JP5170077B2 - 精密位置決め装置 - Google Patents
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Description
このように構成される精密位置決め装置において、アクチュエータ21に電圧を印加して伸縮させると、ベース1に対して移動テーブル2が弾性体の支持部材20を変形させながら移動する。
また、移動テーブル2の重量を横側面の支持部材20で支持するように設計する、または移動テーブル2の下側に支持部材20を増設して移動テーブル2の重量を支持するよう構成した場合、何らかの不具合により支持部材20が破損すると移動テーブル2の重量がアクチュエータ20に作用し、アクチュエータ20に十分な推力が無いと移動テーブル2が下方に落下し、装置および基板を損傷してしまうという問題もある。
そこで、本発明は移動テーブルを駆動するアクチュエータを小型にすることで装置全体を小型にするとともに、移動テーブルの制御性が良く、支持部材が損傷しても装置および基板が損傷しない精密位置決め装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、ベースに対して弾性体の支持部材で支持される移動テーブルと、前記ベースに固定されて前記移動テーブルを押引して駆動するアクチュエータと、を備えた精密位置決め装置において、前記支持部材が、前記ベースから立設されるバネ固定フレームと、前記バネ固定フレームから下垂されるバネと、からなり、前記ベースに少なくとも3箇所備えられた前記支持部材の前記バネの下端に、前記移動テーブルが吊着されるよう構成されたことを特徴とする精密位置決め装置とした。
請求項2に記載の発明は、前記アクチュエータは、前記移動テーブルまたは前記ベースのいずれか一方に固定された固定子と、他方に固定された可動子と、からなり、前記可動子が前記固定子に対して略直線的に移動して前記移動テーブルを押引するとともに、前記可動子が前記固定子との間で推力発生方向の垂直方向における空隙を有するものであって、前記移動テーブルが、前記空隙によってX・Y・Z・θX・θY・θZの6軸の自由度を有して移動可能であることを特徴とする請求項1記載の精密位置決め装置とした。
請求項3に記載の発明は、前記移動テーブルが略直方体で形成され、前記移動テーブルを上面からみたときの一辺に前記移動テーブルをX方向に押引する第1及び第2のXアクチュエータが並設され、前記一辺に略直交する他辺に前記移動テーブルをY方向に押引する第1及び第2のYアクチュエータが並設され、前記第1及び第2のXアクチュエータあるいは前記第1及び第2のYアクチュエータのいずれかの間に前記移動テーブルをZ方向に押引する第1のZアクチュエータが設けられ、前記第1のZアクチュエータが設けられた辺と対向する辺に第2及び第3のZアクチュエータが併設され、これら7つの前記アクチュエータによって前記6軸の動作を実現することを特徴とする請求項2記載の精密位置決め装置とした。
請求項4に記載の発明は、前記移動テーブルを上からみたときの前記第1及び第2のXアクチュエータ、前記第1及び第2のYアクチュエータは、それぞれ前記移動テーブルを含んだ可動部の重心位置に対して振り分けの位置に設置され、前記移動テーブルを側面からみたときの前記第1乃至第3のZアクチュエータの推力発生位置が可動部の重心位置と略一致するよう前記第1乃至第3のZアクチュエータが設置されていることを特徴とする請求項3記載の精密位置決め装置とした。
請求項5に記載の発明は、前記ベースに対する前記移動テーブルの前記X方向の位置を計測するXセンサが前記第1及び第2のXアクチュエータの間に設けられ、前記ベースに対する前記移動テーブルの前記Y方向の位置を計測する第1及び第2のYセンサが前記第2及び第3のZアクチュエータの間に並設され、前記ベースに対する前記移動テーブルの前記Z方向の位置を計測する第1、第2、及び第3のZセンサが前記移動テーブルの下面に設けられ、これら6つのセンサによって前記6軸の位置制御を実現することを特徴とする請求項3または4記載の精密位置決め装置とした。
請求項6に記載の発明は、前記第1乃至第3のそれぞれのZセンサは、前記ベースの上面に載置されたZセンサ本体と、前記移動テーブルに設けられた貫通穴に挿入され、前記移動テーブルの上面から固定可能なZセンサターゲットからなることを特徴とする請求項5記載の精密位置決め装置とした。
請求項7に記載の発明は、前記精密位置決め装置は、前記ベースから立設され、その端部が側面から見てコの字部が形成されたメカストッパと、前記移動テーブルの上面及び下面の周縁部に形成された凹部と、を備え、前記コの字部に前記凹部が隙間をもって狭持されるように前記メカストッパが立設されて、前記コの字部が前記凹部に対して前記X、Y、Zの3方向に当接しうることを特徴とする請求項2乃至6いずれかに記載の精密位置決め装置とした。
請求項8に記載の発明は、前記コの字部と前記凹部との前記隙間は、前記アクチュエータにおける前記空隙よりも小さく設けられていることを特徴とする請求項7記載の精密位置決め装置とした。
請求項9に記載の発明は、前記精密位置決め装置は、前記ベースと前記移動テーブルとの間に、少なくとも3つのエアシリンダを備え、これらの前記エアシリンダが、前記アクチュエータの前記推力がOFFになったときに、前記メカストッパの前記Z方向に当接するまで前記移動テーブルを押し上げて保持することを特徴とする請求項7または8記載の精密位置決め装置とした。
請求項10に記載の発明は、前記バネの周囲には、該バネの伸長方向の垂直方向における振動を抑制する弾性体シートが巻装されていることを特徴とする請求項1乃至9いずれかに記載の精密位置決め装置とした。
請求項11に記載の発明は、前記精密位置決め装置は、前記バネをクランプした状態で、前記バネ固定フレームに対して少なくとも前記XYZの3方向に移動可能なバネ固定ブラケットを備える請求項5または6記載の精密位置決め装置とした。
請求項12に記載の発明は、前記精密位置決め装置は、前記アクチュエータの固定子を冷却する冷却配管を備え、前記冷却配管は、1箇所の冷媒入力配管から第1乃至第3系統に分岐され、前記第1系統が前記第1及び第2のXアクチュエータを冷却し、前記第2系統が前記第1及び第2のYアクチュエータを冷却し、前記第3系統が前記第1乃至第3のZアクチュエータを冷却し、さらに前記第1乃至第3系統の排出側が1箇所の冷媒排出配管に集約されることを特徴とする請求項3乃至6いずれかに記載の精密位置決め装置とした。
請求項13に記載の発明は、請求項1乃至12いずれかに記載の精密位置決め装置を備えたことを特徴とする半導体の露光装置とした。
本発明によると、可動子が固定子との間で推力発生方向の垂直方向における空隙を有するものを使用するので移動テーブルの6自由度が確保できる。
本発明によると、このようなアクチュエータの配置と個数にすれば前記6自由度において前記移動テーブルを駆動できる。
本発明によると、移動テーブルの制御性を良くすることができる。
本発明によると、移動テーブルを6軸制御するための位置情報を得るセンサが最小の個数で実現できる。さらに、Z方向位置測定用センサ3個はベースと移動テーブル間に配置、X方向位置測定用センサ1個、Y方向位置測定用センサ2個は移動テーブルの周縁部に配置したアクチュエータの間に配置できるので、装置全体を小型にすることができる。
本発明によると、高分解能であるために測定範囲の小さいセンサを使用する場合に、センサ部を微調整することができるので、センサをベースと移動テーブル間に配置することが可能となり、装置全体を小型にすることができる。また、高分解能のセンサが使用可能となり、移動テーブルの制御性を良くすることができる。
本発明によると、1つのメカストッパで3方向の機械的移動を制限することができる。また、移動テーブルの可動範囲を小さく制限することができるので、アクチュエータの固定子と可動子間の接触を防ぐことができる。例えば、移動テーブルの周囲を囲むようなメカストッパ(移動テーブルの4隅に、X、Y方向を規制するギャップを持つようにピンを配置したもの)では、移動テーブルがストッパに対して中心に位置するときに、中心周りに大きな角度回転し得るので、アクチュエータの固定子と可動子間がストッパより先に接触してしまうが、これを防ぐことができる。
本発明によると、移動テーブルの動作範囲を小さく制限できるので、電源OFF時に、鉛直方向のみにバネで吊るされた状態でも、移動テーブルは、メカストッパ部のみで接触し、ギャップをもって構成されているアクチュエータの固定子と可動子間での接触は生じないので、アクチュエータの損傷を防ぐことができる。
本発明によると、電源OFF時および装置の誤動作時には、下側に設置したエアシリンダが作動し、移動テーブルを上側メカストッパに押付け、保持するので、装置、アクチュエータなどを損傷することがなく、処理中の基板を損傷することをなくすことができる。
本発明によると、バネの横方向に発生する振動を抑制することができ、移動テーブルの制御性を良くすることができる。
本発明によると、電源OFF時に移動テーブルがセンサの検出範囲に位置するように調整できるので、正常に制御動作に入ることができる。また、装置に異常が発生し、アクチュエータの電源がOFFした場合でも、移動テーブルは、バネによって上方に移動するので、処理中の基板が損傷することを防ぐことができる。
本発明によると、アクチュエータの発生熱による熱変形の影響を小さくすることができ、装置の精度を向上することができ、移動テーブルの制御性を向上することができる。配管経路を少なくすることができ、装置全体を小型にすることができる。
本発明によると、制御性の良い小型の移動テーブルとなるので、露光装置の小型化や露光時の位置決めの精度向上が期待できる。
2 移動テーブル
3 バネ固定フレーム
4 バネ
5 Xアクチュエータ
6 Yアクチュエータ
7 Zアクチュエータ
8 Xセンサ
9 Yセンサ
10 Zセンサ
11 メカストッパ
12 エアシリンダ
13 プリズム
14 補強フレーム
15 弾性体シート
16 Zセンサ本体
17 Zセンサターゲット
18 シム
19 バネ固定ブラケット
20 支持部材(弾性体)
21 アクチュエータ
図2は、図1の側面図である。ただし説明のため、後述するアクチュエータを省略している。
図3は、本発明の精密位置決め装置のZ方向位置測定用センサを説明するための側断面図である。
図4は、本発明の精密位置決め装置のメカストッパを説明するための上面図(a)およびその側断面図(b)である。
図5は、本発明の精密位置決め装置のバネ位置調整機構を説明するための上面図(a)および側断面図(b)である。
図6は、本発明の精密位置決め装置の配管経路を説明するための上面図である。
移動テーブル2は、図1のようにZ方向から見ると略長方形の形状をなしている。移動テーブル2の周縁部には、鉛直Z方向駆動用のZアクチュエータ7が3個、水平X方向駆動用のXアクチュエータ5が2個、水平Y方向駆動用のYアクチュエータ6が2個配置され、各アクチュエータの固定子がベース1に固定され、その可動子が移動テーブル2に固定されている。可動子と固定子の位置は逆でもよい。
Xアクチュエータ5及びYアクチュエータ6は、移動テーブル2の一辺に対して2つが並んで配置されている。また、Zアクチュエータは、移動テーブル2の一辺に対して2つが並んで配置され、その一辺に対向する辺の中央付近に残りの1つが配置されている。つまりXY平面において3つのZアクチュエータが略三角形を描くように配置されている。
各アクチュエータは、固定子に対して可動子が直線的に移動するリニアモーションのアクチュエータであり、位置制御が行えるものである。さらに、可動子が移動する方向すなわち推力発生方向の垂直方向には固定子と可動子間にギャップ(空隙)を持ちながら、推力発生方向に推力を発生するタイプのアクチュエータを適用する。つまり、例えばXアクチュエータ5は、その可動子によって図1のX方向に移動テーブル2を押引して駆動するが、上記空隙を有するため、推力発生方向(X方向)の垂直方向(YZ方向)に「ガタ・あそび」を有するものを使用する。具体的には、公知のボイスコイルモータなどが最適である。
この空隙によって、各アクチュエータの推力発生方向の垂直方向に持つギャップの範囲内においては、移動テーブル2をベース1に対して、X、Y、Z、θX、θY、θZの6軸駆動させることができる。
また、XおよびY方向において、2個のXアクチュエータ5及び2個のYアクチュエータ6は、移動テーブル2を含む可動部の重心位置に対して振り分けの位置に設置されている。
また、Z方向において、Zアクチュエータ7の推力発生位置(アクチュエータ内部における巻線および磁石配置の中心位置)が移動テーブル2を含む可動部の重心位置と略一致するように図示しないブラケットなどを介してZアクチュエータ7が設置されている。このことによって、移動テーブル2の制御性を良くすることができる。
また、移動テーブル2の周縁部には、X方向位置測定用のXセンサ8が1個、Y方向位置測定用のYセンサ9が2個設置されている。このセンサで、移動テーブル2のXおよびY方向移動距離を測定することによって、移動テーブル2のXおよびY方向位置およびθZの傾きを知ることができる。
以上に述べた各センサの出力値を用いて、各アクチュエータを駆動することによって、移動テーブルを6軸制御することができる。
なお、本実施例では、各センサ本体をベース1側に、測定対象となる移動テーブル2側にセンサターゲットを設置し、センサとセンサターゲット間の距離を測定するタイプのセンサを適用している。
また、Xセンサ8は、上記の2個のXアクチュエータ5の間に設置し、Yセンサ9は、上記の3個のZアクチュエータ7のうち、2個が並んで配置されているほうのアクチュエータ間に設置されている。
本実施例では、Y方向に関して、移動テーブル2の端より内側に配置している。このように、メカストッパ部を移動テーブル2の中心寄りに配置することによって、移動テーブル2がその中心位置回りに回転し得る回転角を小さく制限できるので、各アクチュエータの固定子と可動子間のギャップ、および各センサのセンサ本体とセンサターゲット間のギャップより、メカストッパ部のギャップの方が小さくなり、メカストッパ部が内側で接触することによって、アクチュエータおよびセンサを保護することができる。
以上に述べたように、移動テーブル2の周縁部に配置した各アクチュエータの間に、各センサおよびメカストッパを配置しているので、ベースの面積を小さくすることができ、装置全体を小型にすることができる。
Claims (13)
- ベースに対して弾性体の支持部材で支持される移動テーブルと、前記ベースに固定されて前記移動テーブルを押引して駆動するアクチュエータと、を備えた精密位置決め装置において、
前記支持部材が、前記ベースから立設されるバネ固定フレームと、前記バネ固定フレームから下垂されるバネと、からなり、前記ベースに少なくとも3箇所備えられた前記支持部材の前記バネの下端に、前記移動テーブルが吊着されるよう構成されたことを特徴とする精密位置決め装置。 - 前記アクチュエータは、前記移動テーブルまたは前記ベースのいずれか一方に固定された固定子と、他方に固定された可動子と、からなり、前記可動子が前記固定子に対して略直線的に移動して前記移動テーブルを押引するとともに、前記可動子が前記固定子との間で推力発生方向の垂直方向における空隙を有するものであって、
前記移動テーブルが、前記空隙によってX・Y・Z・θX・θY・θZの6軸の自由度を有して移動可能であることを特徴とする請求項1記載の精密位置決め装置。 - 前記移動テーブルが略直方体で形成され、
前記移動テーブルを上面からみたときの一辺に前記移動テーブルをX方向に押引する第1及び第2のXアクチュエータが並設され、
前記一辺に略直交する他辺に前記移動テーブルをY方向に押引する第1及び第2のYアクチュエータが並設され、
前記第1及び第2のXアクチュエータあるいは前記第1及び第2のYアクチュエータのいずれかの間に前記移動テーブルをZ方向に押引する第1のZアクチュエータが設けられ、前記第1のZアクチュエータが設けられた辺と対向する辺に第2及び第3のZアクチュエータが併設され、
これら7つの前記アクチュエータによって前記6軸の動作を実現することを特徴とする請求項2記載の精密位置決め装置。 - 前記移動テーブルを上からみたときの、前記第1及び第2のXアクチュエータ、前記第1及び第2のYアクチュエータは、それぞれ前記移動テーブルを含んだ可動部の重心位置に対して振り分けの位置に設置され、
前記移動テーブルを側面からみたときの、前記第1乃至第3のZアクチュエータの推力発生位置が前記可動部の重心位置と略一致するよう前記第1乃至第3のZアクチュエータが設置されていることを特徴とする請求項3記載の精密位置決め装置。 - 前記ベースに対する前記移動テーブルの前記X方向の位置を計測するXセンサが前記第1及び第2のXアクチュエータの間に設けられ、
前記ベースに対する前記移動テーブルの前記Y方向の位置を計測する第1及び第2のYセンサが前記第2及び第3のZアクチュエータの間に並設され、
前記ベースに対する前記移動テーブルの前記Z方向の位置を計測する第1、第2、及び第3のZセンサが前記移動テーブルと前記ベース間に設けられ、
これら6つのセンサによって前記6軸の位置制御を実現することを特徴とする請求項3または4記載の精密位置決め装置。 - 前記第1乃至第3のそれぞれのZセンサは、前記ベースの上面に載置されたZセンサ本体と、前記移動テーブルに設けられた貫通穴に挿入され、前記移動テーブルの上面から固定可能なZセンサターゲットからなることを特徴とする請求項5記載の精密位置決め装置。
- 前記精密位置決め装置は、前記ベースから立設され、その端部が側面から見てコの字部が形成されたメカストッパと、前記移動テーブルの上面及び下面の周縁部に形成された凹部と、を備え、前記コの字部に前記凹部が隙間をもって狭持されるように前記メカストッパが立設されて、前記コの字部が前記凹部に対して前記X、Y、Zの3方向に当接しうることを特徴とする請求項2乃至6いずれかに記載の精密位置決め装置。
- 前記コの字部と前記凹部との前記隙間は、前記アクチュエータにおける前記空隙よりも小さく設けられていることを特徴とする請求項7記載の精密位置決め装置。
- 前記精密位置決め装置は、前記ベースと前記移動テーブルとの間に、少なくとも3つのエアシリンダを備え、これらの前記エアシリンダが、前記アクチュエータの前記推力がOFFになったときに、前記メカストッパの前記Z方向に当接するまで前記移動テーブルを押し上げて保持することを特徴とする請求項7または8記載の精密位置決め装置。
- 前記バネの周囲には、該バネの伸長方向の垂直方向における振動を抑制する弾性体シートが巻装されていることを特徴とする請求項1乃至9いずれかに記載の精密位置決め装置。
- 前記精密位置決め装置は、前記バネをクランプした状態で、前記バネ固定フレームに対して少なくとも前記XYZの3方向に移動可能なバネ固定ブラケットを備えることを特徴とする請求項5または6記載の精密位置決め装置。
- 前記精密位置決め装置は、前記アクチュエータの固定子を冷却する冷却配管を備え、
前記冷却配管は、1箇所の冷媒入力配管から第1乃至第3系統に分岐され、
前記第1系統が前記第1及び第2のXアクチュエータを冷却し、
前記第2系統が前記第1及び第2のYアクチュエータを冷却し、
前記第3系統が前記第1乃至第3のZアクチュエータを冷却し、
さらに前記第1乃至第3系統の排出側が1箇所の冷媒排出配管に集約されることを特徴とする請求項3乃至6いずれかに記載の精密位置決め装置。 - 請求項1乃至12いずれかに記載の精密位置決め装置を備えたことを特徴とする半導体の露光装置。
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