(57)【要約】【課題】露光装置で基板を載置するステージの位置制御を担うアクチュエーターにおいては、ボールスクリュウ装置が採用されているが、該ボールスクリュウの軸方向の最小の移動距離を、ねじピッチの加工限界で規定される値以下にする技術を提供すること。【解決手段】少なくとも、フレーム及びフレームに水平可動に設置されたモーターと、前記フレームに固定されたボールスクリュウＢ受け部と,外周部に前記ボールスクリュウＢ受け部と螺合するねじ部及び中心軸に平行に形成された円筒状開口部の内側面に形成されたボールスクリュウＡ受け部と、を有し前記モーターと連結するボールスクリュウＢと、前記ボールスクリュウＡ受け部と螺合するねじ部を有するボールスクリュウＡと、を有することを特徴とするアクチュエーター及びこれを備える露光装置である。【選択図】図４
2011003763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、フレーム及びフレームに水平可動に設置されたモーターと、
前記フレームに固定されたボールスクリュウＢ受け部と,
外周部に前記ボールスクリュウＢ受け部と螺合するねじ部及び中心軸に平行に形成された円筒状開口部の内側面に形成されたボールスクリュウＡ受け部と、を有し前記モーターと連結するボールスクリュウＢと、
前記ボールスクリュウＡ受け部と螺合するねじ部を有するボールスクリュウＡと、を有することを特徴とするアクチュエーター。
【請求項２】
ボールスクリュウＡのねじピッチとボールスクリュウＢのねじピッチの比が１：１から２：１の範囲であって、ねじの方向が同一であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項３】
前記モーターがステッピングモーターであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアクチュエーター。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエーターを駆動部とした基板載置用ステージを備えたことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置に係わり、特には、フォトマスクと被露光基板の位置合わせ精度を向上させる被露光基板移動用アクチュエーターの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラーフィルタ等を製造する工程では、ガラス基板にレジスト等を塗布し、パターン形成されたフォトマスクを位置合わせして重ね、露光装置を用いて紫外線をフォトマスクの透過口からレジスト上に照射して現像することが行われている。カラーフィルタの形成以外に、ブラックマトリックスの形成、フォトスペーサの形成工程においても同様な手順が採用されている。
【０００３】
露光装置の一例として、ガラス基板上に塗布されたレジストに対し、微小な隙間を隔てて配置したフォトマスク上から紫外線を照射するプロキシミティー露光装置がある（例えば、特許文献１参照）。図１にプロキシミティー露光装置の概要を示す。露光用ランプ２から出た紫外線は楕円ミラー１、反射ミラー３等で反射され、図中の矢印で示された方向に進み、最終的にはフォトマスク５上からステージ７上に載置された被露光基板６に照射される。
【０００４】
プロキシミティー露光装置では、図２に示すように被露光基板６（図示せず）が載置されたステージ７をＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させることで、フォトマスクのパターンに対して、被露光基板の位置を合わせこむことがなされる。このため、ステージ７を移動させることができる最小距離が位置決め精度を実質的に決め、この大小がマスクパターンのレジストへの転写精度に大きな影響を与える。
【０００５】
ステージを所定位置に移動させるステージ駆動源を本明細書ではアクチュエーターと呼び、アクチュエーターの配置の一例を図２に示した。Ｙ軸方向に２台、Ｘ軸方向に１台のアクチュエーター１０，１１，１２を設置したものである。Ｘ軸方向のアクチュエーター１２が矢印で示す伸縮動作を行うことでステージはＸ軸方向に沿って移動し、Ｙ軸方向のアクチュエーター１０，１１が伸縮動作することでＹ軸方向に沿って移動する。Ｘ,Ｙ軸方向の移動を組み合わせることによって、ステージを斜め方向に移動し、さらにＺ軸周りの回転もできるようになっている。
【０００６】
この伸縮ハンドを有するアクチュエーター１０，１１，１２の内部機構の一例を図３に示す。ここでは、ステッピングモーター２０（以下、単にモーターとも記す）が回転することで、モーター回転軸とカプラー２１を介して連結するシリンダー２８が回転する。当然シリンダーの中心軸に沿って形成した円筒状開口部の内側壁に形成したボールスクリュウＡの受け部２３（以下、単に受け部Ａ，受け部Ｂとも記す）も回転する。受け部Ａ２３には特定ピッチでねじが切られており、当該ねじと螺合する別のねじ部を外周に有するボールスクリュウＡ２４（以下、単にスクリュウＡ，スクリュウＢとも記す）が軸方向に延びている。受け部Ａ２３は、回転軸方向に移動しないように固定された状態で自転させることが可能で、スクリュウＡ２４が軸回転しないようにしてあれば、受け部Ａ２３の回転により当該スクリュウＡ２４が軸方向に移動する。受け部Ａ２３の回転方向を逆にするとスクリュウＡ２４も逆方向に移動するので、モーター２０の回転方向の制御によりスクリュウＡ２３の先端２６を矢印方向に伸縮運動させることができる。
【０００７】
露光装置は、上記の移動機構を有するアクチュエーターを備え、ボールスクリュウの先端がステージに連結され、ステッピングモーターの回転を利用してステージの位置制御が
なされるようになっている。すなわち、ボールスクリュウの軸方向の移動距離は、ボールスクリュウ受け部の基準位置からの回転角度θと螺合部のねじピッチｐの積θｐで与えられる。したがって、ステッピングモーターの回転の分解能(最小回転角）とねじピッチがそのままアクチュエーターの移動分解能（最小距離）を規定することになる。
しかしながら、ボールスクリュウのねじピッチには加工限界できまる最小のピッチがあってむやみに小さくすることができない。したがって、一般にはボールスクリュウの軸方向の移動距離は、ねじピッチと回転角の最小値できまる値以下にはできないと受け取られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１２５７７号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、ボールスクリュウの軸方向の最小の移動距離を、ねじピッチと回転角の積の最小値できまる値以下にする技術を提供することとした。すなわち、ステージの移動距離の分解能の高いアクチュエーターを開発し、当該アクチュエーターを備えた露光装置を提供することとした。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するめの請求項１に記載の発明は、
少なくとも、フレーム及びフレームに水平可動に設置されたモーターと、
前記フレームに固定されたボールスクリュウＢ受け部と,
外周部に前記ボールスクリュウＢ受け部と螺合するねじ部及び中心軸に平行に形成された円筒状開口部の内側面に形成されたボールスクリュウＡ受け部とを有し前記モーターと連結するボールスクリュウＢと、
前記ボールスクリュウＡ受け部と螺合するねじ部を有するボールスクリュウＡと、を有することを特徴とするアクチュエーターとしたものである。
【００１１】
かかるアクチュエーター機構は、２つのボールスクリュウを同一軸上で互いに反対方向に移動させるようにして、各ボールスクリュウの移動量の差分がボールスクリュウの実効的な最終移動量としたものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、ボールスクリュウＡのねじピッチとボールスクリュウＢのねじピッチの比が１：１から２：１の範囲であって、ねじの方向が同一であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエーターとしたものである。
【００１３】
かかる範囲と方向にねじピッチとねじの方向をそれぞれ設定することで、ねじピッチの最小加工精度で決まるボールスクリュウの最小移動単位よりもさらに移動単位を低減することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記モーターがステッピングモーターであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアクチュエーターとしたものである。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアクチュエーターを駆動部とした基板載置用ステージを備えたことを特徴とする露光装置としたものである。
【発明の効果】
【００１６】
ステッピングモーターの回転を、回転軸方向の直線移動に変換するアクチュエーターにおいて、従来構造では、ボールスクリュウのねじの加工限界で決まるねじピッチでボールスクリュウの移動最小単位、すなわちアクチュエーターハンドの移動量が規定されてくるが、本発明によれば、加工限界に手を加えることなしに、その移動最小単位を半分以下に低減することができる。
また、２つのボールスクリュウを同一軸上で連結する構成としたので、アクチュエーターハンドの軸ズレ誤差すなわち軸方向と直交する方向の移動誤差を少なくすることができる。
したがって、本構成のボールスクリュウからなるアクチュエーターを備える露光装置においては、被露光基板を移動するためのステージが、従来よりも微小距離で高精度に位置制御できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】プロキシミティー露光装置の概要を説明する断面視の図である。
【図２】アクチェーターがステージを駆動する様子を模式的に説明する上面視の図である。
【図３】従来型アクチュエーターの内部構成を説明する断面視の図である。
【図４】本発明になるアクチュエーターの内部構成を説明する断面視の図である。
【図５】直進スライドベアリングの内部構造を説明する軸方向断面視の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明になるアクチュエーターの基幹部分であるボールスクリュウ部分の具体的な構成を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
本発明は、二つのボールスクリュウを同一の軸上で互いに反対方向に移動するように連結し、各ボールスクリュウの移動量の差が、最終的な軸方向の移動量に反映されるようにしたものである。従来型の唯一つのボールスクリュウからなるスクリュウ先端部の動きと対比させて本発明の特徴を説明する。
【００２０】
既存のアクチュエーターの構造は図３に示したので、本発明になるアクチュエーターの構造を図４に示す。
【００２１】
図３に記載の機構は、繰り返しになるがステッピングモーター２０の回転運動を、カプラー２１を介してスクリュウＡの受け部Ａ２３の回転とし、受け部Ａ２３の回転を受け部Ａ２３に切られたねじに螺合するスクリュウＡ２４の伸縮運動に変換するというものである。受け部Ａ２３とスクリュウＡ２４のこの連結方式では、モーター２０と受け部Ａ２３を内部に有するシリンダー２８は、固定用部材２７によりフレーム２２に自転可能な状態で固定され、受け部Ａ２３の軸方向の移動はないようになっている。したがって、スクリュウＡ２４が回転せず、軸方向に移動可能であれば、受け部２３がモーター回転に同期して回転すれば受け部２３のねじの方向に依存して、スクリュウＡ２４は軸方向に移動する。勿論モーターの回転方向によって、スクリュウＡ２４の移動方向は変わる。
【００２２】
スクリュウＡ２４の回転角は、モーター２０の回転角に等しい。したがって、スクリュウ先端２６の移動量は、先述したようにモーターの最小回転角とスクリュウＡのねじピッチで規定されることになる。受け部ＡとスクリュウＡのねじピッチは同じである。スクリュウＡの最小移動単位を小さくしようとすれば、一般にねじピッチを小さくしなければならないが、その下限はねじの最小加工限界によって決まる。
【００２３】
スクリュウＡ２４が、受け部２３の回転にひきずられて回転してしまうと軸方向の移動
が誘起されなくなるので、スクリュウＡは回転しないように直進スライドベアリング部２５を貫通するようになっている。図５はこの直進スライドベアリング部２５の構造を模式的に説明する断面視の図である。スクリュウ２４の外周から回転軸方向に延びる翼（回転止めピン３３）が回転軸と垂直方向に突出し、このピン３３がスクリュウＡ２４が貫通する円筒状開口部の側壁に形成された凹部３４に収容されることで、回転しないようになっている。突出したピン３３が凹部３４をガイドとしこれに沿って動くということである。
【００２４】
上記の場合のスクリュウＡ先端２６の移動量は、自己回転がないとすれば、簡単な計算により次式で与えられる。
【００２５】
先端の移動量＝スクリュウＡのピッチ×（モーターの回転角／３６０）・・・・（１）ここで、ステッピングモーターの最小ステッピング角度が０．７２°、スクリュウＡのピッチを１００μｍとすると、先端の移動量は（１）より０．２μｍとなる。
【００２６】
次に、本発明になるアクチュエーターを図４を参照して説明する。
【００２７】
従来型との構造上の違いは、従来型のスクリュウＡの受け部２３がその内部に形成されているシリンダー２８の外周部にもボールスクリュウＢ３１としてのねじが切られ、ボールスクリュウＢ３１の受け部３０と螺合していることである。すなわち、シリンダー状部材２８の中心軸に円筒状開口部が設けられ当該内側壁にねじが切られ、同時にシリンダー外周部にもねじが切られているということである。さらに、外周のねじに螺合するボールスクリュウＢ３１の受け部３０自体は軸方向に移動しないようにフレーム２２に固定されている。円筒状開口部を含むボールスクリュウＡに係わる部分の構造は上記に記載した従来型と同じ構造である。
【００２８】
この構造は、スクリュウＢ３１の受け部３０を基準として、モーター２０の回転によって、当該モーター２０とカプラーを介して連結するシリンダー２８すなわちスクリュウＢの方が受け部３０に対して移動し、且つ、スクリュウＢ３１の中心軸に形成されたスクリュウＡ受け部２３を介してスクリュウＡ２４が直線的に移動するようになっていることである。
【００２９】
スクリュウＢ３１の回転角はモーター２０の回転角に等しいが、スクリュウＢ３１の回転によって、スクリュウＢの受け部３０が外周フレームに固定されているので、スクリュウＢ３１とモーター２０それ自体が回転しつつ、回転角に比例して移動する。これと同時に、スクリュウＡ２４がスクリュウＢ３１と反対方向に移動するように、スクリュウＡ２４のねじの方向を設定しておくと、各ボールスクリュウの移動量の差が、スクリュウＡ２４の先端部分の移動量となる。
【００３０】
スクリュウＡ先端の移動量は、基本的にはステッピングモーターの最小回転角、スクリュウＡのねじピッチ、及びスクリュウＢのねじピッチで決定される。スクリュウＡとスクリュウＢの移動方向は逆であるから、それぞれのねじの方向は同じに設定する。ねじのピッチについては、スクリュウＡのねじピッチはスクリュウＢのねじピッチより小さくする。すなわち、スクリュウＡの方を加工限界程度に設定しておくと、スクリュウＢはそれよりも粗い加工で十分ということで、これはねじ加工する上で非常な利点である。
【００３１】
本発明になるアクチュエーターの先端の移動量とその限界は、前記に準じて初等的な計算から求めることができる。
先端の移動量は、スクリュウＡのねじピッチをＰＡ、スクリュウＢのねじピッチは１より大きな定数ｘを用いてｘＰＡとすると、次式で表される。
先端移動量
＝ｘＰＡ×（モーターの回転角／３６０°）−ＰＡ×（モーターの回転角／３６０°）
＝（ｘ−１）ＰＡ（モーターの回転角／３６０°）＞０・・・・・・・・・・（２）
同時に先端移動量はスクリュウＡの移動量より小さく設定する必要があるから次式が成り立つ。
（ｘ−１）ＰＡ（モーターの回転角／３６０°）＜ＰＡ×（モーターの回転角／３６０°）
・・・・・・・（３）
式（２）、（３）よりｘは、１＜ｘ＜２  を満たす必要がある。
【００３２】
ボールスクリュウＡのねじピッチを１００μｍ、スクリュウＢのねじピッチを１５０μｍの場合、モーターの力でスクリュウＢを１回転すると、スクリュウＢは１ピッチ分１５０μｍ前進する。この時、スクリュウＡも１回転するが１００μｍ後退するので、スクリュウＡの実質の前進移動量は５０μｍとなる。
【００３３】
従来型と同じように、ステッピングモーターの最小回転角度を０．７２°とすると、これに対応するスクリュウＡの先端移動量は０．１μｍとなり、従来型の０．２μｍに対して半減する。
【００３４】
以上より、露光装置の基板載置用テーブルアクチュエーターの位置制御性能が向上することが期待できる。
【符号の説明】
【００３５】
１、楕円ミラー
２、露光ランプ
３、反射ミラー
４、コリメーションミラー
５、フォトマスク
６、ガラス基板
７、ステージ
８、遮光部
９、インテグレーターレンズ
１０、１１，１２、アクチュエーター
２０、ステッピングモーター
２１、カプラー
２２、フレーム
２３、ボールスクリュウＡ受け部
２４、ボールスクリュウＡ
２５、直進スライドベアリング
２６、ボールスクリュウＡ先端
２７、ボールベアリング
２８、シリンダー部分
３０、ボールスクリュウＢ受け部
３１、ボールスクリュウＢ
３３、回転止めピン
【図１】
2011003763.tif 000003
【図２】
2011003763.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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