JP2003098282A - ステージおよびその原点出し方法 - Google Patents
ステージおよびその原点出し方法Info
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- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ６自由度ガイドレスステージにおいて、高精
度で簡便に原点出しを行う。 【解決手段】 天板１と、天板１の６自由度の位置を計
測可能な位置計測手段と、天板１を固定部２に対して６
自由度に駆動可能な駆動手段４とを有するガイドレスス
テージにおいて、天板または固定部のどちらか一方に設
けられた３つの突起部６と、他方に設けられそれぞれの
突起部に相対して、突起部と接触したときに天板１の６
自由度を拘束する３つの突き当て部５を配設する。さら
に、３つの突き当て部と突起部をそれぞれ同時に接触さ
せた状態で、突き当て方向と直交する方向に加振した
後、前記位置計測手段を初期化する。
度で簡便に原点出しを行う。 【解決手段】 天板１と、天板１の６自由度の位置を計
測可能な位置計測手段と、天板１を固定部２に対して６
自由度に駆動可能な駆動手段４とを有するガイドレスス
テージにおいて、天板または固定部のどちらか一方に設
けられた３つの突起部６と、他方に設けられそれぞれの
突起部に相対して、突起部と接触したときに天板１の６
自由度を拘束する３つの突き当て部５を配設する。さら
に、３つの突き当て部と突起部をそれぞれ同時に接触さ
せた状態で、突き当て方向と直交する方向に加振した
後、前記位置計測手段を初期化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置、
各種精密加工機および各種精密測定器等の位置決めに用
いられるステージおよびその原点出し方法に関する。
各種精密加工機および各種精密測定器等の位置決めに用
いられるステージおよびその原点出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のステージとして特開平１
０−１７３０２８号公報に開示されたガイドレスの微動
ステージが知られている。図７は、この微動ステージの
構成を示す。図７のステージは、ＸＹ方向をラジアルガ
イド８によって拘束されているので、天板が４自由度
（Ｚ方向および回転θｘ、θｙ、θｚ方向）を有する微
動ステージとなっている。図７において、１は天板、２
は固定部、３ｘはＸミラー、３ｙはＹミラー、４はθリ
ニアモータ、４ａ〜４ｃはそれぞれＺリニアモータ、８
はガイド、９ａ〜９ｃはそれぞれ変位センサである。
０−１７３０２８号公報に開示されたガイドレスの微動
ステージが知られている。図７は、この微動ステージの
構成を示す。図７のステージは、ＸＹ方向をラジアルガ
イド８によって拘束されているので、天板が４自由度
（Ｚ方向および回転θｘ、θｙ、θｚ方向）を有する微
動ステージとなっている。図７において、１は天板、２
は固定部、３ｘはＸミラー、３ｙはＹミラー、４はθリ
ニアモータ、４ａ〜４ｃはそれぞれＺリニアモータ、８
はガイド、９ａ〜９ｃはそれぞれ変位センサである。
【０００３】このようなガイドレスステージにおいて
は、位置計測手段として高精度なレーザ干渉計やエンコ
ーダといったセンサが用いられる。これらのセンサは絶
対原点を持っていないため、何らかの基準に対して原点
出しを行うことが必要となる。さらに、原点出し動作に
よって決められた原点は、全ての位置計測の基準となる
ため、高精度・高再現性が要求されている。
は、位置計測手段として高精度なレーザ干渉計やエンコ
ーダといったセンサが用いられる。これらのセンサは絶
対原点を持っていないため、何らかの基準に対して原点
出しを行うことが必要となる。さらに、原点出し動作に
よって決められた原点は、全ての位置計測の基準となる
ため、高精度・高再現性が要求されている。
【０００４】このステージにおける原点出しのフローチ
ャートを図８に示す。この微動ステージでは大まかにい
うと、 1.Ｚ方向に３点を突き当てて、Ｚおよび２方向の回転
（θｘ、θｙ）用センサを初期化後、所定位置に位置決
めし、次に、 2.θｚ方向を突き当てて、θｚ用センサを初期化すると
いう、２段階の手順を用いて原点出しを行っていた。こ
の方法では、２段階の手順は必要となるが、Ｚ方向、θ
ｚ方向にそれぞれ平面からなる突き当て面（不図示）を
備え、それらに対し直交方向に突き当て動作を行うこと
により、容易に高精度な原点出しが可能となる。
ャートを図８に示す。この微動ステージでは大まかにい
うと、 1.Ｚ方向に３点を突き当てて、Ｚおよび２方向の回転
（θｘ、θｙ）用センサを初期化後、所定位置に位置決
めし、次に、 2.θｚ方向を突き当てて、θｚ用センサを初期化すると
いう、２段階の手順を用いて原点出しを行っていた。こ
の方法では、２段階の手順は必要となるが、Ｚ方向、θ
ｚ方向にそれぞれ平面からなる突き当て面（不図示）を
備え、それらに対し直交方向に突き当て動作を行うこと
により、容易に高精度な原点出しが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、天板が６軸自
由度を有するステージにおいては、さらにＸＹ方向の原
点出しも加わるため、上述の従来例の考え方をそのまま
６軸に拡張した場合、以下のような課題が発生する。す
なわち、 1.従来のシーケンスに対し、ＸＹ軸の原点出しも加わる
ため、初期化の手順が複雑になるとともに、初期化に時
間がかかる。 2.ＸＹ方向の突き当て部を用意する必要があり、ステー
ジの構造が複雑となる。 3.原点出しをする軸と、センサが１対１で対応しない場
合、一旦初期化したセンサを再度初期化したり、補正し
たりする必要がある。例えば、Ｘ方向から２本のレーザ
干渉計を当て、その一つでＸ方向の位置を計測し、２本
の差としてθｙ（Ｙ軸周りの回転）を計測する場合、従
来の手順では、Ｚ方向の突き当てによってθｙ用のセン
サ、すなわち２本のレーザ干渉計を初期化する必要があ
る。しかし、この時はＸ方向の初期化は終わっていない
ので、改めてＸ方向の原点出しを行ったときには、一旦
初期化したＸ方向用のレーザ干渉計を再度初期化するな
どの処理を行わなければならない。
由度を有するステージにおいては、さらにＸＹ方向の原
点出しも加わるため、上述の従来例の考え方をそのまま
６軸に拡張した場合、以下のような課題が発生する。す
なわち、 1.従来のシーケンスに対し、ＸＹ軸の原点出しも加わる
ため、初期化の手順が複雑になるとともに、初期化に時
間がかかる。 2.ＸＹ方向の突き当て部を用意する必要があり、ステー
ジの構造が複雑となる。 3.原点出しをする軸と、センサが１対１で対応しない場
合、一旦初期化したセンサを再度初期化したり、補正し
たりする必要がある。例えば、Ｘ方向から２本のレーザ
干渉計を当て、その一つでＸ方向の位置を計測し、２本
の差としてθｙ（Ｙ軸周りの回転）を計測する場合、従
来の手順では、Ｚ方向の突き当てによってθｙ用のセン
サ、すなわち２本のレーザ干渉計を初期化する必要があ
る。しかし、この時はＸ方向の初期化は終わっていない
ので、改めてＸ方向の原点出しを行ったときには、一旦
初期化したＸ方向用のレーザ干渉計を再度初期化するな
どの処理を行わなければならない。
【０００６】そこで、本発明の目的は、簡便で高精度な
原点出しが可能なステージ、およびその原点出し方法を
提供することにある。
原点出しが可能なステージ、およびその原点出し方法を
提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の課題を達成するた
め本発明においては、固定部に対して６自由度で移動可
能な天板と、該天板を該固定部に対して該６自由度に駆
動可能な駆動手段と、該天板および固定部の相対向する
面のいずれか一方に設けられた３つの突起部と、該対向
する面の他方に設けられそれぞれの突起部に相対してそ
れらの突起部と接触したときに該天板の６自由度を拘束
する３つの突き当て部とを備えることを特徴とする。
め本発明においては、固定部に対して６自由度で移動可
能な天板と、該天板を該固定部に対して該６自由度に駆
動可能な駆動手段と、該天板および固定部の相対向する
面のいずれか一方に設けられた３つの突起部と、該対向
する面の他方に設けられそれぞれの突起部に相対してそ
れらの突起部と接触したときに該天板の６自由度を拘束
する３つの突き当て部とを備えることを特徴とする。
【０００８】本発明の好ましい実施例においては、３つ
の突き当て部が、それぞれ平面、Ｖ溝、円錐溝であるこ
とを特徴とする。さらに、Ｖ溝の稜線の方向が、円錐溝
の頂点に向いていることを特徴とする。また、突起部が
球状であることを特徴とする。また、突き当て部および
突起部がセラミックス製であることを特徴とする。ま
た、突き当て部および突起部が鏡面加工されていること
を特徴とする。また、突き当て部および突起部が突き当
て方向の駆動手段の近傍に配置されていることを特徴と
する。また、突起部が固定部に設置され、突き当て部が
天板に設置されていることを特徴とする。また、駆動手
段がリニアモータであることを特徴とする。また、天板
の６自由度の位置を計測可能な位置計測手段を備えるこ
とを特徴とする。さらに、位置計測手段がレーザ干渉
計、あるいはエンコーダであることを特徴とする。
の突き当て部が、それぞれ平面、Ｖ溝、円錐溝であるこ
とを特徴とする。さらに、Ｖ溝の稜線の方向が、円錐溝
の頂点に向いていることを特徴とする。また、突起部が
球状であることを特徴とする。また、突き当て部および
突起部がセラミックス製であることを特徴とする。ま
た、突き当て部および突起部が鏡面加工されていること
を特徴とする。また、突き当て部および突起部が突き当
て方向の駆動手段の近傍に配置されていることを特徴と
する。また、突起部が固定部に設置され、突き当て部が
天板に設置されていることを特徴とする。また、駆動手
段がリニアモータであることを特徴とする。また、天板
の６自由度の位置を計測可能な位置計測手段を備えるこ
とを特徴とする。さらに、位置計測手段がレーザ干渉
計、あるいはエンコーダであることを特徴とする。
【０００９】本発明における原点出し方法は、前記駆動
手段によって３つの突き当て部と突起部をそれぞれ同時
に接触させた状態で、前記位置計測手段を初期化するこ
とにより、６自由度の原点出しを行うことを特徴とす
る。
手段によって３つの突き当て部と突起部をそれぞれ同時
に接触させた状態で、前記位置計測手段を初期化するこ
とにより、６自由度の原点出しを行うことを特徴とす
る。
【００１０】好ましくは、さらに、前記駆動手段によっ
て３つの突き当て部と突起部をそれぞれ同時に接触させ
た状態で、突き当て方向と直交する方向に加振した後、
前記位置計測手段を初期化する。この時、加振方向が、
回転方向であった方が好ましい。また、加振波形が矩形
波であった方が好ましい。
て３つの突き当て部と突起部をそれぞれ同時に接触させ
た状態で、突き当て方向と直交する方向に加振した後、
前記位置計測手段を初期化する。この時、加振方向が、
回転方向であった方が好ましい。また、加振波形が矩形
波であった方が好ましい。
【００１１】また、位置計測手段を初期化した後、前記
駆動手段によって回転方向にのみ位置制御をかけてしば
らくした後、並進方向に位置制御をかけることが好まし
い。
駆動手段によって回転方向にのみ位置制御をかけてしば
らくした後、並進方向に位置制御をかけることが好まし
い。
【００１２】本発明のステージは、例えば、半導体露光
装置等のＸＹステージに搭載されるが、ステージの位置
計測手段の初期化を行うのは、常に、このＸＹステージ
が同じ位置にいるときであることが好ましい。
装置等のＸＹステージに搭載されるが、ステージの位置
計測手段の初期化を行うのは、常に、このＸＹステージ
が同じ位置にいるときであることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて説明する。 ［実施例１］図１は、本発明の実施例１に係るガイドレ
スステージの平面図である。同図において、天板１と固
定部２は紙面奥行き方向に配列され、かつ天板１が最も
手前に配置されているが、天板１の陰に隠れる部分は天
板１を透視した状態で描いてある。
例に基づいて説明する。 ［実施例１］図１は、本発明の実施例１に係るガイドレ
スステージの平面図である。同図において、天板１と固
定部２は紙面奥行き方向に配列され、かつ天板１が最も
手前に配置されているが、天板１の陰に隠れる部分は天
板１を透視した状態で描いてある。
【００１４】図１のステージは、機械的なガイド機構を
備えておらず、天板１の６自由度全てをリニアモータ４
（４ｘｆ、４ｘｂ、４ｙｌ、４ｙｒ、４ｚｌ、４ｚｍ、
４ｚｒ）によって駆動している。天板１にはリニアモー
タの可動子が、固定部２にはリニアモータの固定子が取
り付けられている。天板１を、Ｘ方向にはリニアモータ
４ｘｆと４ｘｂを用いて駆動する。Ｙ方向にはリニアモ
ータ４ｙｌと４ｙｒを用いて駆動する。θｚ（Ｚ軸まわ
りの回転方向）には、リニアモータ４ｘｆと４ｘｂ、ま
たはリニアモータ４ｙｌと４ｙｒの推力の発生方向を逆
方向とすることにより駆動する。Ｚ方向、ならびにθｘ
（Ｘ軸まわりの回転方向）およびθｙ（Ｙ軸まわりの回
転方向）の各方向には、リニアモータ４ｚｍと４ｚｌと
４ｚｒを用いて駆動し、特にθｘおよびθｙ方向には、
これらのモータの推力のバランスを変えることにより駆
動する。
備えておらず、天板１の６自由度全てをリニアモータ４
（４ｘｆ、４ｘｂ、４ｙｌ、４ｙｒ、４ｚｌ、４ｚｍ、
４ｚｒ）によって駆動している。天板１にはリニアモー
タの可動子が、固定部２にはリニアモータの固定子が取
り付けられている。天板１を、Ｘ方向にはリニアモータ
４ｘｆと４ｘｂを用いて駆動する。Ｙ方向にはリニアモ
ータ４ｙｌと４ｙｒを用いて駆動する。θｚ（Ｚ軸まわ
りの回転方向）には、リニアモータ４ｘｆと４ｘｂ、ま
たはリニアモータ４ｙｌと４ｙｒの推力の発生方向を逆
方向とすることにより駆動する。Ｚ方向、ならびにθｘ
（Ｘ軸まわりの回転方向）およびθｙ（Ｙ軸まわりの回
転方向）の各方向には、リニアモータ４ｚｍと４ｚｌと
４ｚｒを用いて駆動し、特にθｘおよびθｙ方向には、
これらのモータの推力のバランスを変えることにより駆
動する。
【００１５】図２は、図１のガイドレスステージの位置
計測に用いる、レーザ干渉計の配置を示す図である。天
板１上には、ターゲットとなるミラー３ｘ、３ｙ、３ｚ
が設置されている。レーザ光軸７ｘ、７ｙ、７ｚはそれ
ぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置を計測する。レーザ光軸７ｘｐ
はレーザ光軸７ｘとＺ軸方向に平行になるように配置さ
れ、これらの差を取ることによりθｙを計測する。レー
ザ光軸７ｙｐはレーザ光軸７ｙとＺ軸方向に平行になる
ように配置され、これらの差を取ることによりθｘを計
測する。レーザ光軸７ｘｑはレーザ光軸７ｘとＸＹ平面
に対して平行になるように配置され、これらの差を取る
ことによりθｚを計測する。レーザ光軸７ｙｑはレーザ
光軸７ｙとＸＹ平面に対して平行になるように配置さ
れ、これらの差を取ることによりθｚを計測する。θｚ
の計測にはＸ軸側、Ｙ軸側のどちらを用いてもよい。Ｘ
軸側、Ｙ軸側のそれぞれ３本のレーザ干渉計は、差を取
るために、同時に初期化する必要がある。また、位置セ
ンサとしては高分解能なエンコーダを用いてもよい。
計測に用いる、レーザ干渉計の配置を示す図である。天
板１上には、ターゲットとなるミラー３ｘ、３ｙ、３ｚ
が設置されている。レーザ光軸７ｘ、７ｙ、７ｚはそれ
ぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置を計測する。レーザ光軸７ｘｐ
はレーザ光軸７ｘとＺ軸方向に平行になるように配置さ
れ、これらの差を取ることによりθｙを計測する。レー
ザ光軸７ｙｐはレーザ光軸７ｙとＺ軸方向に平行になる
ように配置され、これらの差を取ることによりθｘを計
測する。レーザ光軸７ｘｑはレーザ光軸７ｘとＸＹ平面
に対して平行になるように配置され、これらの差を取る
ことによりθｚを計測する。レーザ光軸７ｙｑはレーザ
光軸７ｙとＸＹ平面に対して平行になるように配置さ
れ、これらの差を取ることによりθｚを計測する。θｚ
の計測にはＸ軸側、Ｙ軸側のどちらを用いてもよい。Ｘ
軸側、Ｙ軸側のそれぞれ３本のレーザ干渉計は、差を取
るために、同時に初期化する必要がある。また、位置セ
ンサとしては高分解能なエンコーダを用いてもよい。
【００１６】図３は、図１のガイドレスステージの突起
部および突き当て部の模式図である。固定部２には、球
面座を持つ３つの突起部が設置されている。一方、天板
１には平面からなる突き当て部５ｆ、Ｖ字溝からなる突
き当て部５ｖ、円錐溝からなる突き当て部５ｃが設置さ
れている。それぞれの突き当て部は、平面は１自由度、
Ｖ溝は２自由度、円錐溝は３自由度を拘束し、合わせて
６自由度全てを拘束する。そのため、突き当て部の最深
部に完全に突き当たった状態にすることで６自由度全て
を同時に原点出しすることができる。
部および突き当て部の模式図である。固定部２には、球
面座を持つ３つの突起部が設置されている。一方、天板
１には平面からなる突き当て部５ｆ、Ｖ字溝からなる突
き当て部５ｖ、円錐溝からなる突き当て部５ｃが設置さ
れている。それぞれの突き当て部は、平面は１自由度、
Ｖ溝は２自由度、円錐溝は３自由度を拘束し、合わせて
６自由度全てを拘束する。そのため、突き当て部の最深
部に完全に突き当たった状態にすることで６自由度全て
を同時に原点出しすることができる。
【００１７】また、例えば全てを円錐溝にしたような７
自由度以上を拘束する構成にしてしまうと、温度などに
よるわずかな機械的な変形や、どの点が最初に接触する
かなどにより、拘束される場所が変わってしまい、原点
出しの再現性が悪化する場合があるが、この構成では６
自由度のみしか拘束しないため、再現性を悪化させるこ
とがない。このとき、円錐溝とＶ溝を結ぶ方向に対し、
Ｖ溝の稜線が直交する方向を向いていると、円錐溝とＶ
溝を結ぶ方向には円錐溝とＶ溝の両方が拘束することに
なり、過拘束となってしまう。このため、図３に示すよ
うに、Ｖ溝の稜線は円錐溝とＶ溝を結ぶ方向を向いてい
ることが望ましい。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ
断面図である。
自由度以上を拘束する構成にしてしまうと、温度などに
よるわずかな機械的な変形や、どの点が最初に接触する
かなどにより、拘束される場所が変わってしまい、原点
出しの再現性が悪化する場合があるが、この構成では６
自由度のみしか拘束しないため、再現性を悪化させるこ
とがない。このとき、円錐溝とＶ溝を結ぶ方向に対し、
Ｖ溝の稜線が直交する方向を向いていると、円錐溝とＶ
溝を結ぶ方向には円錐溝とＶ溝の両方が拘束することに
なり、過拘束となってしまう。このため、図３に示すよ
うに、Ｖ溝の稜線は円錐溝とＶ溝を結ぶ方向を向いてい
ることが望ましい。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ
断面図である。
【００１８】また、本実施例では、突起部の形状を球状
にしたため、どのような姿勢からでも確実に突き当てる
ことができる。また、全ての突き当て部に対して同じ突
起部の形状を取ることができる。
にしたため、どのような姿勢からでも確実に突き当てる
ことができる。また、全ての突き当て部に対して同じ突
起部の形状を取ることができる。
【００１９】突き当て部５（５ｆ、５ｖ、５ｃ）、突起
部６とも繰り返し接触するため、高い耐久性が要求され
る。また、突き当てた状態で変形があると、原点出しの
再現性が悪化する。そのため、突き当て部、突起部とも
セラミックスなどの高い剛性を持つ材質で構成すること
が望ましい。また、高い再現性や原点出し精度を達成す
るためには、確実に同じ位置で接触する必要がある。ま
た、突き当て方向と接触面が直交していないため、接触
面の摩擦係数が高いと、最初に接触した位置や途中の位
置で止まってしまうこともあり得る。そのため、接触面
を鏡面加工するなどして低摩擦化しておくことにより、
確実に同じ位置で接触することができる。
部６とも繰り返し接触するため、高い耐久性が要求され
る。また、突き当てた状態で変形があると、原点出しの
再現性が悪化する。そのため、突き当て部、突起部とも
セラミックスなどの高い剛性を持つ材質で構成すること
が望ましい。また、高い再現性や原点出し精度を達成す
るためには、確実に同じ位置で接触する必要がある。ま
た、突き当て方向と接触面が直交していないため、接触
面の摩擦係数が高いと、最初に接触した位置や途中の位
置で止まってしまうこともあり得る。そのため、接触面
を鏡面加工するなどして低摩擦化しておくことにより、
確実に同じ位置で接触することができる。
【００２０】また、突き当て部５の配置が、突き当て方
向に駆動するＺリニアモータ４ｚ（４ｚｌ、４ｚｍ、４
ｚｒ）から離れていると、Ｚリニアモータの発生する力
と、突き当て部にかかる接触力により、天板に応力が加
わり変形を生じてしまう。これでは、通常駆動状態と、
原点出しのための突き当て状態で、天板の形状が異なっ
てしまうこととなり、原点出しの信頼性が低下すること
となる。これを避けるため、突き当て部５は機械的な制
約の許す限りＺリニアモータの近傍に配置する必要があ
る。可能であれば、突き当て部５とＺリニアモータ４ｚ
は同軸上に配置することが望ましい。
向に駆動するＺリニアモータ４ｚ（４ｚｌ、４ｚｍ、４
ｚｒ）から離れていると、Ｚリニアモータの発生する力
と、突き当て部にかかる接触力により、天板に応力が加
わり変形を生じてしまう。これでは、通常駆動状態と、
原点出しのための突き当て状態で、天板の形状が異なっ
てしまうこととなり、原点出しの信頼性が低下すること
となる。これを避けるため、突き当て部５は機械的な制
約の許す限りＺリニアモータの近傍に配置する必要があ
る。可能であれば、突き当て部５とＺリニアモータ４ｚ
は同軸上に配置することが望ましい。
【００２１】また、凸形状の突起部６を下側に、凹形状
の突き当て部５を上側に設置することにより、ゴミなど
の付着による原点出し精度の悪化を防ぐことができる。
さらに、突き当たっている状態では、接触面にかかる力
はできる限り一定である方が高い再現性を期待できる。
リニアモータは発生力の再現性が高いため、高精度な原
点出しが期待できる。
の突き当て部５を上側に設置することにより、ゴミなど
の付着による原点出し精度の悪化を防ぐことができる。
さらに、突き当たっている状態では、接触面にかかる力
はできる限り一定である方が高い再現性を期待できる。
リニアモータは発生力の再現性が高いため、高精度な原
点出しが期待できる。
【００２２】図４に図１のガイドレスステージを用いた
場合の原点出し動作のフローチャートを示す。また、図
５に図１のガイドレスステージの原点出し動作における
リニアモータＺＲ（４ｚｒ）およびリニアモータＸＦ
（４ｘｆ）の駆動波形とＸ軸変位およびＹ軸変位を示
す。
場合の原点出し動作のフローチャートを示す。また、図
５に図１のガイドレスステージの原点出し動作における
リニアモータＺＲ（４ｚｒ）およびリニアモータＸＦ
（４ｘｆ）の駆動波形とＸ軸変位およびＹ軸変位を示
す。
【００２３】まず、Ｚ方向のリニアモータ４ｚを駆動し
て、突き当て部５と突起部６が接触するように天板１を
駆動する。この時、天板１が急激に動かないように、リ
ニアモータ４ｚの推力は徐々に増加させることが望まし
い。突き当て部５と突起部６が接触し、Ｚ方向リニアモ
ータ４ｚの推力が一定値を超えたことを検出すると、Ｘ
またはＹのリニアモータ４ｘ（４ｘｆ、４ｘｂ）、４ｙ
（４ｙｌ、４ｙｒ）から振動波形を出力し、天板１に振
動を与える。振動を与えることにより、突き当て部５と
突起部６の接触面にかかる押し付け圧力が変動するた
め、接触面における摩擦が減少し、速やかに最適な接触
位置まで移動することが可能となる。この時の振動波形
はより効果的に、接触位置まで移動可能となる波形を選
ぶ必要がある。振動方向は、θｚ軸周りの回転方向とす
るのが望ましい。ＸＹ面内の振動であれば、天板の位置
を変化させて、円錐溝の頂点やＶ溝の稜線の位置に近づ
く効果がある。θｚ軸周りの回転方向の振動であれば、
ＸＹのどのような方向にずれていても、比較的方向によ
る差がない。振動波形の形状は、力の効率が高い矩形波
が望ましい。
て、突き当て部５と突起部６が接触するように天板１を
駆動する。この時、天板１が急激に動かないように、リ
ニアモータ４ｚの推力は徐々に増加させることが望まし
い。突き当て部５と突起部６が接触し、Ｚ方向リニアモ
ータ４ｚの推力が一定値を超えたことを検出すると、Ｘ
またはＹのリニアモータ４ｘ（４ｘｆ、４ｘｂ）、４ｙ
（４ｙｌ、４ｙｒ）から振動波形を出力し、天板１に振
動を与える。振動を与えることにより、突き当て部５と
突起部６の接触面にかかる押し付け圧力が変動するた
め、接触面における摩擦が減少し、速やかに最適な接触
位置まで移動することが可能となる。この時の振動波形
はより効果的に、接触位置まで移動可能となる波形を選
ぶ必要がある。振動方向は、θｚ軸周りの回転方向とす
るのが望ましい。ＸＹ面内の振動であれば、天板の位置
を変化させて、円錐溝の頂点やＶ溝の稜線の位置に近づ
く効果がある。θｚ軸周りの回転方向の振動であれば、
ＸＹのどのような方向にずれていても、比較的方向によ
る差がない。振動波形の形状は、力の効率が高い矩形波
が望ましい。
【００２４】図５に示したように、振動波形を加えるこ
とにより、加振しない場合より速やかに安定した位置に
突き当たっていることがわかる。すなわち、図５におい
て、加振ありの場合（実線）は、ＸおよびＹ軸変位が５
秒弱で安定し、このため、約８秒で位置制御を開始する
ことができる。これに対し、加振なしの場合（途中から
破線）は、ＸおよびＹ軸変位が安定するまで、約９秒と
約２倍の時間がかかり、位置制御の開始もその分遅くな
る。
とにより、加振しない場合より速やかに安定した位置に
突き当たっていることがわかる。すなわち、図５におい
て、加振ありの場合（実線）は、ＸおよびＹ軸変位が５
秒弱で安定し、このため、約８秒で位置制御を開始する
ことができる。これに対し、加振なしの場合（途中から
破線）は、ＸおよびＹ軸変位が安定するまで、約９秒と
約２倍の時間がかかり、位置制御の開始もその分遅くな
る。
【００２５】ステージに天板の重さを支える自重補償機
構が備わっており、この機能を切ることができる場合
は、接触状態をより安定させるために、振動波形を出力
後、自重補償機構を切ることが望ましい。その後、Ｚリ
ニアモータの出力を一定値に保持する。さらに、突き当
てが安定した段階で振動波形を止め、一定時間経過後、
全位置センサを一括して初期化する。これにより、６自
由度全ての計測基準を同時に確定することができる。
構が備わっており、この機能を切ることができる場合
は、接触状態をより安定させるために、振動波形を出力
後、自重補償機構を切ることが望ましい。その後、Ｚリ
ニアモータの出力を一定値に保持する。さらに、突き当
てが安定した段階で振動波形を止め、一定時間経過後、
全位置センサを一括して初期化する。これにより、６自
由度全ての計測基準を同時に確定することができる。
【００２６】図４の手順においては、接触したかどうか
の判定や、突き当てが安定したかどうかの判断は、十分
な時間間隔を待つことによって行っている。これは、原
点出し動作を開始した段階では、天板の姿勢がどのよう
になっているか分からず、位置センサが使える保証がな
いためである。位置センサが使える場合には、Ｚ軸方向
の移動速度を計測し、これがほぼ０となることで接触安
定を判断するなど、より確実な方法を採ることもでき
る。
の判定や、突き当てが安定したかどうかの判断は、十分
な時間間隔を待つことによって行っている。これは、原
点出し動作を開始した段階では、天板の姿勢がどのよう
になっているか分からず、位置センサが使える保証がな
いためである。位置センサが使える場合には、Ｚ軸方向
の移動速度を計測し、これがほぼ０となることで接触安
定を判断するなど、より確実な方法を採ることもでき
る。
【００２７】センサ初期化後、天板を位置センサを用い
て制御して、所定の位置まで復帰する必要がある。この
時、突き当て状態で６自由度全てに位置制御をかける
と、わずかな位置誤差により制御系がリニアモータに出
力を発生するが、突き当て部と突起部が接触しているた
めに動くことができず、出力が発散しリニアモータに過
大な電流が流れるなどの問題が発生する恐れがある。そ
こで、本実施例においては、まず、姿勢を保持するため
にθｘ、θｙ、θｚの回転軸にのみ位置制御をかけ、並
進方向には制御していない状態にする。一定時間後、並
進方向にも位置制御をかけて、所定の位置まで復帰す
る。なお、並進方向に位置制御をかける前に、Ｚ方向に
推力を与えて接触状態から浮上するようにしてもよい。
［実施例２］実施例１に記載のガイドレスステージをＸ
Ｙ平面内に移動可能な粗動ステージ（ＸＹステージ）に
搭載した場合も、実施例１に記載の方法で原点出しを行
うことができる。しかし、粗動ステージの位置よりＸＹ
の座標が変わるため、粗動ステージを所定の一定位置に
おいてガイドレスステージの原点出しを行うことが望ま
しい。例えば、粗動ステージの原点位置において、ガイ
ドレスステージの初期化を行うことにすれば、両ステー
ジの原点出しを同時に行うことができる。
て制御して、所定の位置まで復帰する必要がある。この
時、突き当て状態で６自由度全てに位置制御をかける
と、わずかな位置誤差により制御系がリニアモータに出
力を発生するが、突き当て部と突起部が接触しているた
めに動くことができず、出力が発散しリニアモータに過
大な電流が流れるなどの問題が発生する恐れがある。そ
こで、本実施例においては、まず、姿勢を保持するため
にθｘ、θｙ、θｚの回転軸にのみ位置制御をかけ、並
進方向には制御していない状態にする。一定時間後、並
進方向にも位置制御をかけて、所定の位置まで復帰す
る。なお、並進方向に位置制御をかける前に、Ｚ方向に
推力を与えて接触状態から浮上するようにしてもよい。
［実施例２］実施例１に記載のガイドレスステージをＸ
Ｙ平面内に移動可能な粗動ステージ（ＸＹステージ）に
搭載した場合も、実施例１に記載の方法で原点出しを行
うことができる。しかし、粗動ステージの位置よりＸＹ
の座標が変わるため、粗動ステージを所定の一定位置に
おいてガイドレスステージの原点出しを行うことが望ま
しい。例えば、粗動ステージの原点位置において、ガイ
ドレスステージの初期化を行うことにすれば、両ステー
ジの原点出しを同時に行うことができる。
【００２８】また、位置計測にレーザ干渉計を用いた場
合、粗動ステージの位置によりレーザ光線のミラーに当
たる位置が変化する。取り付け誤差によりミラー面とレ
ーザ光軸が完全に直交しているわけではないため、図６
に示すように、レーザ光線の当たる位置が変わると、計
測値は同じでも実際のステージ位置が変わってしまう
（Δｄ）。これを避けるためにも、常に粗動ステージは
同じ場所でガイドレスステージの原点出しを行う必要が
ある。
合、粗動ステージの位置によりレーザ光線のミラーに当
たる位置が変化する。取り付け誤差によりミラー面とレ
ーザ光軸が完全に直交しているわけではないため、図６
に示すように、レーザ光線の当たる位置が変わると、計
測値は同じでも実際のステージ位置が変わってしまう
（Δｄ）。これを避けるためにも、常に粗動ステージは
同じ場所でガイドレスステージの原点出しを行う必要が
ある。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、天板と、天板の６自由度の位置を計測可能な位置計
測手段と、天板を固定部に対して６自由度に移動可能な
駆動手段を有するガイドレスステージにおいて、天板ま
たは固定部のどちらかに設けられた３つの突起部と、他
方に設けられそれぞれの突起部に相対して、突起部と接
触したときに天板の６自由度を拘束する３つの突き当て
部を備えるようにしたため、簡単な動作で６自由度の原
点出しを正確に行うことができる。
は、天板と、天板の６自由度の位置を計測可能な位置計
測手段と、天板を固定部に対して６自由度に移動可能な
駆動手段を有するガイドレスステージにおいて、天板ま
たは固定部のどちらかに設けられた３つの突起部と、他
方に設けられそれぞれの突起部に相対して、突起部と接
触したときに天板の６自由度を拘束する３つの突き当て
部を備えるようにしたため、簡単な動作で６自由度の原
点出しを正確に行うことができる。
【００３０】また、本発明において、３つの突き当て部
が、それぞれ平面、Ｖ溝、円錐溝であるようにすれば、
過拘束になることなく６自由度の原点出しを簡単かつ正
確に行うことができる。さらに、Ｖ溝の稜線の方向が、
円錐溝の頂点に向いているようにすれば、スムーズに正
確な突き当て動作を行うことができ、６自由度の原点出
しを正確に行うことができる。
が、それぞれ平面、Ｖ溝、円錐溝であるようにすれば、
過拘束になることなく６自由度の原点出しを簡単かつ正
確に行うことができる。さらに、Ｖ溝の稜線の方向が、
円錐溝の頂点に向いているようにすれば、スムーズに正
確な突き当て動作を行うことができ、６自由度の原点出
しを正確に行うことができる。
【００３１】また、本発明において、突起部が球状であ
るようにすれば、確実に６自由度を拘束することがで
き、６自由度の原点出しを正確に行うことができる。ま
た、突き当て部および突起部がセラミックスなどの高剛
性素材であるようにすれば、変形が少なく、長期間の使
用にも安定して６自由度の原点出しを正確に行うことが
できる。また、突き当て部および突起部が鏡面加工など
の低摩擦加工されているようにすると、摩擦の影響が少
なく、６自由度の原点出しを正確に行うことができる。
るようにすれば、確実に６自由度を拘束することがで
き、６自由度の原点出しを正確に行うことができる。ま
た、突き当て部および突起部がセラミックスなどの高剛
性素材であるようにすれば、変形が少なく、長期間の使
用にも安定して６自由度の原点出しを正確に行うことが
できる。また、突き当て部および突起部が鏡面加工など
の低摩擦加工されているようにすると、摩擦の影響が少
なく、６自由度の原点出しを正確に行うことができる。
【００３２】また、突き当て部および突起部が突き当て
方向の駆動手段の近傍に配置されているようにすると、
天板の変形を少なくし、駆動手段への負荷を均等にする
ことができ、６自由度の原点出しを正確に行うことがで
きる。また、突起部が固定部に設置され、突き当て部が
天板に設置されているようにすると、突き当て部にゴミ
などが付着することがなく、６自由度の原点出しを正確
に行うことができる。
方向の駆動手段の近傍に配置されているようにすると、
天板の変形を少なくし、駆動手段への負荷を均等にする
ことができ、６自由度の原点出しを正確に行うことがで
きる。また、突起部が固定部に設置され、突き当て部が
天板に設置されているようにすると、突き当て部にゴミ
などが付着することがなく、６自由度の原点出しを正確
に行うことができる。
【００３３】また、位置計測手段がレーザ干渉計、ある
いはエンコーダであるようにすれば、６自由度の原点出
しを正確に行うことができる。また、駆動手段がリニア
モータであるようにすれば、６自由度の原点出しを正確
に行うことができる。
いはエンコーダであるようにすれば、６自由度の原点出
しを正確に行うことができる。また、駆動手段がリニア
モータであるようにすれば、６自由度の原点出しを正確
に行うことができる。
【００３４】さらに、本発明における原点出し方法は、
駆動手段によって３つの突き当て部と突起部をそれぞれ
同時に接触させた状態で、位置計測手段を初期化するこ
とにより、６自由度の原点出しを行うようにしたため、
簡単な動作で６自由度の原点出しを正確に行うことがで
きる。
駆動手段によって３つの突き当て部と突起部をそれぞれ
同時に接触させた状態で、位置計測手段を初期化するこ
とにより、６自由度の原点出しを行うようにしたため、
簡単な動作で６自由度の原点出しを正確に行うことがで
きる。
【００３５】この原点出し方法において、さらに、駆動
手段によって３つの突き当て部と突起部をそれぞれ同時
に接触させた状態で、突き当て方向と直交する方向に加
振した後、位置計測手段を初期化するようにすれば、安
定して同一状態に突き当てることができ、６自由度の原
点出しを正確に行うことができる。また、加振方向を回
転方向とすることによって、より効果的に同一状態に突
き当てることができ、６自由度の原点出しを正確に行う
ことができる。また、加振波形を矩形波とすると、より
効果的に同一状態に突き当てることができ、６自由度の
原点出しを正確に行うことができる。
手段によって３つの突き当て部と突起部をそれぞれ同時
に接触させた状態で、突き当て方向と直交する方向に加
振した後、位置計測手段を初期化するようにすれば、安
定して同一状態に突き当てることができ、６自由度の原
点出しを正確に行うことができる。また、加振方向を回
転方向とすることによって、より効果的に同一状態に突
き当てることができ、６自由度の原点出しを正確に行う
ことができる。また、加振波形を矩形波とすると、より
効果的に同一状態に突き当てることができ、６自由度の
原点出しを正確に行うことができる。
【００３６】また、位置計測手段を初期化した後、前記
駆動手段によって回転方向にのみ位置制御をかけてしば
らくした後、並進方向に位置制御をかけるようにすれ
ば、原点出しのあと、駆動手段に負荷をかけることなく
位置決め状態に復帰することができる。
駆動手段によって回転方向にのみ位置制御をかけてしば
らくした後、並進方向に位置制御をかけるようにすれ
ば、原点出しのあと、駆動手段に負荷をかけることなく
位置決め状態に復帰することができる。
【００３７】また、ガイドレスステージをＸＹステージ
に搭載した場合には、常に、そのＸＹステージが同じ位
置にいるときに、ガイドレスステージの位置計測手段の
初期化を行うようにすれば、ミラーの直交度の影響を受
けることなく、再現性のある原点出しを行うことができ
る。
に搭載した場合には、常に、そのＸＹステージが同じ位
置にいるときに、ガイドレスステージの位置計測手段の
初期化を行うようにすれば、ミラーの直交度の影響を受
けることなく、再現性のある原点出しを行うことができ
る。
【図１】 本発明の実施例１に係るガイドレスステージ
の平面図である。
の平面図である。
【図２】 図１のガイドレスステージの干渉計配置図で
ある。
ある。
【図３】 図１のガイドレスステージの突き当て部の形
状を表す模式図である。
状を表す模式図である。
【図４】 本発明の実施例１に係るガイドレスステージ
の原点出し動作のフローチャートである。
の原点出し動作のフローチャートである。
【図５】 図１のガイドレスステージにおける原点出し
動作の駆動波形である。
動作の駆動波形である。
【図６】 本発明の実施例２に係る、ミラー取り付け誤
差の影響を示す図である。
差の影響を示す図である。
【図７】 従来例における微動ステージの平面図であ
る。
る。
【図８】 図７の微動ステージにおける原点出し動作の
フローチャートである。
フローチャートである。
１：天板、２：固定部、３（３ｘ、３ｙ、３ｚ）：ミラ
ー、４（４ｘｆ、４ｘｂ、４ｙｌ、４ｙｒ、４ｚｌ、４
ｚｍ、４ｚｒ）：リニアモータ、５（５ｆ、５ｖ、５
ｃ）：突き当て部、６：突起部、７（７ｘ、７ｘｐ、７
ｘｑ、７ｙ、７ｙｐ、７ｙｑ、７ｚ）：レーザ干渉計光
軸。
ー、４（４ｘｆ、４ｘｂ、４ｙｌ、４ｙｒ、４ｚｌ、４
ｚｍ、４ｚｒ）：リニアモータ、５（５ｆ、５ｖ、５
ｃ）：突き当て部、６：突起部、７（７ｘ、７ｘｐ、７
ｘｑ、７ｙ、７ｙｐ、７ｙｑ、７ｚ）：レーザ干渉計光
軸。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｋ ５Ｈ２６９
21/68 21/30 ５０３Ａ
Ｂ２３Ｑ 1/18 Ａ
Ｆターム(参考） 2F065 AA04 CC00 DD19 FF15 FF51
NN20
2F078 CA02 CA08 CB12
3C048 BC02 CC17 DD06
5F031 HA53 JA01 JA06 JA14 JA17
JA32 KA06 KA07 KA08 LA08
5F046 CC03 CC05 CC06 CC16 CC18
DA07 DB05
5H269 AB01 AB17 AB26 BB03 CC07
Claims (18)
- 【請求項１】 固定部に対して６自由度で移動可能な天
板と、該天板を該固定部に対して該６自由度に駆動可能
な駆動手段と、該天板および固定部の相対向する面のい
ずれか一方に設けられた３つの突起部と、該対向する面
の他方に設けられそれぞれの突起部に相対してそれらの
突起部と接触したときに該天板の６自由度を拘束する３
つの突き当て部とを備えることを特徴とするステージ。 - 【請求項２】 前記３つの突き当て部が、それぞれ平
面、Ｖ溝および円錐溝であることを特徴とする請求項１
に記載のステージ。 - 【請求項３】 前記Ｖ溝の稜線の方向が、前記円錐溝の
頂点に向いていることを特徴とする請求項２に記載のス
テージ。 - 【請求項４】 前記突起部が球状であることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか１つに記載のステージ。 - 【請求項５】 前記突き当て部および突起部が高い剛性
を持つ材料で作成されていることを特徴とする請求項１
〜４のいずれか１つに記載のステージ。 - 【請求項６】 前記突き当て部および突起部に摩擦係数
が低くなる加工がされていることを特徴とする請求項１
〜５のいずれか１つに記載のステージ。 - 【請求項７】 前記突き当て部および突起部が前記天板
を突き当て方向へ駆動する駆動手段の近傍に配置されて
いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記
載のステージ。 - 【請求項８】 前記突起部が固定部に設置され、突き当
て部が天板に設置されていることを特徴とする請求項１
〜７のいずれか１つに記載のステージ。 - 【請求項９】 前記駆動手段がリニアモータであること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のステ
ージ。 - 【請求項１０】 前記天板の６自由度の位置を計測可能
な位置計測手段をさらに有することを特徴とする請求項
１〜９のいずれか１つに記載のステージ。 - 【請求項１１】 前記位置計測手段がレーザ干渉計であ
ることを特徴とする請求項１０に記載のステージ。 - 【請求項１２】 前記位置計測手段がエンコーダである
ことを特徴とする請求項１０に記載のステージ。 - 【請求項１３】 請求項１０〜１３のいずれか１つに記
載のステージにおける原点出し方法であって、前記駆動
手段によって３つの突き当て部と突起部をそれぞれ同時
に接触させた状態で、前記位置計測手段を初期化するこ
とにより、６自由度の原点出しを行うことを特徴とする
ステージの原点出し方法。 - 【請求項１４】 請求項１０〜１３のいずれか１つに記
載のステージにおける原点出し方法であって、前記駆動
手段によって３つの突き当て部と突起部をそれぞれ同時
に接触させた状態で、突き当て方向と直交する方向に加
振した後、前記位置計測手段を初期化することにより、
６自由度の原点出しを行うことを特徴とするステージの
原点出し方法。 - 【請求項１５】 前記加振方向が、回転方向であること
を特徴とする請求項１４に記載の原点出し方法。 - 【請求項１６】 前記加振波形が、矩形波であることを
特徴とする請求項１４に記載の原点出し方法。 - 【請求項１７】 前記位置計測手段を初期化した後、前
記駆動手段によって回転方向にのみ位置制御をかけてし
ばらくした後、並進方向に位置制御をかけることを特徴
とする、請求項１３〜１６のいずれか１つに記載の原点
出し方法。 - 【請求項１８】 ＸＹステージに搭載された請求項１０
〜１３のいずれか１つに記載のステージにおける原点出
し方法であって、前記ステージの位置計測手段の初期化
は、常に、前記ＸＹステージが同じ位置にあるときに行
うことを特徴とするステージの原点出し方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001287485A JP4194261B2 (ja) | 2001-09-20 | 2001-09-20 | ステージの原点出し方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001287485A JP4194261B2 (ja) | 2001-09-20 | 2001-09-20 | ステージの原点出し方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003098282A true JP2003098282A (ja) | 2003-04-03 |
| JP4194261B2 JP4194261B2 (ja) | 2008-12-10 |
Family
ID=19110293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001287485A Expired - Fee Related JP4194261B2 (ja) | 2001-09-20 | 2001-09-20 | ステージの原点出し方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4194261B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006165523A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-06-22 | Nikon Corp | 測定システム、初期化、振動補償、低伝播性、及び軽量精密ステージを有するステージ装置 |
-
2001
- 2001-09-20 JP JP2001287485A patent/JP4194261B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006165523A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-06-22 | Nikon Corp | 測定システム、初期化、振動補償、低伝播性、及び軽量精密ステージを有するステージ装置 |
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|---|---|
| JP4194261B2 (ja) | 2008-12-10 |
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