(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、前記ベースに対して少なくとも直交する３方向に移動可能な移動テーブルと、前記移動テーブルを前記少なくとも直交する３方向に移動させるアクチュエータと、を備えた精密位置決め装置において、
前記移動テーブルの下側と前記ベースとの間に配置された少なくとも３個のベローズと、
前記ベローズ個々の内部空間に接続された配管と、
前記配管途中に接続された二次側圧力計と、
前記配管途中で前記二次側圧力計よりも上流側に接続されたバッファスペースと、
前記配管途中で前記バッファスペースよりも上流側に接続されたオリフィスと、
前記配管途中で前記オリフィスよりも上流側に接続された二次側レギュレータと、
前記配管途中で前記二次側レギュレータよりも上流側に接続された流量計と、
前記配管途中で前記流量計よりも上流側に接続された一次側レギュレータと、
前記配管とは別に設けられて前記配管の各々に接続された高圧側配管と、
前記高圧側配管に接続されたバルブと、
前記高圧側配管途中で前記バルブよりも上流側に接続された高圧側圧力計と、
前記高圧側配管途中で前記高圧側圧力計よりも上流側に接続された高圧側レギュレータと、
を備えたことを特徴とする精密位置決め装置。
【請求項２】
前記移動テーブル下面と前記ベローズ上面との間に配置された球面軸受けと、
前記球面軸受けを囲み前記ベローズ上面との間に空隙をもって前記移動テーブル下面に固定された第１円筒部材と、
前記第１円筒部材を囲み前記移動テーブル下面との間に空隙をもって前記ベローズ上面に固定された第２円筒部材と、
前記第２円筒部材に接続された真空配管と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の精密位置決め装置。
【請求項３】
前記移動テーブル下面と前記ベローズ上面との間に前記移動テーブルのストローク以上の空隙をもって嵌合されたガイドと、
前記移動テーブル下面と前記ベローズ上面との間で前記移動テーブル下面に設置された第１マグネットと、
前記第１マグネットと同極を対向させて前記ベローズ上面に配置された第２マグネットと、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の精密位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置のマスクと基板を位置決めする機構や、半導体、液晶製造装置に適用する精密位置決め装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来の精密位置決め装置として特許文献１に記載の装置を説明する。図７および図８は特許文献１の装置を説明する図であり、１ベースはその中央に２移動テーブルを設置できるよう凹形状になっており２移動テーブルは１ベースの凹部の内壁に２８支持部材で少なくとも3軸方向に移動可能に支持されている。１ベースには２９アクチュエータの一端が固定され２９アクチュエータの他端は２移動テーブルに当接している。このような２９アクチュエータは２移動テーブルのＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に平行に少なくとも１個ずつ設けられている
このように構成される精密位置決め装置において２９アクチュエータに電圧を印加して伸縮させると、１ベースに対して２移動テーブルは２８支持部材を変形させながら移動する。
【特許文献１】特開昭６２−２６６４９０号公報（図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の精密位置決め装置は、２移動テーブルの横側面のみを２８支持部材で支持しており、２移動テーブルの下側には２９アクチュエータしか配置されておらず、２移動テーブルの全重量を２９アクチュエータで支持しているため、２移動テーブルを駆動する推力に加えて２移動テーブルの重量を支持する推力が２９アクチュエータに必要になり２９アクチュエータが大型になるという問題があった。
また、２移動テーブルの重量を横側面の２８支持部材で支持するように設計する、または２移動テーブルの下側に２８支持部材を増設して２移動テーブルの重量を支持するよう構成した場合、何らかの不具合により２８支持部材が破損すると２移動テーブルの重量が２９アクチュエータに作用し２９アクチュエータに十分な推力が無いと２移動テーブルが下方に落下し装置および基板を損傷してしまうという問題もある。
そこで、本発明は移動テーブルを駆動するアクチュエータを小型にするとともに、支持部材が損傷しても装置および基板が損傷しないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、ベースと、前記ベースに対して少なくとも直交する３方向に移動可能な移動テーブルと、前記移動テーブルを前記少なくとも直交する３方向に移動させるアクチュエータと、を備えた精密位置決め装置において、前記移動テーブルの下側と前記ベースとの間に配置された少なくとも３個のベローズと、前記ベローズ個々の内部空間に接続された配管と、前記配管途中に接続された二次側圧力計と、前記配管途中で前記二次側圧力計よりも上流側に接続されたバッファスペースと、前記配管途中で前記バッファスペースよりも上流側に接続されたオリフィスと、前記配管途中で前記オリフィスよりも上流側に接続された二次側レギュレータと、前記配管途中で前記二次側レギュレータよりも上流側に接続された流量計と、前記配管途中で前記流量計よりも上流側に接続された一次側レギュレータと、前記配管とは別に設けられて前記配管の各々に接続された高圧側配管と、前記高圧側配管に接続されたバルブと、前記高圧側配管途中で前記バルブよりも上流側に接続された高圧側圧力計と、前記高圧側配管途中で前記高圧側圧力計よりも上流側に接続された高圧側レギュレータと、を備えたものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記移動テーブル下面と前記ベローズ上面との間に配置された球面軸受けと、前記球面軸受けを囲み前記ベローズ上面との間に空隙をもって前記移動テーブル下面に固定された第１円筒部材と、前記第１円筒部材を囲み前記移動テーブル下面との間に空隙をもって前記ベローズ上面に固定された第２円筒部材と、前記第２円筒部材に接続された真空配管と、を備えたものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記移動テーブル下面と前記ベローズ上面との間に前記移動テーブルのストローク以上の空隙をもって嵌合されたガイドと、前記移動テーブル下面と前記ベローズ上面との間で前記移動テーブル下面に設置された第１マグネットと、前記第１マグネットと同極を対向させて前記ベローズ上面に配置された第２マグネットと、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、移動テーブルとベースとの間に配置したベローズの内部空間に配管を通して圧縮空気を導入しその圧力を調整することで移動テーブルを所定の高さに支持することができるため、移動テーブルを鉛直方向に移動させるアクチュエータは移動テーブルの重量を支持する必要がなくなるためアクチュエータを小型化できる。
本発明によれば、ベローズに発生した微少クラックなどにより圧縮空気が漏れた場合、その漏れを流量計で感知して高圧側配管に接続したバルブを開けることにより高圧かつ大流量の空気をベローズ内部に導入し移動テーブルを上方に移動させることができる。そのため圧縮空気の漏れにより移動テーブルが下方に落下して装置および基板が損傷することを防ぐことができる
移動テーブルが水平方向に移動する場合、ベローズ自体は水平方向のみに変形する必要があり、その場合一般的なベローズでは上下方向よりもベローズ自体の剛性が高いため水平方向に移動させるアクチュエータに大きな推力が必要になるが、本発明によれば、移動テーブルとベローズとの間に球面軸受けを配置しているため、移動テーブルが水平方向に移動した場合ベローズ自体は曲げ方向の変形になり低い剛性で変形する。そのため水平方向に移動させるアクチュエータを小型にすることができる。
本発明によれば、移動テーブルとベローズとの間に同極を対向させてマグネットを配置しているためその磁気反発力により移動テーブルの重量を支持することができる。一方水平方向に移動テーブルが移動する場合にはほとんど推力を要しないため水平方向に移動させるアクチュエータを小型にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の第１の実施例を図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の精密位置決め装置の側面図である。配管途中に接続される構成要素はその実体形状ではなく空気配管回路図で用いる記号で表している。図２は本発明の精密位置決め装置の上面図であるが、配管とその途中に接続される構成要素は省略している。
本実施例は、露光装置における基板とマスクを精密位置決めする実施例で、１ベースに固定された２０基板に対して２移動テーブル下面に固定された１９マスクを６自由度で微量移動させて位置決めするものである。
２移動テーブルの下面の４角に３ベローズの上面を固定し、３ベローズの下面は１ベース上に固定されている。３ベローズは６自由度に自在に変形できるため２移動テーブルは１ベースに対して微少量で６自由度に移動することができる。
２移動テーブルには５アクチュエータ（Ｘ軸）、６アクチュエータ（Ｙ軸）及び４アクチュエータ（Ｚ軸）の可動部が固定され、それぞれのアクチュエータの固定部は１ベースに固定された固定部材に接続されている。これらアクチュエータを駆動することにより２移動テーブルを６自由度に移動させることができる。また、これらアクチュエータは例えばリニアモータのように電磁力を利用したものであり、固定部と可動部との間に磁気ギャップとなる空隙を有している。この空隙が２移動テーブルの移動ストロークよりも大きくなっているため、２移動テーブルが移動してもアクチュエータの固定部と可動部が干渉することなく駆動させることができる。
３ベローズには個々にその内部空間に圧縮空気を導入することができる７配管が接続されている。また７配管途中には圧縮空気の流れの下流側すなわち３ベローズに近い側から順番に８二次側圧力計、９バッファスペース、１０オリフィス、１１二次側レギュレータが接続されている。この１１二次側レギュレータよりも上流側で複数個の３ベローズに接続されている７配管が集合接続されており、この集合接続部よりも上流側に１２流量計とその上流側に１４一次側レギュレータが接続されている。
また、図１において点線で示されるように３ベローズには個々に１５高圧側配管が前記７配管とは別に接続されており、１５高圧側配管途中には下流側から１６バルブ、１７高圧側圧力計、１８高圧側レギュレータが接続されている。この１５高圧側配管は７配管よりも配管直径が太く、圧力を高めに設定してあり大流量の空気を流すことができる。
【０００８】
このように構成された精密位置決め装置において、３ベローズに導入する空気を１１二次側レギュレータと８二次側圧力計で調整することにより、３ベローズのバネ定数を変化させることができ、２移動テーブルを任意の高さに支持することができる。これにより２移動テーブルをＺ軸方向（鉛直方向）に駆動させる場合には、４アクチュエータ（Ｚ軸）は２移動テーブルに加速度を与えるための推力と３ベローズを微少変形させる推力のみ発生すればよく、２移動テーブルの重量を支持する必要がなくなる。このため４アクチュエータ（Ｚ軸）を小型にできる。
ここで、３ベローズに何らの原因で微少クラックが発生したことを考える。一般的にベローズの不具合としては、大きな損傷により大流量の空気が漏れ出すよりも、金属疲労や異物かみこみなどによる微少クラックが発生し微少な漏れが発生することが多い。空気の漏れが発生すると本発明の精密位置決め装置では、３ベローズ内部の圧力が低下し２移動テーブルが下方に移動し基板および装置を損傷するおそれがある。本発明によれば、３ベローズから微少漏れが発生しても９バッファスペースと１０オリフィスの効果により急激に３ベローズ内部の圧力が低下して２移動テーブルが落下することを防ぐことができる。また微少漏れが発生すると１２流量計を通過する空気の流量が増えるため微少漏れを検知することができる。微少漏れを検知すると１５高圧側配管に接続された１６バルブを自動的に開けるよう装置を構成しておけば、７配管内部よりも高圧に設定していた空気が３ベローズ内に導入され、２移動テーブルを上方に移動することができる。２移動テーブルはその上方に設置された図示しないストッパに押し当てられその位置で停止する。また、１５高圧側配管は配管直径を太くするなど大流量の空気を流せるようにしているため、微少漏れ以上の空気量を供給でき３ベローズ内部を高圧に保つことが可能で、２移動テーブルを下方に落下させず装置および基板が損傷することを防ぐことができる。
なお、１２流量計を設置せず、８二次側圧力計と１３一次側圧力計の圧力差を監視することにより微少漏れを検知してもよい。また３ベローズに導入する気体としては空気以外にも窒素などでもよい。
【実施例２】
【０００９】
図４は第２実施例の構成を示す図である。図３は２移動テーブルが水平方向に移動した状態を示す図であるが、２移動テーブルと３ベローズのみを記載しその他の構成要素は省略している。図３に示すように２移動テーブルが水平移動する場合、３ベローズ自体も水平方向のみに変形する必要がある。その場合一般的なベローズでは上下方向よりもベローズ自体の剛性が高いため水平方向に移動させるアクチュエータに大きな推力が必要になる。これに対して図４に示す実施例を説明する。図４では２移動テーブルと３ベローズの接合部のみを拡大して表しているが、その他の構成は実施例１と同じである。２移動テーブルと３ベローズの間には２１球面軸受けが配置され２移動テーブルは３ベローズに対して２１球面軸受けを中心に回転自在に指示されている。２移動テーブルの下面には２１球面軸受けを囲うように２２円筒部材１が固定されている。２２円筒部材１の下端と３ベローズ上面との間にはわずかな空隙を有する。また３ベローズ上面には２２円筒部材１をわずかな空隙を介して囲うように２３円筒部材２が固定されており、２３円筒部材２の上端と２移動テーブル下面との間にはわずかな空隙を有する。これら２２円筒部材１と２３円筒部材２によりラビリンス構造を構成している。また、２３円筒部材２には２４真空配管が接続されており図示しない真空排気装置たとえば真空ポンプ、イジェクタなどにより内部空間を吸引できる。
【００１０】
このような構成によれば、２移動テーブルが水平移動すると３ベローズは図５のように曲げ形状に変形するため小さな推力で移動することができ、５アクチュエータ（Ｘ軸）および６アクチュエータ（Ｙ軸）を小型にできる。また２１球面軸受けを２２円筒部材１および２３円筒部材２をラビリンス構造にして囲み、その内部空間を２４真空配管で吸引することにより２１球面軸受けで発生した微少な塵埃による基板汚染を防ぐことができる。
【実施例３】
【００１１】
図６は第３の実施例の構成を示す図である。図６では図４と同様に２移動テーブルと３ベローズの接合部のみを拡大して表しているが、その他の構成は実施例１と同じである。２移動テーブルの下面には２６マグネット１が固定されている。一方３ベローズ上面には２６マグネット１と同極を対向させて２７マグネット２を固定している。この実施例の場合それぞれのマグネットはリング形状である。またリング形状のマグネットの中心付近には２移動テーブルの移動ストローク以上の空隙をもって勘合された２５ガイドが固定されている。
【００１２】
このような構成によれば、２６マグネット１と２７マグネット２との磁極が同じ向きに固定されているので磁気反発力が発生し２移動テーブルを鉛直方向に支持することができ、４アクチュエータ（Ｚ軸）を小型にすることができる。また水平方向移動時には３ベローズを変形させることなく移動することができるので５アクチュエータ（Ｘ軸）および６アクチュエータ（Ｙ軸）を小型にできる。また２５ガイドにより磁気反発力が無くなる範囲まで移動することを防げるため２移動テーブルの落下を防ぐことができる。なお、２６マグネット１と２７マグネット２について本実施例では永久磁石を想定しているが、少なくとも一方を鉄心にコイル巻装した電磁石にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施例を示す精密位置決め装置の側面図
【図２】本発明の第１実施例を示す精密位置決め装置の上面図
【図３】本発明の第1実施例の動作を示す側面図
【図４】本発明の第２実施例を示す精密位置決め装置の部分拡大図
【図５】本発明の第２実施例の動作を示す側面図
【図６】本発明の第３実施例を示す精密位置決め装置の部分拡大図
【図７】従来の精密位置決め装置の上面図
【図８】従来の精密位置決め装置の側断面図
【符号の説明】
【００１４】
１  ベース
２  移動テーブル
３  ベローズ
４  アクチュエータ（Ｚ軸）
５  アクチュエータ（Ｘ軸）
６  アクチュエータ（Ｙ軸）
７  配管
８  二次側圧力計
９  バッファスペース
１０  オリフィス
１１  二次側レギュレータ
１２  流量計
１３  一次側圧力計
１４  一次側レギュレータ
１５  高圧側配管
１６  バルブ
１７  高圧側圧力計
１８  高圧側レギュレータ
１９  マスク
２０  基板
２１  球面軸受け
２２  円筒部材１
２３  円筒部材２
２４  真空配管
２５  ガイド
２６  マグネット１
２７  マグネット２
２８  指示部材
２９  アクチュエータ
【図１】
0004697424.tif 000002
【図２】
0004697424.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004697424.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0004697424.tif 000008
【図８】
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