(57)【要約】【課題】流体軸受けにおける作動流体の利用効率を向上させる。【解決手段】ステージを支持し、内部の作動流体が加圧された場合に伸長し、作動流体が減圧された場合に短縮する伸縮部と、伸縮部の一端に結合された磁力発生部、および、伸縮部の他端に結合された磁力作用部を有し、一端および他端が近接または離間した場合に、磁力発生部および磁力作用部も近接または離間して、磁力発生部が発生して磁力作用部に作用する磁力により伸縮部のバネ剛性を緩和する緩和部とを備え、一端および他端の間隔の変化よりも、磁力発生部および磁力作用部の距離の変化の方が小さいステージ支持装置が提供される。【選択図】図１０
2011049320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージを支持し、内部の作動流体が加圧された場合に伸長し、前記作動流体が減圧された場合に短縮する伸縮部と、
前記伸縮部の一端に結合された磁力発生部、および、前記伸縮部の他端に結合された磁力作用部を有し、前記一端および前記他端が近接または離間した場合に、前記磁力発生部および前記磁力作用部も近接または離間して、前記磁力発生部が発生して前記磁力作用部に作用する磁力により前記伸縮部のバネ剛性を緩和する緩和部と
を備え、
前記一端および前記他端の間隔の変化よりも、前記磁力発生部および前記磁力作用部の距離の変化の方が小さいステージ支持装置。
【請求項２】
前記磁力発生部および磁力作用部が対向する面が、前記伸縮部の伸縮方向に対して傾斜する請求項１に記載のステージ支持装置。
【請求項３】
前記伸縮部は、前記一端および前記他端を気密に結合するベローズを含む請求項１または請求項２に記載のステージ支持装置。
【請求項４】
前記緩和部は、前記伸縮部の内部に配される請求項１から請求項３までのいずれかに記載のステージ支持装置。
【請求項５】
前記磁力発生部は、電磁石を含む請求項１から請求項４までのいずれかに記載のステージ支持装置。
【請求項６】
前記磁力作用部は磁性体を含み、前記磁力発生部と引き合う請求項１から請求項５までのいずれかに記載のステージ支持装置。
【請求項７】
前記磁力作用部は電磁石を含み、前記磁力発生部に対して反発力を生じる請求項１から請求項５までのいずれかに記載のステージ支持装置。
【請求項８】
前記伸縮部は、重力方向に伸縮して負荷に作用する重力を打ち消す請求項１から請求項７までのいずれかに記載のステージ支持装置。
【請求項９】
前記作動流体は、気体である請求項１から請求項８までのいずれかに記載のステージ支持装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれかに記載のステージ支持装置を備えた基板貼り合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ支持装置および基板貼り合わせ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステージ等の対象物の自重を補償（キャンセル）した状態で支持するステージ支持装置がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００６／００９２５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ステージが上下方向に移動する場合、ステージ支持装置はステージの移動に追従してステージの自重を補償し、ステージを移動させる駆動力には影響を与えないことが望ましい。しかしながら、ステージ支持装置がステージを支持する上下方向の位置によって、ステージ支持装置自体にバネ剛性があり、所望の駆動力でステージを移動させることが困難であるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明の第一態様として、ステージを支持し、内部の作動流体が加圧された場合に伸長し、作動流体が減圧された場合に短縮する伸縮部と、伸縮部の一端に結合された磁力発生部、および、伸縮部の他端に結合された磁力作用部を有し、一端および他端が近接または離間した場合に、磁力発生部および磁力作用部も近接または離間して、磁力発生部が発生して磁力作用部に作用する磁力により伸縮部のバネ剛性を緩和する緩和部とを備え、一端および他端の間隔の変化よりも、磁力発生部および磁力作用部の距離の変化の方が小さいステージ支持装置が提供される。
【０００６】
また、本発明の第二態様として、上記ステージ支持装置を備えた基板貼り合わせ装置が提供される。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】基板貼り合わせ装置１００の平面図である。
【図２】アライナ１６０の縦断面図である。
【図３】アライナ１６０の縦断面図である。
【図４】加圧装置１３０の縦断面図である。
【図５】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図６】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図７】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図８】基板１０２の状態の遷移を示す断面図である。
【図９】微動部２００の縦断面図である。
【図１０】重力打消部４００の拡大断面図である。
【図１１】重力打消部４００の動作を示すグラフである。
【符号の説明】
【０００９】
１００  基板貼り合わせ装置、１０２  基板、１０４  積層基板、１０８  基板ホルダ、１０９  溝、１１０、１３２  筐体、１１１  ＦＯＵＰ、１２０  環境ローダ、１２１  大気ローダ、１２２、１２３  フォーク、１２４  落下防止爪、１２５  ガイドレール、１２６  フォールディングアーム、１２９  ロードロック、１３０  加圧装置、１３１  装入口、１３４  圧下部、１３６  加熱プレート、１３８  定盤、１４０  ホルダストッカ、１５０  プリアライナ、１６０  アライナ、１６１  底板、１６２  枠体、１６３  支柱、１６５  天板、１７０  下ステージ、１７１、１９１  顕微鏡、１７２  アクチュエータ、１７３  マグネット、１７４  支持部、１７５  ヨーク、１７６  ベース部、１７７  コイル、１７８  反射鏡、１７９  テーブル部、１８０  粗動部、１８２  ガイドレール、１８４  Ｘ駆動部、１８６  Ｙ駆動部、１９０  上ステージ、２００  微動部、２１０  エアベアリング駆動部、３００、４５０  エアベアリング、３０１  ギャップ、３１０  流体室、４００  重力打消部、４１０  ベローズ、４２０  球面座、４２１  スカート部、４２２  底部、４２３  垂下部、４３０  ジンバルサポート、４４０  緩和部、４４２  磁性体、４４４  磁石、４５０  エアベアリング、７０２、７０３  上下アクチュエータ、７３０  水平アクチュエータ、
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、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。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
図１は、基板貼り合わせ装置１００の全体的な構造を模式的に示す平面図である。基板貼り合わせ装置１００は、筐体１１０と、筐体１１０に収容された環境ローダ１２０、大気ローダ１２１、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０、アライナ１６０およびロードロック１２９を備える。更に、筐体１１０の外面には、複数のＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）１１１が装着される。
【００１２】
ＦＯＵＰ１１１は、筐体１１０に対して個別に取り外しでき、各々が複数の基板１０２を収容する。ＦＯＵＰ１１１を用いることにより、複数の基板１０２を一括して基板貼り合わせ装置１００に装填できる。また、基板１０２を貼り合わせて作製した積層基板１０４を、ＦＯＵＰ１１１に回収して一括して搬出できる。
【００１３】
ここでいう基板１０２は、シリコン単結晶基板、化合物半導体基板等の半導体基板の他、ガラス基板等でもあり得る。また、貼り合わせに供される基板１０２は、複数の素子を含む場合がある。更に、基板１０２は、それ自体が既に複数の基板を貼り合わせた積層基板１０４である場合がある。
【００１４】
筐体１１０は、環境ローダ１２０、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、プリアライナ１５０およびアライナ１６０を包囲する。筐体１１０の内側は大気と連通して大気環境にある。
【００１５】
大気ローダ１２１は、筐体１１０の内部においてＦＯＵＰ１１１に対向して配される。大気ローダ１２１は、基板１０２を搭載するフォーク１２３を有して、ＦＯＵＰ１１１に沿って配されたガイドレール１２５に沿って移動しつつ基板１０２を搬送する。
【００１６】
プリアライナ１５０は、大気ローダ１２１の近傍に配され、位置合わせ精度よりも処理速度を重視した位置合わせ機構を有する。プリアライナ１５０は、大気ローダ１２１に対する基板１０２の搭載位置のばらつきを、予め定められた範囲に収まるように調整する。これにより、後述するアライナ１６０における位置合わせに要する時間を短縮する。
【００１７】
ロードロック１２９は、大気ローダ１２１を含む大気環境と、真空環境に配された環境ローダ１２０との間に位置して、大気環境側および真空環境側にそれぞれ面したゲートバルブ２１２、２１４を有する。これにより、真空環境の真空を破ることなく、大気環境および真空環境の間で基板１０２の受け渡しができる。
【００１８】
ロードロック１２９も大気ローダ１２１の近傍に配される。大気ローダ１２１は、プリアライナ１５０で搭載位置を調整された基板１０２をロードロック１２９に搬入する。また、大気ローダ１２１は、後述するアライナ１６０および加圧装置１３０で製造された積層基板１０４をロードロック１２９から搬出する。
【００１９】
環境ローダ１２０は、ロードロック１２９に対して、大気ローダ１２１と反対側に配される、基板１０２、積層基板１０４、基板ホルダ１０８のいずれかを搬送する。環境ローダ１２０は、フォーク１２２、落下防止爪１２４およびフォールディングアーム１２６を有する。
【００２０】
フォールディングアーム１２６は、一端においてフォーク１２２および落下防止爪１２４を支持する。フォールディングアーム１２６の他端は、筐体１１０に対して回転可能に支持される。フォールディングアーム１２６は、それ自体の屈曲と回転とを組み合わせて、フォーク１２２を任意の位置に移動する。
【００２１】
フォーク１２２は、搭載した基板１０２または基板ホルダ１０８を吸着して保持する。これにより、フォーク１２２および落下防止爪１２４が上下反転した場合も、環境ローダ１２０は、基板１０２または基板ホルダ１０８をフォーク１２２の下側に保持する。
【００２２】
落下防止爪１２４は、フォーク１２２が上下反転した場合に、フォーク１２２に保持された基板１０２または基板ホルダ１０８の下方に差し出される。これにより、基板１０２または基板ホルダ１０８の落下を防止する。フォーク１２２が反転しない場合、落下防止爪１２４は、フォーク１２２上の基板１０２および基板ホルダ１０８と干渉しない位置まで退避する。
【００２３】
環境ローダ１２０の周囲には、複数の加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０が配される。隣接する加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０、アライナ１６０、ロードロック１２９の間は、気密壁１１２により気密に封じられる。気密壁１１２の内側を排気することにより、加圧装置１３０およびアライナ１６０は真空環境で稼働する。
【００２４】
また、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０は、環境ローダ１２０に対してそれぞれ対面して配される。これにより、環境ローダ１２０は、ロードロック１２９から取り出した基板１０２を、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０のいずれに対しても搬入できる。また、環境ローダ１２０は、加圧装置１３０、ホルダストッカ１４０およびアライナ１６０から搬出した基板１０２および基板ホルダ１０８をロードロック１２９に搬入できる。
【００２５】
ホルダストッカ１４０は、基板１０２を保持する基板ホルダ１０８を複数収容して待機させる。基板ホルダ１０８は、環境ローダ１２０により１枚ずつ取り出され、それぞれが基板１０２を一枚ずつ保持する。ロードロック１２９に対して環境ローダ１２０側の真空環境において、基板ホルダ１０８は基板１０２と一体的に取り扱われる。これにより、薄く脆弱な基板１０２を保護して基板１０２の取り扱いを容易にする。
【００２６】
基板ホルダ１０８は、ロードロック１２９を通じて積層基板１０４が真空環境から搬出される場合に、積層基板１０４から分離されてホルダストッカ１４０に戻される。これにより、少なくとも基板貼り合わせ装置１００が稼働している期間は、基板ホルダ１０８は真空環境に留まる。
【００２７】
アライナ１６０は、それぞれが基板ホルダ１０８に保持された一対の基板１０２を相互に位置合わせした後に重ね合わせる。アライナ１６０の位置合わせ精度は高く、例えば、素子が形成された半導体基板を位置合わせする場合にはサブミクロンレベルの精度が求められる。
【００２８】
加圧装置１３０は、アライナ１６０において位置合わせして重ね合わされた一対の基板１０２を加圧して、基板１０２どうしを接着する。これにより基板１０２は恒久的に積層された積層基板１０４となる。作製された積層基板１０４は、環境ローダ１２０によりロードロック１２９に搬送され、更に、大気ローダ１２１によりロードロック１２９から搬出されてＦＯＵＰ１１１に回収される。
【００２９】
図２は、アライナ１６０の構造と動作を示す模式的な縦断面図である。アライナ１６０は、枠体１６２と、枠体１６２の内側に配された粗動部１８０、下ステージ１７０および上ステージ１９０とを備える。
【００３０】
枠体１６２は、それぞれが水平で互いに平行な底板１６１および天板１６５と、底板１６１および天板１６５を結合する複数の支柱１６３とを有する。底板１６１、支柱１６３および天板１６５はそれぞれ高い剛性を有して、アライナ１６０の動作に伴う反力が作用した場合も変形しない。
【００３１】
アライナ１６０において、底板１６１の上面には、粗動部１８０が載置される。粗動部１８０は、底板１６１に固定されたガイドレール１８２に案内されつつＸ方向に移動するＸ駆動部１８４と、Ｘ駆動部１８４の上でＹ方向に移動するＹ駆動部１８６とを有する。これにより、粗動部１８０は、ＸＹ平面上の任意の位置に向かって高速に移動する。
【００３２】
Ｙ駆動部１８６は、顕微鏡１７１および微動部２００を搭載する。微動部２００は、ベース部１７６、重力打消部４００および下ステージ１７０と、複数のアクチュエータ１７２とを有する。
【００３３】
ベース部１７６は、Ｙ駆動部１８６から支持されると共に、微動部２００の他の部材を支持する。即ち、下ステージ１７０は、球面座４２０を介してベース部１７６上に支持される。下ステージ１７０は基板１０２および基板ホルダ１０８を保持する。なお、下ステージ１７０の搭載面は、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、搭載された基板ホルダ１０８を吸着して保持する。
【００３４】
下ステージ１７０およびベース部１７６の間には、水平または垂直に配された複数のアクチュエータ１７２が配される。下ステージ１７０は、水平に配されたアクチュエータ１７２の動作によりＸ方向およびＹ方向に移動する。また、下ステージ１７０は、水平に配置した複数のアクチュエータ１７２を異なる動作量で動作させることにより、鉛直な軸の回りに回転する。
【００３５】
更に、下ステージ１７０は、垂直に配されたアクチュエータ１７２を動作させることにより昇降する。また更に、下ステージ１７０は、垂直に配された複数のアクチュエータ１７２の動作量を相互に変えることにより水平面に対する傾きも変化させる。図２の向きでは他のアクチュエータが見えていないが、アクチュエータが水平な向きに三つ設けられるとともに垂直な向きに三つ設けられることにより、下ステージ１７０は六自由度で移動することができる。
【００３６】
このように、粗動部１８０は、下ステージ１７０を、迅速にＸ方向またはＹ方向に移動させる。微動部２００は、粗動部１８０を停止させた状態で、下ステージ１７０を精密に位置合わせする。
【００３７】
顕微鏡１７１は、Ｙ駆動部１８６に搭載されて、微動部２００と共にＸ方向およびＹ方向に移動する。顕微鏡１７１および下ステージ１７０の相対位置は予め正確に知ることができるので、下ステージ１７０に対向する物の下ステージ１７０に対する相対位置を、顕微鏡１７１を用いて正確に検出できる。
【００３８】
図示の状態では、上ステージ１９０に吸着された基板ホルダ１０８に保持された基板１０２のアライメントマークＭの位置を正確に検出できる。図中では、三角形の記号によりアライメントマークＭを表す。ただし、相対位置の検出は、アライメントマークＭを用いるとは限らない。例えば、基板１０２に形成されたパターン等を指標に用いる場合もある。
【００３９】
アライナ１６０において、天板１６５の下面には、上ステージ１９０および顕微鏡１９１が懸下される。上ステージ１９０および顕微鏡１９１は、天板１６５に対して固定されて移動しない。
【００４０】
上ステージ１９０は、水平で下向きの搭載面を有して、基板１０２を保持した基板ホルダ１０８を保持する。即ち、上ステージ１９０は、例えば真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、基板ホルダ１０８を吸着して保持する。これにより、基板ホルダ１０８に吸着された基板１０２と、基板ホルダ１０８に保持された基板とを対向させることができる。
【００４１】
また、上ステージ１９０および顕微鏡１９１の相対位置は予め正確に知ることができるので、顕微鏡１９１を用いて、上ステージ１９０に対向する物の相対位置を正確に検出できる。この実施形態では、下ステージ１７０に搭載された基板ホルダ１０８に保持された基板１０２のアライメントマークＭを観察して、基板ホルダ１０８に保持された基板１０２の位置を正確に検出できる。
【００４２】
図３は、アライナ１６０の動作を、図２に対比して示す図である。既に説明した通り、顕微鏡１７１、１９１により対向する基板１０２のアライメントマークＭの位置を検出することにより、基板ホルダ１０８に保持された基板１０２に対する基板ホルダ１０８に保持された基板１０２の正確な相対位置を知ることができる。
【００４３】
そこで、基板１０２相互の相対位置のずれが無くなるように粗動部１８０および微動部２００を順次動作させることにより、一対の基板１０２を正対させることができる。この場合にアラインメントマークＭ同士を重なるように位置合わせてもよいし、これに代えて基板１０２上に形成された複数の半導体装置の相互のずれが統計的に小さくなるように、アラインメントマークＭを互いに位置決めすることにより一対の基板１０２を位置合わせしてもよい。続いて、垂直なアクチュエータ１７２を同時に動作させて下ステージ１７０を上昇させることにより、位置合わせをした状態で一対の基板１０２を積層して仮接合させることができる。
【００４４】
図４は、加圧装置１３０単独の構造を模式的に示す縦断面図である。加圧装置１３０は、筐体１３２の底部から順次積層された定盤１３８および加熱プレート１３６と、筐体１３２の天井面から垂下された圧下部１３４および加熱プレート１３６とを有する。加熱プレート１３６の各々はヒータを内蔵する。また、筐体１３２の側面のひとつには装入口１３１が設けられる。
【００４５】
加圧装置１３０には、既に位置合わせして重ね合わされた基板１０２が、基板ホルダ１０８および基板ホルダ１０８と共に搬入される。搬入された基板１０２および基板ホルダ１０８は、定盤１３８の加熱プレート１３６上面に載置される。
【００４６】
加圧装置１３０は、加熱プレート１３６を昇温させると共に、圧下部１３４を降下させて上側の加熱プレート１３６を押し下げる。これにより、加熱プレート１３６の間に挟まれた基板１０２並びに基板ホルダ１０８および基板ホルダ１０８が加熱および加圧され、基板１０２は恒久的に接着される。
【００４７】
なお、図示は省いたが、加熱、加圧した後に、基板１０２を冷却する冷却部を加圧装置１３０に設けてもよい。これにより、室温までに至らなくても、ある程度冷却した基板１０２を搬出して、迅速にＦＯＵＰ１１１に戻すことができる。
【００４８】
図５、図６、図７および図８は、基板貼り合わせ装置１００における基板１０２の状態の変遷を示す図である。以下、図５、図６、図７および図８を参照しつつ、図１に示す基板貼り合わせ装置１００の動作を説明する。
【００４９】
貼り合わせに供される基板１０２は、ＦＯＵＰ１１１に収容された状態で基板貼り合わせ装置１００に装填される。基板貼り合わせ装置１００においては、まず、大気ローダ１２１が、ホルダストッカ１４０から搬出した基板ホルダ１０８を、プリアライナ１５０に載置する。
【００５０】
次に、大気ローダ１２１は、ＦＯＵＰ１１１から１枚ずつ搬出した基板１０２を、プリアライナ１５０に置かれた基板ホルダ１０８に搭載する。搭載された基板１０２は、静電吸着等により、基板ホルダ１０８に保持される。
【００５１】
基板１０２を保持した基板ホルダ１０８は、少なくとも２組用意される。以下の工程において、基板１０２および基板ホルダ１０８が一体的に取り扱われる。こうして、図５に示すように、基板１０２を保持した基板ホルダ１０８が用意される。
【００５２】
環境ローダ１２０は、基板１０２を保持した基板ホルダ１０８を、アライナ１６０に順次搬送する。例えば、最初に搬送された基板ホルダ１０８は、環境ローダ１２０により反転されて上ステージ１９０に保持される。また、次に搬入された基板ホルダ１０８は、そのままの向きで下ステージ１７０に保持される。これら基板ホルダ１０８に保持された基板１０２は、図６に示すように、相互に位置合わせして仮接合される。
【００５３】
ここで、アライナ１６０において仮接合された一対の基板１０２はまだ接着されていないので、図７に示すように、基板ホルダ１０８の溝１０９にクリップ２０４が嵌められる。これにより、アライナ１６０による位置合わせを保持したまま、位置合わせした基板１０２を挟んだ一対の基板ホルダ１０８を一体的に搬送できる。
【００５４】
続いて、環境ローダ１２０は、仮接合された１対の基板１０２を挟んだ基板ホルダ１０８を、加圧装置１３０に搬送する。加圧装置１３０において加熱、加圧された１対の基板１０２は恒久的に接着され、図８に示すように、積層基板１０４となる。
【００５５】
更に、環境ローダ１２０は、基板ホルダ１０８および積層基板１０４を分離する。基板ホルダ１０８はホルダストッカ１４０に搬送される。また、積層基板１０４は、ＦＯＵＰ１１１に回収される。
【００５６】
図９は、微動部２００の詳細な構造を示す断面図であり、図１０は、さらに重力打消し部４００の詳細な構造を示す断面図である。なお、図２および図３と共通の要素には同じ参照番号を付して、重複する説明を省く。微動部２００はベース部１７６、上下アクチュエータ７０２、７０３、水平アクチュエータ７３０、下ステージ１７０、エアベアリング３００および重力打消部４００を備える。
【００５７】
ベース部１７６は、エアベアリング３００が形成するギャップ３０１を介してＹ駆動部１８６から支持される。エアベアリング３００は、エアベアリング駆動部２１０、流体室３１０およびシール部３２０を含む。
【００５８】
エアベアリング駆動部２１０は、ベース部１７６に搭載される。流体室３１０は、ベース部１７６の下面に、Ｙ駆動部１８６に向かって開口して形成される。流体室３１０には、エアベアリング駆動部２１０から空気、窒素ガス等の作動流体が供給される。これにより、Ｙ駆動部１８６の上面とベース部１７６の下面との間に作動流体の層が形成され、Ｙ駆動部１８６およびベース部１７６は直接に摺動しなくなる。従って、ベース部１７６は、Ｙ駆動部１８６上を極めて円滑に移動する。
【００５９】
下ステージ１７０は、反射鏡１７８およびテーブル部１７９を上面に有する。反射鏡１７８は、微動部２００の外部に固定された干渉計から出射されたレーザ光を反射する。これにより、下ステージ１７０の正確な位置および移動量を検出できる。テーブル部１７９は、真空吸着、静電吸着等による吸着機構を有して、搭載された基板ホルダ１０８を保持する。
【００６０】
重力打消部４００は、球面座４２０を介して、下ステージ１７０を下方から支持する。重力打消部４００は、下ステージ１７０の昇降を検出して、下ステージ１７０およびその搭載物の重量を打ち消すように重力方向に伸縮する。これにより、下ステージ１７０を移動させる場合の慣性を抑制して正確な位置合わせができる。
【００６１】
球面座４２０は、下ステージ１７０を揺動可能に支持する。また、球面座４２０は、流体軸受け等を介して、下ステージ１７０を低摩擦に支持する。これにより、上下アクチュエータ７０２、７０３を個別に動作させた場合、下ステージ１７０は円滑に揺動する。
【００６２】
重力打消部４００は、上面が球面座４２０の下面をなす本体部４２４と、本体４２４から下方に延伸する円筒形のスカート部４２１と、スカート部４２１よりも内側に配され、上下方向に伸縮するベローズ４１０と、ベローズ４１０の下端に結合された底部４２２とを有する。本体４２４、ベローズ４１０および底部４２２は密閉した空間を形成する。この空間に外部から作動流体を供給することにより下ステージ１７０等の重量を打ち消して、下ステージ１７０を円滑且つ精密に移動させることができる。当該作動流体の一例は気体であるが、他の流体であってもよい。
【００６３】
底部４２２の下面は、ギャップ３０１を介してエアベアリング４５０に支持される。エアベアリング４５０は、ギャップ３０１を介してＹ駆動部１８６の上面に支持される。底部４２２の下面とエアベアリング４５０との対向する面は上に凸の球面になっている。これにより、Ｙ駆動部１８６が慣性等により傾いた場合でも、底部４２２を水平に、すなわち本体部４２４を水平に保つことができる。
【００６４】
スカート部４２１の側面は、ベース部１７６の内側に配されたジンバルサポート４３０により側方から支持される。これにより、重力打消部４００は、ベース部１７６に対して相対的に変位することなく、ベース部１７６と共にＹ駆動部１８６上を水平に移動する。
【００６５】
上下アクチュエータ７０２、７０３および水平アクチュエータ７３０のそれぞれは、支持部１７４を介して下ステージ１７０側に固定された軸状のマグネット１７３と、ヨーク１７５によりベース部１７６側に固定されたコイル１７７とを有する。これにより、コイル１７７に流れる駆動電流を変化させることによりマグネット１７３が進退して、ベース部１７６に対する下ステージ１７０の間隔を、それぞれのアクチュエータが配置された位置において短縮または拡大できる。このように、コイル１７７を下ステージ１７０側に配することにより、下ステージ１７０が移動する場合に、コイル１７７に駆動電流を供給するケーブルを下ステージ１７０が引きずることが避けられる。
【００６６】
微動部２００において、下ステージ１７０の水平移動量および垂直移動量は小さい。従って、上下アクチュエータ７０２、７０３が動作した場合、水平アクチュエータ７３０のマグネット１７３はコイル１７７の内側で変位するに過ぎず、マグネット１７３およびコイル１７７が接触することはない。同様に、水平アクチュエータ７３０が動作した場合に、上下アクチュエータ７０２、７０３において、マグネット１７３およびコイル１７７が接触することもない。
【００６７】
重力打消し部４００は、下ステージ１７０等の重量を打ち消すことにより、微動部２００が下ステージ１７０を上昇させて一対の基板１０２同士を当接させる場合に、一対の基板１０２の間に所望の圧力を与える。ここで、ベローズ４１０は、下ステージ１７０の異動に伴って、内部の作動流体が加圧された場合に伸長し、作動流体が減圧された場合に短縮する。ベローズ４１０が自然長よりも圧縮されている場合には、伸長する方向にバネ剛性を有するので、微動部２００から一対の基板１０２に当該所望の圧力がかからないおそれがある。そこで、当実施形態においては、緩和部４４０を用いてバネ剛性を緩和する。
【００６８】
図１０に示すように、緩和部４４０は、磁性体４４２および磁石４４４の組を有する。磁性体４４２が本体４２４に結合されるとともに、磁石４４４が底部４２２に結合される。この場合に、磁性体４４２は本体４２４の下面中央から下方に延びる垂下部４２３の先端に、円錐の窪みの形状に配される。一方、磁石４４４は底部４２２の上面中央から上方に、円錐形に配される。これにより、磁性体４４２および磁石４４４の組はベローズ４１０により形成される空間の内部に配される。よって、重力打消し部４００を小型化できる。さらに磁性体４４２と磁石４４４とが相補的な円錐形状をなすので、互いの対向する面が、ベローズ４１０の伸縮方向に対して傾斜する。
【００６９】
ここで、下ステージ１７０の昇降範囲においてベローズ４１０が自然長よりも圧縮する場合に、本体４２４と底部４２２とが近接または離間するのに伴って、磁性体４４２および磁石４４４も近接または離間する。磁性体４４２と磁石４４４との近接または離間に伴い、磁性体４４２と磁石４４４との間に働く引力によって、ベローズ４１０のバネ剛性を緩和する。
【００７０】
図１１は、ベローズ４１０のバネ剛性と磁石４４４および磁性体４４２による補正力との関係を示す。ここで、下ステージ１７０の昇降範囲ｚ１からｚ２において、ベローズ４１０はいずれも圧縮されているとする。その場合には、図１１に示すように、下ステージ１７０の位置ｚが低い場合ほど、ベローズ４１０のバネ剛性による伸長方向の力が大きい。
【００７１】
ここで本実施形態の磁石４４４および磁性体４４２について、下ステージ１７０のｚ方向の移動量、すなわち本体４２４と底部４２２の間隔の変化よりも、磁石４４４および磁性体４４２部の距離の変化の方が小さくとられている。より具体的には、図１０に示すように、磁石４４４が円錐形状であり、磁性体４４２がこの円錐形状と相補的な窪みであるので、磁石４４４と磁性体４４２とが対向する面が、上下方向に対して傾斜している。これによって、上下方向の移動に対して、対向する面の距離の変化は傾斜角に対応した分だけ小さくなる。したがって、磁石４４４と磁性体４４２との間で働く引力が、下ステージ１７０の位置ｚに対してベローズ４１０のバネ剛性と逆の相関を持ち、かつ線形に近い領域において、当該バネ剛性を補正することができる。よって、ベローズ４１０のバネ剛性が位置ｚに対して線形に変化してかつ磁石４４４と磁性体４４２との間で働く引力が位置ｚの二乗に反比例するにも関わらず、線形に近い領域を用いてそれらを相殺することができる。従って、微動部２００が下ステージ１７０をｚ方向に移動する場合に、いずれの上下位置にあっても一定の駆動力で駆動することができ、引いては一対の基板１０２に所望の圧力をかけることができる。なお、図１１には磁石と磁性体との対向する面が水平である場合の引力を一点鎖線で示した。
【００７２】
図１０に示す実施形態において磁石４４４は永久磁石であってよい。またこれに代えて、磁石４４４は電磁石であってもよい。磁石４４４が電磁石である場合に、作動流体を供給または排出するタイムラグを当該電磁石で補償してもよい。
【００７３】
図１０に示す実施形態において磁性体４４２が本体４２４に配されるとともに磁石４４４が底部４２２に配されている。これに代えて、磁性体４４２が底部４２２に配されるとともに磁石４４４が本体４２４に配されてもよい。さらに、磁性体４４２に代えて磁石を配してもよい。
【００７４】
さらに図１０および図１１に示す実施形態において、ベローズ４１０が圧縮されて用いられることに対応して、磁石４４４と磁性体４４２とを用いて引力によりバネ剛性を補正した。しかしながら、補正の方法はこれに限られない。ベローズ４１０が自然長よりも伸長されて用いられる場合には、ベローズ４１０には圧縮方向のバネ剛性が働く。よって、この場合には、互いに斥力を生じる磁極の向きで本体４２４および底部４２２にそれぞれ磁石４４４を配してもよい。
【００７５】
また図１０に示す実施形態において磁性体４４２および磁石４４４はベローズ４１０の内部に配されたが、配置はこれに限られない。他の例として、磁性体４４２および磁石４４４がベローズ４１０の外側に配されてもよい。ベローズ４１０の外側に配された場合には、これら磁性体４４２および磁石４４４の位置調整および取替え作業が容易になる。
【００７６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を、後の処理で用いる場合でない限り、任意の順序で実現しうることに留意されたい。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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