JPH01195389A

JPH01195389A - 精密移動テーブル

Info

Publication number: JPH01195389A
Application number: JP63017335A
Authority: JP
Inventors: Masato Negishi; 真人根岸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1988-01-29
Publication date: 1989-08-07
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JP2510874B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分舒］本発明は、精密加工機、半導体露光装置、精密測定機等
高精度の位置制御が要求される装置で用いられる精密移
動テーブルに関する。

［従来の技術］従来の半導体露光装置用精密移動テーブルを駆動する手
段は、ＤＣサーボモータ等の回転運動を送りネジ等によ
って直進運動に変換し、ガイドに沿ってテーブルをＸ方
向およびＹ方向に移動させる構成であった。一方、近年
半導体露光装置の焼付最小線巾の微細化および処理速度
の高速化に伴いＸＹ子テーブル移動精度、移動速度とも
極めて高精度のものが要求されている。しかしながら、
送りネジを用いるとネジの摩擦やガタ、送りむら等の非
線形成分により、応答性が劣化し、高速化を妨げ、また
送りネジのふれまわり等によりて不必要な揺動力を生じ
、テーブルの移動精度を悪化させていた。このため駆動
手段としてリニアモータを用いて非線形要素を排除し、
高速、高精度化を図る提案がなされている。

Ｅ発明が解決しようとする問題点］しかしながら、ｗＩ密穆移動−ブルにリニアモータを用
いると、リニアモータの発熱によりテーブルを局所的に
加熱する。その結果、テーブルが熱応力により変形し、
テーブルの精度基準となる部材が変形して高精度の移動
制御ができないという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので
ありて、熱応力による変形をもたらす温度分布をなくし
テーブル全体を定常な温度として高精度の位置穆動制御
を可能とする精密移動テーブルの提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］前記目的を達成するため本発明では、発熱体であるステ
ージ駆動手段（例えばリニアモータ）を冷却するための
冷却手段を設け、テーブル穆動制御の基準部材であるベ
ースとリニアモータとの温度差がゼロになるように前記
冷却手段を制御している。

［作用］温度差がなければ熱は流れず熱伝達は行なわれない、し
たがって、リニアモータの発熱によるテーブルのベース
に生ずる温度分布が安定化される。

［実施例］第１図は本発明に係る精密移動テーブルの一実施例を示
す、この精密移動テーブルは、ベース８と、このベース
８の上面にその両端に沿って対向配置した２本の平行な
ガイド７と、これらの両ガイド７．７間に亘って装着し
たＹステージ２と、このＹステージ２上に装着したＸス
テージ１とを具備している。ベース８の上面は精度基準
面２８を構成する。したがって、このベース８の上面は
高い平面度、例えば口０，５μｍに仕上げられている。

Ｙステージ２はエアーベアリングを介して水平方向には
ガイド７に支持され、垂直方向には同様にエアーベアリ
ングを介してベース８上に支持されている。このＹステ
ージ２はガイド７に沿って直線的に摺動可能である。Ｘ
ステージ１は水平方向にはエアーベアリングを介してＹ
ステージ２に支持され、垂直方向にはエアーベアリング
を介してベース８上に支持される。Ｘステージ１はＹス
テージ２の移動方向と直角な方向にＹステージ２上を摺
動する。３はＸステージ用静圧流体軸受（エアーベアリ
ング）取付板であり、４はＹステージ用静圧流体軸受取
付板である。

Ｘステージ１の駆動手段であるリニアモータ５はＹステ
ージ２内に装着される。Ｙステージ２の駆動手段である
リニアモータ６は２木のガイド７の外側に各々に装着さ
れる。これらのリニアモータ５，６は固定子３３および
この固定子３３上を摺動する可動子３２とにより構成さ
れる。各可動子３２には各々２つの温度センサ９が取付
けられている。固定子３３には冷却用の冷媒通路が形成
され冷却流入用のフレキシブルチューブ２２が接続され
る。ベース８には孔２９が穿設され、内部に温度センサ
３０が設置される。

第２図にリニアモータの構成を示す、永久磁石３７を対
向させて配置し、磁束の通路であるヨーク１２にこれを
取り付ける。上下のヨーク１２はスペーサ１３を介して
互いに連結され箱状の可動子を構成する。コイル１１は
２本のコイル支持部材１０間に固定される。２本のコイ
ル支持部材１０は連結部材１５によって連結され、固定
子を構成する。箱状の可動子によって形成される磁場の
中に固定子のコイル１１が配設されるので、このコイル
１１に通電することにより、推力を発生することができ
る。コイル支持部材１０には冷却用の冷媒を流す冷媒通
路１６が穿設され通電によってコイルに発生するジュー
ル熱を取り去る。

第３図に冷媒の流れの系路図を示す。冷媒タンク１７内
には適当な量の冷媒が収容され、図示しない温度調節装
置によって一定温度に保たれている。この冷媒はポンプ
１８により４つの電磁弁１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９
ｄを介してフレキシブルチューブ２２を含む冷媒系路を
循環する。これらの電磁弁は後述する温度制御回路によ
って自動的に制御され、冷媒の流れをＯＮ、ＯＦＦする
。

この、制御された冷媒流は着脱可能なコネクタ２０ａ、
２０ｂ、２０ｃを介して各々フレキシブルチューブ２２
に接続され、前記各リニアモータの冷却用管路２１ａ、
２１ｂ、２１ｃ　（冷媒通路１６）に導びかれる。この
ような構成によりリニアモータから取り去る熱量を冷媒
のＯＮ、ＯＦＦによって制御可能となる。リニアモータ
の冷却用管路を出た配管は１つにまとめられ再びフレキ
シブルチューブ２２および着脱可能なコネクタ２０を通
り、バイパス用の電磁弁１９ｄの出口と合流した後、冷
媒タンク１７に戻る。ここで、フレキシブルチューブ２
２を用いているため、テーブルが移動する際、その運動
を妨げることがなく、また着脱可能なコネクタ２０．２
０ａ〜２０ｃを外せばテーブル単体の組立、保守、点検
等を容易に行なうことができる。

第４図は温度検出用の回路を示す０図中の抵抗ｒ　Ａｌ
ｌ　　ｒ　Ａ２１　ｒ　ＢＩ＋　ｒ　Ａ２は温度センサ
である測温抵抗体、例えば白金抵抗体であり、被測定物
の温度変化によって、その抵抗値が変化する。これら４
つの温度センサはブリッジ状に接続され微調整用の可変
抵抗ｒを介して定電圧源Ｖに接続される。

また温度センサの一対ｒ　ＡＩｏ　　ｒ　Ａ２はリニア
モータの一部例えば第２図で示したリニアモータのヨー
ク１２上に設けた温度センサ取付用ピット１４内に固定
される。もう一方の対ｒ！１１＋ｒｌ１２は別に設けた
温度制御基準部材、例えば本テーブルの乗る定盤や、第
１図に示したベース８に同様に温度センサ取付用ビット
を設けそこに固定される。白金側温抵抗体の抵抗値は温
度に対し、ｒｗＲ＋α・ΔＴで示されるリニアな変化を
する。ここで、ｒは白金測温抵抗体の抵抗値、Ｒ２αは
定数、ΔＴは温度変化である。４つのセンサｒ＾１゜ｒ
　Ａｈ　　ｒ　Ｂ１＋　　ｒ　Ａ２の温度変化をΔＴＡ
、、ΔＴＡ、。

ΔＴＢ１．ΔＴ０とすると出力電圧ｅは微調整用の可変
抵抗ｒが小さいとして次のように示される。

ｅ中・１−ｉ−（（ΔＴＡＩ”ΔＴＡ２）／２−　（Δ
Ｔ１１１１”ΔＴ！１２）／２）上式より出力ｅは一対
の温度センサｒ　Ａｌ＋　　ｒ　Ａ２の平均温度ともう
一対の温度センサｒｕｌｅｒ！１２の平均温度との差に
比例する電圧となることが分かる。このような構成によ
り従来用いられている回路（第１０図）に比べて次の利
点がある。すなわち、温度をドリフト誤差なく安定して
測定するためには、従来例の場合通常、参照用抵抗ｒ、
の精度を高くし、温度係数を非常に低くしなければなら
ないが、本発明のようにセンサをブリッジ構成とすれば
参照用抵抗が要らない、また基準温度との温度差に比例
する出力が取り出せる。

第５図に温度制御回路を示す、３つのリニアモータに対
応した前述の温度センサのブリッジ回路の各出力ｅ、〜
ｅ３をアンプ２３ａ〜２３ｃで増幅する。各アンプの増
幅率は例えば１００ｄＢである。各アンプ２３ａ〜２３
ｃで増幅されたノイズはローパスフィルタ２４ａ〜２４
ｃに導かれ減衰される。温度は比較的ゆっくり変化する
のでこのローパスフィルタのカットオフ周波数は低くて
よく、例えばＩＨｚである。ローパスフィルタ２４ａ〜
２４ｃを通過した信号はヒステリシス回路２５ａ〜２５
ｃに導びかれ電磁弁開閉用の０Ｎ−ＯＦＦ信号に整形さ
れる。この０Ｎ−ＯＦＦ信号はパワーアンプ２６ａ〜２
６ｃを介して電磁弁１９ａ〜１９ｃをＯＮ、ＯＦＦする
。第６図にはこうした温度制御回路が８１　＊　６２　
＋　Ａ３の３つの入力に対して３系統示されているがこ
れは第１図で説明したテーブル装置の３つのリニアモー
タに対応するものである。またバイパス用の電磁弁１９
ｄは、ＮＯＲ回路２フ、すなわちリニアモータに対応し
た３つの電磁弁１９ａ〜１９ｃのＯＮ、ＯＦＦ論理をＡ
、Ｂ、Ｃで表わすとこれら３つの電磁弁が同時に閉じて
いる時ＯＮになる回路（ＡｎＢｎＣ＝ＡＵＢＵＣ）によ
って制御される。

次に上記構成の本発明実施例動作について説明する。テ
ーブルを駆動する場合には、リニアモータのコイル１１
（第２図）に通電する。これによりヨーク１２からなる
可動子が直線運動するとともにコイルにジュール熱が発
生する。この値は本実施例におけるテーブルでは最大１
２．５Ｗである。

この熱が各部を伝わりベース８（第１図）に達するとベ
ース８に温度分布を生じさせる。もし、この温度分布に
よりベースが変形すると、本構成のテーブルではベース
が精度基準となっているため、テーブルの移動精度が悪
化してしまう、しかし、本実施例ではリニアモータのコ
イル１１の発生する熱によってコイルが温度上昇すると
このコイルを包囲するヨーク１２、スペーサ１３の温度
も上昇し、温度センサ取付用ビット１４（第２図）に取
り付けられた温度センサｒ　Ａｌ＋　　ｒ　Ａ２の抵抗
値が大きくなる。一方、ベースの温度上昇はリニアモー
タのヨークの温度上昇よりも遅いためベースに取付けら
れた基準温度センサｒ！１１＋’！１２の抵抗値は変わ
らない、したがって、第４図に示した温度差検出用ブリ
ッジ回路のバランスがくずれ、出力電圧ｅが生じる。こ
のリニアモータとベースの温度差に比例する電圧ｅを第
６図の回路に導き、アンプ２３で増巾し、ローパスフィ
ルタ２４、ヒステリシス回路２５を介して整形した後パ
ワーアンプ２６によって電磁弁１９を開く。第３図にお
いて、電磁弁１９ａ〜１９Ｃが開かれるとポンプ１８に
よフて圧送される冷媒がフレキシブルチューブ２２を介
してす゛ニアモータ冷却用管路２１ａ〜２１ｃ（第２図
の冷媒通路１６）に導かれジュール熱によって発生した
熱を除去する。

したがって、この制御回路によってリニアモータとベー
スとの温度差をゼロに近づけることができる。温度差が
ゼロに近づけば熱の流出入が抑えられるので、ベースの
温度も安定する。本実施例のテーブルはベース上面の平
面度が精度基準であるためベースの温度が安定していれ
ばベースの温度による変形はなく、高い移動精度を維持
できる。

この場合、温度センサｒＡの取り付は位置は重要である
。熱の発生するコイル部分は熱く冷却管付近は冷たくな
るが、この両者の平均温度を検出し、制御してやらなけ
れば過不足なく発生する熱量を取り去ることは難しい。

例えば、実験によれば、温度センサをコイル１１の側面
に取り付けた場合、１．５時間でヨーク１２の温度が０
．５℃上昇し、これに伴いＸステージ２の温度も０．６
℃上昇した。

一方、この温度センサをヨーク１２に取り付けた場合に
はヨーク１２の温度変動は−０，Ｓ〜＋０．２℃に抑え
られＸステージ２の温度は上昇しなかった。

第６図に本発明の第２の実施例を示す、この実施例では
ベース８に複数の（この例では３つの）温度基準測定用
のセンサ３０ａ〜３０ｃを設置している。半導体露光装
置のベース８は一般に４００ｍｍＸ　４００ｍｓ程度の
大面積を占めるので、ベース８の温度分布をなくして完
全に均一にすることは難しい、そこでベース８はある温
度分布をもフて平衡している場合を考える。前述の第１
の実施例においては、ベース内に温度センサを１つだけ
設け、その温度を基準温度としていた。したがって、リ
ニアモータとリニアモータ近傍のベースとの間に温度差
を生じる場合がある。温度差があれば熱が流れるのでリ
ニアモータの熱がベースに伝わる。

そこでこの第２の実施例では基準温度測定点をふやし、
各リニアモータにつきそれぞれリニアモータ近傍のベー
ス平均温度を測定し、これらを基準温度とする。すなわ
ち、′ｓ６図においてリニアモータ６ａの温度制御には
、このリニアモータ６ａに近い位置に設けた孔２９ａ内
のセンサ３０ａの出力を基準温度とし、リニアモータ６
ａと温度センサ３０ａの温度差をゼロにするよう前記温
度制御回路により制御する。同様にＸステージ用のリニ
アモータ５については孔２９ｂ内の温度センサ３０ｂを
用い、Ｘステージ用の他のリニアモータ６ｂについては
孔２９ｃ内の温度センサ３０ｃを用いて各温度センサの
出力をそれぞれ基準温度として温度制御する。このよう
に基準温度測定点を複数設けることによりリニアモータ
とリニアモータ近傍のベースとの間の温度差をゼロにで
きるため、両者間に熱の伝達がなくなる。したがって、
ベースに温度分布がある場合でも、リニアモータとベー
ス間の熱の出入りを抑えることができ、ベースの温度を
定常に保つことができる。

その他の構成および作用効果については前述の第１の実
施例と同様である。

第７図に本発明の第３の実施例を示す、前記第２の実施
例では、ベース（定盤）がある温度分布をもっていても
熱の流出入を抑えられる構成について述べたが、この第
３の実施例はリニアモータに比較的近くてベース以外の
部材、例えばＸステージやＸステージの温度とベースの
温度が異なる場合に対処する構成を示す、このような場
合、発熱体であるリニアモータとその近くの部材に温度
差を生じ熱が流れる。そこで、基準温度測定点をさらに
リニアモータに近づければ、このような局部的な温度分
布はさらに緩和される。第７図はＸＸステージをＸステ
ージの進行方向と垂直な面で切った断面図である。断熱
材３４はリニアモータの発熱する熱が周囲に拡散しない
ように設けである。基準温度計測用センサ９ａをＸステ
ージ１または９ｂで示すようにＸステージに取り付けで
ある。センナをこのような位置に設置して前述と同様に
温度制御を行なうことにより、リニアモータとＸステー
ジまたはＸステージとの平均温度差をゼロにすることが
でき、熱の流出入を抑えることができる。

第８図は本発明の第４の実施例を示す。前記第１の実施
例では冷媒の流量制御に電磁弁を用いていた。そのため
電磁弁のＯＮ、ＯＦＦ動作時に冷媒の速度も急激に変化
する。このため、ｆｆＩ撃的な振動が発生し、冷却用管
路に連通ずるリニアモータやフレキシブルチューブ２２
を揺動させる。このような振動は、精密な移動制御が要
求されるテーブルにとって非常に有害である。そこで第
８図に示すように電磁弁に代えて流量調整可能な流量制
御弁３８ａ〜３８ｄを用いて衝撃的な流量変化を防止す
る。この場合の弁制御回路を第９図に示す、第９図は第
４図で説明した温度センサの出力ｅにより、一般的なＰ
ＩＤコントローラ４０および流量制御弁駆動用のパワー
アンプ４１を介して前記流量制御弁３８ａ〜３８ｃを制
御する回路を示す、またバイパス円の弁３８ｄも前記実
施例と同様に３つの弁３８ａ〜３８ｃが閉じた時開く。

このように構成することにより、流量を比較的なだらか
に変化させることができ急激な流量変化による有害な振
動の発生を防止できる。

［発明の効果］以上説明したように本発明による温度制御装置を設ける
ことによりテーブルの精度基準部材であるベースあるい
は定盤などの平均温度と発熱体であるモータ部分の平均
温度との温度差をゼロに近づけることができるため、テ
ーブルの精度基準部材に出入りする熱が抑えられ、テー
ブル精度基準部材の温度分布が定常安定化する。したが
って、テーブル精度基準部材の形状安定性が保証され、
テーブルの移動精度を高く維持できる。

本発明は特に実施例で示した構造のテーブルのように発
熱体が比較的精度基準部材に近い位置に配置される場合
有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る精密移動テーブルの第１の実施例
の斜視図、第２図は本発明を構成するリニア千−夕の斜
視図、第３図は本発明に係る温度制御装置の冷媒系路図
、第４図は本発明に係る温度検出回路図、第５図は本発
明に係る温度制御回路図、第６図は本発明の第２の実施
例の斜視図、第７図は本発明の第３の実施例の斜視図、
第８図は本発明に係る温度制御装置の別の例の説明図、
第９図は第８図の温度制御装置の制御回路図、第１０図
は従来の温度検出回路図である。１：ｘステージ、２：Ｙステージ、５．６：リニアモータ、フ：ガイド、８：ベース、９．３０：温度センサ、１１：コイル、１２：ヨーク、１６：冷媒通路、２２：フレキシブルチューブ。特許出願人　　　キャノン株式会社代理人　弁理士　　　伊　東　哲　也代理人　弁理士　　　伊　東　辰　雄第３図 ■ 第４図第５図第　７　区第８図第９図 ■ 第１０　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ベースと、該ベース上を移動するステージと、該
ステージを移動させるための駆動手段と、該駆動手段を
冷却させるための冷却手段と、前記ベースの温度を検知
するための第１温度検知手段と、前記駆動手段の温度を
検知するための第２温度検知手段と、前記第１および第
２温度検知手段からの出力差がゼロになるように前記冷
却手段を制御する制御手段とを具備したことを特徴とす
る精密移動テーブル。
（２）前記ステージは、前記ベース上に設けた２本の平
行なガイドと、該両ガイド間に亘って装着され該ガイド
に沿って直線的に摺動する第１のステージと、該第１の
ステージ上に装着され該第１のステージの摺動方向と直
角な方向に摺動する第２のステージと、前記第１のステ
ージを前記ベースおよびガイドに対し摺動可能に支持す
る第１ステージ用エアーベアリング手段と、前記第２の
ステージを前記ベースおよび第１のステージに対し摺動
可能に支持する第２ステージ用エアーベアリング手段と
からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
精密移動テーブル。
（３）前記駆動手段は、コイルまたは磁石のうち一方を
備えた固定子と、該固定子に沿って直線運動するコイル
または磁石のうち他の一方を備えた可動子とからなるリ
ニアモータであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項または第２項記載の精密移動テーブル。
（４）前記冷却手段は、冷媒タンクと、前記リニアモー
タの固定子内に設けた冷媒通路と、前記冷媒タンクおよ
び冷媒通路を結ぶ冷媒循環系路と、前記冷媒通路に接続
し前記冷媒循環系路を構成するフレキシブルチューブと
、前記冷媒循環系路上に設けた冷媒制御用弁手段とから
なることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の精密
移動テーブル。
（５）前記第１および第２温度検知手段は測温抵抗体か
らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４
項までのいずれか１項記載の精密移動テーブル。
（６）前記第１および第２温度検知手段を構成する測温
抵抗体の抵抗値の差に応じた出力を得るためのブリッジ
回路を該測温抵抗体を用いて構成したことを特徴とする
特許請求の範囲第５項記載の精密移動テーブル。
（７）前記ベース内の複数の異なる位置に前記測温抵抗
体を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第５項また
は第６項記載の精密移動テーブル。
（８）前記第１温度検知手段を前記ステージに設けたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第７項までの
いずれか１項記載の精密移動テーブル。
（９）前記冷却手段は、前記第１のステージ用の両ガイ
ドの各々に装着したリニアモータを各々冷却するための
第１、第２の冷却系と前記第２のステージを駆動するリ
ニアモータを冷却するための第３の冷却系路とからなり
、各冷却系路上に前記弁手段を設け、３つの各リニアモ
ータとベースとの温度差に応じて各弁手段を制御可能に
構成したことを特徴とする特許請求の範囲第４項から第
８項までのいずれか１項記載の精密移動テーブル。