JP5714480B2

JP5714480B2 - 位置決め装置

Info

Publication number: JP5714480B2
Application number: JP2011286275A
Authority: JP
Inventors: 明宏浮田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013134456A

Description

本発明は位置決め装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載のマスクステージ装置が知られている。この装置は、マスクの回転方向の位置決めを行うために、マスクを搭載したマスクステージを、クロスローラ軸受を介して支持し、マスクの回転方向に駆動する構造を有している。

特開２００６−１９５２３９号公報

このように、対象物の回転方向の位置決めを行うためには、回転ステージや回転方向への軸受け等を設ける必要がある。上記の装置では、マスクを直動方向に位置決めする直動ステージに更に加えて、回転ステージやクロスローラ軸受を重ねて設けるので、装置全体が複雑化してしまう。この種の位置決め装置では、対象物の回転方向の位置決めを行う機能を、可能な限りシンプルな構造で実現することが望まれていた。

本発明は、シンプルな構造で対象物の回転方向の位置決めを行うことができる位置決め装置を提供することを目的とする。

本発明の位置決め装置は、対象物を多軸方向に位置決めする位置決め装置であって、対象物を保持するためのフレームと、各々フレームを吊り下げて支持すると共にフレームをそれぞれ独立して駆動可能な複数のフレーム駆動部と、を備え、各々のフレーム駆動部は、フレームを水平の第１の軸方向に直線的に駆動する水平第１軸駆動部と、水平第１軸駆動部とフレームとの間に介在し、鉛直方向の引張力に対しては略剛体として挙動する連結部材と、を有し、連結部材は、フレーム駆動部の第１の部分とフレーム駆動部の第２の部分とを連結しており、各々のフレーム駆動部の水平第１軸駆動部が互いに異なる駆動量で駆動した場合に、水平第１軸駆動部に対するフレームの鉛直軸周りの回転を許容し、少なくとも１つのフレーム駆動部は、第１及び第２の部分を互いに接触させる方向に付勢する付勢手段と、第１の部分に対する第２の部分の変位をガイドするガイド部と、を有することを特徴とする。

この位置決め装置では、複数のフレーム駆動部によりフレームが吊り下げられ支持される。各フレーム駆動部の第１軸駆動部が異なる駆動量で駆動した場合には、駆動量の差に起因してフレームが全体として鉛直軸周りに回転する。このとき、連結部材が、水平第１軸駆動部に対するフレームの鉛直軸周りの回転を許容するので、フレームが鉛直軸周りに円滑に回転する。このような駆動は、鉛直軸周りの回転方向の対象物の位置決めに利用することができる。以上のとおり、この位置決め装置によれば、直線的な駆動を行うシンプルな水平第１軸駆動部を用いてフレーム全体を鉛直軸周りに回転させることができるので、シンプルな構造で対象物の回転方向の位置決めを行うことができる。

また、各々のフレーム駆動部は、フレームを鉛直軸方向に直線的に駆動する鉛直軸駆動部を更に有し、連結部材は、各々のフレーム駆動部の鉛直軸駆動部が互いに異なる駆動量で駆動した場合に、水平第１軸駆動部に対するフレームの第１の軸周りの回転を許容することとしてもよい。

この場合、各フレーム駆動部の鉛直軸駆動部が異なる駆動量で駆動した場合には、駆動量の差に起因してフレームが水平軸周りに回転する。そして、連結部材が、水平第１軸駆動部に対するフレームの第１の軸周りの回転を許容するので、フレームが第１の軸周りに円滑に回転する。よって、このような駆動は、第１の軸周りの回転方向の対象物の位置決めに利用することができる。以上のとおり、この位置決め装置によれば、直線的な駆動を行うシンプルな鉛直軸駆動部を用いてフレーム全体を水平軸周りに回転させることができるので、シンプルな構造で対象物の回転方向の位置決めを行うことができる。

また、各々のフレーム駆動部は、フレームを第１の軸方向に直交する水平の第２の軸方向に直線的に駆動する水平第２軸駆動部を更に有することとしてもよい。この構成によれば、対処物の第２の軸方向における位置決めを行うことができる。

また、連結部材は、フレーム駆動部の第１の部分とフレーム駆動部の第２の部分とを連結しており、少なくとも１つのフレーム駆動部は、第１及び第２の部分を互いに接触させる方向に付勢する付勢手段と、第１の部分に対する第２の部分の変位をガイドするガイド部と、を有している。この構成によれば、付勢手段によって第１及び第２の部分の付勢方向における位置関係が拘束される。

この場合、ガイド部は、第２の部分に設けられ、第１の部分の転がり面にボールを接触させながら第１の部分と第２の部分との相対的な変位をガイドするボールローラーであることとしてもよい。

具体的な構成として、連結部材は、鉛直方向を長手方向とする板バネであり、鉛直軸周りに弾性的に捩れ変形することにより、水平第１軸駆動部に対するフレームの鉛直軸周りの回転を許容することとしてもよい。この構成によれば、板バネといったシンプルな部材で連結部材が構成されるので、位置決め装置の構造の更なるシンプル化が図られる。

また、具体的な構成として、連結部材は、鉛直方向を長手方向とし、第１の軸方向を短手方向とし、第２の軸方向を厚み方向とする板バネであり、鉛直軸周りに弾性的に捩れ変形することにより、水平第１軸駆動部に対するフレームの鉛直軸周りの回転を許容し、第１の軸に直交する平面内で弾性的に曲げ変形することにより、水平第１軸駆動部に対するフレームの第１の軸周りの回転を許容することとしてもよい。この構成によれば、板バネといったシンプルな部材で連結部材が構成されるので、位置決め装置の構造の更なるシンプル化が図られる。

本発明の位置決め装置によれば、シンプルな構造で対象物の回転方向の位置決めを行うことができる。

本発明に係る位置決め装置の一実施形態を示す正面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に係る位置決め装置１について詳細に説明する。以下の説明においては、なお、図１に示すように、Ｚ軸を鉛直軸としＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を設定し、Ｘ、Ｙ、Ｚを便宜的に説明に用いる場合がある。

図１に示す位置決め装置１は、例えばロールtoロール方式で搬送されるフィルム基板に露光を行うスキャン型露光装置に適用される。位置決め装置１は、露光処理用のマスクＭを微小量で駆動して５軸方向に位置決めする位置決めステージである。位置決め装置１は、露光処理に用いるマスクＭ（対象物）を吊り下げた状態で保持する。マスクＭは、位置決め装置１に保持された状態においては、ＹＺ平面上に広がる板状をなす。露光装置におけるスキャン露光のスキャン方向はＹ方向である。また、位置決め装置１は、マスクＭのＸ方向における位置（以下「Ｘ位置」）、Ｙ方向における位置（以下「Ｙ位置」）、及びＺ方向における位置（以下「Ｚ位置」）の位置決めを行うことができる。また、位置決め装置１は、マスクＭのＸ軸周りの回転方向の位置（以下「θ_Ｘ位置」）、及びＺ軸周りの回転方向の位置（以下「θ_Ｚ位置」）の位置決めを行うことができる。

位置決め装置１は、マスクＭを保持するためのマスク保持フレーム３を備えている。マスク保持フレーム３は、吸引口３ａからマスクＭを吸引することで、マスクＭを吸着保持する。マスク保持フレーム３のＹ方向の寸法は、例えば約１５００ｍｍである。更に位置決め装置１は、マスク保持フレーム３を下方に吊り下げた状態で支持する２つのフレーム駆動部５Ａ，５Ｂを備えている。フレーム駆動部５Ａ，５Ｂは、位置決め装置１の固定側部位２の下面にＹ方向に配列されており、互いに独立して駆動可能である。上記のように、板状のマスクＭがＹＺ平面（鉛直面）上に広がるような姿勢で保持されることにより、重力によるマスクＭの撓みが小さく抑えられ、露光位置におけるマスクＭの位置精度が向上する。

フレーム駆動部５Ａは、固定側部位２に対してマスク保持フレーム３をＸ方向（第１の軸方向）に直線的に移動させるＸ軸直動アクチュエータ（水平第１軸駆動部）７ａを備えている。Ｘ軸直動アクチュエータ７ａの駆動により、当該Ｘ軸直動アクチュエータ７ａよりも下方の部位全体がＸ方向に移動する。更に、フレーム駆動部５Ａは、Ｘ軸直動アクチュエータ７ａの下部に設置され、当該Ｘ軸直動アクチュエータ７ａに対してマスク保持フレーム３をＺ方向（鉛直方向）に直線的に移動させるＺ軸直動アクチュエータ（鉛直軸駆動部）９ａを備えている。Ｚ軸直動アクチュエータ９ａの駆動により、当該Ｚ軸直動アクチュエータ９ａよりも下方の部位全体がＺ方向に移動する。

更に、フレーム駆動部５Ａは、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａの下部に設置され、当該Ｚ軸直動アクチュエータ９ａに対してマスク保持フレーム３をＹ方向（第２の軸方向）に直線的に移動させるＹ軸直動アクチュエータ（水平第２軸駆動部）１１ａを備えている。Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａの駆動により、当該Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａよりも下方の部位全体がＹ方向に移動する。Ｘ軸直動アクチュエータ７ａ、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａ、及びＹ軸直動アクチュエータ１１ａとしては、例えばボールネジ等を含んで構成される公知の直動アクチュエータを用いればよい。

Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａは、鉛直方向に延びる板バネ（連結部材）１３ａを介して、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａに対して吊り下げられるように支持されている。板バネ１３ａは、Ｚ方向を長手方向とし、Ｘ方向を短手方向とし、Ｙ方向を厚み方向とする短冊状をなし、例えば短冊板状の金属部材で構成される。板バネ１３ａは、Ｚ方向の引張力に対しては略剛体として挙動し、ほとんど変形しないものとみなしてよい。板バネ１３ａは、Ｚ軸周りの捩り力に対しては、弾性的に捩れ変形し、ＹＺ平面内の曲げ力に対しては、弾性的に撓み（曲げ）変形する。なお、板バネ１３ａは、Ｘ方向に複数配列して設けてもよい。

Ｘ軸直動アクチュエータ７ａとＺ軸直動アクチュエータ９ａとを合わせた部分を位置決め装置１の第１の部分３１ａとし、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａを位置決め装置１の第２の部分３２ａとすれば、板バネ１３ａは、上記第１の部分３１ａと第２の部分３２ａとを連結する連結部材に該当する。

なお、以上のフレーム駆動部５Ａの構成要素は、フレーム駆動部５Ｂにも共通して備えられている。フレーム駆動部５Ｂにおいて、フレーム駆動部５Ａと共通する構成要素については、添字”ａ”を”ｂ”に差し替えた符号を付して重複する説明を省略するものとする。但し、符号１１ｂで示すものは、Ｙ軸直動アクチュエータではなく、単にマスク保持フレーム３のＹ方向への移動をガイドするガイドである。

更に、フレーム駆動部５Ａには、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａに対するＹ軸直動アクチュエータ１１ａのＹ方向の位置を拘束する手段として、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａ側に設けられたボールローラー１５と、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａ側に設けられた転がり面１７と、が備えられている。転がり面１７は、例えば、ＸＺ平面に平行な平面として形成されてもよい。ボールローラー１５のボール１９は、転がり面１７上を転がることが可能である。また、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａとＹ軸直動アクチュエータ１１ａとを接続するようにＹ方向に延在する引張りバネ（付勢手段）２１が取り付けられている。引張りバネ２１は、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａに対して、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａを付勢しており、ボール１９を転がり面１７に押し付ける付勢手段として機能する。

ボールローラー１５、転がり面１７、及び引張りバネ２１の存在により、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａに対するＹ軸直動アクチュエータ１１ａのＹ方向の位置が拘束され、ひいてはマスク保持フレーム３及びマスクＭのＹ方向の位置が拘束される。なお、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａ側に転がり面１７が設けられ、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａ側にボールローラー１５が設けられてもよい。また、ボールローラー１５に代えてピローボールを設けてもよく、引張りバネ２１に代えて吸引力を付勢力とする永久磁石を設けてもよい。

以上のような位置決め装置１の構成に基づくマスクＭの位置決め動作について説明する。Ｘ軸直動アクチュエータ７ａ，７ｂを同じ駆動量で駆動させることで、マスクＭをＸ方向に移動させることができ、マスクＭのＸ位置の位置決めを行うことができる。また、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａ，９ｂを同じ駆動量で駆動することで、マスクＭをＺ方向に移動させることができ、マスクＭのＺ位置の位置決めを行うことができる。また、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａを駆動することで、マスクＭをＹ方向に移動させることができ、マスクＭのＹ位置の位置決めを行うことができる。

また、２つのＸ軸直動アクチュエータ７ａ，７ｂを互いに異なる駆動量で駆動させれば、マスク保持フレーム３は全体としてＺ軸周りに回転する。このような駆動としては、例えば、Ｘ軸直動アクチュエータ７ａを＋Ｘ方向に駆動し、Ｘ軸直動アクチュエータ７ｂを−Ｘ方向に駆動する場合などが考えられる。これにより、マスクＭのθ_Ｚ位置の位置決めを行うことができる。また、２つのＺ軸直動アクチュエータ９ａ，９ｂを互いに異なる駆動量で駆動させれば、マスク保持フレーム３は全体としてＸ軸周りに回転する。このような駆動としては、例えば、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａを＋Ｚ方向に駆動し、Ｚ軸直動アクチュエータ９ｂを−Ｚ方向に駆動する場合などが考えられる。これにより、マスクＭのθ_Ｘ位置の位置決めを行うことができる。

ここで、上述のように、Ｘ軸直動アクチュエータ７ａ，７ｂを異なる駆動量で駆動し、マスク保持フレーム３を全体としてＺ軸周りに回転させる場合を考える。この動作によれば、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａ及びガイド１１ｂが、それぞれＺ軸直動アクチュエータ９ａ，９ｂに対して僅かにＺ軸周りに回転することになる。このようなＹ軸直動アクチュエータ１１ａ及びガイド１１ｂの回転は、板バネ１３ａ，１３ｂがＺ軸周りに弾性的に捩れ変形することにより許容される。すなわち、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａ及びガイド１１ｂの上記のような変位に起因する歪みは、板バネ１３ａ，１３ｂの捩れ変形により吸収される。よって、フレーム駆動部５Ａ，５Ｂにおいては、板バネ１３ａ，１３ｂ以外の箇所に大きな歪みを生させることなく、マスクＭのθ_Ｚ位置の位置決めを円滑に行うことができる。なおこのとき、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａ及びガイド１１ｂが、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａ，９ｂに対して微小量だけＸ方向及びＺ方向に変位する場合もあるが、この微小な変位は、ボールローラー１５及び転がり面１７によってガイドされ、板バネ１３ａ，１３ｂの微小な弾性変形によって吸収される。

また、上述のように、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａ，９ｂを異なる駆動量で駆動し、マスク保持フレーム３を全体としてＸ軸周りに回転させる場合を考える。この動作によれば、各Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａ及びガイド１１ｂは、それぞれＺ軸直動アクチュエータ９ａ，９ｂに対して僅かにＸ軸周りに回転することになる。このようなＹ軸直動アクチュエータ１１ａ及びガイド１１ｂの回転は、板バネ１３ａ，１３ｂがＹＺ平面内で弾性的に撓み変形することにより許容される。すなわち、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａ及びガイド１１ｂの上記のような変位に起因する歪みは、板バネ１３ａ，１３ｂの撓み変形により吸収される。よって、フレーム駆動部５Ａ，５Ｂにおいては、板バネ１３ａ，１３ｂ以外の箇所に大きな歪みを生じさせることなく、マスクＭのθ_Ｘ位置の位置決めを円滑に行うことができる。なおこのとき、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａ及びガイド１１ｂが、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａ，９ｂに対して微小量だけＸ方向及びＺ方向に変位する場合もあるが、この微小な変位は、ボールローラー１５及び転がり面１７によってガイドされ、板バネ１３ａ，１３ｂの微小な弾性変形によって吸収される。

続いて、上述した位置決め装置１による作用効果について説明する。位置決め装置１では、Ｘ軸直動アクチュエータ７ａ，７ｂ、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａ，９ｂ、Ｙ軸直動アクチュエータ１１ａ、及びガイド１１ｂを用いて、マスクＭのＸＹＺ位置の位置決めを行っている。更に、Ｚ軸直動アクチュエータ９ａとＹ軸直動アクチュエータ１１ａとの間、及びＺ軸直動アクチュエータ９ｂとガイド１１ｂとの間に、それぞれ前述の板バネ１３ａ，１３ｂを介在させることにより、θ_Ｚ位置及びθ_Ｘ位置の位置決めを可能にしている。このように、位置決め装置１は、直動アクチュエータや板バネといったシンプルな部材を構成要素とするシンプルな構造により、回転ステージ等を備えることなく、マスクＭの回転方向の位置決めを行うことができる。直動アクチュエータや板バネは、回転ステージや、回転ステージのガイド等に比較して、シンプルな構成部品であり、かつ安価な構成部品でもある。よって、位置決め装置１の前述の構成は、位置決め装置のコストダウンにも寄与する。

弾性変形によって駆動部の歪みを吸収する構成部材としては、弾性ヒンジも考えられる。しかしながら、位置決め装置１が採用する板バネは、弾性ヒンジに比較して大きい変形が可能である。よって、板バネ１３ａ，１３ｂを採用する位置決め装置１では、弾性ヒンジを採用した機構に比較して、マスクＭの回転の可動幅を大きくすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、実施形態の位置決め装置１は、５軸の位置決めステージであるが、例えばＹ軸直動アクチュエータ１１ａ及びガイド１１ｂの更に下方に、Ｙ軸周りの位置合わせを行う機構を追加し６軸の位置決めステージとしてもよい。また、例えば、実施形態では、露光装置のマスクＭを位置決めする位置決め装置１に本発明を適用した例を示しているが、本発明は他の対象物の位置決め装置にも適用が可能である。図１におけるマスク保持フレーム３を、例えば、基板撮像用のカメラに差し替え、カメラの位置決め装置に本発明を適用することもできる。その他、検査装置、塗布装置、照射装置等を位置決め対象物とする位置決め装置に本発明を適用してもよい。

１…位置決め装置、３…マスク保持フレーム、５Ａ，５Ｂ…フレーム駆動部、７ａ，７ｂ…Ｘ軸直動アクチュエータ（水平第１軸駆動部）、９ａ，９ｂ…Ｚ軸直動アクチュエータ（鉛直軸駆動部）、１１ａ…Ｙ軸直動アクチュエータ（水平第２軸駆動部）、１１ｂ…ガイド、１３ａ，１３ｂ…板バネ（連結部材）、１５…ボールローラー、１７…転がり面、１９…ボール、３１ａ，３１ｂ…第１の部分、３２ａ，３２ｂ…第２の部分、Ｍ…マスク（対象物）。

Claims

対象物を多軸方向に位置決めする位置決め装置であって、
前記対象物を保持するためのフレームと、
各々前記フレームを吊り下げて支持すると共に前記フレームをそれぞれ独立して駆動可能な複数のフレーム駆動部と、を備え、
各々の前記フレーム駆動部は、
前記フレームを水平の第１の軸方向に直線的に駆動する水平第１軸駆動部と、
前記水平第１軸駆動部と前記フレームとの間に介在し、鉛直方向の引張力に対しては略剛体として挙動する連結部材と、を有し、
前記連結部材は、
前記フレーム駆動部の第１の部分と前記フレーム駆動部の第２の部分とを連結しており、各々の前記フレーム駆動部の前記水平第１軸駆動部が互いに異なる駆動量で駆動した場合に、前記水平第１軸駆動部に対する前記フレームの鉛直軸周りの回転を許容し、
少なくとも１つの前記フレーム駆動部は、
前記第１及び第２の部分を互いに接触させる方向に付勢する付勢手段と、前記第１の部分に対する第２の部分の変位をガイドするガイド部と、を有する
ことを特徴とする位置決め装置。
各々の前記フレーム駆動部は、
前記フレームを鉛直軸方向に直線的に駆動する鉛直軸駆動部を更に有し、
前記連結部材は、
各々の前記フレーム駆動部の前記鉛直軸駆動部が互いに異なる駆動量で駆動した場合に、前記水平第１軸駆動部に対する前記フレームの前記第１の軸周りの回転を許容することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
各々の前記フレーム駆動部は、
前記フレームを前記第１の軸方向に直交する水平の第２の軸方向に直線的に駆動する水平第２軸駆動部を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め装置。
前記ガイド部は、
前記第２の部分に設けられ、前記第１の部分の転がり面にボールを接触させながら前記第１の部分と第２の部分との相対的な変位をガイドするボールローラーであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の位置決め装置。
前記連結部材は、鉛直方向を長手方向とする板バネであり、
鉛直軸周りに弾性的に捩れ変形することにより、前記水平第１軸駆動部に対する前記フレームの鉛直軸周りの回転を許容することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
前記連結部材は、
鉛直方向を長手方向とし、前記第１の軸方向を短手方向とし、前記第１の軸方向に直交する水平の第２の軸方向を厚み方向とする板バネであり、
鉛直軸周りに弾性的に捩れ変形することにより、前記水平第１軸駆動部に対する前記フレームの鉛直軸周りの回転を許容し、
前記第１の軸に直交する平面内で弾性的に曲げ変形することにより、前記水平第１軸駆動部に対する前記フレームの前記第１の軸周りの回転を許容することを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。