JP5191023B2 - 試料移動機構 - Google Patents

Description

本発明は、超音波モータを用いてステージを駆動する試料移動機構に関するものである。

半導体分野でＬＳＩのマスクなどのパターンの描画、測定、検査をするために大きなマスク（例えば８インチサイズ）などを搭載してＸ方向およびＹ方向に広範囲かつ高精度に移動可能なステージとして、超音波モータを利用して機械的に駆動するステージがある。例えば、１ｎｍ以下の微細な駆動制御を可能とし、かつ電源ＯＦＦ時の位置保持能力の高いという２つの大きな優位点を持つ超音波モータを駆動源としたステージがある。超音波モータは、ステータ（摺動チップ）と呼ばれる超音波の振動をステージの駆動力として伝える部分と、ステータの動きを受けてロータ（モータガイド）と呼ばれる部分で構成される。両者は、摩擦力でステージの推進力を生み出す。

この際、従来、摺動チップとモータガイドとの摩擦力でステージの推進力を生み出す関係で、磨耗によるパーティクル（微粉）が発生し（特許文献１参照）、当該発生したパーティクルがマスクに付着して汚染となってしまうので、このようなパーティクルがマスクに達しないように超音波モータの駆動素子部（摺動チップとモータガイド）を覆うカバーを設けるなどの対策を行っていた。

しかし、磨耗がある部分は固定側と可動側との間にあり、完全なカバーを行うことは困難で、固定側と可動側との間の隙間が存在しパーティクルがもれでてくる可能性があった。

また、他の技術として、静電気によるパーティクルの吸着作用を利用して超音波モータあるいは試料の周囲に電極を配置して電圧を印加し、静電場を形成してパーティクルを捕集し、試料に達しないようにするこ技術がある。
特開平０９−２４６１３２号公報

しかし、上述した前者のカバーを設けた場合には、カバーの隙間からパーティクルが漏れて試料に付着して汚染となってしまう問題があった。

また、上述した後者の静電気を電極に印加してパーティクルを捕集してしまう技術では、電極に高電圧を印加する必要があり、ときとして放電が発生して走査型電子顕微鏡などを用いてマスク上のパターンの測長を行う場合には画像に変動を与えて測長が不可となってしまったり、また、マスクなどを収納する試料室の真空圧力に制限が生じてしまうなどの問題が発生した。

本発明は、これらの問題を解決するため、超音波モータを構成する駆動チップとモータガイドの全体を覆って閉領域にすると共に当該閉領域と支持棒との間にシールを設け、超音波モータでステージを移動させたときに発生するパーティクルが当該閉領域に滞留して試料に達しないようにすることを目的としている。

そのため、本発明は、超音波モータを用いてステージを駆動する試料移動機構において、試料を搭載するステージに連結した、超音波モータを構成するモータガイドと、モータガイドに圧接して所定超音波電圧を印加してモータガイドを駆動する、超音波モータを構成する、支持棒に固定された駆動チップと、モータガイドおよび駆動チップを覆うと共に、駆動チップがモータガイドを駆動して移動したときに摺動する支持棒との間をシールするシール部を設けて閉領域を形成したモータ室とを備えるようにしている。

この際、シール部として、オイルシールあるいはオイル含浸メタルを用いるようにしている。

また、モータ室の一部にフィルタを設け、モータ室の内部の圧力と外部の試料がある部屋との圧力をほぼ等しくするようにしている。

また、駆動チップが圧接するモータガイドと反対側に第２のモータガイドを設け、駆動チップと第２のモータガイドとの間にローラを配置して、圧接する力と反対方向の力を発生させて両者をバランスさせるようにしている。

また、支持棒にモータガイドを形成し、形成したモータガイドおよび駆動チップを収縮自在のベローズで覆い、あるいは支持棒との間をシールし、モータ室とするようにしている。

本発明は、超音波モータを構成する駆動チップとモータガイドの全体を覆って閉領域にすると共に当該閉領域と支持棒との間にシールを設け、超音波モータでステージを移動させたときに発生するパーティクルが当該閉領域に滞留して試料に達しないようにすることが可能となる。

本発明は、超音波モータを構成する駆動チップとモータガイド面の全体を覆って閉領域にすると共に当該閉領域と支持棒との間にシールを設け、超音波モータでステージを移動させたときに発生するパーティクルが当該閉領域に滞留して試料に達しないようにすることを実現した。

図１は、本発明の１実施例構造図を示す。

図１の（ａ）は本発明の要部の模式図を示し、図１の（ｂ）はローラ１３、第２のモータガイド６’を設けた要部の模式図を示す。

図１の（ａ）において、ステージ１は、図示外の試料（例えばＬＳＩ用の８インチマスク）を固定し、Ｘ方向およびＹ方向に超音波モータ３で微細移動可能なステージであって、図示の状態では１つの方向（例えばＹ方向）に移動させるときの１組の超音波モータ３を配置した概略図を表すものである。Ｙ方向およびＸ方向に移動させるには、後述する図４に示すように、２組が必要である。

ステージガイド２は、ステージ１を一定方向に移動させるガイドであって、ここでは、移動方向に２本設けた例を模式的に示したものである。

超音波モータ３は、ステージ１をＸ方向（あるいはＹ方向）に高精度かつ広範囲に移動（駆動）させるものであって、ここでは、駆動チップ１１を備えたものである。超音波モータ３は、正確には、当該駆動チップ１１と、モータガイド６とによって構成され、駆動チップ１１に所定電圧を印加（例えばｓｉｎとｃｏｓの位相が異なる電圧を圧電素子にそれぞれ印加）してモータガイド６を図上で右方向あるいは左方向にステップ移動させるものである。この際、移動量は、図示外のレーザ測長器によって高精度に測定しながら当該駆動量を自動調整する。

支持棒４，４’は、ここでは、超音波モータ３を固定すると共に、駆動チップ１１がモータガイド６を右方向あるいは左方向に駆動したときにモータ室１０をシールするオイルシール９を設け、当該モータ室１０を完全に閉領域にするためのものである。

モータ室１０は、モータガイド６、ふた７、およびオイルシール９で、駆動チップ１１がモータガイド６を右方向あるいは左方向に駆動したときに完全な閉領域にされた部屋（部分、領域）である。本発明がモータ室１０を設けたことで、駆動チップ１１がモータガイド６を駆動し、そのときにたとえパーティクルが発生しても当該モータ室１０の内部に閉じ込められ、外部のステージ１が存在する領域には飛散して当該ステージ１上の試料（例えばマスク）に付着して汚染物となることを完全に防止することが可能となる。

固定端５，５’は、支持棒４を固定する部分である。

モータガイド６は、超音波モータ３を構成する駆動チップ１１が駆動（図上で右方向あるいは左方向に駆動）する部分である。

ふた７は、モータガイド６および当該ふた７、更に、オイルシール９でモータ室１０を完全に閉領域にするためのものである。

シール部８は、オイルシール９を設け、モータ室１０を完全に閉領域にするためのものである。

オイルシール９は、駆動チップ１１がモータガイド６を図上で右方向あるいは左方向に駆動したときに支持棒４，４’との間のシールを行うものである（図３参照）。

フィルタ１２は、モータ室１０の一部に設け、当該モータ室１０の内部の圧力と、外部のステージ１が存在する部屋（試料室という）の圧力とをほぼ同じにするためのものであって、気体は通過するがパーティクルは遮断するフィルタである。

図１の（ｂ）は、図１の（ａ）の構造に加え、ローラ１３および第２のモータガイド６’を設けた要部の模式図を示す。他は、同じであるので説明を省略する。

図１の（ｂ）において、ローラ１３は、超音波モータ３を構成する駆動チップ１１と反対側に対応づけて設け、当該駆動チップ１１がモータガイド５に圧接する力と、当該ローラ１３が第２のモータガイド６’に圧接する力とをほぼ同じにしてバランスさせるためのものである。

第２のモータガイド６’は、ローラ１３が所定圧力で圧接するガイドである。

以上のように、図１の（ａ）の構造に加え、更に、ローラ１３および第２のモータガイド６’を設けることにより、超音波モータ３を構成する駆動チップ１１がモータガイド６に圧接した状態で当該モータガイド６を右方向あるいは左方向に駆動しても、ローラ１３が第２のモータガイド６’に圧接しており、両者の圧接する力がほぼバランスし、駆動チップ１１でモータガイド６を確実に右方向あるいは左方向に駆動することが可能となる。

図２は、本発明の他の実施例構造図を示す。図２は、図１のオイルシール９の代わりに、ベローズ１４，１４’を用いてシールした例を示す。

図２において、ベローズ１４，１４’は、モータ室１０をシールして閉領域にするためのものであって、駆動チップ１１がモータガイド６を右方向あるいは左方向に駆動したときに当該モータ室１０を閉領域にするためのものである。

以上のように、図１のオイルシール９に変えて図２のベローズ１４，１４’を用いることにより、より確実にシールすることが可能となる。

図３は、本発明のシール部例を示す。

図３の（ａ）は、オイルシールの例を示す。これは、既述した図１の（ａ），（ｂ）に記載したものであって、公知のオイルシール９を用いて駆動チップ１１がモータガイド６を右方向あるいは左方向に駆動したときに、支持棒４，４’との間をシールするものである。

図３の（ｂ）は、オイル含浸メタルの例を示す。これは、図３の（ａ）のオイルシール９に代えて、公知のオイル含浸メタル９１を用いてシールした例を示す。図１のオイルシール９は、支持棒４，４’との間のシールを行うことができれば、図３の（ａ）のオイルシール９、更に、図３の（ｂ）のオイル含浸メタル９１に限られることなく、他の材料、構造でも良い。

図４は、本発明のステージ（Ｘ，Ｙ）例を示す。ステージは、Ｘ方向およびＹ方向に２方向に通常、移動させる必要があるため、既述した図１、図２の機構を２組を直交する位置に配置する。図４の状態では、２組を図示のように配置し、Ｙ方向およびＸ方向に駆動できるステージを構成、即ち、下側の１組で左右方向（Ｙ方向）の駆動、右側の１組で上下方向（Ｘ方向）の駆動できるステージを構成する。

図５は、本発明の他の実施例構造図を示す。これは、図１から図４は超音波モータ３を構成する駆動チップ１１がモータガイド６を駆動するのに対し、図５は超音波モータ３を構成する駆動チップ１１が支持棒４，４’を駆動して当該駆動チップ１１が右方向あるいは左方向に移動する構造にしたものである。駆動チップ１１が支持棒４，４’を駆動する面は、円柱状の当該支持棒４，４’の一部を平坦に形成し当該平坦な部分を図１のモータガイド６に相当する面として駆動チップ１１で駆動する。

また、図５中において、オイルシール９、９’とベローズ１４，１４’の両者が記載されているが、いずれか一方でモータ室１２を閉領域に形成する。

以上の図５の構造を採用することにより、超音波モータ３が支持棒４，４’に沿って右方向あるいは左方向に駆動されるので、構造が簡単になる。他の番号については、図１から図４で説明したと同様であるので説明を省略する。

本発明は、超音波モータを構成する駆動チップとモータガイドの全体を覆って閉領域にすると共に当該閉領域と支持棒との間にシールを設け、超音波モータでステージを移動させたときに発生するパーティクルが当該閉領域に滞留して試料に達しないようにする試料移動機構に関するものである。

本発明の１実施例構造図である。 本発明の他の実施例構造図である。 本発明のシール部例である。 本発明のステージ（Ｘ，Ｙ）例である。 本発明の他の実施例構造図である。

符号の説明

１：ステージ
２：ステージガイド
３：超音波モータ
４、４’：支持棒
５，５’：固定端
６：モータガイド
７：ふた
８：シール部
９：オイルシール
９１：オイル含浸メタル
１０：モータ室
１２：フィルタ
１３：ローラ
１４、１４’：ベローズ

Claims (8)

1. 超音波モータを用いてステージを駆動する試料移動機構において、
   試料を搭載するステージに連結した、前記超音波モータを構成するモータガイドと、
   前記モータガイドに圧接して所定電圧を印加して当該モータガイドを駆動する、前記超音波モータを構成する、支持棒に固定された駆動チップと、
   前記モータガイドおよび前記駆動チップを覆うと共に、前記駆動チップが前記モータガイドを駆動して移動したときに摺動する前記支持棒との間をシールするシール部を設けて閉領域を形成したモータ室と
   を備えたことを特徴とする試料移動機構。
2. 前記シール部として、オイルシールあるいはオイル含侵メタルを用いたことを特徴とする請求項１記載の試料移動機構。
3. 前記モータ室の一部にフィルタを設け、当該モータ室の内部の圧力と外部の試料がある部屋との圧力をほぼ等しくしたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載の試料移動機構。
4. 前記駆動チップが圧接する前記モータガイドと反対側に第２のモータガイドを設け、当該駆動チップと当該第２のモータガイドとの間にローラを配置して、前記圧接する力と反対方向の力を発生させて両者をバランスさせることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の試料移動機構。
5. 超音波モータを用いてステージを駆動する試料移動機構において、
   試料を搭載するステージに連結した、前記超音波モータを構成する駆動チップと、
   前記駆動チップに圧接して当該駆動チップに所定電圧を印加して駆動するための、前記超音波モータを構成する、支持棒に設けたモータガイドと、
   前記駆動チップおよびモータガイドを覆うと共に、前記駆動チップが前記モータガイドを駆動して移動したときに摺動する前記支持棒との間をシールするシール部を設けて閉領域を形成したモータ室と
   を備えたことを特徴とする試料移動機構。
6. 前記シール部として、オイルシールあるいはオイル含侵メタルを用いたことを特徴とする請求項５記載の試料移動機構。
7. 前記モータ室の一部にフィルタを設け、当該モータ室の内部の圧力と外部の試料がある部屋との圧力をほぼ等しくしたことを特徴とする請求項５あるいは請求項６記載の試料移動機構。
8. 前記駆動チップが圧接する前記支持棒に設けたモータガイドと反対側に前記支持棒に第３のモータガイドを設け、当該第３のモータガイドに対面して設けた当該駆動チップに連結した部材と当該第３のモータガイドとの間にローラを配置して、前記圧接する力と反対方向の力を発生させて両者をバランスさせることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の試料移動機構。

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