JP2001274223A

JP2001274223A - 移動テーブル装置

Info

Publication number: JP2001274223A
Application number: JP2000087111A
Authority: JP
Inventors: Maki Mizuochi; 真樹水落; Yoshimasa Fukushima; 芳雅福嶋; Masami Katsuyama; 正己勝山; Toshitaka Kobayashi; 敏孝小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2001-10-05
Also published as: US20030020225A1; US6446950B2; US6659441B2; US20020185799A1; US20010024008A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ローラガイド機構により案内される移動テーブ
ル装置において、ガイドの剛性を確保したまま、レール
の取付け、ローラのばらつき等のガイド機構の精度によ
る試料テーブルの変形を回避することで、バーミラーと
試料間の距離を一定に保つことが可能な装置を提供す
る。【解決手段】従来のＹテーブル（トップテーブル）１を
ガイドを保持する移動テーブル２１と、Ｘバーミラー
５，Ｙバーミラー６および試料３０を搭載する試料テー
ブル２０に分割し、テーブル間を弾性体２５を介して連
結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置，
半導体検査装置、或いは精密な加工が要求される工作機
械等の移動テーブル（試料移動台又は試料ステージとも
称する）に係り、さらに詳細は試料位置の測定誤差を改
善するものに関する。

【従来の技術】一般に、半導体製造装置或いは半導体検
査装置において、試料（例えばウェハ）を移動させるス
テージ（移動テーブル装置）は高精度な位置決め機能が
要求されるため、試料位置の検出には精度の高い計測が
可能なレーザを用いていることが多い。このものでは、
試料テーブル上に配置されたミラーの位置をレーザにて
測定し、試料の位置を管理している。レーザ測定により
試料位置の検出を行う場合、従来はバーミラーと試料間
の距離変動を無視していたが、より高精度な試料の位置
決めが要求される装置では、ガイドに使用されるローラ
のばらつきやガイドの取付け精度等のガイドに起因する
テーブルの変形によって、バーミラーと試料間の距離変
化が生じ、高精度な試料位置の管理が難しい。ここで、
上記問題点の理解を容易にするために、図１および図２
を用いて説明する。始めに、図１に示す一般的な移動テ
ーブル装置の構成と計測方法について説明する。図１に
おいて、ＸＹ移動可能なトップテーブル１上にＸ方向の
計測に用いられるＸバーミラー５と、Ｙ方向の測定に用
いられるＹバーミラー６が取付けられており、同一テー
ブル上に試料３０が搭載されている。試料３０は、トッ
プテーブル移動時に動かないようにトップテーブル１に
真空吸着もしくは静電吸着されているか、或いは機械的
に固定されている。まず、Ｘ方向の測定について説明す
る。レーザヘッド１０から出力されるレーザはビームス
プリッタ９により分割され、干渉計７を通りＸバーミラ
ー５に対し垂直に入射させた後、Ｘバーミラー５からの
反射光は再び干渉計を通過した後（ダブルパス方式では
再度Ｘバーミラー５に入射する）、干渉光となる。その
干渉光はレシーバ８で受光され、レシーバ８からの信号
によりＸバーミラー５の位置が検出される。Ｙ方向につ
いても同様の方法で干渉計７とＹバーミラー６間の距離
を検出することが可能であり、試料とバーミラーの距離
が変わらないものとすると、レーザから得られたバーミ
ラーの距離変動量を基に試料位置を高精度に管理するこ
とが可能である。しかし、図２に示すようにトップテー
ブル１が変形した場合、トップテーブル１に搭載される
試料３０の中心と、図中のＸ方向の計測に使用されるＸ
バーミラー５の距離が、変形前をＸとすると変形後はΔ
Ｘだけ増加しており、測定値にΔＸの誤差を含むことに
なり、試料の位置決め精度が低下する。上記のようなガ
イドの精度、或いは温度変化と熱膨張係数に起因するテ
ーブルの変形に対して、ガイドレールの予圧部と固定部
にばねを介在させて、ガイドレールが逃げられる構造を
なす移動ステージ（Ｘ−Ｙステージ）が従来例として特
開平１−２７４９３６号公報に記載されている。前記従
来例によるガイドレールの逃げ構造を略図にして図１１
に示す。前記従来例では、移動テーブル８０に取付けら
れている予圧側ガイドレール８２の支持ピン８３に皿ば
ね８５を介在させており、この皿ばね８５の圧縮力によ
り上記ガイドレール８２を移動テーブル８０に密着させ
ることによって、予圧の変化に対してガイドレールに自
由度を与えている。また、予圧部についても圧縮ばね８
７が押圧ピン８９に介在し、ガイドの予圧を一定に保つ
工夫がされており、テーブルの変形を抑える機構となっ
ている。

【発明が解決しようとする課題】上記従来例による対策
では、皿ばね８５により予圧側ガイドレール８２を移動
テーブル８０に密着させており、予圧側ガイドレール８
２は予圧方向以外の方向に対しても自由度を持つことに
なる。つまり、移動テーブル８０の上面垂直方向に対し
ては、上記皿ばね８５の圧縮力に依存しているため、上
記垂直方向に衝撃あるいは振動等の加速度が生じた場
合、テーブル上面は不安定になり易い。そこで、移動テ
ーブル８０の上面垂直方向に対する剛性を向上させよう
とすると上記皿ばね８５のばね係数を大きくする必要が
あるが、当初の目的である予圧方向へのスムーズなずれ
を確保するには取付け面の摩擦力を低減させなくてはな
らない。その手段として取付け面の面荒さを鏡面のよう
に小さくする方法が挙げられるが移動テーブル全体を考
えた場合、テーブルの移動方向に対しての剛性は予圧方
向の剛性と同じく低いため、自励振動或いは外乱に対し
て弱い構造となってしまう。本発明の目的は、ガイドの
剛性を保ちつつ、テーブルの変形を小さく抑えること
で、テーブル上面に配置されるミラーと試料の距離を一
定に保つことが可能な移動テーブル装置を提供すること
にある。

【課題を解決するための手段】本発明は、固定ベース
と、この固定ベースに第１のガイドを介して往復移動自
在に載置される中間テーブルと、この中間テーブルに第
２のガイドを介し往復移動自在に載置され、かつ往復移
動方向が中間テーブルの往復移動方向と交差する方向に
なっているトップテーブルと、このトップテーブルに設
ける計測用ミラーを有する移動テーブルにおいて、前記
トップテーブルは、前記第２のガイドを保持する移動テ
ーブルと、この移動テーブルの上に重なり、かつ試料載
置用の試料テーブルを有するとともに移動テーブルと試
料テーブルとの間に弾性体を介在したことを特徴とする
ものである。

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図に沿って説明する。まず、図３、図４、図５に示す
実施例について述べる。図３の（イ）はテーブル装置の
平面を、図３の（ロ）はテーブル装置の側面を示してい
る。図４は図３の（イ）のＡ部拡大図である。図３にお
いて、固定ベース３上にＸテーブル（中間テーブル）２
がローラガイド機構１１を介して搭載され、Ｘテーブル
２上にＹテーブル１（トップテーブル）がローラガイド
機構１２を介して搭載されている。尚、Ｙテーブル１は
ガイドを保持するＹ１テーブル２０（移動テーブル）
と、試料およびミラーを搭載するＹ２テーブル２１（試
料テーブル）に分割されており、テーブル間はＸ方向及
びＹ方向に変形容易な平行板ばね２５を介して連結され
ている。またＸテーブル２及びＹテーブル１は搭載する
際、固定側のテーブルに取付けられる予圧側のガイドレ
ール１１Ａ２および予圧側のガイドレール１２Ａ２に予
圧ねじ１５により予圧を与えている。このローラガイド
機構の詳細を図３の他に図４を参照しつつ説明する
（尚、ローラガイド機構１１，１２は同様のメカニズム
であるから、ローラガイド１２の予圧側についてのみ説
明する）。図４は図３のＡ部拡大平面図である。ローラ
ガイド機構１２は、Ｙテーブル１の下面にＹ方向に向け
て配置された２条のガイドレール１２Ｂ１及び１２Ｂ２
と、前記ガイドレールに対応してＸテーブル２上にＹ方
向に向けて配置された２条のガイドレール１２Ａ１及び
１２Ａ２と、ガイドレール間に介在するローラ１２Ｄ付
きのリテーナ１２Ｃと、ローラ１２Ｄと相対するガイド
レールを密着させるような推進力を与える予圧ねじ１５
で構成される。ローラガイド機構１２はクロスドローラ
型で、多数のローラ１２Ｄがリテーナ１２Ｃに交互にそ
の向きを９０°変えてクロス配置されている。また、上
記ローラ１２Ｄは、リテーナ１２Ｃに保持されており、
ガイドレール１２Ａ２および１２Ｂ２の対向面に設けた
断面Ｖ溝にそれぞれ転がり接触しつつ移動可能な状態で
組み込まれている。上記実施例の発明の効果を図５、図
６を用いて説明する。ガイドレール１２Ａ２に予圧を与
えた時に、ガイドレール１２Ａ２と１２Ｂ２、およびガ
イドレール１２Ａ１とガイドレール１２Ｂ１が挟み込ん
でいるローラ１２Ｄ１の直径よりも（図４参照）、テー
ブル移動時に新たにガイドレール間に進入するローラ１
２Ｄ２の直径の方が大きい場合、ガイドレール間に対し
て、図のローラ１２Ｄ２の向きにより斜め上方に力が加
わり、Ｙ１テーブル２０は変形する。しかし、Ｙ１テー
ブル２０とＹ２テーブル２１間の平行板ばね２５により
変形は吸収され、Ｙ２テーブル２１では変形が減衰す
る。次に、ガイドレールに進入するローラ１２Ｄ３は
（図４参照）前記ローラ１２Ｄ２に対して９０°向きが
異なるためＹ１テーブル２０は斜め下方に力が加わる
が、前述と同様の効果により試料テーブル２１では変形
が減衰する。これらの作用は、ガイドレールの取付け誤
差によるテーブルの変形、或いは温度変化によるテーブ
ルの変形に対しても同様の効果が期待出来る。また、試
料テーブル２１と移動テーブル２０間にアブソーバ５０
を取付けることで、Ｙ２テーブル２１を制振することが
でき、弾性体による剛性低下の影響を緩和することが可
能である。アブソーバとしては、空気，流体等を使用し
た機械的なものや、合成樹脂或いはゴム等の防振効果の
ある材料が使用出来る。次に、Ｙ１テーブル２０とＹ２
テーブル２１間に自由度があると、Ｙ１テーブル２０に
対するＹ２テーブル２１の相対変位が生じ易く、試料の
位置決めを行う際、加減速に応じてＹ２テーブル２１の
制定時間が長くなってしまう。そこで、図６に示すよう
にＹ１テーブル２０とＹ２テーブル２１の一部をピン４
０により拘束することで、Ｙ２テーブル２１の並進運動
を除去し、１方向に変形容易な平行板ばね２６を、ピン
４０と平行板ばね２６間で自由度があるような向きに取
付けることで回転運動を除去する事が可能である。次ぎ
に図７、図８に示す他の実施例について説明する。この
実施例は、移動テーブルの変形を吸収可能な平行板ばね
を示すものである。平行板ばねは、Ｙ１テーブル取付け
部分６０と、図中のＹ方向に変形容易な板ばね部６１
と、板ばね部６１上に形成されるＸ方向に変形容易な板
ばね部６２と、Ｙ２テーブル取付け部６３によって構成
される。図中に示される板ばね６１，６２は互いに直交
方向に変形容易なので、Ｘ方向及びＹ方向の両成分を含
む変形が移動テーブルに生じた場合についても、取付け
方法に係わらずその変形を吸収することが可能である。
図８は平行板ばねが変形した時の板ばね部６２の様子を
示している。図に示すように、Ｘ方向の変形により高さ
が変化するが、その時の変化量は下記の数式により求め
る事が出来る。

【数１】ΔＺ＝Ｌ（１−cosθ） θ＝sin~¹（Ａ／Ｌ） ΔＺ：Ｙ２取付け部のＺ方向の変位量Ｌ：板ばね部の長さＡ：Ｙ１テーブル取付け部とＹ２テーブル取付け部の相
対変位量仮に、板ばね部の高さが１０ｍｍ、Ｙ１テーブル取付け
部とＹ２テーブル取付け部の相対変位量が１μｍであっ
たとすると、Ｚ方向の変位量ΔＺは ΔＺ＝０．０５ｎｍと非常に小さく無視できる。次ぎに図９に示す他の実施
例について説明する。この実施例は、弾性体として平行
板ばねを使用しないものである。図に示すように、スペ
ーサ６５を介してボルト７０によりＹ２テーブル２１と
Ｙ１テーブル２０を連結した構成において、Ｙ２テーブ
ル２１の弾性係数がボルト７０の弾性係数に比べて大き
い場合は、ボルト７０が弾性体の役割を果たし、Ｙ２テ
ーブル２１の変形をボルト７０で吸収することが可能で
ある。このような組合せとして、Ｙ２テーブル２１の材
質をセラミックス、ボルト７０の材質にりん青銅を使用
した場合など効果が大きい。また、ボルトの本数を少な
くすることや、ボルトの直径を小さくすることなどでも
変形を吸収する効果は高い。次ぎに図１０に示す他の実
施例について説明する。図１０の（イ）は試料テーブル
および移動テーブルの平面を、図１０の（ロ）は図１０
の（イ）のＣ−Ｃ断面を示している。この実施例は、変
形容易な部分を移動テーブルに形成し、試料テーブルと
の連結部分の変形を小さくした移動テーブル装置に係わ
るものである。図に示すＹ１テーブル２０とＹ２テーブ
ル２１は直接ボルト７０で連結されており、両者の接触
部分はテーブルの中央付近のみである。Ｙ１テーブル２
０は断面図に示すように溝が形成されているため、この
溝部分では変形容易であり、テーブル中央部のＹ２テー
ブル２１との接触部分は、ガイド保持部の変形が伝達し
難い構造となっている。本構造では前述した平行板ばね
を使用しない第２の実施例よりも試料テーブルの変形を
減少させる効果が高く、更に弾性体がＹ２テーブルに一
体で形成されているので、部品点数の削減並びに装置の
小型化に有効である。

【発明の効果】本発明によれば、ガイドの剛性を保ちつ
つ、テーブルの変形を小さく抑えることで、テーブルの
上面に配置されるミラーと試料の距離を一定に保つこと
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的なテーブル装置の全体構成を示す平面図
である。

【図２】図１に示すテーブル装置に備わるテーブルの変
形を示す図である。

【図３】本発明の一実施例に係わるもので、テーブル装
置の平面および側面を示す図である。

【図４】図３のＡ部拡大図である。

【図５】図３に示す実施例がもたらす良さを説明するた
めの図である。

【図６】図３に示す実施例がもたらす良さを説明するた
めの斜視図である。

【図７】本発明の他の実施例に係わるもので、平行板ば
ねの斜視図である。

【図８】図７に示す平行板ばねの動作を説明するための
図である。

【図９】本発明の他の実施例に係わるもので、試料テー
ブルおよび移動テーブルを示す図である。

【図１０】本発明の他の実施例に係わるもので、試料テ
ーブルおよび移動テーブルを示すところの平面および断
面の図である。

【図１１】従来例に係わるもので、固定テーブルと移動
テーブルの部分拡大図である。

【符号の説明】

１…トップテーブル（Ｙテーブル）、２…中間テーブル
（Ｘテーブル）、３…固定ベース、４…移動テーブル装
置、５…Ｘバーミラー、６…Ｙバーミラー、７…干渉
計、８…レシーバ、９…ビームスプリッタ、１０…レー
ザヘッド、１１，１２…ローラガイド機構、１１Ａ，１
１Ｂ…第２の直線ガイドを構成するガイドレール、１２
Ａ，１２Ｂ…第１の直線ガイドを構成するガイドレー
ル、１２Ａ１，１２Ｂ１…第１のガイド機構における基
準側ガイドレール、１２Ａ２，１２Ｂ２…第１のガイド
機構における予圧側ガイドレール、１１Ａ１…第２のガ
イド機構における基準側ガイドレール、１１Ａ２…第２
のガイド機構における予圧側ガイドレール、１１Ｃ，１
２Ｃ…リテーナ、１１Ｄ，１２Ｄ…ローラ、１２Ｄ１…
ガイドレール間に介在するローラ、１２Ｄ２，１２Ｄ３
…１２Ｄ１以外のローラ、１５…予圧ねじ、１６…固定
ねじ、２０…移動テーブル、２１…試料テーブル、２５
…平行板ばね（弾性体）、２６…一次元平行板ばね、３
０…試料、３５…レーザ、４０…ピン、５０…アブソー
バ、６０…Ｙ１テーブル取付け部、６１…板ばね部１、
６２…板ばね部２、６３…Ｙ２テーブル取付け部、６５
…スペーサ、７０…ボルト、８０…移動テーブル、８１
…固定テーブル、８２…予圧側ガイドレール、８３…保
持ピン、８４…止めナット、８５…皿ばね、８６…ボー
ル、８７…圧縮ばね、８８…ナット、８９…押圧ピン、
９０…ローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者勝山正己茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者小林敏孝茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内Ｆターム(参考） 3C048 AA01 BC02 DD02 EE06 5F031 CA02 HA57 JA32 KA06 MA33 PA10 PA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定ベースと、この固定ベースに第１の
ガイドを介して往復移動自在に載置される中間テーブル
と、この中間テーブルに第２のガイドを介し往復移動自
在に載置され、かつ往復移動方向が中間テーブルの往復
移動方向と交差する方向になっているトップテーブル
と、このトップテーブルに設ける計測用ミラーを有する
移動テーブルにおいて、前記トップテーブルは、前記第２のガイドを保持する移
動テーブルと、この移動テーブルの上に重なり、かつ試
料載置用の試料テーブルを有するとともに移動テーブル
と試料テーブルとの間に弾性体を介在したことを特徴と
する移動テーブル装置。
【請求項２】請求項１において、前記移動テーブルと
前記試料テーブルを中央部で連結し、移動テーブルに変
形がしやすい変形容易部を中央部から離して設けたこと
を特徴とする移動テーブル装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記移動テ
ーブルと前記試料テーブルとの間に制振部材を設けたこ
とを特徴とする移動テーブル装置。
【請求項４】請求項１から３のいずれか一つにおい
て、前記移動テーブルに対する前記試料テーブルの並進
運動を拘束する並進運動拘束手段と、移動テーブルに対
する試料テーブルの回転運動を拘束する回転運動拘束手
段を設けたことを特徴とする移動テーブル装置。