JP5141421B2 - 配管構造及びステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、載置したウエハ等のワークの面方向位置を正確に位置決めするステージ装置等に用いられる配管構造及びこれを用いたステージ装置に関する。

半導体デバイスの製造装置等に用いられるステージ装置は、平面状のステージ（ステージ可動部）を非接触状態で水平アクチュエータによって水平面内の縦横方向に移動させるように構成されている。
ステージ可動部には水平アクチュエータやセンサ等のステージ設置部品が取り付けられており、これらのステージ設置部品に対しては外部電源やアクチュエータを冷却するための冷媒導通管や電気配線等の種々の配管が接続されている。
これらの配管は、ステージ可動部上のステージ設置部品の移動に追従する必要があるため、屈曲しやすい素材で形成され十分な余長を有して構成されている。

ところで、例えば、半導体デバイスの製造装置は、埃塵の少ないクリーン空間や真空チャンバ内等の特殊な環境下でこれら空気清浄度や真空度を損なわずに動作することが求められることが多い。また、当然ながら半導体デバイスの製造装置に用いられるステージ装置には高度な位置決め精度が求められる。

ところが、ステージ設置部品に接続される配管は上述のように屈曲性がよい上、余長を有して配設されているため、配管自身の重量によって曲げ変形を起こして垂れ下がり、装置内の他の部材と意図せず接触することが考えられる。
配管と他の部材とが接触し擦れると、接触部分からパーティクル（埃塵）が発生し、空間のクリーン度の低下の一因となる。また、摩擦による抵抗により水平アクチュエータに予期しない負荷（摺動抵抗）が生じ、ステージ装置の応答性の低下や精度の低下を招く虞もある。

このため、ステージ装置においては、ステージ設置部品に接続される配管が、装置内の他の部材と干渉しないように配管を配設し、ステージ可動部の駆動時であっても配管と装置内部との接触を防止する必要がある。
そこで、特許文献１には、図６に示すように、ステージ装置のステージ設置部品に接続される配管１０２を補助部材１０３で被覆することで配管部１０１全体の剛性を高め、配管の自重による垂れ下がり量を低減する技術が提案されている。
特開２００８−００４９１８号公報

しかしながら、引用文献１の技術では、配管部１０１の垂れ下がり量を低減する効果はある反面、配管部１０１自体の剛性が向上して配管部１０１の屈曲性が損なわれるため、ステージの移動に対する配管部１０１の追従性が低下してしまうことが考えられる。
したがって、引用文献１の技術では、配管部１０１が追従するための変形にかかる反力がステージ装置を駆動させる際の負荷となり、ステージ装置における精密な位置決めをおこなう場合、水平アクチュエータによるステージの位置制御の応答性が低下したり、位置決め精度が低下したりする虞がある。
このような不具合を防止するためには、例えば、補助部材１０３にスリットを形成する等して配管部１０１のステージ面方向に対する追従性を十分に確保する必要があり、その分配線部１０１が複雑な構成となり、コストが増加するという課題もある。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡便な構成で、ステージの移動に対して配管を十分に追従させるとともに配管の変形を低減させることができるようにした、配管構造及びステージ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本願発明の配管構造は、面方向に移動可能な平面状のステージと、前記ステージ上に設置されるステージ設置部品とを有するものにおいて、前記ステージ設置部品に接続される配管の構造であって、前記ステージ設置部品の移動に追従しうる余長を有する曲げ変形可能な部材によって形成される配管と、断面の長手方向が前記ステージと垂直な方向となるように前記配管に沿って設けられる可撓性を有する帯状の補強部材と、を有していることを特徴としている。

前記ステージ設置部品には前記ステージを駆動させるアクチュエータが含まれ、前記配管は前記アクチュエータに循環させる冷媒を導通しうる管部を有し、前記補強部材は前記管部の内側に設けられていることが好ましい。
アクチュエータに冷媒を循環させることで、真空環境下であってもアクチュエータを確実に冷却することができる。また、管部の内側に帯状の補強部材を設けることにより、管部のステージ方向への曲げ変形を効果的に低減することができる。

さらに、前記配管は、前記管部を被覆するように蛇腹状に形成された金属製の被覆部を有していることが好ましい。
例えば、比較的軽量な樹脂によって管部を形成した場合、軽量である分配管の自重による曲げ変形が小さくなる反面、真空環境では管部内の冷媒成分が管部を比較的多く透過して、真空環境の汚染の一因となるが、物質の透過性が低い金属（鋼）によって管部を被覆することにより管部内の冷媒成分の管部外への透過を低減することができ、真空環境においても真空環境の汚染を抑制することができる。
換言すれば、管部として比較的重量が大きい金属製（鋼製）の蛇腹配管を用いた場合でも、十分に配管の変形を低減することができ、配管の自重による変形によって生じる不都合を低減することができる。

また、前記補強部材の帯状の両端に、前記管部の内壁に対する摩擦抵抗を低減する潤滑部が設けられていることが好ましい。
これにより、管部の内壁と補強部材との接触による部材同士の擦れによって生じる摺動抵抗を減らし、異音または熱の発生を最小限に抑制することができる。
また、前複数の前記配管と前記補強部材とが結束部材により結束されていることが好ましい。
複数の配線を束ねて結うという簡便な構成により、例えば多数必要な電気配線をコンパクトにまとめることができる。

本願発明のステージ装置は、水平に固設されたベース部材と、前記ベース部材に対して面方向に移動可能な平面状のステージと、前記ステージ上に設置されるステージ設置部品と、上記した配管構造とを有していることを特徴としている。
また、ステージ装置は、真空環境を形成する真空チャンバ内に設置されるものが好ましく、清浄空間を形成するクリーンルーム内に設置されるものも好ましい。

本願発明によれば、帯状の補強部材の断面形状が、ステージに対して垂直な方向が長手方向となるように補強部材が配設されるという簡便な構成で、ステージとともに移動するステージ設置部品に対しての追従性は十分に確保しながらも、ステージに垂直な方向への曲げ剛性を向上して配管の変形を低減することができ、配管の自重による変形によって生じる不都合を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１〜図５は、いずれも本発明の一実施形態にかかる位置決めステージの構成を示す図であり、図１はステージ装置を模式的に示す斜視図、図２は配管の配索状態を模式的に示す側面図、図３は管部の構成を模式的に示す斜視図，図４は管部を端部から見た模式的な側面図，図５は電気配線を補強部材と共に束ねて結ったハーネスの構成を模式的に示す斜視図である。

図１に示すように、ステージ装置１０は、位置決めステージ１，本体ベース（ベース部材）２、水平駆動モータ（ステージ設置部品，アクチュエータ）３Ｘ，３Ｙ、冷媒用配管（配管）４，６、ウエハ等のワークを電荷により吸引する（静電）チャック面（ステージ設置部品）７、センサ（ステージ設置部品）９及びこれらのステージ設置部品に電力あるいは流体等を供給するハーネス５を有して構成されている。
また、ステージ装置１０は、チャンバ（真空チャンバ）１１に内蔵されており、チャンバ１１は清浄空間を形成するクリーンルーム１２に設置されている。
チャンバ１１は、図示しない上部覆い部材によってステージ装置１０を密閉するようになっており、図示しないポンプの駆動によってチャンバ１１内部が真空排気され、真空環境を形成するようになっている。

なお、図１において、Ｘ方向及びＹ方向は互いに直交している。また、Ｘ方向とＹ方向とで形成される平面ＸＹは重力方向Ｇに対して直交している。
位置決めステージ１は、方形の平面状をなすステージ部（ステージ）１Ａを有しており、ステージ部１ＡがＸＹ平面と平行（即ち、水平）になるように、本体ベース２上の四隅に設置された磁気軸受８Ａ〜８Ｄによって浮上し、非接触に支持されている。なお、軸受８Ａ〜８Ｄは磁気軸受の替わりに空気軸受を用いて構成してもよい。
また、水平駆動モータ３Ｘは、位置決めステージ１のステージ部１Ａに固定された可動子３ＸＡと本体ベース２に固定された固定子３ＸＢとを有しており、位置決めステージ１をＸ方向に水平に駆動するようになっている。

また、水平駆動モータ３Ｙは、ステージ部１Ａに固定された可動子３ＹＡと本体ベース２に固定された固定子３ＹＢとを有しており、位置決めステージ１をＹ方向に水平に駆動するようになっている。
つまり、位置決めステージ１は、２つの水平駆動モータ３Ｘ，３ＹによってＸ方向及びＹ方向（即ち、ステージ部の面方向）に移動するようになっている。

冷媒用配管４，６は、いずれもチャンバ１１の壁部からフィードスルーを介して這わされ、その端部は水平駆動モータ３Ｘ，３Ｙの可動子３ＸＡ，３ＹＡに接続されている。
図２に示すように、冷媒用配管４は、ステージ部１Ａと所定の間隔を有して略平行に配索されて可動子３ＸＡに接続されており、チャンバ１１の壁部のフィードスルーと可動子３ＸＡとによって支持されている。冷媒用配管６についても同様に構成されている。

冷媒用配管４，６はそれぞれ冷媒供給用の配管と冷媒回収用の配管とが一組となって構成されており、冷媒供給用の配管から供給各可動子３ＸＡ，３ＹＡの内部に水や冷却空気等の流体である冷媒を供給し、冷却に用いられた冷媒を冷媒回収用の配管を通じて回収して冷媒を循環させるようになっている。

ハーネス５は、水平駆動モータ３Ｘ，３Ｙやセンサ９に接続される複数の電気配線（電線）の束であり、チャンバ１１の外部からフィードスルーを介して導入されウエハ等のワークを保持する（静電）チャック面７に接続されている。
これら冷媒用配管４，６及びハーネス５の線状部品は、位置決めステージ１の移動による接続先の移動に追従して曲げ変形が可能であり、そのための十分な余長が設けられている。

以下、冷媒用配管４，６の詳細な構成について説明する。なお、冷媒用配管４，６はいずれも同様に構成されているためここでは冷媒用配管４について説明し、冷媒用配管６については説明を省略する。
また、冷媒用配管４の冷媒供給用の配管と冷媒回収用の配管とも同様に構成されているため、ここでは冷媒供給用の配管について説明し、冷媒回収用の配管については図示省略して説明する。

図３〜図５に示すように、冷媒用配管４は被覆部２１，管部２２，帯形ガイド（補強部材）２３及び潤滑部材（補強部材，潤滑部）２４により構成されている。
被覆部２１は、鋼製（金属製）の配管であり、管部２２を覆っている。被覆部２１には、冷媒用配管４の延在方向に直交するように複数のリブが設けられて蛇腹状に形成されている。即ち、蛇腹状に形成することにより被覆部２１の曲げ剛性が小さくなるように構成されている。管部２２は、管状に形成されており、管部２２の内部を冷媒が通過できるようになっている。
なお、ここでは、被覆部２１と管部２２とが別体であるものとして説明しているが、被覆部２１と管部２２とを一体に構成してもよい。

帯状ガイド２３は、冷媒用配管４の延在方向に沿って管部２２の内部に冷媒用配管４の全長に亘って挿入されている。
帯状ガイド２３の両端にはそれぞれ潤滑部材２４が嵌装されている。そして、帯状ガイド２３と潤滑部材２４とを併せて形成される補強部材は、断面の長手方向（図４の破線Ｑで示す方向）がステージ部１Ａに対して垂直な方向（即ち、重力方向）となるように配設されている。

また、潤滑部材２４の管部２２との接触面は曲面状に成形されており、管部２２の内壁に接触する面積を小さくすることで、管部２２と潤滑部材２４との摩擦抵抗を低減するようになっている。なお、潤滑部材２４を摩擦係数が小さいフッ素樹脂で形成してもよく、帯状ガイド２３全体をフッ素樹脂によってコーティングしてもよい。
帯状ガイド２３は、樹脂や金属等の可撓性を有する素材で帯状に形成されている。ここでは、帯状ガイド２３は弾性のよいバネ鋼薄板（スチールベルト）で形成されており、その断面の長手方向の長さＬに対して断面の短手方向の長さＢが十分に小さく形成されている。即ち、帯状ガイド２３は短手方向（水平方向）の曲げ剛性は小さく、長手方向（重力方向）の曲げ剛性が大きくなるように断面形状が設定されている。

なお、帯状ガイド２３の材質や長手方向の長さＬあるいは短手方向の長さＢは、冷媒用配管４が位置決めステージ１の移動に追従しながらも長手方向の曲げ変形量が、冷媒用配管４と周囲の装置との接触を起こさない程度の所定の値よりも小さくなるように予め設定される。

次に、ハーネス５の詳細な構成について説明する。図５に示すように、ハーネス５は、複数の電線（電気配線）３１とガイド部材３２とが結束部材３３により束ねられて固定されて形成されている。
ガイド部材３２は、樹脂や金属等の可撓性を有する素材で帯状に形成されている。ここでは、ガイド部材３２は弾性のよいバネ鋼薄板（スチールベルト）で形成されており、その断面の長手方向の長さＬに対して断面の短手方向の長さＢが十分に小さく形成され、短手方向の曲げ剛性は小さく、長手方向の曲げ剛性が大きくなるようになっている。

本発明の一実施形態にかかる配管構造及びステージ装置はこのように構成されているので、クリーンルーム１２内の清浄空間で且つチャンバ１１内の真空という環境において、位置決めステージ１は２つの水平駆動モータ３Ｘ，３Ｙのそれぞれの駆動によって、Ｘ方向及びＹ方向（面方向）の所望の位置に移動して位置決めステージ１に載置されるウエハ等が正確に位置決めされる。
このとき、冷媒用配管４，６及びハーネス５は、位置決めステージ１の移動に応じて帯状ガイド２３あるいはガイド部材３２の短手方向（ここでは水平方向）に屈曲されてそれぞれの接続先の移動に伴って追従して動きまわる。

即ち、帯状ガイド２３あるいはガイド部材３２は重力方向には断面長手方向の厚み効果により曲げ剛性が向上されるとともに、水平方向には断面短手方向の薄さ（帯形）による柔軟効果によって曲げ剛性が緩和され、屈曲に対してしなやかに追従する。
すなわち、冷媒配管４，６及びハーネス５に対して水平方向への屈曲性を損なわずに、垂直方向への配管の垂れ下がりにおいてのみ抑制する効果を発揮する。
これにより、現有の配線・配管構成のままで帯形ガイドを付加するだけで垂れ下がりを抑制しつつ、容易かつ有効に冷媒用配管４，６及びハーネス５の姿勢を保持することができる。

このように、本発明の配管構造及びステージ装置によれば、簡便な構成で、位置決めステージ１の面方向への移動に対して冷媒用配管４，６及びハーネス５の追従性を十分に確保することができるとともに水平駆動モータ３Ｘ，３Ｙに対する摩擦抵抗（摺動抵抗）による負荷を最小限に抑えることができる。これにより、摩擦抵抗に起因するステージ装置１０の制御に対する応答性の低下を防止することができる。

また、冷媒用配管４，６及びハーネス５が重力方向の厚みが大きい補強部材（即ち、帯状ガイド２３，潤滑部材２４，ガイド部材３２）で支持され、重力方向への曲げ変形量（撓み量）を低減することができ、自重による垂れ下がりに起因して装置内の物体に接触することを防止することができる。これにより、冷媒用配管４，６及びハーネス５とその他の部材とが擦れる際に発生するパーティクルの量を最小限にして空間の清浄度を高く保つことができる。

また、真空環境においては、水平駆動モータ３Ｘ，３Ｙで発生する熱が周辺雰囲気に放出されにくいが、冷媒用配管４，６を通して水平駆動モータ３Ｘ，３Ｙに冷媒が循環されることにより水平駆動モータ３Ｘ，３Ｙの過度な昇温を確実に防止することができる。
また、冷媒用配管４，６は、管部２２を覆うように鋼性で屈曲性のよい蛇腹状の被覆部２１が設けられているので、管部２２の内部を通過する循環流体（冷媒）の成分が透過して冷媒用配管４，６の外部に放出されること防止することができる。

また、被覆部２１を金属（鋼）によって形成した場合、冷媒用配管４，６の重量が大きくなるため重力方向へ曲げ応力が大きくなるが、被覆部２１に重量が大きい金属を用いても補強部材の支持によって重力方向への垂れ下がりを防止することができる。
また、帯状ガイド２３の両端に管部２２の内壁との摩擦抵抗を低減させる潤滑部材２４が設けられているので、冷媒用配管４，６が屈曲等する際に帯状ガイド２３と冷媒用配管４，６の内部との摩擦抵抗（摺動抵抗）や接触などによる異音を最小限に抑えることができる。

また、薄板の帯形ガイド３２を案内としてモータやセンサの配線類３１で挟んで配列した上、帯形ガイド３２に這わせて互い同士を結うことで、配線類３１を包囲することなく容易で安価なハーネス５を構成することができる。
これにより、配線類３１の線積における占有率を最小限にした上で水平方向への屈曲性は損なわずに、垂直方向への配線の垂れ下がりおいて有効な配線保持効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、実施形態ではステージ装置に設けられる配管構造を例に説明したが、本発明の配管構造はステージ装置に限らず、どのような装置に適用してもよい。
また、設置される空間環境についてもクリーンルーム内や真空チャンバ内等の特殊な環境下に限定されることはなく、通常の環境下で本発明を適用しても配管の他の部材を接触を低減して配管の磨耗や摩擦抵抗等を低減させることができる。また、クリーンや真空のいずれか一つのみの環境下に適用することもできる。

また、実施形態ではステージの平面が水平面となるように配設されているが、ステージの平面は必ずしも水平にする必要はなく、帯状の補強部材の断面の長手方向がステージの平面と垂直な方向となるように構成されていればよい。
実施形態では、帯状ガイドと潤滑部材とを別々に構成しているが、潤滑部材については省略して補強部材を構成してもよい。また、帯状ガイドと潤滑部材とを一体に形成してもよく、このとき補強部材の素材についても摩擦係数の小さい素材により構成して、管部の内壁との摩擦抵抗を低減するように構成してもよい。

本発明は、ウエハ搬送やレチクル搬送といった精密な位置決めを必要とする半導体製造等にかかる配線構造やステージ装置等として有用である。

本発明の一実施形態を説明するものであり、ステージ装置を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態を説明するものであり、配管の配索状態を模式的に示す側面図である。 本発明の一実施形態を説明するものであり、管部の構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態を説明するものであり、管部を端部から見た模式的な側面図である。 本発明の一実施形態を説明するものであり、電気配線を補強部材と共に束ねて結ったハーネスの構成を模式的に示す斜視図である。 従来技術を説明するものであり、配管の構成を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１ 位置決めステージ
１Ａ ステージ部（ステージ）
２ 本体ベース（ベース部材）
３Ｘ，３Ｙ 水平駆動モータ
３ＸＡ，３ＹＡ 可動子
３ＸＢ，３ＹＢ 固定子
４，６ 冷媒用配管（配管）
５ ハーネス（配管）
７ （静電）チャック面
８Ａ〜８Ｄ 磁気軸受
９ センサ
１０ ステージ装置
１１ チャンバ（真空チャンバ）
１２ クリーンルーム
２１ 被覆部
２２ 管部
２３ 帯状ガイド（補強部材）
２４ 潤滑部材
３１ 電気配線
３２ ガイド部材（補強部材）
３３ 結束部材

Claims (6)

1. 面方向に移動可能な平面状のステージと、前記ステージ上に設置されるステージ設置部品とを有するものにおいて、前記ステージ設置部品に接続される配管の構造であって、
   前記ステージ設置部品の移動に追従しうる余長を有する曲げ変形可能な部材によって形成される配管と、
   断面の長手方向が前記ステージと垂直な方向となるように前記配管に沿って設けられる可撓性を有する帯状の補強部材と、を有しており、
   前記ステージ設置部品には前記ステージを駆動させるアクチュエータが含まれ、
   前記配管は前記アクチュエータに循環させる冷媒を導通しうる管部を有し、
   前記管部の内側に設けられた前記補強部材の帯状の両端には、前記管部の内壁に対する摩擦抵抗を低減する潤滑部が設けられている
   ことを特徴とする、配管構造。
2. 前記配管は、前記管部を被覆するように蛇腹状に形成された金属製の被覆部を有している
   ことを特徴とする、請求項１に記載の配管構造。
3. 複数の前記配管と、前記配管の外側に設けられた前記補強部材とが結束部材により結束されている
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載の配管構造。
4. ベース部材と、
   前記ベース部材上を面方向に移動可能な平面状のステージと、
   前記ステージ上に設置されるステージ設置部品と、
   請求項１、２または３に記載の配管構造とを有している
   ことを特徴とする、ステージ装置。
5. 真空環境を形成する真空チャンバ内に設置される
   ことを特徴とする、請求項４に記載のステージ装置。
6. 清浄空間を形成するクリーンルーム内に設置される
   ことを特徴とする、請求項４に記載のステージ装置。

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