄ…ローラ、１２Ｄ１…ガイドレール間に介在するローラ、１２Ｄ２，１２Ｄ３…１２Ｄ１以外のローラ、１５…予圧ねじ、１６…固定ねじ、２０…移動テーブル、２１…試料テーブル、２５…平行板ばね（弾性体）、２６…一次元平行板ばね、３０…試料、３５…レーザ、４０…ピン、５０…アブソーバ、６０…Ｙ１テーブル取付け部、６１…板ばね部１、６２…板ばね部２、６３…Ｙ２テーブル取付け部、６５…スペーサ、７０…ボルト、８０…移動テーブル、８１…固定テーブル、８２…予圧側ガイドレール、８３…保持ピン、８４…止めナット、８５…皿ばね、８６…ボール、８７…圧縮ばね、８８…ナット、８９…押圧ピン、９０…ローラ。

Claims

固定ベースと、この固定ベースに第１のガイドを介して往復移動自在に載置される中間テーブルと、この中間テーブルに第２のガイドを介し往復移動自在に載置され、かつ往復移動方向が中間テーブルの往復移動方向と交差する方向になっているトップテーブルと、このトップテーブルに設ける計測用ミラーを有する移動テーブル装置において、
前記トップテーブルは、前記第２のガイドを保持する移動テーブルと、この移動テーブルの上に重なり、前記計測用ミラーと試料を載置する試料テーブルとを有し、移動テーブルと前記試料テーブルはスペーサを介して、かつ前記試料テーブルよりも低い弾性係数のボルトによリ締結されることを特徴とする移動テーブル装置。