TWI838130B - 致動器、載臺裝置、曝光裝置、檢查裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題] 提供一種能夠抑制導引件的變形之致動器等。 [解決手段] 致動器(10)具備：滑塊(20)，其係在沿移動方向亦即X方向之可動區域內被驅動；導引件(12)，其係沿X方向延伸並引導滑塊(20)，該導引件(12)在與X方向垂直的剖面上具備包圍結構，該包圍結構包圍滑塊(20)的外周，並且包含其至少一部分被開放之開口部(40)；空氣墊(30)，其係向滑塊(20)與導引件(12)之間供給壓縮空氣；滑塊連結構件(44)，其係貫通開口部(40)而將包圍結構內的滑塊(20)與包圍結構外的床臺(200)進行連結；及導引件連結構件(45)，其係將開口部(40)的緣部彼此進行連結，該導引件連結構件(45)設置於滑塊(20)在可動區域內移動時不與滑塊連結構件(44)接觸之位置。

Description

致動器、載臺裝置、曝光裝置、檢查裝置
本發明有關一種致動器、載臺(stage)裝置、曝光裝置、檢查裝置。
在專利文獻1中揭示有具備藉由氣體壓力而沿著規定的移動方向被驅動之滑塊和沿該移動方向延伸並引導滑塊之導引件之氣壓致動器來作為在真空環境中使用之氣壓致動器。藉由通過空氣墊供給到滑塊的外周與導引件的內周之間之壓縮空氣所形成之空氣軸承，滑塊從導引件浮起並能夠順暢地移動。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特許第6893170號公報
[發明所欲解決之課題]
在專利文獻1的氣壓致動器中，導引件並不包圍滑塊的外周的全體(全周)，而具備其頂面的中央被開放之開口部。在此，通過空氣墊供給到滑塊的外周與導引件的內周之間之壓縮空氣施加將導引件從內側按壓撐開之壓力。其結果，剛性相對低的開口部可能會被按壓撐開。尤其，由於在真空環境中施加於導引件的外周之壓力低，因此會因為與施加於導引件的內周之高壓力的大壓力差而有可能造成導引件通過開口部大幅變形。
本發明有鑑於這樣的狀況而完成者，其目的為提供一種能夠抑制導引件的變形之致動器等。 [用於解決課題之手段]
為了解決上述課題，本發明的一態樣的致動器具備：滑塊，其係被驅動在沿規定的移動方向之可動區域內；導引件，其係沿移動方向延伸並引導滑塊，該導引件在與移動方向垂直的剖面上具備包圍結構，該包圍結構包圍滑塊的外周，並且包含其至少一部分被開放之開口部；流體供給部，其係向滑塊與導引件之間供給流體；滑塊連結構件，其係貫通開口部而將包圍結構內的滑塊與包圍結構外的被驅動體進行連結；及導引件連結構件，其係將開口部的緣部彼此進行連結，該導引件連結構件設置於滑塊在可動區域內移動時不與滑塊連結構件接觸之位置。
在該態樣中，藉由將導引件的開口部的緣部彼此進行連結之導引件連結構件而提高剛性，因此能夠抑制流體供給部向滑塊與導引件之間供給之流體的壓力所引起之導引件的變形。另外，導引件連結構件設置於滑塊在可動區域內移動時不與滑塊連結構件接觸之位置，因此亦不會妨礙滑塊的通常的驅動。
本發明的另一態樣為一種載臺裝置。該裝置為控制處理對象的位置之載臺裝置，具備：床臺(table)，其係保持處理對象；及上述的致動器，其係使床臺移位。
本發明的又一態樣為一種載臺裝置。該裝置具備：滑塊，其係被驅動在沿規定的移動方向之可動區域內；導引件，其係沿移動方向延伸並引導滑塊，該導引件在與移動方向垂直的剖面上具備包圍結構，該包圍結構包圍滑塊的外周，並且包含其至少一部分被開放之開口部；氣體供給部，係向滑塊與導引件之間供給氣體；氣體排出部，其係將氣體供給部所供給之氣體從滑塊的外周與包圍結構的內周之間排出；滑塊連結構件，其係貫通開口部而將包圍結構內的滑塊與包圍結構外的被驅動體進行連結；導引件連結構件，其係將開口部的緣部彼此進行連結，該導引件連結構件設置於滑塊在可動區域內移動時不與滑塊連結構件接觸之位置；及真空腔室，其係將滑塊、導引件、氣體供給部、氣體排出部、滑塊連結構件、導引件連結構件收納於真空狀態的內部。
本發明的又一態樣為一種曝光裝置。該裝置具備：上述的載臺裝置，其係控制由床臺保持之曝光對象的位置。
本發明的又一態樣為一種檢查裝置。該裝置具備：上述的載臺裝置，其係控制由床臺保持之檢查對象的位置。
另外，上述構成要素的任意組合或將本發明的表達方式在方法、裝置、系統、記錄媒體、電腦程式等之間轉換而得者亦作為本發明的樣態而有效。 [發明效果]
依本發明，能夠抑制致動器中的導引件的變形。
以下，一邊參閱圖式，一邊詳細說明有關用以實施本發明之型態。在說明或圖式中，對相同或等同的構成要素、構件、處理標註相同符號，並省略重複說明。為了便於說明，適當地設定圖示之各部的縮尺或形狀，只要無特別說明，則不作限定性解釋。實施方式為例示，並非對本發明的範圍做任何限定。實施方式中所記載之所有特徵、該等的組合未必限於發明的本質者。
圖1為示意地表示本發明的實施方式之載臺裝置或致動器10之立體圖。致動器10為在真空腔室內等真空環境中使用之氣壓致動器，具備藉由氣體壓力而沿著規定的移動方向被驅動或移位之滑塊20和沿該移動方向延伸並引導滑塊20之導引件12。以下，將滑塊20的移動方向及導引件12的延伸方向亦稱為X方向。又，將與X方向正交且彼此正交之兩個方向亦稱為Y方向及Z方向。傳統上，X方向及Y方向為在水平面內正交之方向，Z方向為垂直方向。
滑塊20呈在移動方向上長尺寸的大致長方體形狀，導引件12具有將滑塊20可移動地收納之大致長方體形狀的內部空間。該內部空間的X方向的長度長於滑塊20的X方向的長度，以便能夠使滑塊20在導引件12的內部空間沿著移動方向移動。在此，導引件12的內部空間的X方向的長度與滑塊20的X方向的長度之差成為滑塊20的可動區域的寬度的最大值。導引件12的X方向的兩端部由第1端板41及第2端板42閉塞，該等的內周面之間的距離成為導引件12的內部空間的X方向的長度。
如後述之圖2所示，導引件12在與移動方向(X方向)垂直的剖面(YZ平面)上具備包圍結構，該包圍結構包圍滑塊20的矩形外周，並且包含其至少一部分被開放之開口部40。在圖1的例子中，在導引件12的頂面43或上表面設置有開口部40。開口部40為在滑塊20的移動方向上長尺寸的矩形孔，在第1端板41及第2端板42處結束，因此X方向的長度與導引件12的內部空間相等，如圖2所示，Y方向的寬度成為滑塊連結構件44能夠通過之大小。滑塊連結構件44沿Z方向貫通開口部40而將導引件12的包圍結構內的滑塊20的頂部與導引件12的包圍結構外的作為被驅動體之載臺或床臺200的底部進行連結。另外，滑塊20的剖面形狀並不限於矩形，亦可以為專利文獻1中揭示之梯形等多邊形、或圓形、橢圓形等任意的形狀。
本實施方式的致動器10例如能夠適用於曝光裝置、離子植入裝置、熱處理裝置、灰化裝置、濺鍍裝置、切割裝置、檢查裝置、清洗裝置等半導體製造裝置或FPD(Flat Panel Display：平面顯示器)製造裝置，此時的床臺200保持處理對象(曝光裝置時亦稱為曝光對象，檢查裝置時亦稱為檢查對象)的半導體晶圓等或者載置處理對象的半導體晶圓等。如後述，若藉由氣體壓力而沿X方向驅動滑塊20，則藉由滑塊連結構件而與滑塊20連結之床臺200沿X方向移動。因此，能夠在精密地控制載置於床臺200之處理對象的半導體晶圓等的位置的同時，使其各部準確地執行所期望的處理。另外，在圖1中，為了簡化說明，僅例示出負責X方向的驅動或移位之致動器10，但除此以外，還可以同樣地構成並同時設置負責Y方向或Z方向等其他並進方向的驅動或移位之致動器。
圖2為與滑塊20的移動方向(X方向)垂直的YZ平面的剖面圖，圖3為包含開口部40之ZX平面的剖面圖。圖2及圖3的剖面以顯示後述之導引件連結構件45之方式來選擇。圖2為圖3的II-II剖面圖，圖3為圖2的III-III剖面圖。
如圖2所示，導引件12具備包圍滑塊20的矩形外周之包圍結構。該包圍結構由與滑塊20的底部22對向之底板37、與滑塊20的第1側部24對向之第1側板38、與滑塊20的第2側部26對向之第2側板39及與滑塊20的頂部對向之頂板38b、39b構成。可以說導引件12的頂板被在Y方向的中央沿X方向延伸或橫穿之開口部40分割為兩個大致相等的部分38b、39b。如此，導引件12由底板37、第1側板38、第2側板39這三個面全體地拘束(三面拘束)滑塊20的底部22、第1側部24、第2側部26，由被開口部40分為兩個之頂板38b、39b局部地拘束滑塊20的頂部。
由導引件12的包圍結構從四方拘束之滑塊20能夠被導引件12引導而沿X方向移動。在滑塊20的底部22、第1側部24、第2側部26、頂部設置有向滑塊20的外周與導引件12的包圍結構的內周之間供給流體或氣體之作為流體供給部或氣體供給部的複數個空氣墊30。具體而言，各空氣墊30噴出從未圖示的供排氣系統供給之壓縮空氣等高壓的氣體而形成空氣軸承，使滑塊20從導引件12浮起。經由形成於滑塊20的外周與導引件12的包圍結構的內周之間之壓縮空氣等微小的間隙或層，滑塊20能夠與導引件12實質上未接觸地沿X方向平滑地移動。
由於本實施方式的致動器10在真空腔室內等真空環境中使用，因此不允許空氣墊30所噴出之壓縮空氣通過開口部40等漏出到真空環境中。因此，在滑塊20中以包圍各空氣墊30之方式設置差動排氣用的排氣溝32、34、36。各排氣溝32、34、36構成將作為流體供給部或氣體供給部的各空氣墊30所供給之流體或氣體從滑塊20的外周與導引件12的包圍結構的內周之間排出到致動器10外之流體排出部或氣體排出部。各排氣溝32、34、36為遍及滑塊20的X方向的大致全長而形成之長尺寸的溝。
設置於所有空氣墊30的兩旁之各排氣溝32被開放在大氣中。各排氣溝32與大氣之間可以設置排氣泵。排氣溝34、36設置於與開口部40鄰接或靠近的位置，確實地防止壓縮空氣通過開口部40漏出到真空環境中。排氣溝34連接於生成低真空壓力(100kPa～100Pa)之低真空排氣泵，更靠近開口部40的排氣溝36連接於生成比排氣溝34高的真空位準(低壓力位準)例如中度真空(100Pa～0.1Pa)的壓力之中度真空排氣泵。
如圖2所示，在滑塊20的側面(第1側部24及/或第2側部26)的與導引件12的第1側板38及/或第2側板39的內周對向之位置設置有作為差壓驅動空間的氣動伺服室28。以下，將設置於滑塊20的第1側部24之氣動伺服室28亦稱為氣動伺服室281，將設置於滑塊20的第2側部26之氣動伺服室28亦稱為氣動伺服室282，當無需區分兩者時統稱為氣動伺服室28。導引件12的第1側板38具備向氣動伺服室281內延伸出之作為區隔部的活塞塊131，導引件12的第2側板39具備向氣動伺服室282內延伸出之作為區隔部的活塞塊132。以下，將活塞塊131、132統稱為活塞塊13。
如圖3所示，沿Y方向插入到各氣動伺服室28內之各活塞塊13將該各氣動伺服室28沿著X方向區隔為作為第1壓力室的第1伺服室28A及作為第2壓力室的第2伺服室28B。如圖3示意地所示，在與各伺服室28A、28B之間設置有進行壓縮空氣等壓力控制流體或壓力控制氣體的供給及/或排出之作為差壓驅動部的供排氣系統17A、17B。供排氣系統17A、17B分別具備供給壓縮氣體之壓縮氣體供給源18A、18B和控制該壓縮氣體的壓力並在與伺服室28A、28B之間進行供給及排出之伺服閥16A、16B。根據由供排氣系統17A控制之第1伺服室28A的壓力與由供排氣系統17B控制之第2伺服室28B的壓力的差壓，滑塊20沿著移動方向被驅動。
在此，氣動伺服室28的X方向的範圍限定沿滑塊20的移動方向(X方向)之可動區域。由於在氣動伺服室28(滑塊20)內沿X方向相對移動之活塞塊13(導引件12)自體在X方向上具有顯著的長度，因此滑塊20實際能夠移動之X方向的距離亦即可動區域的寬度(的最大值)為氣動伺服室28的X方向的長度與活塞塊13的X方向的長度之差。換言之，作為差壓驅動空間的氣動伺服室28的X方向的長度比滑塊20的可動區域的寬度大活塞塊13的X方向的長度。
如圖3所示，沿Z方向貫通導引件12的頂面43的開口部40而將滑塊20的頂部與床臺200的底部進行連結之滑塊連結構件44具備以滑塊20的可動區域的寬度及/或氣動伺服室28的X方向的長度以上的間隔沿著X方向設置之第1滑塊連結構件441及第2滑塊連結構件442。以下，將第1滑塊連結構件441及第2滑塊連結構件442統稱為滑塊連結構件44。如圖2所示，各滑塊連結構件44的Y方向的寬度小於導引件12的開口部40的Y方向的寬度。各滑塊連結構件44在沿X方向延伸之開口部40內能夠與滑塊20及床臺200一體地沿X方向(圖3中的左右方向)移動。
如圖2所示，導引件連結構件45為將導引件12的開口部40的緣部彼此沿Y方向進行連結之柱狀或棒狀的構件。在此，導引件連結構件45將開口部40的緣部彼此進行連結之Y方向與滑塊連結構件44將滑塊20與床臺200進行連結之Z方向正交。又，導引件連結構件45將開口部40的緣部彼此進行連結之Y方向及滑塊連結構件44將滑塊20與床臺200進行連結之Z方向與滑塊20的移動方向亦即X方向正交。
如圖3所示，導引件連結構件45設置於滑塊20在可動區域內移動時不與第1滑塊連結構件441及第2滑塊連結構件442接觸之位置。具體而言，導引件連結構件45設置於滑塊20的可動區域內及/或氣動伺服室28的X方向的範圍內且沿著X方向與活塞塊13重疊之位置。又，導引件連結構件45沿著X方向設置於第1滑塊連結構件441及第2滑塊連結構件442之間。
若滑塊20在可動區域內移動，則導引件連結構件45相對於第1滑塊連結構件441及第2滑塊連結構件442沿X方向相對移動，但由於第1滑塊連結構件441及第2滑塊連結構件442在X方向上設置於滑塊20的可動區域外及/或氣動伺服室28的範圍外，因此不與第1滑塊連結構件441及第2滑塊連結構件442中的任一者接觸。亦即，導引件連結構件45不會妨礙滑塊20的通常的驅動。
依本實施方式，如圖2所示，藉由將導引件12的開口部40的緣部彼此進行連結之導引件連結構件45提高剛性，因此能夠抑制複數個空氣墊30向滑塊20的外周與導引件12的內周之間供給之壓縮空氣的壓力所引起之導引件12的變形。如圖1所示，開口部40在固定於第1端板41及第2端板42之X方向的兩端部不易變形，而在中央部因空氣墊30的壓縮空氣的壓力而容易被按壓撐開。在本實施方式中，如圖3所示，藉由在尤其容易變形之開口部40的沿X方向之中央部設置導引件連結構件45，能夠有效地抑制導引件12的變形。
另外，為了抑制在開口部40的X方向的兩端部附近的變形，可以除了開口部40的中央部的導引件連結構件45以外，或者代替開口部40的中央部的導引件連結構件45而設置圖4所示之第1端導引件連結構件451及第2端導引件連結構件452。當不設置開口部40的中央部的導引件連結構件45時，可以代替第1滑塊連結構件441及第2滑塊連結構件442而藉由一個滑塊連結構件44將滑塊20與床臺200進行連結。由於第1端導引件連結構件451及第2端導引件連結構件452設置於比滑塊20的可動區域的兩端更靠沿X方向之外側的位置，因此即使滑塊20在可動區域內移動，亦不會與滑塊連結構件44接觸。
圖5係表示導引件連結構件45的構成例。圖5A的例子的導引件連結構件45具備藉由變形而緩和應力之應力緩和部453。應力緩和部453變形以釋放應力，以免開口部40因在將導引件連結構件45安裝於導引件12的開口部40時的應力而被按壓撐開。如圖5A所示，應力緩和部453可以由寬度等比其他部分窄且能夠撓曲之可撓部或彈性變形部構成，亦可以由鉸鏈等容許開閉動作或彎曲動作之機械零件構成。
導引件連結構件45亦可以如圖5B那樣為簡單的柱狀或棒狀的構件。此時，使用經精密加工之導引件連結構件45為較佳，以免在安裝導引件連結構件45時過大的負荷施加於導引件12的開口部40。導引件連結構件45亦可以如圖5C那樣具備針對撐開開口部40之變形賦予阻力之阻力賦予部454。在圖5C的例子中，由筒狀的缸體455和插入到該缸體455中之柱狀的活塞456構成阻力賦予部454。缸體455的內部空間的Y方向的長度長於活塞456的Y方向的長度，活塞456的前端(右端)與缸體455的基端(右端)之間的空間成為真空狀態等低壓力狀態。在空氣墊30的壓縮空氣施加了將開口部40按壓撐開之壓力的情況下，亦即，在施加了將缸體455和活塞456沿著Y方向分離之壓力之情況下，低壓力狀態的缸體455的內部空間會產生阻力，因此能夠有效地防止開口部40被按壓撐開。另外，阻力賦予部454並不限於如缸體455、活塞456那樣根據將導引件12的開口部40沿Y方向撐開之壓力而被動地產生阻力者，亦可以由主動地或自適應地賦予用以防止開口部40的擴大或變形之阻力或力之壓電元件等致動器構成。
以上，根據實施方式說明了本發明。實施方式為示例，本領域技術人員應理解到，能夠對該等各構成要素、各處理步驟的組合進行各種變形，並且這種變形例亦在本發明的範圍內。
另外，在實施方式中說明之各裝置的功能結構能夠藉由硬體資源或軟體資源、或者藉由硬體資源和軟體資源的協同來實現。作為硬體資源，能夠利用處理器、ROM、RAM、其他LSI。作為軟體資源，能夠利用操作系統、應用等程式。 本申請案係主張基於2022年2月25日申請之日本專利申請第2022-028320號的優先權。該日本申請案的全部內容係藉由參閱而援用於本說明書中。
10:致動器 12:導引件 13:活塞塊 17A:供排氣系統 17B:供排氣系統 20:滑塊 28:氣動伺服室 30:空氣墊 32:排氣溝 34:排氣溝 36:排氣溝 40:開口部 41:第1端板 42:第2端板 43:頂面 44:滑塊連結構件 45:導引件連結構件 200:床臺 441:第1滑塊連結構件 442:第2滑塊連結構件 451:第1端導引件連結構件 452:第2端導引件連結構件 453:應力緩和部 454:阻力賦予部
[圖1]為示意地表示致動器之立體圖。 [圖2]為與滑塊的移動方向(X方向)垂直的YZ平面的剖面圖。 [圖3]為包含開口部之ZX平面的剖面圖。 [圖4]係表示導引件連結構件的變形例。 [圖5]係表示導引件連結構件的構成例。
10:致動器
12:導引件
13,131,132:活塞塊
20:滑塊
22:底部
28,281,282:氣動伺服室
30:空氣墊
32,34,36:排氣溝
37:底板
38:第1側板
38b,39b:頂板
39:第2側板
40:開口部
43:頂面
44:滑塊連結構件
45:導引件連結構件
200:床臺

Claims (12)

  1. 一種致動器，具備：滑塊，其係被驅動在沿規定的移動方向之可動區域內；導引件，其係沿前述移動方向延伸並引導前述滑塊，前述導引件在與前述移動方向垂直的剖面上具備包圍結構，前述包圍結構包圍前述滑塊的外周，並且包含其至少一部分被開放之開口部；流體供給部，其係向前述滑塊與前述導引件之間供給流體；滑塊連結構件，其係貫通前述開口部而將前述包圍結構內的前述滑塊與前述包圍結構外的被驅動體進行連結；及導引件連結構件，其係將前述開口部的緣部彼此進行連結，前述導引件連結構件設置於前述滑塊在前述可動區域內移動時不與前述滑塊連結構件接觸之位置，並且，是在導引件兩端部以外的地方。
  2. 如請求項1之致動器，其中，前述滑塊連結構件具備沿著前述移動方向以前述可動區域的寬度以上的間隔設置之第1滑塊連結構件及第2滑塊連結構件；前述導引件連結構件設置於前述第1滑塊連結構件及前述第2滑塊連結構件之間。
  3. 如請求項2之致動器，其中， 前述導引件連結構件設置於前述可動區域內。
  4. 如請求項1至請求項3中任一項之致動器，其中，前述導引件連結構件具備設置於比前述可動區域的兩端更靠沿前述移動方向之外側的位置之第1端導引件連結構件及第2端導引件連結構件。
  5. 如請求項1至請求項3中任一項之致動器，其中，前述導引件連結構件具備藉由變形而緩和應力之應力緩和部。
  6. 如請求項1至請求項3中任一項之致動器，其中，前述導引件連結構件具備針對撐開前述開口部之變形賦予阻力之阻力賦予部。
  7. 如請求項1至請求項3中任一項之致動器，其中，前述滑塊連結構件將前述滑塊與前述被驅動體進行連結之方向與前述導引件連結構件將前述開口部的緣部彼此進行連結之方向彼此大致正交。
  8. 如請求項1至請求項3中任一項之致動器，其中，前述導引件的兩端部被閉塞。
  9. 一種載臺裝置，係控制處理對象的位置，具備： 床臺，其係保持前述處理對象；及請求項1至請求項8中任一項之致動器，其係使前述床臺移位。
  10. 一種曝光裝置，具備：請求項9之載臺裝置，其係控制由前述床臺保持之曝光對象的位置。
  11. 一種檢查裝置，具備：請求項9之載臺裝置，其係控制由前述床臺保持之檢查對象的位置。
  12. 一種載臺裝置，具備：滑塊，其係被驅動在沿規定的移動方向之可動區域內；導引件，其係沿前述移動方向延伸並引導前述滑塊，前述導引件在與前述移動方向垂直的剖面上具備包圍結構，前述包圍結構包圍前述滑塊的外周，並且包含其至少一部分被開放之開口部；氣體供給部，其係向前述滑塊與前述導引件之間供給氣體；氣體排出部，其係將前述氣體供給部所供給之氣體從前述滑塊的外周與前述包圍結構的內周之間排出；滑塊連結構件，其係貫通前述開口部而將前述包圍結構內的前述滑塊與前述包圍結構外的被驅動體進行連結；導引件連結構件，其係將前述開口部的緣部彼此進行連結，前述導引件連結構件設置於前述滑塊在前述可動區 域內移動時不與前述滑塊連結構件接觸之位置，並且，是在導引件兩端部以外的地方；及真空腔室，其係將前述滑塊、前述導引件、前述氣體供給部、前述氣體排出部、前述滑塊連結構件、前述導引件連結構件收納於真空狀態的內部。
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