JP2023036389A - 位置決め装置、リソグラフィ装置、および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置決めの高精度化に有利な技術を提供すること。
【解決手段】位置決め装置は、ガイドと、前記ガイドによって案内されながら第１方向へ移動可能な可動体と、前記可動体を前記第１方向に駆動する駆動部とを有する。前記駆動部は、前記第１方向に延びる送りねじと、前記送りねじに螺合し、前記送りねじの回転に伴って前記第１方向に移動するナットと、前記ナットと前記可動体とを連結する連結部とを含む。前記連結部は、一端が前記可動体に接続され、他端が前記ナットに接続される、中空のロッドを含み、前記ロッドの中空部に、前記送りねじが挿通される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、位置決め装置、リソグラフィ装置、および物品製造方法に関する。

工作機械、計測機、ロボット、半導体製造装置などに使用される位置決め装置においては、テーブルを移動させるために送りねじが使用されうる。この場合、送りねじと螺合するナットとテーブルを固着すれば、最も簡潔な構成となるが、送りねじの曲がりの影響がテーブル側にダイレクトに伝達されてしまい、送り精度の低下を招くこととなる。

そのため、送りねじのナットとテーブルとの間を固着するのではなく球面軸受を介在させるものがある（例えば特許文献１）。

特開平５－２８０６０９号公報

しかし、従来技術の球面軸受けの使い方は、リニアガイドと送りねじとのミスアライメントへの完全対応ができていない。例えば、特許文献１の技術によれば、テーブルの進行方向に対するピッチングとヨーイングの偏角に対応できるが、テーブルの進行方向に対する水平方向への直交軸方向、およびテーブルの進行方向に対する垂直方向への直交軸方向への偏心には対応できない。そのため、露光装置等に求められる精密位置決めが必要なステージにとっては、無視できないレベルの停止位置誤差を招きうる。

本発明は、位置決めの高精度化に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、ガイドと、前記ガイドによって案内されながら第１方向へ移動可能な可動体と、前記可動体を前記第１方向に駆動する駆動部と、を有し、前記駆動部は、前記第１方向に延びる送りねじと、前記送りねじに螺合し、前記送りねじの回転に伴って前記第１方向に移動するナットと、前記ナットと前記可動体とを連結する連結部と、を含み、前記連結部は、一端が前記可動体に接続され、他端が前記ナットに接続される、中空のロッドを含み、前記ロッドの中空部に、前記送りねじが挿通される、ことを特徴とする位置決め装置が提供される。

本発明によれば、位置決めの高精度化に有利な技術を提供することができる。

位置決め装置１００の構成を示す斜視図。 図１のＣ－Ｃ’線に沿う要部断面図。 駆動部の設置誤差の具体例を示す図。 球面軸受の構成例を示す図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、実施形態における位置決め装置１００の構成を示す斜視図である。図２は、図１のＣ－Ｃ’線に沿う要部断面図である。

位置決め装置１００は、定盤１の上面１ａの上で可動体としてのテーブル２を移動させるように構成されている。なお、位置決め装置１００が後述するような基板を保持して移動するステージ装置において実現される場合には、テーブル２の上に基板を保持する基板チャックが搭載される。定盤１の上面１ａは、互いに直交するＹ方向（第１方向）およびＸ方向（第２方向）に平行な面（ＸＹ面に平行な面）である。位置決め装置１００は、定盤１の上面１ａの上でテーブル２をＸ方向およびＹ方向の任意の位置に移動させることができるが、図１では説明を簡単にするため、テーブル２をＹ方向に移動させる構成のみが示されている。テーブル２をＸ方向に移動させる構成はテーブル２をＹ方向に移動させる構成と同様とすることができるので、その説明は省略する。

定盤１は、例えばクリーンルーム内の床面などに固設されうる。定盤１のＸ方向の両端面には、Ｙ方向に延びる一対のリニアガイド３が設けられている。リニアガイド３は、テーブル２のＹ方向の移動を案内するガイド部材である。可動子３ａは、リニアガイド３に係合してリニアガイド３上を移動可能である。テーブル２は、一対のリニアガイド３それぞれに設けられた可動子３ａの上に搭載される。

位置決め装置１００は、テーブル２をリニアガイド３に案内されてＹ方向に駆動する駆動部Ｄを備える。駆動部Ｄは、送りねじ４と、モータ５と、ナット６と、ナット６とテーブル２とを連結する連結部Ｌとを含みうる。送りねじ４は、定盤１上のＸ方向の中央、テーブル２の下方において、Ｙ方向に延びるように配置される。なお、送りねじ４はボールねじであってもよい。ナット６は、送りねじ４に螺合している。送りねじ４の一端はモータ５の出力軸と接続されており、モータ５によって送りねじ４が回転駆動される。テーブル２は連結部Ｌを介してナット６と連結されている。したがって、送りねじ４が回転駆動されることにより、テーブル２はナット６を介してＹ方向に移動しうる。

連結部Ｌは、一端がテーブル２に接続され、他端がナット６に接続されるロッドＲを含みうる。ロッドＲは貫通孔付き（すなわち、中空）のロッドであり、該中空部に送りねじ４が挿通されている。ロッドＲは一本のロッドでありうるが、複数のロッドを継ぎ合わせたものであってもかまわない。図２の例では、ロッドＲは、第１ロッドＲ１と第２ロッドＲ２とで構成され、第１ロッドＲ１と第２ロッドＲ２とが連結継手１０によって連結されている。

一例において、ロッドＲの一端７ａ（第１ロッドＲ１の先端）および他端８ａ（第２ロッドＲ２の先端）は、球面状に形成されている。連結部Ｌは、ロッドＲの球面状の一端７ａ（第１ロッドＲ１の先端）を揺動可能に支持する第１球面軸受７と、ロッドＲの球面状の他端８ａ（第２ロッドＲ２の先端）を揺動可能に支持する第２球面軸受８とを更に含みうる。この場合、ロッドＲの球面状の一端７ａ（第１ロッドＲ１の先端）は、第１球面軸受７を介してテーブル２に接続される。図２の例では、第１球面軸受７とテーブル２とは、連結部材９を介して連結される。また、ロッドＲの球面状の他端８ａ（第２ロッドＲ２の先端）は、第２球面軸受８を介してナット６のフランジ６ａに接続される。

第１球面軸受７および第２球面軸受８それぞれにも、ロッドＲと同様の中空部が形成されている。ナット６、ロッドＲ、第１球面軸受７、および第２球面軸受８が同軸になるよう配置され、それにより直線状に整列された中空部内を送りねじ４が貫通する。

以上のような構成により、ナット６、ロッドＲ、第１球面軸受７、および第２球面軸受８が一体となって、送りねじ４により駆動され、テーブルを移動させることができる。

また、連結部Ｌは、第１球面軸受７および第２球面軸受８によってロッドＲを揺動可能に支持している。連結部Ｌはその揺動によって、駆動部Ｄの設置誤差を吸収することが可能である。また、そのような設置誤差の吸収を実現するために、送りねじ４と送りねじ４が通る中空部の内壁との間には所定のクリアランスが設けられている。本実施形態において対応が求められるアライメント誤差の方向は、以下の方向を含む。
（１）水平面において、テーブル２の送り方向（Ｙ方向（第１方向））に対して直交する方向（Ｘ方向（第２方向））。
（２）鉛直面において、テーブル２の送り方向（Ｙ方向）に対して直交する方向（Ｚ方向（第３方向））。
（３）Ｘ軸（第２方向の軸）まわりの回転方向（ピッチング）。
（４）Ｚ軸（第３方向の軸）まわりの回転方向（ヨーイング）。

したがって、上記所定のクリアランスは、送りねじ４が、上記（１）～（４）に示された方向に関して連結部Ｌによって揺動可能に遊嵌されるように設定される。

駆動部Ｄの設置誤差の具体例として、例えば、図３（ａ）に示すような、ピッチングまたはヨーイングによりリニアガイド３と送りねじ４とが非平行になる場合（偏角モード）が考えられる。あるいは、図３（ｂ）に示すような、第１ロッドＲ１と第２ロッドＲ２との接続ずれにより第１球面軸受７の回転中心Ａおよび／または第２球面軸受８の回転中心Ｂが送りねじ４の中心軸からずれている場合（偏心モード）が考えられる。本実施形態の連結部Ｌによれば、このような場合でも、第１球面軸受７および第２球面軸受８が球面揺動することにより誤差を吸収することができる。

次に、第１球面軸受７および第２球面軸受８の具体的な構成について説明する。従来の球面軸受には、軸受け内部すきまがあるものの、ラジアル与圧を与えてもアキシアル与圧を与えても、球面垂直方向に均等な与圧がかけられない構造である。そのため、従来の一般的な球面軸受は、精密位置決めが必要なステージでの取り扱いには向かない軸受であることが分かっている。図４には、このような課題を解決する球面軸受の構成例が示されている。図４には、代表的に、第２球面軸受８の具体的な構成例が示されている。第１球面軸受７も第２球面軸受８と同様に構成できるため、第１球面軸受７の構成についての説明は省略する。

図４において、第２球面軸受８は、ロッドＲの球面状の先端部（他端８ａ）を複数の鋼球１４（球状転動体）を介して保持する保持器１３を有しうる。また、第２球面軸受８は、保持器１３によって保持されたロッドＲの先端部に複数の鋼球１４を介して与圧を与えるように、保持器１３を包囲支持する外周部材１２を有しうる。

外周部材１２は、第１外周部材１２ａと第２外周部材１２ｂとで構成されうる。第２球面軸受８は、第１外周部材１２ａと第２外周部材１２ｂとによって、保持器１３を介して、ロッドＲの球状先端部（他端８ａ）を所定角度の範囲内で揺動自在に保持する。保持器１３は、ロッドＲの球状先端部（他端８ａ）を、複数の鋼球１４を介して保持する。

第１外周部材１２ａと第２外周部材１２ｂとは、例えばボルト１６の締結によって固定されうる。第１外周部材１２ａおよび第２外周部材１２ｂは、ロッドＲの中空軸（送りねじ４の軸）を中心とする円環形状をなし、複数の鋼球１４（球状転動体）を介して、ロッドＲの球状先端部（他端８ａ）を保持器１３と共に等圧状態で保持する。第１外周部材１２ａおよび第２外周部材１２ｂの内側面１５には、保持器１３を嵌合挟持するために球面加工が施されている。また、第２外周部材１２ｂには、内側面１５の両外側に一面から他面に貫通するボルト１６の頭部とねじ部を納める段付孔１７が穿設され、第１外周部材１２ａにねじ孔１８が螺刻されている。

以上のような第１球面軸受７および第２球面軸受８によれば、予圧を掛け隙間をなくすことができる。また、複数の鋼球１４を介して第１外周部材１２ａおよび第２外周部材１２ｂにロッドＲの球状先端部（他端８ａ）が嵌合している。このように、第１球面軸受７および第２球面軸受８は、従来のようないわゆる滑り軸受ではなく、鋼球１４を用いたころがり軸受としているので、予圧を設けた場合でも動きが円滑になる。

また、第１外周部材１２ａと第２外周部材１２ｂとの結合面から保持器１３の下側端部までの角度と、該結合面から第１外周部材１２ａの鋼球１４転動面である内側面１５端部までの開き角との間には、適宜な関係が成り立つ。それにより、許容傾斜角を大きくすることができ、がたつくことなく、且つ脱落することなくロッドＲの球状先端部（他端８ａ）を支持することができる。したがって、第１球面軸受７および第２球面軸受８は、精密測定器具、精密加工機械、精密位置決め機構等に、より適した軸受であるということができる。

また、ロッドＲの球状先端部（他端８ａ）を保持する保持器１３は、例えば、受入開口面１９ａおよび開口面１９ｂに平行に分割した分割体で構成されうる。そのような構成は、単純であり、強度上も申し分なく、組立て工程もより簡単化することができる。

＜応用例＞
前述の実施形態に係る位置決め装置の適用例を説明する。前述の位置決め装置は、種々の装置、例えば、ロボットや運輸、工作、加工、計測、製造に係る機械または装置（産業機械または装置）等における、対象物の位置決めに有用である。例えば、前述の位置決め装置は、産業機械としてのリソグラフィ装置（露光装置等）に備えられるステージ（ＸＹステージ）装置における、ステージの位置決めに有用である。

リソグラフィ装置は、パターンを基板に形成する装置であって、例えば、露光装置、描画装置、インプリント装置として具現化されうる。露光装置は、例えば、（極端）紫外光を用いて基板（上のレジスト）に（潜像）パターンを形成する。また、描画装置は、例えば、荷電粒子線（電子線等）を用いて基板（上のレジスト）に（潜像）パターンを形成する。また、インプリント装置は、基板上のインプリント材を成型して基板上にパターンを形成する。ステージ装置は、基板を保持して移動するステージの位置決めを行うために上述の位置決め装置を含みうる。

＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態における物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、上記のリソグラフィ装置（露光装置やインプリント装置、描画装置など）を用いて基板に原版のパターンを転写する工程と、かかる工程でパターンが転写された基板を加工する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１：定盤、２：テーブル、３：リニアガイド、４：送りねじ、５：モータ、６：ナット、１００：位置決め装置

Claims (9)

1. ガイドと、
   前記ガイドによって案内されながら第１方向へ移動可能な可動体と、
   前記可動体を前記第１方向に駆動する駆動部と、を有し、
   前記駆動部は、
   前記第１方向に延びる送りねじと、
   前記送りねじに螺合し、前記送りねじの回転に伴って前記第１方向に移動するナットと、
   前記ナットと前記可動体とを連結する連結部と、を含み、
   前記連結部は、一端が前記可動体に接続され、他端が前記ナットに接続される、中空のロッドを含み、
   前記ロッドの中空部に、前記送りねじが挿通される、
   ことを特徴とする位置決め装置。
2. 前記ロッドの前記一端および前記他端は球面状に形成されており、
   前記連結部は、
   前記ロッドの球面状の前記一端を揺動可能に支持する第１球面軸受と、
   前記ロッドの球面状の前記他端を揺動可能に支持する第２球面軸受と、を更に含み、
   前記ロッドの前記一端は、前記第１球面軸受を介して前記可動体に接続され、前記ロッドの前記他端は、前記第２球面軸受を介して前記ナットに接続される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記第１球面軸受および前記第２球面軸受にはそれぞれ中空部が形成されており、
   前記ナット、前記ロッド、前記第１球面軸受、および前記第２球面軸受が同軸になるように配置され、これらの中空部内を前記送りねじが貫通する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の位置決め装置。
4. 水平面において前記第１方向と直交する第２方向、鉛直面において前記第１方向と直交する第３方向、前記第２方向の軸まわりの回転方向、および前記第３方向の軸まわりの回転方向に関して、前記送りねじが前記連結部によって揺動可能に遊嵌されるように、前記送りねじと前記中空部との間のクリアランスが設定される、ことを特徴とする請求項３に記載の位置決め装置。
5. 前記ロッドは、第１ロッドと、第２ロッドとを含み、
   前記第１ロッドと前記第２ロッドとが連結継手によって連結されており、
   前記第１ロッドと前記第２ロッドとの連結にずれが生じても前記送りねじが前記連結部によって揺動可能に遊嵌されるように、前記送りねじと前記中空部との間のクリアランスが設定される、ことを特徴とする請求項３または４に記載の位置決め装置。
6. 前記第１球面軸受および前記第２球面軸受はそれぞれ、
   前記ロッドの球面状の先端部を複数の球状転動体を介して保持する保持器と、
   前記保持器によって保持された前記先端部に前記複数の球状転動体を介して与圧を与えるように、前記保持器を包囲支持する外周部材と、
   を有する、ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の位置決め装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の位置決め装置と、
   前記位置決め装置の前記可動体に搭載された基板チャックと、を備え、
   前記基板チャックによって保持された基板に原版のパターンを転写するように構成されている、ことを特徴とするリソグラフィ装置。
8. 露光装置またはインプリント装置として構成されていることを特徴とする請求項７に記載のリソグラフィ装置。
9. 請求項７または８に記載のリソグラフィ装置を用いて基板にパターンを転写する工程と、
   前記パターンが転写された前記基板を加工する工程と、
   を有し、前記加工された基板から物品を製造することを特徴とする物品製造方法。

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