JPH0659589B2 - ステ−ジ送り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明はステージ送り装置に関し、特にＬＳＩなどの半
導体製造装置における微細パターン加工或いは検査用等
の比較的ストロークの長い精密位置決めに好適な液体シ
リンダ装置を用いた粗微動ステージ送り装置に関する。

［従来技術］ 光、電子線またはＸ線などを利用して露光装置をはじめ
として、ＬＳＩなどの微細パターンの加工或いは検査を
行なう各種半導体製造装置では、被加工物であるウエハ
あるいは露光用のマスクまたはレクチルをステージに保
持させて直線送りにより精密に位置決めする。このよう
なステージ送り装置には、比較的長いストロークが要求
されるため、目標停止位置近辺まで高速送りをする位置
決め精度の低い粗動送りと、目標停止位置近くで粗位置
決めされたステージを目標停止位置に高精度で位置決め
する微動送りとの両機能を行なう送り機構が設けられる
のが一般的であり、従来は両機能それぞれ送りネジ機構
を２重に積重ねた２軸送りネジ方式のもの、或いは１本
の送り軸にリード差をもつ２つの送りネジ部を設けた１
軸差動送りネジ方式のものが主流であった。

しかしながら、これらの送りネジ機構のみで粗微動送り
を行なう従来の装置では、送りネジの中心軸上にステー
ジの重心がなく、換言すれば力の作用線上にステージの
重心がないので、竪形に配置して用いる場合にはステー
ジを案内支持するガイドベアリングにオーバーハング荷
重がかかり、ガイドレールとガイドベアリングとの間に
こじれが生じてベアリング寿命および案内精度を損う欠
点があるほか、ステージを真空雰囲気中に配置する必要
がある場合は、送りネジやガイドベアリングの潤滑油の
蒸発による焼付きや、送り駆動用モータを耐真空用に構
成しなければならないなどの問題点があり、このため特
にベローズ等で真空シールしにくい複雑な構造の送りネ
ジ機構とモータとを真空チャンバ外に配置して、チャン
バ内でガイドレールに支持案内されたステージに伝達機
構を介して送りネジの動きを伝えるようにするにして
も、粗動および微動用の両送りネジ機構をチャンバ外に
配置しなければならないので、ステージの所要ストロー
ク全長分以上の設置スペースがチャンバ外に必要とな
る。

そこで本発明者等は、ステージの重心を力の作用線上に
位置させる構成をとり易くすると共に、ステージ内に粗
動送りストローク部を収納配置することができ、真空雰
囲気内で焼付きを起しやすい特に送りネジ機構を真空チ
ャンバ外に配置する場合に従来に比べてチャンバ外の突
出部分をコンパクトにすることのできる構造の簡単な精
密位置決め用のステージ送り装置として第４図に示すも
のを先に提案した。

第４図において、ステージ１はｙ軸方向へ直線移動され
るようにリニアガイドシャフト2a及び2bにより案内支持
されている。ステージ１内にはピストンシリンダアッセ
ンブリ３が配置され、該アッセンブリ３のシリンダ側が
ステージ１と固定関係にある。アッセンブリ３はステー
ジ１の粗動送り手段を構成し、可撓チューブ6a，6bを介
して給排される流体11によりそのピストンロッド５に対
してステージ１を相対移動させる。ステージ１にはピス
トンロッド５を囲んでクランプ装置４が取付けられてお
り、アッセンブリ３による粗動送りの粗位置決め停止以
後のロック、すなわちステージ１をピストンロッド５に
ロックすることができるようになっている。ピストンロ
ッド５の先端には二又状の微動送りロッド12が連結され
ており、このロッド12の二又の先端は微動送りナット８
を有するハウジングブロック13に固定されている。ナッ
ト８は、軸受10に支持された微動送りネジ７に螺合して
おり、駆動モータ９によるネジ７の回転によってハウジ
ングブロック13、そして二又ロッド12を介してピストン
ロッド５を微動させるようになされている。

以上の構成をもつ第４図の装置において、ステージ１の
粗動送りは、まずモータ９にサーボロックをかけ、送り
ネジ７と回り止め機構付き送りナット８とを相対的に動
かないようにロックしてから行なうのがひとつの方法で
ある。この場合、ピストンロッド５は固定位置に止まっ
たままであり、加圧流体（５〜７kgｆ／cm²）を可撓チ
ューブ6a，6bを介して給排することによりピストンシリ
ンダアッセンブリ３のシリンダ側、すなわちステージ１
の前後進を行ない、所要ストロークの粗動送りを行な
う。ステージ１が目標停止位置近辺の所定粗位置精度内
位置に到達したときにクランプ装置４を作動させてステ
ージ１の移動を止め、これによりステージ１の粗位置決
めが行なわれる。

次いで微動送りを行なうが、この場合、クランプ装置４
は動作状態のままに置かれる。駆動モータ９の回転によ
り送りネジ７が所要回転数だけ回転させられるが、この
とき送りナット８はハウジングブロック13に固定されて
いるので、送りネジ７が１回転するたびにハウジングブ
ロック13がネジ７のリード分だけ送られ、この動きがロ
ッド12を介してピストンロッド５に伝達され、クランプ
装置４を介してステージ１が微動送りされることにな
る。

第１図の例では、ピストンロッド５、二又ロッド12とハ
ウジングブロック13および送りナット８を含む送りユニ
ット、そして送りネジ７が全て同軸上に配置されると共
にこの同軸上にステージ１の重心が位置させられてお
り、さらにガイドシャフト2a，2bを含めて前記各同軸要
素の中心軸が同一平面内に配置されている。すなわち、
力の作用線がステージ１の重心を貫ぬくようになってい
るので、これを竪形配置にしたときにオーバーハング荷
重によるガイドシャフトとそのベアリングに対するこじ
りの発生を最小にできるようになっている。

前記実施例装置を真空チャンバ内に配置する場合、例え
ばガイドシャフト2a，2bのための潤滑油に蒸気圧の低い
ものを使用し、ピストンシリンダアッセンブリ３のピス
トンロッドのすべり面を真空シール構造にして、送りネ
ジ側の機構をチャンバ外の大気中に置き、ピストンロッ
ド５からステージ１側の機構チャンバ内に配置すること
で低真空チャンバ向きのものとすることができる。この
場合、粗動送りストローク分の殆んどが真空チャンバ内
に収納されるので、チャンバ外装置が非常にコンパクト
になる。

またこれに加えてガイドシャフト2a，2b、クランプ装置
４とピストンロッド５およびチューブ6a，6bをベローズ
およびＯリングなどによって真空チャンバ内で真空シー
ルすることにより、潤滑油の蒸発を高度に防止すること
が可能となり、従ってこれら真空シール要素の付加によ
って高真空チャンバ向きのシステムとすることができ
る。

尚、この例では粗動送り時に微動送り側をロックして作
動させた例を述べたが、これは例えば粗動送り時に微動
用送りネジ７を連動させて送りナット８を粗動送りと同
方向に送り、ステージ１とピストンロッド５との相対的
な動きを少なくした状態でクランプ装置４を動作させる
ようにして、粗動送りの位置決め精度の向上とクランプ
装置４の作動によるピストンロッド５の損傷防止とを計
ってもよい。

以上のように、第４図のステージ送り装置では、粗動送
り手段がピストンシリンダアッセンブリによって構成さ
れているので、これをステージの重心を貫ぬく中心線位
置にてステージ内に配置しても構造の複雑化は問題にな
らず、また真空チャンバ内に配置する場合も、ピストン
ロッドとクランプ手段およびガイドレールは単に棒状な
どの単純なものであるのでベローズによって真空シール
できるから、殆んどのストローク分を担う粗動送り手段
をチャンバ内に配置でき、チャンバ外には微動送り用の
送りネジ装置だけを配置すればよいことになるのでそれ
だけチャンバ外の装置配置がコンパクトになる。さらに
粗動送り用のアクチュエータがピストンシリンダアッセ
ンブリであるので送りネジ方式に比べて構造がシンプル
となり、最終停止目標位置への位置決めは微動送り手段
の送りネジ装置を行なえるので、位置決め精度は高精度
を望むことができる。

ところで第４図のステージ送り装置においては、、その
粗動送り手段として通常のピストンシリンダアッセンブ
リ３を用いており、その構造は第５図に示すように、ピ
ストンロッド５と連結されたピストン3aがシリンダチュ
ーブ3bの内部にシールリング3cを介して摺接し、このピ
ストンによって仕切られる二つのシリンダ室3d，3e内に
作動流体を給排するためのニップル14a，14bがチューブ
3bの両端近傍に配置された構造となっていた。

このため第４図のステージ送り装置では、粗動送りため
の動作流体給排用チューブ6a，6bをステージ外が可撓構
造にすると共にチューブをステージ１の内部に配管する
必要があり、ステージ１の移動に伴って可撓チューブ6
a，6bが連れ曲りを起すので6a，6bのバネ定数が常に変
化し、微動送り時に送りムラを生じる原因となるほか、
ステージ内部の配管が必要なことからステージ本体に複
雑な加工を施さねばならず、さらに可動チューブの存在
はチューブ内圧の変化でもそのバネ定数が代わると共に
真空チャンバ内に配置する場合にその気密性の面で不利
であり、送り装置周囲の構造の複雑化が避けられらいな
どの欠点が指摘された。

［発明の目的］ 本発明の課題は、前述の流体シリンダ装置と送りネジ装
置とを組合せてなる粗微動ステージ送り装置における前
述の特長を活かしながらこれら諸欠点を除去することに
あり、流体シリンダ装置に対する作動流体の給排のため
の可撓チューブ配管が不要で送り精度および信頼性の高
いステージ送り装置を提供することにある。

［発明の構成］ この課題を達成するため、本発明では、リニアガイドに
案内支持されたステージを直線移動させるステージ送り
装置において、作動流体給排通路がピストンロッド内に
配設されたピストンシリンダアッセンブリを有し、該ア
ッセンブリのシリンダ側がステージに固定された、ステ
ージを粗動送りするための粗動送り手段と、該ピストン
シリンダアッセンブリのピストンとシリンダとの相対移
動をロックするクランプ機構と、該クランプ機構によっ
てロックされた状態で、該ピストンシリンダアッセンブ
リを介してステージを微動送りするためのネジ送り機構
を有する微動送り手段とを有するようにしている。

本発明のひとつの好ましい態様においては、前記シリン
ダがピストンロッド挿通口以外に開口を持たない密閉シ
リンダからなり、シリンダ内でピストンにより仕切られ
た二つのシリンダ室にそれぞれ連通する二つの作動流体
給排通路が共にピストンロッド内に独立して配置され、
ピストンロッド内を介してシリンダ外部の作動流体供給
源に接続されるようになっている。

また本発明の具体的な実施態様において、ピストンロッ
ドは内部に作動流体給排通路を形成した中空ロッドによ
って形成され、この中空ロッド内に、別の給排通路を独
立して形成する中空パイプが固定配置されることで両シ
リンダ室に対する二つの独立した給排通路をピストンロ
ッド内に形成するようにしてある。

ステージの移動に対しては、一方のシリンダ室に連通す
る給排通路に加圧流体を送り込んで駆動しも、或いは給
排通路を介して一方のシリンダ室から作動流体を吸引排
出して駆動しても、いずれでも差しつかえない。

［発明の作用］ 本発明のステージ送り装置では、加圧流体によって作動
し得るピストンシリンダアッセンブリを有する粗動送り
手段と、ネジ送り機構を用いた微動送り手段とを組み合
わせたことによる上述の利点が得られることに加え、ス
テージに対して固定されたシリンダ内のピストン両側の
シリンダ室内に、ピストンロッド内の給排通路を介して
作動流体の給排を行なうので、シリンダ外部に可撓チュ
ーブを配管する必要は全くなくなるものであり、従って
前述の諸欠点の原因を除去することが可能となるもので
ある。

本発明の好適な実施例を図面と共に説明すれば以下の通
りである。

［実施例］ 第１図は本発明のステージ送り装置の一実施例を示し、
第４図の例と同効部分には同一符号を付してある。すな
わち、第１図において、ステージ１はｙ軸方向へ直線移
動されるようにリニアガイドシャフト2aおよび2bにより
案内されている。ステージ１に配置されたピストンシリ
ンダアッセンブリ30は例えば第２図のような構造のもの
であってシリンダ側がステージ１と固定関係にある。第
２図においてアッセンブリ30は、ピストン30aおよびシ
リンダ30b、そして該ピストンに固定されたシリンダ30
の挿通口30fを通して外部に延在するピストンロッド50
を備えてなり、シリンダ30bは前記挿通口30f以外に外部
に連通した開口を有していない。ピストンロッド50は中
空ロッドからなり、その内部がヘッド側シリンダ室30e
に対する作動流体給排通路50bを形成する。また中空ピ
ストンロッド50の内部に小径の中空パイプ51が固定配置
されており、そのパイプ内中空部がロッド側シリンダ室
30dに対する作動油給排通路50aを形成している。ピスト
ンロッド50内の両通路50a，50bは、ロッド先端の継手15
に設けられたニップル16a，16bにそれぞれ独立して連通
され、ここから図示しない作動流体供給源に各々接続さ
れる。

アッセンブリ30はステージ１の粗動送り手段を構成し、
ピストンロッド50内の通路50a，50bを介して給排される
流体11によりそのピストンロッド50に対してステージ１
を相対移動させる。ステージ１にはまたピストンロッド
50を囲んでクランプ装置４が取付けられており、アッセ
ンブリ30による粗動送りの粗位置決め停止以後のロッ
ク、すなわちステージ１をピストンロッド５にロック
（クランプ）することができるようになっている。ピス
トンロッド５の先端には、継手15を介して二又状の微動
送りロッド12が連結されており、このロッド12の二又の
先端は、微動送りナット８を有するハウジングブロック
13に固定されている。ナット８は、軸受10に支持された
微動送りネジ７に螺合しており、駆動モータ９によるネ
ジ７の回転によってハウジング13、二又ロッド12、そし
て継手15を介してピストンロッド50を微動させるように
なっている。

以上の構成をもつ第１図の実施例装置において、ステー
ジ１の粗動送りは、まずモータ９にサーボロックをか
け、送りネジ７と回り止め機構付き送りナ瞳ト８とを相
対的に動かないようにロックしてから行なうのがひとつ
の方法である。この場合ピストンロッド５は固定位置に
止まったままであり、加圧流体（５〜７kgｆ／cm²）を
継手15のニップル16a，16bからピストンロッド50内の通
路50a，50bを介して給排することにより、ピストンシリ
ンダアッセンブリ30のシリンダ側、すなわちステージ１
の前後進を行ない、所要ストロークの粗動送りを行な
う。ステージが目標停止位置付近の所定粗位置精度内の
位置に到達したときにクランプ装置４を作動させてステ
ージ１の移動を止め、これによりステージ１の粗位置決
めが行なわれる。

次いで送りネジ装置による微動送りが行なわれるが、こ
れについては第４図の例と同であるので説明を省略す
る。

本実施例において、ピストンロッド50内の中空パイプ51
はロッド50内で固定されていることが望ましく、固定す
ることによってロッド50内でのパイプ51の振動が防止さ
れる。このための好ましい実施例として、第３図にはピ
ストンロッドとしての中空ロッド150内に丁度密に嵌合
する外径の中空パイプ151を用意し、該パイプ151の外面
に長さ方向に連続する面取りを施したうえで該パイプ15
1をロッド150内に挿嵌したものが示されている。このも
のでは中空パイプ151の中空部が一方の給排通路50aを形
成し、面取り部分が他方の給排通路50bを形成し、しか
もロッド150内でパイプ151が密に嵌合されているのでロ
ッド内給排パイプの振動は生じない。

本発明において、ステージ１の移動のためにアッセンブ
リ30を加圧流体で駆動する例を述べてきたが、例えば流
体として空気を用い、ステージの負荷が小さく送り速度
もさほど速くないような場合には、一方の給排通路を大
気に解放した状態にして他方の給排通路を大気圧以下に
例えば最大１kgｆ／cm²以内で減圧するという、いわゆ
る真空排気によって駆動するようにしてもよく、特に真
空チャンバ内での使用に際して第２図に示すロッドパッ
キン30gにおける流体漏れを軽減できる点で効果的であ
る。

［発明の効果］ 以上に述べたように本発明では送りネジ装置と組合せて
粗微動ステージ送りを行なう場合の粗動送り装置として
流体シリンダ装置を利用することの利点を十二分に発揮
できるだけでなく、作動流体給排通路をピストンロッド
内に設けたので、ステージの動きに伴う配管チューブの
連れ曲り問題が除去でき、チューブ不要の構成であるの
で、チューブの存在に基づく送り精度低下の諸欠点が原
因から除去でき、ステージ本体に対する配管用の加工も
不要でベローズ等によるシールに邪魔がなく、ステージ
自体のコンパクト化およびステージまわりのスペースフ
ァクターの向上も達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を一部切欠いて示す斜視図、第
２図は主要部としてピストンシリンダアッセンブリの縦
断面図、第３図は別の実施例に係るピストンロッド内部
構造を示す断面図、第４図は従来例を示す斜視図、第５
図は従来のピストンシリンダアッセンブリを示す縦断面
図である。 １：ステージ、2a，2b：リニアガイドシャフト、30：ピ
ストンシリンダアッセンブリ、30a：ピストン、30b：シ
リンダ、50：ピストンロッド、50a，50b：給排通路、5
1：中空パイプ、16a，16b：ニップル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リニアガイドに案内支持されたステージを
   直線移動させるステージ送り装置において、 作動流体給排通路がピストンロッド内に配設されたピス
   トンシリンダアッセンブリを有し、該アッセンブリのシ
   リンダ側がステージに固定された、ステージを粗動送り
   するための粗動送り手段と、 該ピストンシリンダアッセンブリのピストンとシリンダ
   との相対移動をロックするクランプ機構と、 該クランプ機構によってロックされた状態で、該ピスト
   ンシリンダアッセンブリを介してステージを微動送りす
   るためのネジ送り機構を有する微動送り手段と を有することを特徴とするステージ送り装置。
2. 【請求項２】シリンダがピストンロッド挿通口以外に開
   口を持たない密閉シリンダからなり、シリンダ内でピス
   トンにより仕切られた二つのシリンダ室にそれぞれ連通
   する二つの作動流体給排通路が共にピストンロッド内に
   独立配置されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載のステージ送り装置。
3. 【請求項３】ピストンロッドが内部に作動流体給排通路
   を形成した中空ロッドからなり、該中空ロッド内に、別
   の給排通路を独立して形成する中空パイプが固定位置さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   のステージ送り装置。
4. 【請求項４】一方のシリンダ室に連通する作動流体給排
   通路に加圧流体を送給してステージを直線移動させるよ
   うにした特許請求の範囲第２項に記載のステージ送り装
   置。
5. 【請求項５】一方のシリンダ室に連通する作動流体給排
   通路を介して該一方のシリンダ室内から作動流体を吸引
   排出してステージを直線移動させるようにした特許請求
   の範囲第２項に記載のステージ送り装置。