(57)【要約】【課題】磁場の乱れを抑制し、大きな駆動力を発生し、かつ静止時の位置安定性の高い可動ステージを提供する。【解決手段】内部を真空排気可能な真空容器内に第１のステージが配置されている。第１のステージは、第１の方向に直線移動可能に支持されている。第１のステージに第２のステージが取り付けられている。第２のステージは、第１のステージに対して、第１の方向と交差する第２の方向に直線移動可能に支持されている。運動変換機構が第１のステージに取り付けられている。運動変換機構は、回転軸と直線移動部材とを含む。両者はすべり接触またはころがり接触し、回転軸の回転によって直線移動部材が直線移動し、直線移動部材の移動に伴って第２のステージが第２の方向に直線移動する。エアモータが、回転軸を回転させる。【選択図】  図１
2004342807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を真空排気可能な真空容器と、
前記真空容器内に配置され、第１の方向に直線移動可能に支持された第１のステージと、
前記第１のステージに取り付けられ、該第１のステージに対して、前記第１の方向と交差する第２の方向に直線移動可能に支持された第２のステージと、
回転軸と直線移動部材とを含み、両者がすべり接触またはころがり接触し、該回転軸の回転によって該直線移動部材が直線移動し、該直線移動部材の移動に伴って前記第２のステージが前記第２の方向に直線移動する第１の運動変換機構と、
前記第１のステージに取り付けられ、前記第１の運動変換機構の回転軸を回転させる第１のエアモータと
を有する可動ステージ。
【請求項２】
前記第１のエアモータが、
エアの作用によって回転し、第１の端部が前記真空容器内に露出しているシャフトと、
前記シャフトの、エアの作用する部位と、前記第１の端部との間の外周面に、間隙を隔てて対向する円筒状の内周面を画定する筐体と、
前記内周面に、周方向に沿って形成され、前記シャフトの周りを１周する溝と、
前記溝と前記シャフトの外周面とで画定される環状の空間内を真空排気する排気手段と
を有する請求項１に記載の可動ステージ。
【請求項３】
さらに、
回転軸と直線移動部材とを含み、両者がすべり接触またはころがり接触し、該回転軸の回転によって該直線移動部材が直線移動し、該直線移動部材の移動に伴って前記第１のステージが前記第１の方向に直線移動する第２の運動変換機構と、
前記真空容器内に配置され、前記第２の運動変換機構の回転軸を回転させる第２のエアモータと
を有する請求項１または２に記載の可動ステージ。
【請求項４】
内部を真空排気可能な真空容器と、
前記真空容器内に配置され、第１の方向に直線移動可能に支持されたステージと、
回転軸と直線移動部材とを含み、両者がすべり接触またはころがり接触し、該回転軸の回転によって該直線移動部材が直線移動し、該直線移動部材の移動に伴って前記ステージが前記第１の方向に直線移動する運動変換機構と、
前記運動変換機構の回転軸を回転させるエアモータと
を有する可動ステージ。
【請求項５】
内部を真空排気可能な真空容器と、
前記真空容器内に配置され、第１の方向に直線移動可能に支持された第１のステージと、
前記第１のステージに取り付けられ、該第１のステージに対して、前記第１の方向と交差する第２の方向に直線移動可能に支持された第２のステージと、
回転軸と直線移動部材とを含み、両者がすべり接触またはころがり接触し、該回転軸の回転によって該直線移動部材が直線移動し、該直線移動部材の移動に伴って前記第２のステージが前記第２の方向に直線移動する第１の運動変換機構と、
前記第１のステージに取り付けられ、前記第１の運動変換機構の回転軸を回転させる第１のエアモータと、
前記第２のステージに保持されている露光対象物に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置と
を有する電子ビーム露光装置。
【請求項６】
前記第１のステージ、前記第２のステージ、及び前記第１の運動変換機構の回転軸と直線移動部材が非磁性材料で形成されている請求項５に記載の電子ビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１次元または２次元方向に移動可能な可動ステージに関し、特に真空中での使用に適し、動作時における磁場の乱れが少ない可動ステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置の可動ステージには、電子ビームに影響を与える程度の磁場の乱れを生じさせないという特性が要求される。
【０００３】
特許文献１に、ＸステージをエアサーボシリンダでＸ方向に駆動し、その上に載っているＹステージを超音波モータでＹ方向に駆動するステージ機構が開示されている。特許文献２に、Ｙスライダをリニアモータで駆動し、Ｙスライダに載っているＸスライダをエアシリンダで駆動するステージ機構が開示されている。特許文献３に、Ｘステージ及びＹステージを、エアシリンダまたは超音波アクチュエータで駆動するステージ機構が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−４４１０７号公報
【特許文献２】
特開２００２−３５３１１８号公報
【特許文献３】
特開２００２−３５９１７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ステージまたはスライダを超音波モータで駆動する場合には、最高速度が１００ｍｍ／ｓ程度に制限されるとともに、加速度も０．１Ｇ（約１ｍ／ｓ２）程度に制限される。加速度を大きくするためには、超音波モータの数を増やせばよいが、同期をとることのできる最大モータ数は８個程度である。また、超音波モータの動作デューティ比は２５％程度であるため、例えば１秒間の移動時間に対して４秒間の休止期間を設けなければならない。このため、短時間で断続的に移動するステッピング動作には不向きである。
【０００６】
エアサーボシリンダあるいはエアシリンダは、可動隔壁で仕切られた２つの気体室の圧力に差をつけることにより、可動隔壁を並進移動させる機構を有する。この機構は、ステージを一定速度で移動させるような場合には優れた性能を発揮するが、停止時の位置安定性が低いため、ステッピング動作のように、移動と停止とを繰り返すような動作には適さない。
【０００７】
電動モータとボールネジとを組み合わせて、ステージを並進移動させる可動ステージが知られている。この機構は、電動モータによって磁場が乱されるため、電子ビーム露光装置への適用には不向きである。
【０００８】
本発明の目的は、磁場の乱れを抑制し、大きな駆動力を発生し、かつ静止時の位置安定性の高い可動ステージを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、内部を真空排気可能な真空容器と、前記真空容器内に配置され、第１の方向に直線移動可能に支持された第１のステージと、前記第１のステージに取り付けられ、該第１のステージに対して、前記第１の方向と交差する第２の方向に直線移動可能に支持された第２のステージと、回転軸と直線移動部材とを含み、両者がすべり接触またはころがり接触し、該回転軸の回転によって該直線移動部材が直線移動し、該直線移動部材の移動に伴って前記第２のステージが前記第２の方向に直線移動する第１の運動変換機構と、前記第１のステージに取り付けられ、前記第１の運動変換機構の回転軸を回転させる第１のエアモータとを有する可動ステージが提供される。
【００１０】
本発明の他の観点によると、内部を真空排気可能な真空容器と、前記真空容器内に配置され、第１の方向に直線移動可能に支持された第１のステージと、前記第１のステージに取り付けられ、該第１のステージに対して、前記第１の方向と交差する第２の方向に直線移動可能に支持された第２のステージと、回転軸と直線移動部材とを含み、両者がすべり接触またはころがり接触し、該回転軸の回転によって該直線移動部材が直線移動し、該直線移動部材の移動に伴って前記第２のステージが前記第２の方向に直線移動する第１の運動変換機構と、前記第１のステージに取り付けられ、前記第１の運動変換機構の回転軸を回転させる第１のエアモータと、前記第２のステージに保持されている露光対象物に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置とを有する電子ビーム露光装置が提供される。
【００１１】
運動変換機構の駆動原としてエアモータが使用されているため、磁場の乱れを防止することができる。運動変換機構の回転軸と直線移動部材とが、すべり接触またはころがり接触しているため、両者の間に摩擦が生ずる。この摩擦により、静止時の位置安定性を高めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、実施例による可動ステージの概略平面図を示す。図１に示した平面内にＸＹ直交座標系を導入する。真空容器１内に、Ｘステージ１１Ｘが配置されている。真空容器１内は、真空ポンプ１８により真空排気される。Ｘステージ１１Ｘは、Ｘリニアガイド１０ＸによりＸ方向に並進移動可能に支持されている。
【００１３】
ボールネジ１３Ｘのネジ軸の両端が、軸受１４Ｘにより回転可能に支持されている。ボールネジ１３Ｘのナットが、Ｘステージ１１Ｘに固定されている。ネジ軸の一端が、エアモータ１２Ｘの回転シャフトに固定されている。エアモータ１２Ｘが作動すると、その回転シャフトの回転運動が、ボールネジ１３Ｘのネジ軸に伝わり、ネジ軸が回転する。ネジ軸の回転により、Ｘステージ１１ＸがＸ方向に並進移動する。ボールネジ１３Ｘを構成するネジ軸、ナット、ベアリング等の部材は、非磁性材料、例えばベリリウム銅合金やセラミック等で形成されている。また、軸受１４Ｘ、Ｘステージ１１Ｘも、セラミック等の非磁性材料で形成されている。
【００１４】
本明細書中でエアモータとは、圧縮された空気等の気体により、回転シャフト等のロータを回転させる駆動力を発生する装置を意味する。
【００１５】
Ｘステージ１１Ｘに取り付けられたＹリニアガイド１０Ｙが、Ｙステージ１１Ｙを、Ｘステージ１１Ｘ対して相対的にＹ方向に並進移動可能に支持する。ボールネジ１３Ｙのネジ軸の両端が、Ｘステージ１１Ｘに固定された軸受１４Ｙにより、回転可能に支持されている。ボールネジ１３Ｙのナットが、Ｙステージ１１Ｙに固定されている。ネジ軸の一端が、Ｘステージ１１Ｘに取り付けられたエアモータ１２Ｙの回転シャフトに固定されている。エアモータ１２Ｙが作動すると、その回転シャフトの回転運動が、ボールネジ１３Ｙのネジ軸に伝わり、ネジ軸が回転する。ネジ軸の回転により、Ｙステージ１１ＹがＹ方向に並進移動する。ボールネジ１３Ｙを構成するネジ軸、ナット、ベアリング等の部材は、非磁性材料、例えばベリリウム銅合金やセラミック等で形成されている。また、軸受１４Ｙ、Ｙステージ１１Ｙも、セラミック等の非磁性材料で形成されている。
【００１６】
図２に、エアモータ１２Ｘの概略的な部分断面図を示す。なお、エアモータ１２Ｙは、エアモータ１２Ｘと同様の構造を有する。
【００１７】
エアモータ１２Ｘは、筐体２１及び回転シャフト２０を含んで構成される。回転シャフト２０は、その中心軸を中心として回転可能に支持されている。回転シャフト２０の一端２０Ａは、筐体２１の外部に露出している。エアモータ１２Ｘを図１に示した真空容器１内に配置した場合には、回転シャフト２０の一端２０Ａが、真空容器１内に露出する。
【００１８】
回転シャフト２０Ａは、筐体２１内に配置された部位２０Ｂにエアが作用することにより、回転する。筐体２１は、回転シャフト２０の一端２０Ａとエアの作用する部位２０Ｂとの間の外周面に、間隙２３を隔てて対向する円筒状の内周面２２を画定する。
【００１９】
内周面２２に、その周方向に沿って２本の溝２５Ａ及び２５Ｂが形成されている。溝２５Ａ及び２５Ｂの各々は、回転シャフト２０の周りを１周する。溝２５Ａと回転シャフト２０の外周面とにより、円環状の空洞２６Ａが画定される。同様に、溝２５Ｂと回転シャフト２０の外周面とにより、円環状の空洞２６Ｂが画定される。
【００２０】
空洞２６Ａ及び２６Ｂの内部は、それぞれ流路２７Ａ及び２７Ｂを介して、真空ポンプ２８により真空排気される。これにより、筐体２１内の作動エアが真空容器１内に漏れることを防止できる。図２では、内周面２２に２つの溝が配置された場合を示したが、溝を１つにしてもよいし、３つ以上にしてもよい。溝の数は、求められる真空度によって適宜決定することができる。
【００２１】
上記実施例による可動ステージでは、２つのエアモータ１２Ｘ及び１２Ｙを動作させることにより、Ｙステージ１１ＹをＸＹ面内の２次元方向に移動させることができる。
【００２２】
上記実施例による可動ステージでは、電磁モータが使用されていない。このため、電流及び磁石に起因する磁場の乱れを防止することができる。また、超音波モータを用いる場合に比べて、ステージの移動速度を速くし、最大加速度も大きくすることができる。
【００２３】
また、上記実施例で用いられているボールネジでは、エアシリンダに比べて大きな摩擦力が生じる。このため、ステージを静止させた時の位置安定性を高めることができる。
【００２４】
上記実施例では、エアモータの回転運動を直線運動に変換する機構としてボールネジを使用したが、回転運動を直線運動に変換するその他の運動変換機構を用いてもよい。このような運動変換機構は、回転運動する回転軸と、その回転によって直線運動する直線移動部材とを含んで構成される。回転軸と直線移動部材とがすべり接触またはころがり接触する構造のものを使用することが好ましい。すべり摩擦またはころがり摩擦が生じ、ステージの位置安定性を高めることができる。
【００２５】
上記実施例で採用されたボールネジにおいては、ネジ軸（回転軸）と転動体（直線移動部材）とがころがり接触する。回転軸と直線移動部材とがすべり接触する運動変換機構の例として、すべりねじが挙げられる。その他に、回転運動を直線運動に変換する機構に採用可能な運動伝達用要素として、ラックアンドピニオン、摩擦車装置、まきかけ装置、カム装置、リンク装置等が挙げられる。
【００２６】
図３に、他の実施例による可動ステージの概略平面図を示す。図２に示したエアモータ１２Ｘにおいては、筐体２１の内周面２２に形成された溝２６Ａ及び２６Ｂ内を真空排気することにより、図１の真空容器１内の真空度を維持していた。溝２６Ａ及び２６Ｂの代わりに、流体磁気シールで筐体２１内の空間を密閉してもよい。
【００２７】
図３に示した他の実施例においては、磁気シールド３０Ｘが、エアモータ１２Ｘを、Ｙステージ１１Ｙの配置された空間から隔離し、磁気シールド３０Ｙが、エアモータ１２Ｙを、Ｙステージ１１Ｙの配置された空間から隔離している。このため、流体磁気シールによる磁場の乱れが、Ｙステージ１１Ｙの配置された空間まで及ぶことを防止できる。
【００２８】
図４に、上記実施例による可動ステージを用いた低エネルギ電子ビーム近接転写露光装置の概略図を示す。真空容器５０内に、上記実施例による可動ステージ５５が配置されている。可動ステージ５５のＹステージ１１Ｙ（図１参照）の上に、露光すべきウエハＷが保持されている。マスクステージ５６が、マスクＭを保持する。マスクＭは、ウエハＷと微小な間隙（プロキシミティギャップ）を隔ててウエハＷに対向するように保持される。真空ポンプ５２が、真空容器５０内を真空排気する。
【００２９】
真空容器５０に、鏡筒５１が接続されている。鏡筒５１の先端部に電子銃６０が配置されている。電子銃６０から出射された電子ビームが、鏡筒５１内を進行し、真空容器５０内に輸送され、マスクＭを介してウエハＷに入射する。電子ビームの経路に沿って、コンデンサレンズ６１、主偏向器６２、微細偏向器６３等が配置されている。
【００３０】
上記実施例による可動ステージ５５が使用されているため、磁場の乱れが生じない。このため、磁場の乱れに起因する電子ビームの進行方向の乱れを回避することができる。また、ステージが静止している時の位置安定性が高いため、露光中におけるウエハＷの位置変動を防止することができる。
【００３１】
なお、上記実施例による可動ステージは、低エネルギ電子ビーム近接転写露光装置以外に、例えば電子ビーム直接描画装置、電子ビーム投影露光装置等に適用することも可能である。
【００３２】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、真空中で、磁場の乱れを発生させることなくステージを移動させることが可能な可動ステージが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による可動ステージの概略平面図である。
【図２】エアモータの部分断面図である。
【図３】他の実施例による可動ステージの概略平面図である。
【図４】実施例による可動ステージを使用した低エネルギ電子ビーム近接転写露光装置の概略図である。
【符号の説明】
１  真空容器
１０Ｘ、１０Ｙ  リニアガイド
１１Ｘ、１１Ｙ  ステージ
１２Ｘ、１２Ｙ  エアモータ
１３Ｘ、１３Ｙ  ボールネジ
１４Ｘ、１４Ｙ  軸受
１８、２８、５２  真空ポンプ
２０  回転シャフト
２１  筐体
２２  内周面
２３  間隙
２５Ａ、２５Ｂ  溝
２６Ａ、２６Ｂ  空間
２７Ａ、２７Ｂ  流路
３０Ｘ、３０Ｙ  磁気シールド
５０  真空容器
５１  鏡筒
５５  可動ステージ
５６  マスクステージ
６０  電子銃
６１  コンデンサレンズ
６２  主偏向器
６３  微細偏向器
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004342807.tif 000005
【図４】
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