JPH09257112A - ステージ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば液晶露光装置におけるＸステージ、Ｙ
ステージの駆動装置のように、送りねじ軸の回転によっ
てステージを移動させるようにしたステージ駆動装置に
おいて、ステージ移動の高速化に伴う負荷の増大によ
り、軸受予圧機構のねじがゆるみ、予圧が失われるのを
簡単な構成の変更により防止する。 【解決手段】 ステージ送りねじ軸５に形成されたねじ
５ｄとねじ係合して前記ステージ送りねじ軸５の軸受１
１に予圧を与える予圧部材１６に、軸方向に１箇所以上
の切れ込み１６ｃを有する傾斜した部分１６ｄを設け、
該傾斜した部分１６ｄに、締め付け部材１７をねじ係合
させて、予圧部材１６の前記傾斜した部分１６ｄを送り
ねじ軸５に締め付けさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステージ駆動装置
に関し、特に、顕微鏡、旋盤等の工作機械、各種測定
機、半導体露光装置、あるいは液晶露光装置、等におい
て、送りねじ軸の回転によって軸方向にステージ（試料
載置台）を移動させるステージ駆動装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】送りねじ軸の回転によって試料を載置し
たステージを軸方向に移動させるようにしたステージ駆
動装置は知られており、工作機械や半導体露光装置等に
おいて広く用いられている。

【０００３】例えば、従来のステージ駆動装置は図６に
示すような構成であった。なお、図６ａはステージ駆動
装置の断面図であり、図６ｂは図６ａのＢ−Ｂ線による
断面図である。図６において、機枠としての駆動系保持
部１上に、第１及び第２の軸受１１、１２を介して送り
ねじ軸５が回動自在に支持されており、該送りねじ軸５
に形成された第１のねじ部５ａにねじ係合（好ましくは
ボールねじによるねじ係合）された送りナット４にはブ
ラケット３が固定されており、該ブラケット３に試料載
置台としてのステージ（Ｘステージ）２が取り付けられ
ている。それにより、送りねじ軸５の時計方向及び反時
計方向の回転により、ステージ２は送りねじ軸５の軸方
向に往復移動する。

【０００４】送りねじ軸５の一端は継手８を介して、駆
動系保持部１のブラケット９に取り付けたモータ１０に
接続しており、該モータ１０は制御装置１４の指示に基
づいて回転する。

【０００５】この例において、ステージ２の駆動には高
い精度が要求されることから、第１の軸受１１には複列
アンギュラコンタクト軸受が用いられており、該第１の
軸受１１は、その一方の面側のアンギュラコンタクト軸
受１１ａのインナーレース（あるいはアウターレース）
を送りねじ軸５のジャーナル部５ｂの付け根の段差部５
ｃに接触させ、他面側のアンギュラコンタクト軸受１１
ｂのインナーレース（あるいはアウターレース）を、該
複列アンギュラコンタクト軸受の予圧を調整するための
予圧部材６の端面６ａと接触させた姿勢で、挟持されて
いる。前記予圧部材６は内面にねじ６ｅが切られてお
り、送りねじ軸５に形成された第２のねじ部５ｄとねじ
係合している。予圧部材６を回動してその軸方向の位置
を調節することにより、第１の軸受１１には所定の予圧
が与えられる。そして、該予圧によって、第１の軸受１
１の内部すきまの発生が防止され、送りねじ軸５の回転
量が所定の変換比率に基づいて確実にステージ２の軸方
向の移動量に変換される。

【０００６】ステージ２の移動量を高い精度に保つため
には、第１の軸受１１の予圧は所定値に維持されねばな
らず、そのためには、一旦調整された送りねじ軸５に対
する予圧部材６の位置は、装置の作動の全期間を通し
て、不変でなければならない。そのために、予圧部材６
には、送りねじ軸５との間で相対移動を生じさせないた
めの緩み止め機構（予圧保持機構）が通常組付けられ
る。

【０００７】この例では、予圧部材６の前記第１の軸受
１１側の端面６ａとは反対側の端部側である円筒部分６
ｄには、端面６ｂから第１の軸受１１側に向けて、長さ
Ｌ、幅Ｗの切り込み６ｃが複数本（図示の例では４本）
形成されており、該円筒部分を４分割している。そし
て、該切り込み６ｃが形成された円筒部分６ｄには、該
円筒部分６ｄを外側からクランプする１部に切欠き７ａ
を持つＣ型緊締部材７が嵌め込まれており、該Ｃ型緊締
部材７の前記切欠き７ａ部に直交するように形成された
ねじ７ｂにはボルト１３がねじ係合されている。

【０００８】上記の構成であり、Ｃ型緊締部材７の前記
ボルト１３を弛めた状態では、予圧部材６は送りねじ軸
５の第２のねじ部５ｄにねじ係合して自由に回動する。
予圧の調整時には、Ｃ型緊締部材７を回動して第１の軸
受１１側に前進させ、第１の軸受１１に所定の予圧を生
じさせた後、Ｃ型緊締部材７の前記ボルト１３をねじ込
む。それにより、Ｃ型緊締部材７の前記切欠き７ａの間
隙は狭められ、結果として、Ｃ型緊締部材７の内径は縮
小し、該縮小により、予圧部材６の前記４分割された円
筒部分６ｄは径方向に向けて緊締される。その結果、該
円筒部分６ｄの内面と送りねじ軸５の外周面との間の摩
擦力は増大し、予圧部材６と送りねじ軸５との間の相対
移動は阻止される。それにより、ステージ駆動中の第１
の軸受１１の予圧が不測に変化することを防止してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、駆動機構や制御
機構が高精度化し、各種工作機械のステージの往復動制
御を高速化することが可能となってきており、また、生
産効率アップの面からもスループットの向上が求められ
ている。本発明者らは、上記従来技術による予圧保持機
構を供えたステージ駆動機構を持つ露光装置（例えば、
液晶基板露光用装置）のスループットを上げるために、
ステージの移動速度を高速化して装置の運転を行なおう
と試みた。しかし、増大したステージの加速度によって
もたらされる負荷の変動に対して予圧保持機構が耐えら
れず、予圧部材６にゆるみが発生し、第１の軸受１１の
所定の予圧が失われることを経験した。

【００１０】上記の構成において、予圧部材６と送りね
じ軸５との間の摩擦力（緊締力）は、双方の材料を不変
とすれば、主に、両者の接触面積（すなわち、予圧部材
６の前記円筒部分６ｄの内面が送りねじ軸５の外面と接
触する面積）と締め付け力（すなわち、Ｃ型緊締部材７
に配置したボルト１３の締め付け量）に依存している。
従って、高速運転に伴う予圧部材６のゆるみに対して
は、前記接触面積を増大するか、又は、Ｃ型緊締部材７
に配置したボルト１３の締め付け力を大きくすることに
より、あるいはその双方を行うことにより、対処可能で
ある。

【００１１】しかし、接触面積を増大させることは結果
として装置（特に、予圧部材）の大型化を必要とし、ス
ペース的ロス、駆動力のロスを生起することから現実的
な解決策とはいえない。また、Ｃ型緊締部材７に配置し
たボルト１３の締め付け力を大きくするには、大きな締
め付けトルクを必要とすると共に、過大なトルクにより
ボルト１３あるいはねじ部７ｂの破壊を引き起こす恐れ
があり、従来装置においては、締め付け力には自ずと限
界があった。より大きな径を持つボルトを用いることに
よりある程度の締め付け力の増強は可能であるが、この
場合でも装置の大型化を招き、やはり現実的な解決策と
はいえない。

【００１２】本発明は、上記問題点を解決し、従来のス
テージ駆動装置に大きな改変を加えることなく、また、
装置の大型化を引き起こすことなく、ステージ移動の高
速化に耐え得る強固な予圧保持機構を有するステージ駆
動装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基本的に、送りねじ軸の回転によって試
料を載置したステージを駆動するステージ駆動装置にお
いて、前記送りねじ軸に形成されたねじと、前記送りね
じ軸を回転可能に支持する軸受と、前記ねじにねじ係合
して前記軸受の予圧を調節する予圧部材であって、前記
送りねじ軸に摩擦を与えるとともに、軸方向に関して傾
斜した部分を有する予圧部材と、前記送りねじ軸の径方
向に関して前記予圧部材に力を加える締め付け部材とを
有することを特徴とする。

【００１４】本発明によるステージ駆動装置は、送りね
じ軸の回転によって軸方向に移動するステージを有する
装置であればすべてに適用可能であり、例えば、各種工
作機械や顕微鏡の試料載置台の駆動装置として、また、
半導体露光装置や液晶露光装置の試料載置台の駆動装置
として、さらには、他の試料載置台の駆動装置として有
効に用いることができる。

【００１５】本発明において、前記予圧部材の前記傾斜
した部分には、好ましくは、１箇所以上の切り込みが形
成される。該切り込みは軸方向に平行に形成することが
好ましいが、前記締め付け部材によって前記傾斜した部
分に力を加えることにより、該傾斜した部分が軸心方向
に変位し、送りねじ軸の周面との間で摩擦を生じさせ得
る形状であれば、切り込みは任意の形状であってよい。
また、切り込みの数も任意であってよい。いずれも、締
め付けの容易性と必要とされる接触面積との兼ね合いか
ら、実機に応じて適切な形状及び数を定めればよい。

【００１６】好ましくは、前記予圧部材の前記傾斜した
部分にはねじが形成され、かつ、前記締め付け部材に
も、前記傾斜した部分のねじにはめ合うように、ねじが
形成される。このねじ係合による締め付けにより、従来
のＣ型緊締部材７に配置したボルト１３による締め付け
と比較して、より大きなトルクで強く前記傾斜した部分
を前記送りねじ軸に圧接することが可能となる。これ
は、径が小さく許容トルクを小さく限定されてしまうボ
ルト１３を用いた従来のＣ型緊締部材よりも、径が大き
い締め付け部材を用いた方が許容トルクが大きくなるた
めである。これにより、予圧部材を大きくすることな
く、大きな締め付け力を容易に発現することができる。

【００１７】上記のように、本発明によるステージ駆動
装置によれば、従来用いられているステージ駆動装置の
構成のうち、予圧部材と締め付け部材の形状を変更する
のみで初期の目的が達成可能であり、かつ、スペースの
増大も重量の増加も実質的にもたらさないことから、駆
動系や制御系も従来のものをそのまま用いることがで
き、装置の高速化に対する予圧部材のゆるみ止め対策と
してきわめて現実的な解決策となる。

【００１８】本発明の好ましい態様では、前記締め付け
部材には、当該締め付け部材の円周であってかつ前記送
りねじ軸に対して垂直に、セットビスのためのねじ孔が
１箇所以上設けられる。さらに好ましくは、前記ねじ孔
においてセットビスと前記予圧部材の間に弾性部材が設
けられる。このようにしてセットビスを用いることによ
り予圧部材のゆるみは一層確実に阻止され、また、セッ
トビスの予圧部材の間に弾性部材を介在させることによ
り、予圧部材の前記傾斜した部分がセットビスにより損
傷を受けるのが回避される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるステージ駆動
装置を好ましい実施の態様に基づき詳細に説明する。図
５は本発明によるステージ駆動装置の好適な適用例とし
ての液晶露光装置の主要部を示す構成図であり、図にお
いて、露光光源である超高圧水銀ランプ２１から射出さ
れた照明光は楕円鏡２２によって集光され、照明光束Ｌ
となる。該照明光束Ｌは反射鏡２３によって反射され、
波長選択フィルタ２４に入射する。波長選択フィルタ２
４は露光に必要な波長の光のみを透過させる。

【００２０】波長選択フィルタ２４を透過した照明光束
Ｌは、フライアイインテグレータ２５によって均一な光
量分布を有する照明光束Ｌｒに変換される。フライアイ
インテグレータ２５から射出した照明光束Ｌｒは反射鏡
２６によって反射され、コンデンサレンズ２７を介して
レチクル２８を照射する。レチクル２８上のパターンの
像は、投影レンズ２９により、Ｘステージ２上に載置さ
れている感光基板３０上に結像される。これにより、感
光基板３０の特定領域にレチクル２８のパターンの像が
露光される。

【００２１】Ｘステージ２とＹステージ４８は水平面内
で互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動可能な構成と
なっており、Ｘステージ２及びＹステージ４８の位置は
それぞれＸステージ用の移動鏡３２及びＹステージ用の
移動鏡３１によってＸレーザ光３４及びＹレーザ光３３
（不図示）を反射させて位置をモニタする不図示のレー
ザ干渉計システムによって検出される。これにより感光
基板３０は水平面内の位置を調整される。

【００２２】ここで、パターンの像を合成するときに
は、最終的に希望する全体のパターンのうち、分割され
たある領域でなる分割パターンを有するレチクル２８に
ついての１回の露光が終了した後、レチクル２８を交換
する。続いてＸステージ２及びＹステージ４８を駆動
し、感光基板３０の別の露光領域を投影レンズ２９に対
して位置決めして露光する。以下、露光終了毎に同様の
手順を繰り返すことによって感光基板３０の全領域が露
光される。

【００２３】次に、本発明によるステージ駆動装置を、
Ｘステージ２の駆動機構に適用したものを例として、図
１に基づいて説明するが、Ｙステージ４８の駆動機構も
同様な構成であってよい。なお、本発明によるステージ
駆動装置は予圧部材と該予圧部材の締め付け部材の構成
を除き、従来知られたステージ駆動装置と同じ構成であ
ってよい。従って、図１を参照した本発明のステージ駆
動装置の以下の説明では、図６に基づき説明したステー
ジ駆動装置における予圧部材６とＣ型緊締部材７とを本
発明による予圧部材と該予圧部材の締め付け部材とに置
き換えたものとして説明することとする。また、他の構
成については、図６の装置のものと同じ部材については
同じ符号を付すにとどめ、詳細な説明は省略する。

【００２４】図１において、図１ａは本発明によるステ
ージ駆動装置の一実施例の断面図であり、図１ｂは図１
のＡ−Ａ線による断面図である。この例において、予圧
部材１６の第１の軸受１１側の端面１６ａとは反対側の
端部側には、他方の端面１６ｂから第１の軸受１１側に
向けて、長さＬ、幅Ｗの切り込み１６ｃが複数本（図示
の例では４本）形成されている。該切り込み１６ｃが形
成された予圧部材１６の部分は、端面１６ｂに向けて次
第に径が小さくなっており、全体として円錐状に傾斜し
た部分１６ｄとなっている。そして、該円錐状に傾斜し
た部分１６ｄにはねじ１６ｆが切られている。なお、１
６ｅは予圧部材１６の内面に形成されたねじである。

【００２５】予圧部材１６の該円錐状に傾斜した部分１
６ｄには、円筒状の締め付け部材１７がねじ係合してい
る。すなわち、締め付け部材１７は円錐状に傾斜した内
面１７ａを有し、該傾斜した内面１７ａには前記予圧部
材１６の円錐状に傾斜した部分１６ｄに切られたねじ１
６ｆにねじ係合することのできるねじが形成されてい
る。それにより、円筒状の締め付け部材１７は予圧部材
１６の該円錐状に傾斜した部分１６ｄにねじ係合してい
る。従って、該締め付け部材１７を回動して、第１の軸
受１１側に前進させることにより、予圧部材１６の前記
４分割された傾斜した部分１６ｄは径方向に向けて締め
付けられ、該傾斜した部分１６ｄの内面と送りねじ軸５
の外周面との間には摩擦力は発生し、予圧部材１６と送
りねじ軸５との間の相対移動は阻止される。それによ
り、液晶露光装置の運転中に第１の軸受１１の予圧が不
測に変化することは防止される。

【００２６】本発明による緩み止め機構（予圧保持機
構）よれば、予圧部材１６の傾斜した部分１６ｄと締め
付け部材１７との間のねじ係合部分の径が、図６に示す
従来技術の予圧保持機構におけるボルト１３とＣ型緊締
部材７とのねじ結合部と比較して大径であること、及
び、ねじ係合は前記傾斜した部分において行われること
により、予圧部材１６の大きさを実質的に大きくするこ
となく、従来の技術による予圧保持機構と比較して、予
圧部材１６を送りねじ軸５に緊締させる力を強化させる
ことが可能となる。また、前記要因により、本発明にお
ける、予圧部材１６の傾斜部分１６ｄと締め付け部材１
７との間のねじ結合は、従来の技術におけるボルト１３
とＣ型緊締部材７とのねじ結合と比較してゆるみに対す
る抵抗力が大となる。

【００２７】従って、本発明によるステージ駆動装置に
よれば、装置全体、特に予圧部材１６を大型化すること
なく、従来技術におけるステージ駆動装置において懸念
された問題点、すなわち、Ｘステージ２の高速化により
増大する前記予圧保持機構部にかかる負荷変動によって
予圧部材１６にゆるみが生じるのを確実に阻止すること
が可能となり、第１の軸受１１の所定の予圧を確実に維
持することができる。

【００２８】図２は、本発明によるステージ駆動装置の
他の実施例の要部を示しており、この例においては、締
め付け部材３７の形状が図１に示した実施例のものと異
なっている。すなわち、この締め付け部材３７はその内
面が軸心に平行な面とされており、その少なくともはめ
込み上流側に、予圧部材１６の傾斜した部分１６ｄに形
成したねじ１６ｆにねじ係合し得るねじ３８が切られて
いる。この場合でも、図１に示したものと同様な効果が
得られることは容易に理解されよう。

【００２９】図３は、本発明によるステージ駆動装置の
さらに他の実施例の要部を示しており、この例において
は、図１に示した実施例における締め付け部材１７と同
様の締め付け部材４７の円周に、送りねじ軸５に対して
垂直となる姿勢で複数個（図では１８０°対称位置に２
個）のねじ孔４７ａを形成している。この例において
は、締め付け部材４７を回動して所定の予圧を第１の軸
受１１に発生させた状態で、該ねじ孔４７ａにセットビ
ス４１をねじ込むことにより、予圧部材１６の傾斜した
部分１６ａと締め付け部材４７とのねじ結合のゆるみに
対する抵抗力を更に強固することができる。

【００３０】図３に示した予圧保持機構においては、セ
ットビス４１が予圧部材１６の傾斜した部分１６ｄに形
成したねじ１６ｆを損傷させる恐れがある。図４に示す
さらに他の実施例では、該損傷を防止するため、前記セ
ットビス４１の先端に弾性部材４０を配置して、セット
ビス４１の締め付けを行うようにしている。なお、図
３、図４に示したセットビスを用いる技術手段は、図２
に示した締め付け部材に対しても同様に適用できる。

【００３１】上記の説明は、本発明によるステージ駆動
装置のいくつかの実施例の説明にすぎず、他に多くの変
形例が存在する。例えば、機枠としてのＹステージ４８
が移動ステージであることは必須でなく、固定機枠であ
ってもよく、該機枠に対する送りねじ軸の支承態様も、
少なくとも一つの軸受が予圧調整を必要とする軸受であ
ることを条件に任意である。また、予圧調整を必要とす
る軸受も、図示されるような複列アンギュラコンタクト
軸受に限ることはなく、従来知られた任意のアンギュラ
軸受であってよい。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明のステージ駆動装
置によれば、従来の技術によるステージ駆動装置に部分
的な改変を加えるのみで、軸受の予圧部材に対して高い
緩み止め機能を容易に付与をすることができる。それに
より、従来のものと比較して予圧保持機構が大きく改善
され、その結果、ステージ移動の高速化に対応すること
が可能となる。特に、本発明のステージ駆動装置を投影
露光装置のステージ駆動部分に用いることにより、ステ
ージ移動の高速化が可能となり、液晶基板露光や半導体
基板露光のスループットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステージ駆動装置を説明するものであ
り、図１ａは断面図、図１ｂはＡ−Ａ線による断面図で
ある。

【図２】ステージ駆動装置の他の実施例を説明する要部
断面図である。

【図３】ステージ駆動装置のさらに他の実施例を説明す
る要部断面図である。

【図４】ステージ駆動装置のさらに他の実施例を説明す
る要部断面図である。

【図５】ステージ駆動装置を持つ液晶露光装置の主要部
の構成図である。

【図６】従来の技術のステージ駆動装置を説明するもの
であり、図６ａは断面図、図６ｂはＢ−Ｂ線による断面
図である。

【符号の説明】

１…駆動系保持部 ２…Ｘステージ ５…送りねじ軸 ６、１６…予圧部材 ７…Ｃ型緊締部材 １０…モータ １１…第１の軸受 １２…第２の軸受 １３…ボルト １４…制御装置 １７…締め付け部材 ２１…超高圧水銀ランプ ２８…レチクル ２９…投影レンズ ３０…感光基板 ３７…平行ねじナット部材 ４０…軟質材コマ ４１…セットビス ４７…セットビス孔付きテーパねじナット部材 ４８…Ｙステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｋ // Ｈ０１Ｌ 21/027 21/30 ５０３Ａ Ｂ２３Ｑ 1/26 Ｚ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送りねじ軸の回転によって試料を載置し
   たステージを駆動するステージ駆動装置において、 前記送りねじ軸に形成されたねじと、 前記送りねじ軸を回転可能に支持する軸受と、 前記ねじにねじ係合して前記軸受の予圧を調節する予圧
   部材であって、前記送りねじ軸に摩擦を与えるととも
   に、軸方向に関して傾斜した部分を有する予圧部材と、 前記送りねじ軸の径方向に関して前記予圧部材に力を加
   える締め付け部材と、 を有することを特徴とするステージ駆動装置。
2. 【請求項２】 前記予圧部材の前記傾斜した部分は、１
   箇所以上の切り込みを有することを特徴とする請求項１
   記載のステージ駆動装置。
3. 【請求項３】 前記予圧部材の前記傾斜した部分はねじ
   を有しており、前記締め付け部材は、前記傾斜した部分
   のねじにはめ合うように、ねじが設けられていることを
   特徴とする請求項１記載のステージ駆動装置。
4. 【請求項４】 前記締め付け部材は、当該締め付け部材
   の円周であってかつ前記送りねじ軸に対して垂直に、セ
   ットビスのためのねじ孔を１箇所以上設けたことを特徴
   とする請求項１記載のステージ駆動装置。
5. 【請求項５】 前記締め付け部材は、前記ねじ孔におい
   てセットビスと前記予圧部材の間に弾性部材を設けたこ
   とを特徴する請求項４記載のステージ駆動装置。
6. 【請求項６】 前記ステージは、被露光基板を載置する
   ことを特徴とする請求項１記載のステージ駆動装置。