JP6967760B2

JP6967760B2 - Ｘｙステージ移動機構

Info

Publication number: JP6967760B2
Application number: JP2017020243A
Authority: JP
Inventors: 勝美佐々木; 春彦佐々木
Original assignee: PNEUMATIC SERVO CONTROLS Ltd
Current assignee: PNEUMATIC SERVO CONTROLS Ltd
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2037-02-07
Also published as: JP2018129356A

Description

本発明は、ＸＹステージ移動機構に係り、特に、露光装置の真空チャンバ内に設置されるＸＹステージ移動機構に関する。

従来、特許文献１には、電子ビームを用いた走査型露光装置の真空チャンバ内に設置されるステージ機構が開示される。このステージ機構は、真空チャンバを貫通するスライド軸と、スライド軸に結合するＸステージ基板と、真空チャンバの外部においてスライド軸の案内となるエアースライド軸受と、真空チャンバ―の外部にアクチュエータとを備える。上記エアースライド軸受は、スライド軸を浮上させるためのエアパッドと当該気体を排気するための排気溝とを有し、スライド軸を浮上させた状態でスライド移動可能に支持する。アクチュエータは、真空チャンバの外部に配置され、真空チャンバの側壁を貫通する駆動棒を介してＸステージ基板に連結されている。このように構成されるステージ機構では、エアースライド軸受によってスライド軸が浮上した状態（すなわち非接触状態）で支持されて、アクチュエータが駆動されることで、真空チャンバ内においてＸステージ基板がＸ軸方向に移動するようになっている。

特開２００１−４４１０７号公報

上記特許文献１に記載されるステージ移動機構では、アクチュエータが真空チャンバの外部に配置されるため、ステージ機構を含めた露光装置が大型化して占有面積が大きくなるという問題があった。また、特許文献１におけるエアースライド軸受は、セラミックスを用いて四角筒状に形成されることが記載されているが、セラミックスの加工は容易ではなく、かつ、セラミックス製の４つの側壁を連結して構成されるエアースライド軸受は大型で非常に高価なものになっていた。

本発明の目的は、比較的小型かつ安価に製造できるとともに、電子ビームを用いた露光装置の真空チャンバ内に設置することができるＸＹステージ移動機構を提供することである。

本発明に係るＸＹステージ移動機構は、水平面上における第１方向に沿って互いに平行に配置され、各両端が固定部材に固定された２本の第１従動ガイド軸および少なくとも一端が前記固定部材に固定された１本の第１駆動ガイド軸、前記第１従動ガイド軸および前記第１駆動ガイド軸の各外周面上で静圧気体軸受によりスライド移動可能にそれぞれ設けられた３つの第１スライド部材、ならびに、前記各第１スライド部材を連結する第１連結部材を含み、前記３つの第１スライド部材のうち前記第１駆動ガイド軸に設けられた前記第１スライド部材は内部に供給される圧縮気体によって前記第１方向の位置制御可能に駆動される第１方向アクチュエータである、第１方向移動機構と、水平面上において前記第１方向と直交する第２方向に沿って互いに平行に配置され、各両端が前記３つの第１スライド部材のうち前記第２方向の両側に位置する前記第１スライド部材に連結された２本の第２従動ガイド軸および少なくとも一端が前記両側に位置する前記第１スライド部材に連結された１本の第２駆動ガイド軸、前記第２従動ガイド軸および前記第２駆動ガイド軸の各外周面上で静圧気体軸受によりスライド移動可能にそれぞれ設けられた３つの第２スライド部材、ならびに、前記各第２スライド部材を連結する第２連結部材を含み、前記３つの第２スライド部材のうち前記第２駆動ガイド軸に設けられた第２スライド部材は内部に供給される圧縮気体によって前記第２方向の位置制御可能に駆動される第２方向アクチュエータである、第２方向移動機構と、を備え、前記第１方向および前記第２方向の一方がＸ軸方向で他方がＹ軸方向であって前記第１方向の両側に位置する前記第２スライド部材上にＸＹステージが設置され、前記第１方向移動機構および前記第２方向移動機構をそれぞれ構成するガイド軸、スライド部材、および、連結部材は、非磁性金属材料であるチタンまたはチタン合金によって形成されている。

この構成によれば、第１方向移動機構および第２方向移動機構をそれぞれ構成するガイド軸、スライド部材、および、連結部材が非磁性金属材料であるチタンまたはチタン合金によって形成されているため、電子ビームを用いてウエハに描画する露光装置の真空チャンバ内に設置しても、電子ビームの操作に用いる磁場に影響を与えることなく高精度な描画を行うことができる。また、このようにチタンまたはチタン合金はセラミックスに比べて加工性が良好であるため、第１および第２移動機構を小型で且つ安価に製造することが可能である。したがって、このようなＸＹステージ移動機構を含む露光装置を小型化および低コスト化に寄与することができる。さらに、セラミックスで第１および第２スライド部材やそれに設けられる静圧気体軸受を形成した場合には、強度的な制約から供給される作動気体の圧力が制限され、スライド部材の移動の高速化に制約となるが、チタンまたはチタン合金からなる部材で構成される第１および第２方向移動機構では作動気体を比較的高圧にすることができ、その結果、スライド部材の移動の高速化を実現でき、描写対象となるウエハの処理枚数（スループット）が増加する。さらにまた、ＸＹステージの重量は、両側２本の第２ガイド軸を介して、固定部材に連結された両側２本の第１ガイド軸により支持されるため、ＸＹステージを安定的に支持しながら移動させることができる。

本発明に係るＸＹステージ移動機構において、前記第１および第２スライド部材の静圧気体軸受用および駆動用の圧縮気体は、前記各ガイド軸および前記固定部材の内部に形成された通路を介して真空チャンバの外部から給気され、該外部へ排気されるのが好ましい。この構成によれば、真空チャンバ内への圧縮気体の漏出が抑制され、真空チャンバ内の真空度の低下を防止することができる。

また、本発明に係るＸＹステージ移動機構において、前記第１駆動スライド部材はその両側にある前記第１スライド部材よりも低い位置に配置され、前記第２方向移動機構が前記両側にある第１スライド部材と同じ高さ位置に配置されていてもよい。このように構成すれば、第１駆動スライド部材の上方で両側の第１スライド部材の間の空間に第２方向移動機構を配置することができ、ＸＹステージ移動機構をよりコンパクトに構成することができる。

また、本発明に係るＸＹステージ移動機構において、前記第１および第２スライド部材は、それぞれ、前記静圧気体軸受の軸方向外側に、真空チャンバ内への圧縮気体の漏出を抑制する気体シール部を更に有してもよい。このように構成することで、真空チャンバ内の真空度の低下をさらに抑制することができる。

さらに、前記第１および第２連結部材は、チタンまたはチタン合金製の平板によってそれぞれ構成されてもよい。このように構成すれば、第１および第２方向移動機構の製造コストおよび重量を低減することができる。

この場合、前記第１連結部材は、チタンまたはチタン合金製の板材で形成され、前記第１駆動スライド部材の上面に取り付けられる基板部と、前記基板部の両端において略Ｌ字状に折り曲げ形成されて前記第１方向の両側にある第１スライド部材の上面にそれぞれ取り付けられる取付部とを有してもよい。このように第１連結部材を構成すれば、第１駆動スライド部材から第１連結部材を介して両側の第１スライド部材に推進力が伝達される際に作用するモーメント力が抑制され、第１方向移動機構によるＸＹステージの移動をより円滑なものにできる。

本発明に係るＸＹステージ移動機構によれば、比較的小型かつ安価に製造可能であり、かつ、電子ビームを用いた露光装置の真空チャンバ内に設置することができる。

本発明の一実施形態であるＸＹステージ移動機構を示す平面図である。図１に示すＸＹステージ移動機構をＹ方向から見た側面図である。図１中のＡ−Ａ線断面を示す図であり、（ａ）は両端部がＬ字状に折れ曲がった第１連結部材を含む場合を示し、（ｂ）は平板状の第１連結部材を含む場合を示す。ＸＹステージの取付状態を示す、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。Ｘ軸ガイド軸およびＸ軸アクチュエータの断面図と、静圧空気軸受および気体シール部の拡大図である。本発明の別の実施形態であるＸＹステージ移動機構を示す平面図である。図６に示したアクチュエータの軸方向断面図である。ガイド軸の端部固定構造を示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの構成を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は、本発明の一実施形態であるＸＹステージ移動機構１０を示す平面図である。図２は、図１に示すＸＹステージ移動機構１０をＹ方向から見た側面図である。図１および図２には、水平面上において互いに直交するＸ軸方向（第１方向）およびＹ軸方向（第２方向）が矢印で示されている。また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交するＺ方向が高さ方向として示されている。なお、図１においては、連結部材の図示が省略されている。

ＸＹステージ移動機構１０は、Ｘ軸方向移動機構（第１方向移動機構）１２と、Ｙ軸方向移動機構（第２方向移動機構）１４とを備える。以下、これらを適宜にＸ移動機構１２およびＹ移動機構１４という。

Ｘ移動機構１２は、水平面上においてＸ軸方向に沿って互いに平行に配置された３本のガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、各ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃの外周面上にそれぞれ設けられたスライド部材（第１スライド部材）１７ａ，１７ｂ，１７ｃとを含む。Ｙ軸方向の両側に位置する２本のガイド軸１６ａ，１６ｃが本発明における第１従動ガイド軸に相当し、中央に位置するガイド軸１６ｂが本発明における第１駆動ガイド軸に相当する。

各ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃは等間隔または等ピッチで配置されている。各ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃの両端は、それぞれ、所定間隔で対向して配置された一対の固定部材１８ａ，１８ｂに固定されている。本実施形態では、一対の固定部材１８ａ，１８ｂは、基台２の水平な上面３に設置されている。但し、一対の固定部材１８ａ，１８ｂは、例えば、ＸＹステージ移動機構１０が露光装置の真空チャンバ内に設置される場合には、真空チャンバを構成するＸ軸方向に対向した両方の側壁で構成されてもよい。この場合、基台２を省略することができる。

本実施形態では、中央に配置されるガイド軸１６ｂは、その両側に配置されるガイド軸１６ａ，１６ｂよりも大径に形成されている。これは、ガイド軸１６ｂは、後述するように圧縮気体によって駆動されるＸ軸アクチュエータ（第１方向アクチュエータ）を取り付けおよび支持するものであるため、より高い剛性を持たせるためである。但し、これに限定されるものではなく、各ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、同一径に形成されてもよい。

Ｘ移動機構１２のガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、非磁性材料であるチタンまたはチタン合金で形成され、横断面が例えば円形状をなす軸部材である。ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、中実部材であってもよいし、あるいは、中空状の管部材であってもよい。また、ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、横断面が矩形状に形成されてもよい。

各ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃの外周面上にそれぞれ設けられたＸスライド部材１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、非磁性材料であるチタンまたはチタン合金で形成されている。本実施形態では、各Ｘスライド部材１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、直方体状の外形をなす筒状部材で構成され、各ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃに対してスライド移動可能に設けられている。各Ｘスライド部材１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、両端部に静圧気体軸受をそれぞれ有し、ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃから浮上した状態で移動可能になっているが、静圧気体軸受の詳細については後述する。

また、Ｙ軸方向に並んだ３つのスライド部材１７ａ，１７ｂ，１７ｃのうち中央に位置するスライド部材１７ｂは、例えば圧縮気体としての圧縮空気によってＸ軸方向の位置を制御可能に駆動されるＸ軸アクチュエータになっている。以下においては、スライド部材１７ｂを他のスライド部材１７ａ，１７ｃから区別して呼ぶ場合、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂという。なお、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂの構成については、静圧気体軸受の構成とともに後述する。

図２に示すように、Ｘ移動機構１２において、２本のガイド軸１６ａ，１６ｃおよびスライド部材１７ａ，１７ｃは同じ高さ位置に配置されるのに対し、ガイド軸１６ｃおよびＸ軸アクチュエータ１７ｂはその両側に位置するスライド軸１６ａ，１６ｃおよびスライド部材１７ａ，１７ｃよりも低い位置に配置されている。これにより、図１に示すように、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂの上方に、Ｙ移動機構１４を配置する空間を確保できる。したがって、Ｘ移動機構１２およびＹ移動機構１４を含むＸＹステージ移動機構１０をよりコンパクトに構成することができる。

図３は、図１中のＡ−Ａ線断面を示す図であり、（ａ）は両端部がＬ字状に折れ曲がった第１連結部材を含む場合を示し、（ｂ）は平板状の第１連結部材を含む場合を示す。図３（ａ）に示すように、Ｘ移動機構１２は、非磁性材料であるチタンまたはチタン合金製の板材で形成されるＸ軸用連結部材（第１連結部材）２４を更に有する。Ｘ軸用連結部材２４は、各スライド部材１７ａ，１７ｂ，１７ｃを連結することで、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂによる推進力を両側のスライド部材１７ａ，１７ｃに伝達するものである。

Ｘ軸用連結部材２４は、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂの上面に例えばボルト等で取り付けられる平板状の基板部２５と、基板部２５のＹ方向の両端において略Ｌ字状に折り曲げられてスライド部材１７ａ，１７ｃの上面に例えばボルト等で取り付けられる取付部２６とを含む。このようにＸ軸用連結部材２４を構成すれば、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂからＸ軸用連結部材２４を介して両側のスライド部材１７ａ，１７ｃに推進力が伝達される際に作用するモーメント力が抑制され、Ｘ移動機構１２によるＸＹステージの移動をより円滑なものにできる利点がある。但し、これに限定されるものではなく、図３（ｂ）に示すように、Ｘ軸用連結部材２４ａは、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂの上面と各スライド部材１７ａ，１７ｃの下面とに例えばボルト等で取り付けられるチタンまたはチタン合金からなる平板によって構成されてもよい。このように両端部に折り曲げ部を有しないＸ軸用連結部材２４ａとすれば、製造が容易でコストを抑えられる利点がある。

図１を再び参照すると、ＸＹステージ移動機構１０のＹ移動機構１４は、Ｙ軸方向に沿って互いに平行に配置された３本のガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、各ガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃの外周面上にそれぞれ設けられたＹスライド部材（第２スライド部材）２１ａ，２１ｂ，２１ｃとを含む。Ｘ軸方向の両側に位置する２本のガイド軸２０ａ，２０ｃが本発明における第２従動ガイド軸に相当し、中央に位置するガイド軸２０ｂが本発明における第２駆動ガイド軸に相当する。

各ガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃの両端は、それぞれ、Ｘ移動機構１２において両側に位置するスライド部材１７ａ，１７ｃの対向する側面に固定されている。各ガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、非磁性材料であるチタンまたはチタン合金で形成され、横断面が例えば円形状をなす軸部材である。ガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、中実部材であってもよいし、あるいは、中空状の管部材であってもよい。また、ガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、横断面が矩形状に形成されてもよい。

各ガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃの外周面上にそれぞれ設けられたＹスライド部材２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、非磁性材料であるチタンまたはチタン合金で形成されている。本実施形態では、各Ｙスライド部材２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、直方体状の外形をなす筒状部材で構成され、各ガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃに対してスライド移動可能に設けられている。各Ｙスライド部材２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、両端部に静圧気体軸受をそれぞれ有し、ガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃから浮上した状態で移動可能になっているが、静圧気体軸受の構成はＸスライド部材１７ａ，１７ｂ，１７ｃと同様に構成できる。

また、Ｘ軸方向に並んだ３つのスライド部材２１ａ，２１ｂ，２１ｃのうち中央に位置するスライド部材２１ｂは、例えば圧縮気体としての圧縮空気によってＸ軸方向の位置を制御可能に駆動されるＹ軸アクチュエータ（第２方向アクチュエータ）になっている。以下においては、スライド部材２１ｂを他のスライド部材２１ａ，２１ｃから区別して呼ぶ場合、Ｙ軸アクチュエータ２１ｂという。なお、Ｙ軸アクチュエータ２１ｂの構成については、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂと同様に構成できる。

図４は、ＸＹステージＳの取付状態を示す、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図４において、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂおよびガイド軸１６ｂの図示が省略されている。

図４に示すように、Ｙ移動機構１４は、非磁性材料であるチタンまたはチタン合金からなる平板状のＹ軸用連結部材（第２連結部材）２８を更に備える。Ｙ軸用連結部材２８は、その中央部がＹ軸アクチュエータ２１ｂの上面に図示しないボルト等によって固定される。また、Ｙ軸用連結部材２８のＸ軸方向の両端部は、ＸＹステージＳの下面と各スライド部材２１ａ，２１ｃの上面とに挟持された状態で、ＸＹステージＳの固定用ボルト３０によって各スライド部材２１ａ，２１ｃに固定されている。このようにＹ軸用連結部材２８によってＹ軸アクチュエータ２１ｂとスライド部材２１ａ，２１ｃとが連結されることで、Ｙ軸アクチュエータ２１ｂによる推進力がスライド部材２１ａ，２１ｂに伝達される。その結果、ＸＹステージＳがＹ軸方向に位置制御可能に駆動される。

また、上述したように、Ｙ移動機構１４の各ガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、Ｘ移動機構１２を構成するスライド部材１７ａ，１７ｃに固定されている。そのため、Ｘ移動機構１２のＸ軸アクチュエータ１７ｂを駆動することによって、スライド部材１７ａ，１７ｃを介してＸＹステージＳを位置制御可能にＸ軸方向へ移動させることができる。したがって、本実施形態のＸＹステージ移動機構１０によれば、Ｘ移動機構１２およびＹ移動機構１４によって、ＸＹステージＳを水平面上においてＸ軸方向およびＹ軸方向に位置制御可能に移動させることができる。これにより、ＸＹステージＳ上に設置される半導体ウエハやマスク形成部材等をＸＹ平面内で移動させ、上方から照射される電子ビーム等によって高精度に描画することができる。

なお、上記においては、Ｙ移動機構１４のＹ軸用連結部材２８が平板で構成される例について説明したが、これに限定されるものではなく、図３（ａ）に示したＸ軸用連結部材２４と同様に両端部に略Ｌ字状に折り曲げられた取付部を形成し、取付部の間に位置する平板状の基板部を駆動スライド部材２１ｂの下面に取り付ける構成としてもよい。これにより、Ｙ軸アクチュエータ２１ｂからＹ軸用連結部材２８を介して両側のスライド部材２１ａ，２１ｃに推進力が伝達される際に作用するモーメント力が抑制され、Ｙ移動機構１４によるＸＹステージの移動をより円滑なものにできる利点がある。

次に、図５を参照して、駆動スライド部材の構成と、スライド部材の両端に設けられる静圧気体軸受および気体シール部とについて説明する。図５は、Ｘ移動機構１２のガイド軸１６ｂおよびＸ軸アクチュエータ１７ｂの断面図と、静圧空気軸受４３および気体シール部５２の拡大図である。

以下では、Ｘ移動機構１２のガイド軸１６ｂおよびＸ軸アクチュエータ１７ｂを例に説明するが、Ｙ移動機構１４のガイド軸２０ｂおよびＹ軸アクチュエータ２１ｂも同様に構成できる。また、以下では、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂに供給される圧縮気体が空気である場合について説明するが、これに限定されるものではなく、例えば窒素等の他の気体が用いられてもよい。

図５に示すように、Ｘ移動機構１２のガイド軸１６ｂは、その軸方向の中央領域に扁平円柱状のピストン部３２を有する。ピストン部３２は、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂを構成する筒状のスライド本体３６の内部に収容されている。筒状のスライド本体３６は、例えば正方形状の外形を有するが、その内部には円柱状の空間が形成されている。ピストン部３２の外形は、スライド本体３６の内部空間より僅かに小径に形成されている。また、ピストン部３２の外周面には複数の溝３４が周方向に沿って円環状に形成されている。

Ｘ軸アクチュエータ１７ｂのスライド本体３６の軸方向両端には、軸受部材４２が取り付けられている。各軸受部材４２には、ガイド軸１６ｂがそれぞれ貫通して延びている。軸受部材４２は、後述するように静圧気体軸受および気体シール部を構成する部材である。

上記のピストン部３２によって、スライド本体３６の内部空間が２つの圧力室３８ａ，３８ｂに区画されている。各圧力室３８ａ，３８ｂは、ピストン部３２に設けられるシール部材によって互いに気密状態に隔離されている。これにより、ピストン部３２は、内部に供給される圧縮空気によってＸ軸アクチュエータ１７ｂが駆動される際にピストンとして機能する。

ガイド軸１６ｂの内部には、一端部から軸方向に延伸する第１空気通路４０ａと、他端部から軸方向に延伸する第２空気通路４０ｂとが形成されている。第１空気通路４０ａは、ピストン部３２の一方側端部に隣接する位置で径方向へ放射状に延伸して複数のポート４０ｃで圧力室３８ａに連通している。これに対し、第２空気通路４０ｂは、ピストン部３２の他方側端部に隣接する位置で径方向へ放射状に延伸して複数のポート４０ｄで圧力室３８ｂに連通している。第１および第２空気通路４０ａ，４０ｂは、それぞれ、図示しないサーボ弁を介して圧縮空気源に接続されている。各サーボ弁には、例えば３位置３ポート直動型サーボ弁が好適に用いられる。各サーボ弁は、図示しないサーボアンプに電気的に接続され、スプール位置が図示しないコントローラによりサーボアンプを介して制御される。これにより、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂの２つの圧力室３８ａ，３８ｂにそれぞれ供給される圧縮空気の圧力（すなわち圧力室３８ａ，３８ｂの圧力）Ｐ１，Ｐ２を適宜に調整することができる。

ここで、圧力室３８ａの圧力Ｐ１が圧力室３８ｂの圧力Ｐ２より高く調整された場合（Ｐ１＞Ｐ２）、その圧力差によってＸ軸アクチュエータ１７ｂは圧力室３８ａ側（図５中の左側）、すなわち圧力室３８ａの軸方向長さが延びて圧力室３８ｂの軸方向長さが短くなるように移動する。これとは逆に、圧力室３８ｂの圧力Ｐ２が圧力室３８ａの圧力Ｐ１より高く調整された場合（Ｐ１＜Ｐ２）、その圧力差によってＸ軸アクチュエータ１７ｂは圧力室３８ｂ側（図５中の右側）、すなわち圧力室３８ｂの軸方向長さが延びて圧力室３８ａの軸方向長さが短くなるように移動する。

Ｙ移動機構１４上に設置されたＸＹステージＳのＸ軸方向およびＹ軸方向の各位置は、ＸＹステージＳが設けられる真空チャンバの外部に設置されたＸ軸用レーザ干渉計およびＹ軸用レーザ干渉計によって計測される。Ｘ軸用レーザ干渉計による計測結果に基づいて、コントローラは、サーボアンプを介してＸ軸用サーボ弁を駆動して、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂの位置制御を行う。これと同様にして、コントローラは、Ｙ軸用レーザ干渉計による計測結果に基づいて、サーボアンプを介してＹ軸用サーボ弁を駆動して、Ｙ軸アクチュエータ２１ｂの位置制御を行う。その結果、ＸＹステージＳを高精度（例えば数ｎｍ）に位置決めすることができる。

上述したようにＸ軸アクチュエータ１７ｂの両端には、軸受部材４２が設けられている。軸受部材４２は、略円筒状に形成され、その内周面がガイド軸１６ｂの外周面との間に僅かな隙間を空けた状態でスライド移動可能に嵌合している。

ガイド軸１６ｂの外周面には、給気溝４４および排気溝４６が軸方向に隣接して形成されている。給気溝４４および排気溝４６は、それぞれ円環状に形成されている。また、給気溝４４は、排気溝４６よりも軸方向幅が広く形成されている。これにより、給気溝４４に圧縮空気が供給されたとき、ガイド軸１６ｂの外周面に対して十分な浮上力を得られるようしている。

給気溝４４には、ガイド軸１６ｂ内に形成された給気通路４５が連通している。この給気通路４５を介して、給気溝４４に圧縮空気が供給される。また、排気溝４６には、ガイド軸１６ｂ内に形成された排気通路４７が接続されている。排気通路４７は、真空チャンバ外部において、図示しない吸引ポンプに接続されるか又は大気圧に開放されている。なお、図５では給気通路４５および排気通路４７は同一平面上に示されているが、実際にはガイド軸１６ｂの周方向で異なる位相位置でそれぞれ形成されるのが好ましい。また、給気通路４５および排気通路４７は、給気溝４４および排気溝４６内における周方向の圧力分布を均等にするため、周方向に間隔をおいてそれぞれ複数形成されるのが好ましい。

上述した給気溝４４、給気通路４５、排気溝４６および排気通路４７によって、静圧気体軸受４３が構成されている。この静圧気体軸受４３では、給気通路４５を介して給気溝４４に圧縮空気が供給されると、ガイド軸１６ｂの外周面と軸受部材４２の内周面との間の微小な隙間に圧縮空気が流れる。そして、圧縮空気は、排気溝４６から排気通路４７を介して排気される。このように圧縮空気が流れることで軸受部材４２がガイド軸１６ｂから浮上する。その結果、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂは、ガイド軸１６ｂの外周面に非接触状態で支持される。また、同様に構成される静圧気体軸受４３が他のスライド部材１７ａ，１７ｃの両端部にもそれぞれ設けられている。したがって、Ｘ移動機構１２に含まれるＸ軸アクチュエータ１７ｂおよびスライド部材１７ａ，１７ｃは、Ｘ軸方向へ滑らかにスライド移動することが可能になる。

本実施形態のＸ移動機構１２では、静圧気体軸受４３の軸方向外側（すなわち圧力室３８ｂとは反対側）に隣接して気体シール部５２が設けられている。気体シール部５２は、静圧気体軸受４３に供給される圧縮空気が軸受部材４２の外部に漏れ出るのを防止または抑制する役割を果たす。これにより、Ｘ移動機構１２を含むＸＹステージ移動機構１０が設置される真空チャンバ内の真空度の低下を抑制できる。

気体シール部５２は、ガイド軸１６ｂの外周面に円環状に延びて形成された第１吸引溝４８および第２吸引溝５０を含む。第１および第２吸引溝４８，５０は、ガイド軸１６ｂ内に形成された第１および第２吸引通路４９，５１を介して真空チャンバ外部にある吸引ポンプ５８，６０にそれぞれ接続されている。なお、第１および第２吸引通路４９，５１もまた、各吸引溝４８，５０内の周方向の圧力分布を均等にするため、異なる位相位置でそれぞれ複数形成されるのが好ましい。

第１吸引溝４８は、静圧気体軸受４３から漏れ出る圧縮空気を吸引ポンプ５８で吸引して所定の圧力（例えば、大気圧）までに減圧する。そして、第１吸引溝４８よりも軸方向外側に位置する第２吸引溝５０では、吸引ポンプ６０によって更に吸引して、真空チャンバ内の真空度と同程度（例えば１０―⁴Ｔｏｒｒ）まで減圧する。これにより、真空チャンバ内の真空度が低下するのを抑制できる。

なお、本実施形態のＸＹステージ移動機構１０では、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂおよびスライド部材１７ａ，１７ｃとＹ軸アクチュエータ２１ｂおよびスライド部材２１ａ，２１ｃの軸方向両端部に気体シール部５２をそれぞれ設けるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えばＸＹステージ移動機構１０が真空度の低い真空チャンバ内などに設置および使用される場合、気体シール部を省略してもよい。

上述したように本実施形態のＸＹステージ移動機構１０によれば、Ｘ移動機構１２およびＹ移動機構１４をそれぞれ構成するガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂ、Ｘ軸スライド部材１７ａ，１７ｃ、Ｙ軸アクチュエータ２１ｂ、Ｙ軸スライド部材２１ａ，２１ｃ、および、Ｘ軸用およびＹ軸用連結部材２４，２８が非磁性金属材料であるチタンまたはチタン合金によって形成されているため、電子ビームを用いてウエハに描画する露光装置の真空チャンバ内に設置しても、電子ビームの操作に用いる磁場に影響を与えることなく高精度な描画を行うことができる。

また、このようにチタンまたはチタン合金はセラミックスに比べて加工性が良好であるため、Ｘ移動機構１２およびＹ移動機構１４を小型で且つ安価に製造することが可能である。したがって、このようなＸＹステージ移動機構１０を含む露光装置を小型化および低コスト化に寄与することができる。

さらに、セラミックスでＸ軸アクチュエータおよびスライド部材とＹ軸アクチュエータおよびスライド部材、ならびに、それに設けられる静圧気体軸受を形成した場合には、強度的な制約から供給される作動気体である圧縮空気の圧力が制限され、ＸＹステージＳの移動の高速化に制約となるが、チタンまたはチタン合金からなる部材で構成されるＸ移動機構１２およびＹ移動機構１４では作動気体である圧縮空気を比較的高圧にすることができる。その結果、Ｘ軸アクチュータ１７ｂおよびＹ軸アクチュエータ２１ｂの移動の高速化を実現でき、描写対象となるウエハの処理枚数（スループット）が増加する。

さらにまた、Ｘ移動機構１２およびＹ移動機構１４のそれぞれについて、各アクチュエータ１７ｂ，２１ｂの両側に設けられた各２組のガイド軸１６ａ，１６ｃ，２０ａ，２０ｃおよびスライド部材１７ａ，１７ｃ，２１ａ，２１ｃで支持した状態でＸ軸方向およびＹ軸方向にガイドされるため、ＸＹステージＳをより安定的に支持しながらガイドすることができる。

次に、図６および図７を参照して、本発明の別の実施形態であるＸＹ移動機構１０Ａについて説明する。図６は、ＸＹステージ移動機構１０Ａを示す平面図であり、図７は図６に示したＸ軸アクチュエータ１７ｂの軸方向断面図である。なお、本実施形態では、上述したＸＹステージ移動機構１０と同一または類似の構成には同一または類似の符号を付して重複することとなる説明を省略する。

図６に示すように、ＸＹステージ移動機構１０Ａは、Ｘ移動機構１２Ａにおけるガイド軸１６ｂの一方端だけが固定部材１８ｂに連結固定されている。これにより、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂは片持ち状態で支持されている。また、Ｙ移動機構１４Ａについても同様に、ガイド軸２０ｂの一方端だけがＸ軸用スライド部材１７ｃに連結固定されている。これにより、Ｙ軸アクチュエータ２１ｂもまた、片持ち状態で支持されている。

図７に示すように、本実施形態のＸ軸アクチュエータ１７ｂは、固定部材１８ｂに固定される端部から延伸してピストン部３２で終端した形状をなしている。すなわち、上述した実施形態と比べて約半分の長さに形成することができる。このことは、Ｙ移動機構１４Ａのガイド軸２０ｂについても同様である。

また、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂのスライド本体３６の軸方向端部は、端板１９によって気密状に閉じられている。端板１９には、ガイドシャフト６２が立設して固定されている。そして、ガイドシャフト６２は、ガイド軸１６ｂのピストン部３２および軸部の中心部に形成された有底孔６４に摺動可能に嵌合されている。このようにガイドシャフト６２を設けることで、片持ち状態で支持されたＸ軸アクチュエータ１７ｂの移動をより円滑に行えるとともに、圧力室３８ａ，３８ｂ間の受圧面積の差を低減して作動圧力差を抑制することができる。

Ｘ軸アクチュエータ１７ｂは、固定部材１８ｂに一端のみが固定されたガイド軸１８ｂによって片持ち状態に支持され、上述した実施形態のＸＹステージ移動機構１０に比べて、軸方向長さを大幅に短くできる。また、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂの一方の端部は、端板１９によって封止されているため、静圧気体軸受４３や気体シール部５２を設ける必要がない。したがって、これによってもＸ軸アクチュエータ１７ｂの軸方向長さをより一層短くできる。このことは、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂと同様に、片持ち状態で支持されるＹ軸アクチュエータ１７ｂについても同様である。
なお、上述した構成以外は、上記ＸＹステージ移動機構１０の場合と同様である。

上述したように本実施形態のＸＹステージ移動機構１０Ａでは、上述したＸＹステージ移動機構１０と同様の作用効果を奏するとともに、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の各寸法を大幅に短縮（例えば３００ｍｍ）できる。したがって、ＸＹステージ移動機構１０Ａを小型に構成することができ、これに伴って真空チャンバひいては露光装置の小型化を図ることができる。

また、本実施形態のＸＹステージ移動機構１０Ａでは、Ｘ軸アクチュエータ１７ｂおよびＹ軸アクチュエータ２１ｂを片持ち状態で支持するガイド軸１６ｂ，２０ｂが若干下方へ撓んだとしても、このような撓みは板状のＸ軸用連結部材２４およびＹ軸用連結部材２８によって吸収できるため、ＸＹステージＳの駆動に支障を来すことはない。

図６は、ガイド軸１６ａ等の端部固定構造を示す図である。図６では、ガイド軸１６ａと固定孔との間に形成される隙間を誇張して示している。この端部固定構造は、ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃの両端部を固定部材１８ａ，１８ｂに取り付けるためのブラケット７０に設けられる。図６では、ガイド軸１６ａの一端部に設けられる端部固定構造が例示されるが、ガイド軸１６ａの他端部にも適用され、他のガイド軸１６ｂ、１６ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃにも適用されるのが好ましい。

ガイド軸１６ａの一端部は固定部材１８ａ（図１参照）に形成された貫通孔に挿通されている。ブラケット７０は、固定部材１８ａの側面に例えばボルト締結等によって固定されている。ブラケット７０には、固定部材１８ａに形成された貫通孔とほぼ同じ内径の固定孔７１が形成されている。ブラケット７０の固定孔７１は、固定部材１８ａの貫通孔と同心状に設けられている。

また、ブラケット７０には、固定孔７１に連通する２つの雌ねじ孔が９０度ずれた位置に形成さている。各雌ねじ孔には、弾性を有する付勢部材７２が収容される。付勢部材７２には、例えばコイルばねが好適に用いられる。そして、付勢部材７２は、雌ねじ孔に螺合締結されたボルト７４によって固定孔７１に向かって押さえられている。

このような端部固定機構を設けることで、固定部材１８ａの貫通孔の内周面とガイド軸１６ａの一端部の外周面との間に公差や製造誤差等に起因して極小の隙間が形成される場合でも、２つの付勢部材７２によって位相が９０度ずれた位置でガイド軸１６ａを固定孔７１の内周面に押し付けた状態で固定することができる。これにより、極小の隙間の影響によってガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃの平行度がばらつくのを抑制することができ、その結果、スライド部材１７ａ，１７ｂ，１７ｃのスライド移動がより円滑になり、高精度の位置決めに寄与することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記においては、Ｘ移動機構１２のガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃを固定部材１８ａ，１８ｂに固定した例について説明したが、これに限定されるものではなく、Ｙ移動機構１４のガイド軸２０ａ，２０ｂ，２０ｃを固定部材に固定し、Ｘ移動機構１２のガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃの両端をＹ移動機構１４の両側のスライド部材２１ａ，２１ｃに固定してもよい。

また、上記においては、ガイド軸１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃの内部に形成した給気通路および排気通路を介して各軸アクチュエータおよびスライド部材に圧縮空気を供給または排気するように構成した場合について説明したが、これに限定されるものではない。圧縮空気は、真空チャンバの外部からプラスチック、ゴム等からなる可撓性のある配管を介して各軸アクチュエータおよびスライド部材に対して供給および排気されるように構成してもよい。

２基台、３上面、１０，１０Ａステージ移動機構、１２，１２ＡＸ移動機構、１４，１４ＡＹ移動機構、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃガイド軸、１７ａ，１７ｃ，２１ａ，２１ｃスライド部材、１７ｂＸ軸アクチュエータ、１８ａ，１８ｂ固定部材、１９端板、２１ｂＹ軸アクチュエータ、２４，２４ａＸ軸用連結部材、２５基板部，２６取付部，２８Ｙ軸用連結部材，３０固定用ボルト，３２ピストン部，３４溝、３６スライド本体、３８ａ，３８ｂ圧力室、４０ａ，４０ｂ空気通路、４０ｃ，４０ｄポート、４２軸受部材、４３静圧気体軸受、４４給気溝、４５給気通路、４６排気溝、４７排気通路、４８第１吸引溝、４９第１吸引通路、５０第２吸引溝、５１第１吸引通路、５２気体シール部、５８，６０吸引ポンプ、６２ガイドシャフト、６４有底孔、７０ブラケット、７１固定孔、７２付勢部材、７４ボルト、Ｐ１，Ｐ２圧力、ＳＸＹステージ。

Claims

水平面上における第１方向に沿って互いに平行に配置され、各両端が固定部材に固定された２本の第１従動ガイド軸および少なくとも一端が前記固定部材に固定された１本の第１駆動ガイド軸、前記第１従動ガイド軸および前記第１駆動ガイド軸の各外周面上で静圧気体軸受によりスライド移動可能にそれぞれ設けられた３つの第１スライド部材、ならびに、前記各第１スライド部材を連結する第１連結部材を含み、前記３つの第１スライド部材のうち前記第１駆動ガイド軸に設けられた前記第１スライド部材は内部に供給される圧縮気体によって前記第１方向の位置制御可能に駆動される第１駆動スライド部材である、第１方向移動機構と、
水平面上において前記第１方向と直交する第２方向に沿って互いに平行に配置され、各両端が前記３つの第１スライド部材のうち前記第２方向の両側に位置する前記第１スライド部材に連結された２本の第２従動ガイド軸および少なくとも一端が前記両側に位置する前記第１スライド部材に連結された１本の第２駆動ガイド軸、前記第２従動ガイド軸および前記第２駆動ガイド軸の各外周面上で静圧気体軸受によりスライド移動可能にそれぞれ設けられた３つの第２スライド部材、ならびに、前記各第２スライド部材を連結する第２連結部材を含み、前記３つの第２スライド部材のうち前記第２駆動ガイド軸に設けられた第２スライド部材は内部に供給される圧縮気体によって前記第２方向の位置制御可能に駆動される第２駆動スライド部材である、第２方向移動機構と、
を備え、
前記第１方向および前記第２方向の一方がＸ軸方向で他方がＹ軸方向であって前記第１方向の両側に位置する前記第２スライド部材上にＸＹステージが設置され、前記第１方向移動機構および前記第２方向移動機構をそれぞれ構成するガイド軸、スライド部材、および、連結部材は、非磁性金属材料であるチタンまたはチタン合金によって形成されていて、電子ビームを用いてウエハに描画する露光装置の真空チャンバ内に設置されたときに、前記電子ビームの操作に用いる磁場に影響を与えない、ＸＹステージ移動機構。
水平面上における第１方向に沿って互いに平行に配置され、各両端が固定部材に固定された２本の第１従動ガイド軸および少なくとも一端が前記固定部材に固定された１本の第１駆動ガイド軸、前記第１従動ガイド軸および前記第１駆動ガイド軸の各外周面上で静圧気体軸受によりスライド移動可能にそれぞれ設けられた３つの第１スライド部材、ならびに、前記各第１スライド部材を連結する第１連結部材を含み、前記３つの第１スライド部材のうち前記第１駆動ガイド軸に設けられた前記第１スライド部材は内部に供給される圧縮気体によって前記第１方向の位置制御可能に駆動される第１駆動スライド部材である、第１方向移動機構と、
水平面上において前記第１方向と直交する第２方向に沿って互いに平行に配置され、各両端が前記３つの第１スライド部材のうち前記第２方向の両側に位置する前記第１スライド部材に連結された２本の第２従動ガイド軸および少なくとも一端が前記両側に位置する前記第１スライド部材に連結された１本の第２駆動ガイド軸、前記第２従動ガイド軸および前記第２駆動ガイド軸の各外周面上で静圧気体軸受によりスライド移動可能にそれぞれ設けられた３つの第２スライド部材、ならびに、前記各第２スライド部材を連結する第２連結部材を含み、前記３つの第２スライド部材のうち前記第２駆動ガイド軸に設けられた第２スライド部材は内部に供給される圧縮気体によって前記第２方向の位置制御可能に駆動される第２駆動スライド部材である、第２方向移動機構と、
を備え、
前記第１方向および前記第２方向の一方がＸ軸方向で他方がＹ軸方向であって前記第１方向の両側に位置する前記第２スライド部材上にＸＹステージが設置され、前記第１方向移動機構および前記第２方向移動機構をそれぞれ構成するガイド軸、スライド部材、および、連結部材は、非磁性金属材料であるチタンまたはチタン合金によって形成されており、
前記第１および第２スライド部材の静圧気体軸受用および駆動用の圧縮気体は、前記各ガイド軸および前記固定部材の内部に形成された通路を介して真空チャンバの外部から給気され、該外部へ排気される、ＸＹステージ移動機構。
請求項１または２に記載のＸＹステージ移動機構において、
前記第１駆動スライド部材はその両側にある前記第１スライド部材よりも低い位置に配置され、前記第２方向移動機構が前記両側にある第１スライド部材と同じ高さ位置に配置されている、ＸＹステージ移動機構。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＸＹステージ移動機構において、
前記第１および第２スライド部材は、それぞれ、前記静圧気体軸受の軸方向外側に、真空チャンバ内への圧縮気体の漏出を抑制する気体シール部を更に有する、ＸＹステージ移動機構。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸＹステージ移動機構において、
前記第１及び第２連結部材は、チタンまたはチタン合金製の平板によってそれぞれ構成される、ＸＹステージ移動機構。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸＹステージ移動機構において、
前記第１連結部材は、チタンまたはチタン合金製の板材で形成され、前記第１駆動スライド部材の上面に取り付けられる基板部と、前記基板部の両端において略Ｌ字状に折り曲げ形成されて前記第１方向の両側にある第１スライド部材の上面にそれぞれ取り付けられる取付部とを有する、ＸＹステージ移動機構。