JPH0737791A

JPH0737791A - ステージの案内装置

Info

Publication number: JPH0737791A
Application number: JP5182441A
Authority: JP
Inventors: Isao Kobayashi; 功小林; Hidehiko Numasato; 英彦沼里; Noriyuki Maekawa; 典幸前川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【構成】固定部１上には、二個の摺動器２を有する第一
のすべり案内装置３０１，一個の摺動器２を有する第二
のすべり案内装置３０２、および直動形ころがり案内４
が設けられている。直動形ころがり案内４には、二個の
荷重分配器５が設けられる。ステージ６は、三個の摺動
器２の取付部７０１、および二個の荷重分配器５の取付
部７０２の部分で支持される。また、直動形ころがり案
内４とステージ６の間には、二組の支持案内機構８が設
けられる。二個のリニアモータ１０が固定部１に設けら
れ、取付部７０３を介してステージ６をｘ方向に駆動す
る。【効果】荷重分配器により、支持力がすべり案内装置と
直動形ころがり案内に分配されるため、すべり案内装置
の摩擦変動の影響を低減でき、また耐久性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、ＬＳＩチップ
の製造工程において、ウェハ等の薄板状試料にパターン
を露光する際に、ウェハを高精度に位置決めするステー
ジの案内装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩチップの露光工程では、前の工程
でウェハに形成されたパターンと、次の工程で用いるマ
スクのパターンを高速，高精度に位置合わせする必要が
ある。例えば、線幅が０.３μｍ程度である６４Ｍbitダ
イナミックラムのパターンを露光する場合、およそ、
０.４秒以内に２０mmの距離を移動して７０ｎｍの精度
でウェハとマスクを位置合わせする必要がある。パター
ンの微細化が進行すれば、一層の高精度化が要求される
ことになる。

【０００３】位置合わせの高速，高精度化を図るには、
まず、ウェハの移動，位置決めに用いるステージの位置
決めの高速，高精度化が必要なことは自明である。この
種のステージの場合、位置決めの高速化を図るために、
ステージ機構系の摩擦を利用して、位置決め偏差の収束
を速める場合が多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術は、ステージの位置決め時の偏差低減を目的とした技
術であり、ステージ移動中の挙動や、摩擦摺動部の摩耗
にはあまり関心が払われていない。すなわち、ステージ
移動中の摺動部のすべり摩擦変動による移動速度の変動
や、摺動部の耐久性が問題となる場合には、従来技術だ
けでは対応できない恐れがあった。

【０００５】本発明の目的は、ステージ移動中の摺動部
の摩擦変動と摩耗を低減する装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】摺動部の摩擦変動と摩耗
の低減に係る基本的な解決手段は、ステージをすべり案
内装置ところがり案内で支持し、ステージと直動形ころ
がり案内の間に荷重分配器を設けたことに特徴がある。

【０００７】また、摺動部の摩擦変動に係る第二の解決
手段は、摩擦力検出部を具備し、荷重分配器の操作量を
制御することに特徴がある。

【０００８】

【作用】ころがり摩擦は、すべり摩擦の１／１０〜１／
５０程度であるから、ステージの質量や外力の一部をこ
ろがり案内で支持し、すべり案内装置が受ける負荷を軽
減すれば、すべり案内装置の摺動部の摩擦変動が低減さ
れる。同様に、すべり案内装置の摺動部の摩耗も低減さ
れる。ころがり案内に分配する支持力の比率は、荷重分
配器により任意に設定できるため、すべり案内装置によ
りステージに与えられる摩擦力を任意に設定できる。

【０００９】また、すべり案内装置ところがり案内の組
立て誤差がある場合でも、各案内に分配される支持力の
比率は、荷重分配器により一定に維持される。

【００１０】さらに、摩擦力検出部によってステージに
作用する摩擦力を検出し、検出値が一定になるように荷
重分配器の分配比率が制御されるため、高精度な摩擦力
の制御が可能となる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１２】図１は、本発明のステージの案内装置の一
実施例である。固定部１上には、二個の摺動器２を有す
る第一のすべり案内装置３０１，一個の摺動器２を有す
る第二のすべり案内装置３０２、および直動形ころがり
案内４が設けられている。直動形ころがり案内４には、
二個の荷重分配器５が設けられる。ステージ６は、三個
の摺動器２の取付部７０１、および二個の荷重分配器５
の取付部７０２の部分で支持される。また、直動形ころ
がり案内４とステージ６の間には、二組の支持案内機構
８が設けられる。ステージ６上と試料台９は、取付部７
０１の部分で結合される。二個のリニアモータ１０が固
定部１に設けられ、取付部７０３を介してステージ６を
ｘ方向に駆動する。なお、重力はｚ方向に働くものとす
る。

【００１３】三個の摺動器２を頂点とする略正三角形の
重心は、主要な可動部であるステージ６と試料台９の重
心のほぼ直下に配置され、また、直動形ころがり案内４
は、主要な可動部であるステージ６と試料台９の重心の
ほぼ直下に配置される。このため、ステージ６がｘ方向
に駆動される際に、すべり案内装置および直動形ころが
り案内から受ける摩擦モーメントは釣合う。さらに、二
個のリニアモータ１０の推力の合力は、主要な可動部で
あるステージ６と試料台９の重心は略一致している。こ
のような構成により、ステージ６が駆動時に受けるｚ軸
まわりのモーメントは最小となるので、ヨーイングの発
生を防止することができる。

【００１４】次に、図２を用いて本発明のステージの案
内装置の効果を説明する。ステージ６が、同図紙面に垂
直方向に駆動されるとき、二組のすべり案内装置の摩擦
係数μ１は、ころがり案内４の摩擦μ２より大きく、通
常、μ１はμ２の十ないし五十倍にも達する。ここで、
ステージの質量をｍ，重力加速度をｇ，摩擦係数のばら
つきをσとし、まず、すべり案内装置３０１および３０
２だけでステージ６が支持されたと仮定して摩擦変動Ｅ
１を求めると、数１のようになる。

【００１５】

【数１】Ｅ１＝ｍ×ｇ×μ１×σ …（数１）次に、荷重分配器５により、αの比率で支持力をころが
り案内４に分配すると、摩擦変動Ｅ２は数２のようにな
る。

【００１６】

【数２】Ｅ２＝(ｍ×ｇ×(１−α）×μ１×σ)＋(ｍ×ｇ×α×μ２×σ）＝ｍ×ｇ×(μ１−μ１×α＋μ２×α)×σ …（数２）従って、Ｅ２／Ｅ１は、

【００１７】

【数３】Ｅ２／Ｅ１＝１−(１−(μ２／μ１))×α …（数３）となる。ここで、前述のようにμ１はμ２の十ないし五
十倍にも達するのが通例であるから、μ２／μ１は１に
比べて十分に小さいと考えると、

【００１８】

【数４】Ｅ２／Ｅ１≒１−α …（数４）となる。すなわち、荷重分配器５によりころがり案内４
に分配される支持力の比率αに比例して、摩擦変動が低
減される。

【００１９】以上の説明は、すべり案内装置ところがり
案内を組み合わせたステージの案内装置について述べた
ものであるが、ころがり案内の代わりに、静圧案内や磁
気浮上案内を用いても同様な効果が得られるのは自明で
ある。なお、摩擦係数のばらつきσは、案内の種類によ
らず一定として説明を行ったが、静圧案内や磁気浮上案
内では、すべり案内装置よりもσがはるかに小さいた
め、摩擦変動の低減効果は一層大きくなる。

【００２０】また、荷重分配器５によりころがり案内４
に分配される支持力の比率αに比例して、摺動器２とす
べり案内装置の間の面圧が減少するため、すべり案内装
置の摩耗が低減される。

【００２１】図３は、本発明のステージの案内装置に用
いる荷重分配器５と支持案内機構８の一実施例を示した
ものである。荷重分配器５は、ころがり案内４に設けら
れたコイルばね５０１、およびコイルばね５０１とステ
ージ６の間に設けられた調整ねじ５０２により構成さ
れ、支持案内機構８は、ステージに取り付けられた支柱
８０１、および支柱８０１ところがり案内４の間に設け
られた板ばね８０２により構成される。コイルばね５０
１および板ばね８０１のｚ方向のばね定数は、すべり案
内装置（図１参照）やころがり案内４のｚ方向の剛性よ
りもはるかに小さいため、仮にすべり案内装置ところが
り案内４の間にｚ方向の組立て誤差がある場合でも、す
べり案内装置ところがり案内４に分配される支持力の割
合はほぼ一定となる。また、調整ねじ５０２により、コ
イルばね５０１の圧縮量は任意に設定できるため、すべ
り案内装置ところがり案内４に分配される支持力の割合
を任意に設定することができる。

【００２２】また、図１の構成では、ころがり案内４に
はｙ方向の拘束力があるが、第一のすべり案内装置３０
１および第二のすべり案内装置３０２にはｙ方向の拘束
力がない。ここで、ステージ６は図３に示すように板ば
ね８０２を介してころがり案内４に結合されているた
め、ステージ６のｙ方向の案内はころがり案内４によっ
て行われ、仮にすべり案内装置ところがり案内４の間に
ｙ方向の組立て誤差がある場合でも、ステージ６には不
用な外力が作用しない。すべり案内装置にｙ方向の拘束
力があって、ころがり案内にｙ方向の拘束力がない場合
でも、同様な効果が得られることは自明であり、また、
板ばねの枚数が図３の実施例と異なる場合でも同様な効
果が得られることは自明である。さらに、荷重分配器５
と支持案内機構８は図３の実施例に限定されるものでは
なく、荷重分配器５はｚ方向のばね定数が小さい物であ
れば良く、支持案内機構８はｙ方向の剛性が高くてｚ方
向の剛性が低い物ならば良い。

【００２３】図４は摺動器２の一実施例である。ステー
ジ６に設けられた凸部２０１は、すべり案内装置の案内
面３０３上を摺動するパッド２０２の凹部に挿入され
る。凸部２０１とパッド２０２の凹部の間に形成される
間隙には流体２０３が満たされ、粘性減衰器として動作
する。パッド２０２の摺動面には、摺動材２０４が設け
られる。また、凸部２０１とパッド２０２とは、弾性変
形部２０５により結合されている。弾性変形部には、例
えば、板ばね等が好適である。さらに、凸部201とパッ
ド２０２の間には、ばね定数の小さいコイルばねを用い
た負荷支持部206が設けられる。負荷支持部２０６は、
弾性変形部２０５に常に引張応力を与え、ステージ６の
荷重負荷による弾性変形部２０５の座屈を防止する。

【００２４】本実施例に示した摺動器を用いれば、ステ
ージ６の微動時に、ステージ６が弾性支持された状態と
なり、さらに案内面との間に粘性減衰力が作用するた
め、位置決め制御性が向上するという効果がある。な
お、摺動器の構成はこれに限定されるものではなく、例
えばステージ６に直接に摺動材２０５が設けられる構造
であっても良い。

【００２５】図５は、本発明のステージの案内装置に用
いる荷重分配器５の第二の実施例を示したものである。
本実施例では、ころがり案内４に補助コイルばね５０３
が設けられ、補助コイルばね５０３とステージ６の間に
調整ねじ５０２が設けられる。また、ステージ６に設け
られたセンタヨーク５０４は、ころがり案内４の凹部に
挿入される。センタヨーク５０４ところがり案内４の凹
部に形成される間隙には流体５０５が満たされる。さら
に、センタヨーク５０４の外側には、磁石506とアウタ
ヨーク５０７が設けられ、アウタヨーク５０７とセンタ
ヨーク５０４の間隙の磁束を横切るように、コイル５０
８が設けられる。コイル５０８はころがり案内４に固定
されている。コイルばね５０１は、ころがり案内４とセ
ンタヨーク５０４の間に設けられる。

【００２６】本実施例では、コイル５０８に流す電流を
操作量として、ころがり案内４に分配される支持力の割
合を制御することができる。また、センタヨーク５０４
ところがり案内４の凹部に形成される間隙に満たされた
流体５０５は、ステージ６ところがり案内４の間のダン
パとして作用する。さらに、調整ねじ５０２により補助
ばね５０３の圧縮量は任意に設定できるため、すべり案
内装置ところがり案内４に分配される支持力の初期値を
任意に設定することができる。

【００２７】図６は、図５に示した荷重分配器の駆動方
法を示す一実施例である。荷重分配器５のコイル５０８
には、補償器１１の出力信号に基づいてドライバ１２か
ら電流ｉが供給される。一方、摺動器２には摩擦力検出
部１３が設けられ、摩擦力検出部１３の出力δが負帰還
される。すなわち、摺動器２の摩擦力が一定となるよう
に、荷重分配器５の支持力の分配率が制御され、摩擦変
動が低減される。なお、図１において、リニアモータ１
０に加えられる操作量ｕとステージ６の加速度ａを監視
し、数５によりステージ６に加わる摩擦力Ｆを演算し、
図６のδをＦで代用しても同様な効果が得られる。

【００２８】

【数５】Ｆ＝ｕ−ｍ×ａ …（数５）

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、ステージ移動中の摩擦
変動や摩耗が低減されるため、ステージ移動中の速度変
動が低減し、ステージの耐久性が向上する。また、本発
明を例えば半導体の露光装置に適用すれば、精度と寿命
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステージの案内装置の一実施例を示す
分解斜視図。

【図２】本発明のステージの案内装置の原理を示すため
の側面図。

【図３】本発明のステージの案内装置に用いる荷重分配
器と支持案内機構の一実施例を示す側面図。

【図４】本発明のステージの案内装置に用いる摺動器の
一実施例を示す断面図。

【図５】本発明のステージの案内装置に用いる荷重分配
器の第二の実施例を示す断面図。

【図６】本発明のステージの案内装置に用いる荷重分配
器の制御方法の一実施例を示すブロック図。

【符号の説明】

１…固定部、２…摺動器、４…ころがり案内、５…荷重
分配器、６…ステージ、８…支持案内機構、９…試料
台、１０…リニアモータ、３０１…第一のすべり案内装
置、３０２…第二のすべり案内装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二個の摺動器を有する第一のすべり案内装
置と、一個の摺動器を有する第二のすべり案内装置と、
直動形ころがり案内に案内されるステージと、前記ステージと前記直動形ころがり案内の間に設けられ
た荷重分配器と、前記ステージと前記直動形ころがり案内の間に設けられ
た支持案内機構とを含み、前記直動形ころがり案内は前
記ステージの重心の直下に位置し、前記合計三個の摺動器を頂点とする三角形の重心が、前
記ステージの重心の直下に位置することを特徴とするス
テージの案内装置。