JPH0463649A - 回転並進ステージ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ε産業上の利用分野コ 本発明は、対象物を載置して移動させるステージ装置に
関し、特に高精度の回転並進ステージ装置に関する。

Ｅ従来の技術］ 超ＬＳＩ製造用露光ステージ装置においては、たとえば
ステージ面内において誤差０．０１μｍ〜０．１μｍの
高精度な位置決めが要求される。

このような高精度のステージ装置に半導体ウェハをロー
ディングすると、半導体ウェハ厚さ方向のバラツキや、
ローディングの際に生じる回転方向のバラツキが問題と
なる。そこで、ウェハの厚み方向の調ＮＷＡ構およびウ
ェハの光軸（Ｘ線、電子線等の入射軸も光軸と呼ぶ）回
りの回転調整機構が必要となる。厚み方向の調整機構は
ウェハの種類（径）の違いによる厚さの差も補正できる
ことが好ましく、数百μｍ程度以上のストロークを有す
ることか望まれる。また回転調整機構は±１度程度以上
の回転角度ストロークを有することが望まれる。

第５図（Ａ＞、（Ｂ）、（Ｃ）にこのような目的のため
の従来の技術による回転並進ステージ装置の例を示す。

第５図（Ａ）は、回転並進ステージ装置の構成を全体的
に示す概略図である。ベース５１の上に回転自在のベア
リング５２を介して回転ステージ５３が保持されれてい
る。回転ステージ５３の上には、第５図（Ｂ）に示すよ
うな偏心カム機構５６が３組配置されている。３組の偏
心カム機構５６の上にはチャックプレート５８が載置さ
れている。

第５図（Ｂ）において、各偏心カム機構５６はモータ５
５と偏心カム５４を有し、モータ５５の駆動軸に偏心カ
ム５４の軸か結合されている。モータ５５を駆動するこ
とにより、偏心カム５４か回転すると軸の中心から直上
部のカムの周辺までの距Ｍ（高さ）か変化し、その上に
載置されたチャックグレート５８を上下に移動させる。

３組の偏心カム機構を同期して駆動することにより、チ
ャックプレート５８は水平に保たれたまま図中上下方向
に並進運動を行なう。

なお、チャックプレート５８を回転ステージ５３に引付
けるため、複数箇所においてスプリング５９がチャック
プレート５８と回転ステージ５３との間に結合されてい
る。

回転ステージ５３の底面にはアーム６１が結合され、外
方に突出して、第５図（Ｃ）に示すような回転ステージ
５３の回転機構を構成している。

回転ステージ５３から突出するアーム６１に対してモー
タ６２とポールネジ６３からなる直線型アクチュエータ
６４が係合している。モータ６２を回転させると、ボー
ルネジ６３の先端が矢印方向にリニアに移動する。なお
、アーム６１を所定の位置に戻すように、スプリング６
６か回転ステージ５３のアーム６１とベース５１との間
に設けられている。

このようにして回転並進ステージ装置が構成される。偏
心カム５６を駆動することにより並進運動が行なえ、モ
ータ６２を駆動することにより、回転運動が行なえる。

このような構成によれば、チャックグレート５８は３組
の偏心カム機構により支持、駆動されているため、同性
は偏心カム機構の最も剛性の弱い部分で制限される。し
たかって、その剛性を十分高いものとすることは容易で
はない、また、第５図（Ａ）に示す構成は図示のように
水平に配置した場合には比較的安定であるが、ステージ
面が垂直方向に向く垂直型ステージとして使用する場合
はチャックプレートの保持が問題となる。チャックプレ
ートの重力に対抗できるカイト等を設けてもよいが、ガ
イドの遊びによる精度の低下や機構の複雑化を生じやす
い。

また、上述の並進カムやリニアアクチュエータのような
ステージの補正機構の機械的剛性が低かったり、運動精
度か低いと、ステージの位置決め精度を劣化させること
になる４ また、モータにより常に力を発揮させて姿勢制御を行な
うとモータからの発熱により機構部材が熱膨張を起こし
、位置精度が悪化する。

′Ｌ発明か解決しようとする課題１ 以上説明したように、従来の技術によれば、高精度の回
転並進ステージを得ることか容易でなかっな、特にステ
ージ面か垂直方向に向いた回転並進ステージの姿勢補正
機構に問題があった。

本発明の目的は、剛性が高く、かつ精度の高い回転並進
ステージ装置を提供することである。

「課題を解決するための手段］ 本発明の回転並進ステージ装置は、物理的支持を与える
ベースと、対象物を保持するためのステージ部材と、ベ
ースとステージ部材との間で回転軸受によって支持され
、円周面を有する回転ステ−ジと、回転ステージの円周
面と摩擦係合し、回転ステージを円周方向に駆動するフ
リクション駆動手段と、ベースとステージ部材との間に
配置されｍ一対のウェッジ部材を相対的に移動させるこ
とにより厚さを変化させる並進機構とを有する。

［作用］ 回転ステージは摩擦係合によるフリクション駆動によっ
て円周方向に駆動されて回転するため、回転方向に対す
る高精度を実現しやすい、またウェッジ部材により並進
運動を実現することにより、十分高い靭性を有する並進
機構を実現できる。

また、静止時においてはほとんど発熱を伴なうことなく
高精度の並進駆動を実現することができる。

これらの並進機構と回転機構を組合わせた回転並進ステ
ージ装置は、靭性が高く、かつ発熱を低く押さえること
かできるので、運転中高精度を維持することが容易であ
る。

Ｆ実施例コ 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図はステージの駆動機構を概略的に説明する図であ
る。また、第２図は第１図の回転ステージをほぼ９０度
回転させた状態での駆動ｍ楕を概観する図である。

第２図に示すような一対のウェッジ部材１．２が互いに
係合してその両側に平行平面２１．２２を画定し、その
上ウェハチャック４か固定されている。ウェハチャック
４の上には半導体ウェハ３か載置される。一対のウェッ
ジ部材１．２の内の一方（２）をリニアモータ６によっ
て第２図に示す矢印方向に移動させると、一対のウェッ
ジ部材１．２が作る平行平面２１．２２の間の厚さが変
化する。この変化によってウェハチャック４の位置が上
下に変化することになる。一対のウェッジ部材１．２の
内、上側に配！されたウェッジ部材１は、第１図に示す
ように平行リンクバネ５によって回転ステージ７に結合
されている。平行リンクバネはウェッジ部材１を図中上
下方向に拘束し、かつ下方に向かって弾性力を作用させ
、上側ウェッジ部材１を下側ウェッジ部材２および回転
ステージ７底面に押付ける力を作用させている。このた
め−接触面には静止牽擦係数による力が作用し、ウェッ
ジ部材は固定されている。下側ウェッジ部材２は回転ス
テージ７の上に配置されており、リニアモータ６によっ
て矢印方向に摺動並進運動可能にされている。

回転ステージ７はスラスト軸受８によってベース９上に
回転可能に支持され、円筒状のｒｐＪ壁を有している０
回転ステージ７の円筒状側壁の外周上にフリクションロ
ーラ１０が摩擦係合し、モータ１１によって駆動される
。また、回転ステージ７の他の対照的箇所にはアイドラ
１２が配置され、回転ステージ７の円滑な回転運動を補
償する。

第３図は回転ステージの回転駆動を説明するための概略
平面図である０回転ステージ７の側壁外周上１箇所でフ
リクションローラ１０が摩擦係合し、このフリクション
ローラ１０に関して対照的な２つの位置でアイドラ１２
が回転ステージ７の外周に回転自在に接して配置されて
いる。フリクションローラ１０はその下方に第１図、第
２図に示す回転モータ１１か結合されており、回転モー
タ１１による回転駆動力によって回転する。フリクショ
ンローラＩＯか回転すると、その摩ｍ（Ａ合によって回
転ステージ７が回転し、アイドラ１２も回転する。フリ
クションローラ１０とアイドラ１２とが３位置から半径
方向に力を作用させることにより、回転ステージ７はそ
の軸位置を正確に保持し、回転運動を行なうことができ
る。

このような回転ステージ７の上面に第４図に示すような
ウェッジによる並進機構か配置されている。一対のウェ
ッジ部材を調整し、その厚さを変える時にはウェッジ部
材に働く摩擦力を減らすことが好ましい。

第４図は１、調整時ウェッジ部材に働く摩擦力を低減す
るためのエアーガイドを有するウェッジ機構を示す０図
の構成において、ウェッジ部材１と２にはそれぞれエア
ダクト１４．１５が形成され、それぞれその底面からエ
アーを吹出す機構を有する、すなわち、ウェッジ部材１
．２からエアーを吹出すと、ウェッジ部材１と２の間お
よびウェッジ部材２と回転ステージ７との間に空気の膜
が発生し一ウェッジ部材２をほとんど摩擦力のない状態
て移動させることか可能になる。このように摩擦力の低
減した状態でリニアモータ６によってウェッジ部材２を
移動させることにより、高精度にウェッジ部材２の変位
を達成することかできる。

所望の位置まで移動した後、エアダクト１４．１５に送
るエアーを停止することにより、ウェッジ部材１．２お
よび回転ステージ７は再び接触し、その相対的位置を摩
擦力によって固定させる。なお、ウェハチャック４内に
もダクト１６が形成されており、真空排気装置に接続さ
れ、ウェハ３を吸引する真空チャックを形成している。

なお、部のウェッジ部材１．２のそれぞれにエアダクト
１４．１５を形成する構成を説明したが、下側ウェッジ
部材２内に設けたエアタクトからその上面、下面にエア
ーを吹出す構成としてもよい、またエアーの代わりに他
のガスを用いてもよい。

なお、回転ステージ上に並進機構を設ける構造を説明し
たが、回転機構と並進機構の上下関係は交代してもよい
、また、回転ｍ楕にスラスト軸受８を設ける構造を説明
したか、他の軸受を用いてもよい。たとえば、エアベア
リング等を用い、回転軸受を構成することもできる。一
対のウェッジ部材の相対的位置を調整する際、ウェッジ
部材間およびウェッジ部材とその支持部材との間に気体
層を形成し、摩擦力を低減する機構を説明したが、池の
機構を用いてもよい、たとえば磁力等を用いてウェッジ
部材と下方支持面との間およびウェッジ部材間に反発力
を生じさせ、摩擦力を減じて一方のウェッジ部材を移動
させることもできる。

なお、半導体製造装置のステージ装置を例として説明し
たが、その他種々の加工機、測定器等広く回転並進ステ
ージ装置に適用できる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれ
らに制限されるものではない、たとえば、種々の変更、
改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろ
う。

ｆ発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、摩擦駆動による
回転駆動ａ！桐と、ウェッジによる並進駆動機槽を組合
わせたことにより〜駆動機構の剛性を高め、高精度の回
転並進運動を実現することかできる。

ウェッジ部材は広い接触面で係合するため、高い靭性を
実現し易い、また、摩擦力で静止するようにすると安常
状態での発熱を低減できる。

ウェッジ部材の調整時、ウェッジ部材間等に非接触ガイ
ド機構を形成すると、摩擦力を減じ、小さな力でウェッ
ジ部材を高精度に移動することが可能となる。

また、上側ウェッジ部材をステージ面に垂直な方向に弾
性変形可能な平行板バネ機構によって支持すると、上側
ウェッジ部材の並進運動のガイドを与えるとともに、下
側ウェッジ部材に対する押付力を発生させることができ
、並進運動の精度を向上させ、かつ十分な静止摩擦力を
付与することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、ステージの駆動ｔｌ！ｌ楕を説
明するための２つの状態での外観図、第３図は、回転ス
テージの駆動を説明するための概略平面図、 第４図は、ウェッジの駆動を説明するための概略側面図
、 第５図（Ａ）、（Ｂン、（Ｃ）は、従来の技術による回
転並進ステージ装置の例を示す図である。 図において、 ウェッジ部材 ウェハ ウェハチャック 平行リンクバネ リニアモータ 回転ステージ スラスト軸受 ベース フリクションローラ 回転モータ ア イドラ ４、 エアダク ト 排気タフ ト 平行平面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、物理的支持を与えるベースと、 対象物を保持するためのステージ部材と、 前記ベースと前記ステージ部材との間で回転軸受によっ
   て支持され、円周面を有する回転ステージと、 回転ステージの円周面と摩擦係合し、回転ステージを円
   周方向に駆動するフリクション駆動手段と、 前記ベースと前記ステージ部材との間に配置され、一対
   のウェッジ部材を相対的に移動させることにより厚さを
   変化させる並進機構と を有する回転並進ステージ装置。
2. （２）、前記並進機構は前記一対のウェッジ部材の間に
   気体を吹出す機構を有する請求項１記載の回転並進ステ
   ージ装置。
3. （３）、前記並進機構の前記一対のウェッジ部材のうち
   の前記ステージ部材側のウェッジ部材は前記厚さ方向に
   弾性変形可能な平行板バネ機構によって支持されている
   請求項１または２記載の回転並進ステージ装置。