JP2711898B2 - Non-contact guide type positioning table - Google Patents

Non-contact guide type positioning table

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JP2711898B2
JP2711898B2 JP1126670A JP12667089A JP2711898B2 JP 2711898 B2 JP2711898 B2 JP 2711898B2 JP 1126670 A JP1126670 A JP 1126670A JP 12667089 A JP12667089 A JP 12667089A JP 2711898 B2 JP2711898 B2 JP 2711898B2
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electromagnet
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眞土 大田
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セイコー精機株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、各種精密加工装置、精密計測装置及びバ
イオテクノロジー装置に利用される非接触案内型位置決
めテーブルに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-contact guide type positioning table used in various precision processing devices, precision measurement devices, and biotechnology devices.

〔従来の技術〕 精密加工装置の位置決めテーブル、例えば半導体の回
路パターンを製作するのに際して、感光剤を塗布した半
導体基板上に所望のパターンを具備するマスクの微細密
像を紫外線をもって光学的に転写する露光装置における
基板やマスクの移動位置決めテーブルは、その案内及び
駆動源のうち、粗移動については、滑動案内面・ボール
ねじモータ駆動等が用いられており、微細移動について
は、弾性体支持・圧電素子、非接触の空気支承面、リニ
アモータ等が用いられている。
[Prior Art] In producing a positioning table of a precision processing apparatus, for example, a circuit pattern of a semiconductor, a fine dense image of a mask having a desired pattern is optically transferred with ultraviolet rays onto a semiconductor substrate coated with a photosensitive agent. Of the guides and drive sources of the substrate and mask movement positioning tables in the exposure apparatus that performs the rough movement, a sliding guide surface and a ball screw motor drive are used. A piezoelectric element, a non-contact air bearing surface, a linear motor, and the like are used.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

半導体の回路パターン露光装置のような精密装置は、
0.01μmオーダの置決め精度及び平行度精度を必要と
し、大気中の塵埃を避けるためや、基板及び感光剤の物
理的・化学的変化を避けるために高真空中で作動されな
ければならない。
Precision equipment such as semiconductor circuit pattern exposure equipment
It requires a positioning accuracy and a parallelism accuracy of the order of 0.01 μm, and must be operated in a high vacuum to avoid dust in the air and to prevent physical and chemical changes of the substrate and the photosensitive agent.

しかし、真空中で、従来の技術におけるように位置決
めテーブルの案内・駆動に滑動案内面・ボールねじモー
タ駆動を用いると、鋼等の金属材料・プラスチック等の
非金属材料の直接接触のための摩耗による塵埃が発生
し、又、潤滑油の使用が抑制されるので固体の溶着や剥
離が発生する。
However, when a sliding guide surface and a ball screw motor drive are used for guiding and driving the positioning table in a vacuum as in the conventional technology, wear due to direct contact of a metal material such as steel or a nonmetal material such as plastic is caused. As a result, dust is generated, and the use of lubricating oil is suppressed, so that solid welding and separation occur.

非接触の空気支承面等の使用の場合は、停電、断線、
漏出等、不時の事故による装置器具や製品の多大な損傷
・損害が避けられない。
When using a non-contact air bearing surface, etc.
Large damage and damage to equipment and products due to accidents such as leaks cannot be avoided.

しかも、従来の技術による位置決めテーブルは、位置
決め精度及び平行度精度を実現するためには、種々の付
加手段を必要としている。
In addition, the positioning table according to the prior art requires various additional means in order to realize positioning accuracy and parallelism accuracy.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明の非接触案内型位置決めテーブルは、 テーブル本体、テーブル本体を5軸制御磁気軸受をも
って水平移動自在に支承し、テーブル水平駆動用非接触
直進モータを備えた移動台、移動台をテーブル移動方向
と垂直方向に移動自在に収容した真空容器、密閉状態維
持用の伸縮自在中空部材に挿通された外部の駆動装置と
移動台とを連結する連結部材、及び磁気軸受電流制御装
置から構成されている。
A non-contact guide type positioning table according to the present invention comprises: a table body; a table supported by a 5-axis control magnetic bearing so as to be horizontally movable; And a connecting member for connecting an external driving device and a moving table inserted through a telescopic hollow member for maintaining a sealed state, and a magnetic bearing current control device. .

〔作用〕[Action]

テーブル本体のX−Y−Z軸線方向の位置決め及び平
行度の調整において、先ず、5軸制御磁気軸受の各Y軸
線位置調整用電磁石及び各Z軸線位置調整用電磁石が制
御装置に制御されて、励磁され、テーブル本体は移動台
の中空部内において浮動状態におかれる。
In the positioning of the table body in the XYZ axis direction and the adjustment of the parallelism, first, each Y-axis position adjusting electromagnet and each Z-axis position adjusting electromagnet of the 5-axis control magnetic bearing are controlled by the control device, When excited, the table body is floated in the hollow portion of the moving table.

X軸線方向の粗位置決めは、水平駆動用非接触直進モ
ータの作動により行われ、水平駆動用非接触直進モータ
が制御装置により制御されて作動すると、浮動状態のテ
ーブル本体は、移動台においてX軸線方向に所定位置に
まで移動し、固定空間において粗位置決めされる。
The coarse positioning in the X-axis direction is performed by the operation of a non-contact linear motor for horizontal drive, and when the non-contact linear motor for horizontal drive is controlled and operated by the control device, the table body in the floating state is moved along the X-axis at the movable base. To the predetermined position in the direction, and is roughly positioned in the fixed space.

Y軸線方向の粗位置決めは、外部の駆動装置の作動に
より行われる。外部の駆動装置が制御装置により制御さ
れて作動すると、移動台は、真空容器中においてY軸線
方向に所定位置にまで移動し、結局、移動台に支承され
たテーブル本体は、Y軸線方向に粗位置決めされること
になる。
The coarse positioning in the Y-axis direction is performed by operation of an external driving device. When the external drive device is controlled and operated by the control device, the moving table moves to a predetermined position in the Y-axis direction in the vacuum vessel, and eventually, the table body supported by the moving table roughly moves in the Y-axis direction. It will be positioned.

X軸線方向の精位置決めは、例えば圧電素子と弾性部
材との組合せのような周知の駆動手段の作動により行わ
れる。駆動手段が制御装置により制御されて作動する
と、テーブル本体は、X軸線方向に所望の微小変位をす
る。従って、テーブル本体は、移動台に対し、延いては
固定空間において所望のX軸線方向位置に精位置決めさ
れることになる。
Fine positioning in the X-axis direction is performed by the operation of a well-known driving unit such as a combination of a piezoelectric element and an elastic member. When the driving means is controlled and operated by the control device, the table main body makes a desired minute displacement in the X-axis direction. Accordingly, the table main body is precisely positioned at a desired X-axis direction position in the fixed space with respect to the moving table.

Y軸線方向の精位置決めは、5軸制御磁気軸受のY軸
線位置調整用電磁石により行われる。各電磁石が制御装
置により制御されて作動すると、テーブル本体は、対向
した電磁石間の電流差、即ち磁力差によりY軸線方向に
所望の微小変位をする。従って、テーブル本体は、移動
台に対し、延いては固定空間において所望のY軸線方向
位置に精位置決めされることになる。
Fine positioning in the Y-axis direction is performed by a Y-axis position adjusting electromagnet of the five-axis control magnetic bearing. When each electromagnet is controlled and operated by the control device, the table body makes a desired minute displacement in the Y-axis direction due to a current difference between opposing electromagnets, that is, a magnetic force difference. Therefore, the table main body is precisely positioned at the desired Y-axis direction position in the fixed space with respect to the moving table.

Z軸線方向の精位置決めは、5軸制御磁気軸受のZ軸
線位置調整用電磁石により行われる。各電磁石が制御装
置により制御されて作動すると、テーブル本体は、対向
した電磁石間の電流差、即ち磁力差によりZ軸線方向に
所望の微小変位をする。従って、テーブル本体は、移動
台に対し、延いては固定空間において所望のZ軸線方向
位置に精位置決めされることになる。
Fine positioning in the Z-axis direction is performed by a Z-axis position adjusting electromagnet of the 5-axis control magnetic bearing. When each electromagnet is controlled and operated by the control device, the table main body makes a desired minute displacement in the Z-axis direction due to a current difference between the opposing electromagnets, that is, a magnetic force difference. Accordingly, the table main body is precisely positioned at a desired position in the Z-axis direction in the fixed space with respect to the moving table.

テーブル本体の平行度の調整は、X軸線、Y軸線、Z
軸線の各軸線回りの回動位置決めにより行われる。
Adjustment of the parallelism of the table body can be done with the X axis, Y axis, Z
It is performed by rotational positioning around each axis.

X軸線回りの回動(ローリング)位置決めは、Z軸線
位置調整用電磁石により行われる。各電磁石が制御装置
により制御されて作動すると、テーブル本体は、対向し
た電磁石間の電流差、即ち磁力差によりZ軸線方向に所
望の微小変位をする。しかも、テーブル本体に上側と下
側とでは変位方向が逆になるように電磁石電流が制御さ
れる。従って、テーブル本体は、移動台に対し、延いて
は固定空間において所望のX軸線回りの回動位置に精位
置決めされることになる。
The rotation (rolling) positioning around the X-axis is performed by a Z-axis position adjusting electromagnet. When each electromagnet is controlled and operated by the control device, the table main body makes a desired minute displacement in the Z-axis direction due to a current difference between the opposing electromagnets, that is, a magnetic force difference. In addition, the electromagnet current is controlled so that the directions of displacement of the upper and lower sides of the table body are opposite. Therefore, the table main body is precisely positioned at a desired rotational position about the X-axis with respect to the movable base and, in extension, in the fixed space.

Y軸線回りの回動(ヨーイング)位置決めは、Z軸線
位置調整用電磁石により行われる。各電磁石が制御装置
により制御されて作動すると、テーブル本体は、対向し
た電磁石間の電流差、即ち磁力差によりZ軸線方向に所
望の微小変位をする。しかも、テーブル本体にX軸線方
向の左側と右側とでは変位方向が逆になるように電磁石
電流が制御される。従って、テーブル本体は、移動台に
対し、延いては固定空間において所望のY軸線回りの回
動位置に精位置決めされることになる。
Rotational (yaw) positioning about the Y-axis is performed by a Z-axis position adjusting electromagnet. When each electromagnet is controlled and operated by the control device, the table main body makes a desired minute displacement in the Z-axis direction due to a current difference between the opposing electromagnets, that is, a magnetic force difference. In addition, the electromagnet current is controlled so that the displacement direction is opposite between the left side and the right side of the table body in the X-axis direction. Therefore, the table main body is precisely positioned at a desired rotational position around the Y axis in the fixed space with respect to the moving table.

Z軸線回りの回動(ピッチング)位置決めは、Y軸線
位置調整用電磁石により行われる。各電磁石が制御装置
により制御されて作動すると、テーブル本体は、対向し
た電磁石間の電流差、即ち磁力差によりZ軸線方向に所
望の微小変位をする。しかも、テーブル本体にX軸線方
向の左側と右側とでは変位方向が逆になるように電磁石
電流が制御される。従って、テーブル本体は、移動台に
対し、延いては固定空間において所望のZ軸線回りの回
動位置に精位置決めされることになる。
Rotation (pitching) positioning about the Z-axis is performed by a Y-axis position adjusting electromagnet. When each electromagnet is controlled and operated by the control device, the table main body makes a desired minute displacement in the Z-axis direction due to a current difference between the opposing electromagnets, that is, a magnetic force difference. In addition, the electromagnet current is controlled so that the displacement direction is opposite between the left side and the right side of the table body in the X-axis direction. Therefore, the table main body is precisely positioned at a desired rotation position around the Z axis in the fixed space with respect to the moving table.

〔実施例〕〔Example〕

この発明の実施例を図面に従って説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図面には、非接触案内型位置決めテーブルが半導体の
回路パターン露光装置に適用されている場合が例示され
ている。
The drawings illustrate a case where a non-contact guide type positioning table is applied to a semiconductor circuit pattern exposure apparatus.

半導体の回路パターン露光装置において使用される露
光光線は、通常、紫外線(波長200〜400Å)であるが、
X線(波長数Å)が用いられることにもなり、強力なX
線は、水平光線となるSOR(シンクロトン放射光)であ
るので、非接触案内型位置決めテーブルは、直立面内を
移動する直立型であることが要求される。
The exposure light beam used in a semiconductor circuit pattern exposure apparatus is usually ultraviolet light (wavelength 200 to 400 °),
X-rays (the number of wavelengths に も) will be used, and strong X
Since the line is a horizontal ray SOR (synchrotron radiation), the non-contact guide type positioning table is required to be an upright type that moves in an upright plane.

第1図において、左右方向の軸線をX軸線、上下方向
の軸線をY軸線、紙面に垂直方向の軸線をZ軸線とす
る。
In FIG. 1, the horizontal axis is an X axis, the vertical axis is a Y axis, and the vertical axis is a Z axis.

機枠1の側面には連結部2を介して真空容器3が取付
けられており、真空容器3の上方における機枠1の同じ
側面からの突出部4の上面にはサーボモータ5が取付け
られている。
A vacuum vessel 3 is attached to a side surface of the machine casing 1 via a connecting portion 2, and a servomotor 5 is attached to an upper surface of a protrusion 4 from the same side of the machine casing 1 above the vacuum vessel 3. I have.

真空容器3の上面と突出部4との間に位置する上部エ
プロン6と真空容器3の下面の下方に位置する下部エプ
ロン7とは、連結部2を上下方向に貫通し、連結部2に
設けられた滑り軸受8,8で上下滑在自在に支承された2
本の平行な案内杆9,9で一体的に連結されている。
An upper apron 6 located between the upper surface of the vacuum vessel 3 and the protruding portion 4 and a lower apron 7 located below the lower surface of the vacuum vessel 3 penetrate the connecting portion 2 in the vertical direction and are provided on the connecting portion 2. Slidably supported vertically by sliding bearings 8,8
The books are integrally connected by parallel guide rods 9,9.

図示しない制御装置で制御されるサーボモータ5のモ
ータ軸端に結合された送りねじ10は、下方に伸び、上部
エプロン6の中央部に設けられた雌ねじ部11に螺合し、
その下端は、真空容器3の上面に回転のみが許されて結
合されている。
A feed screw 10 coupled to a motor shaft end of the servo motor 5 controlled by a control device (not shown) extends downward, and is screwed into a female screw portion 11 provided at a central portion of the upper apron 6,
The lower end is connected to the upper surface of the vacuum vessel 3 while allowing only rotation.

真空容器3の内部に少なくとも上下方向に空間をあけ
て収納されているエレベータ12は、その上面と上部エプ
ロン6の下面とが真空容器3の上面壁を貫通した2本の
平行な上部支持杆13,13で連結されると共にその下面と
下部エプロン7の上面とが真空容器3の下面壁を貫通し
た2本の平行な下部支持杆14,14で連結されることによ
り、上下両部エプロン6,7と一体的になっている。上下
両部支持杆13,13;14,14は、真空容器3の上下面壁に穿
設された開孔15,15;16,16に遊隙をもって挿通されてい
るのである。
The elevator 12 housed in the vacuum vessel 3 with at least a space in the vertical direction is provided with two parallel upper support rods 13 whose upper surface and the lower surface of the upper apron 6 penetrate the upper wall of the vacuum vessel 3. , 13 and the lower surface thereof and the upper surface of the lower apron 7 are connected by two parallel lower support rods 14, 14 penetrating the lower surface wall of the vacuum vessel 3, so that the upper and lower apron 6, It is integrated with 7. The upper and lower supporting rods 13, 13; 14, 14 are inserted into openings 15, 15, 16, 16, 16 formed in the upper and lower walls of the vacuum vessel 3 with play.

そうして、各支持杆13,13;14,14を囲繞し、且つ上部
エプロン6の下面と真空容器3の上面との間及び下部エ
プロン7の上面と真空容器3の下面との間の夫々を連絡
するようにベローズ17,17;18,18が取付けられている。
従って、開孔15,15;16,16は、ベローズ17,17;18,18と上
部エプロン6の下面;下部エプロン7の上面とによって
閉塞され、真空容器3の真空密閉状態が維持される。
Thus, each of the supporting rods 13, 13; 14, 14 is surrounded and between the lower surface of the upper apron 6 and the upper surface of the vacuum container 3 and between the upper surface of the lower apron 7 and the lower surface of the vacuum container 3, respectively. Bellows 17,17; 18,18 are attached so as to communicate with each other.
Therefore, the openings 15, 15; 16, 16 are closed by the bellows 17, 17; 18, 18 and the lower surface of the upper apron 6; the upper surface of the lower apron 7, so that the vacuum sealed state of the vacuum container 3 is maintained.

エレベータ12は、第6図に示すような断面の中空部19
がX軸線方向に貫通して形成された枠体で、且つその前
面壁の中央には四辺形の露光窓20が明けられている。
The elevator 12 has a hollow portion 19 having a cross section as shown in FIG.
Is a frame formed to penetrate in the X-axis direction, and a quadrangular exposure window 20 is opened in the center of the front wall thereof.

中空部19の内周面において、左側の上下面にはY軸線
位置調整用電磁石21,22が、右側上下面にはY軸線位置
調整用電磁石23,24が、夫々相対するように設けられ、
左上側の前後面にはZ軸線位置調整用電磁石25,26が、
右上側の前後面にはZ軸線位置調整用電磁石27,28が、
中央下側の前後面にはZ軸線位置調整用電磁石29,30が
夫々相対するように設けられている。更に中空部19の左
右内周面の後面下側にはリニアパルスモータ31,32が夫
々設けられている。
On the inner peripheral surface of the hollow portion 19, the Y-axis position adjusting electromagnets 21 and 22 are provided on the upper and lower surfaces on the left side, and the Y-axis position adjusting electromagnets 23 and 24 are provided on the upper and lower surfaces on the right side so as to face each other.
Electromagnets 25 and 26 for Z-axis position adjustment are located on the front left and
Electromagnets 27 and 28 for adjusting the Z-axis position are located on the upper right front and rear surfaces,
Electromagnets 29, 30 for adjusting the Z-axis position are provided on the front and rear surfaces on the lower side of the center so as to face each other. Further, linear pulse motors 31 and 32 are provided below the rear surfaces of the left and right inner peripheral surfaces of the hollow portion 19, respectively.

リニアパルスモータ31,32の代りに例えば通常の光学
式スケールとボイスコイルモータとを併備したフィード
バック制御形位置決め装置を用いてもよい。
Instead of the linear pulse motors 31 and 32, for example, a feedback control type positioning device having both a normal optical scale and a voice coil motor may be used.

そうして、各Y軸線位置調整用電磁石21,22,23,24に
隣接して各Y軸線位置検出用位置センサ33,34,35,36が
設けられ、各Z軸線位置調整用電磁石25,26,27,28,29,3
0に隣接して各Z軸線位置検出用位置センサ37,38,39,4
0,41,42が設けられている。
Then, each Y-axis position adjusting electromagnet 21, 22, 23, 24 is provided adjacent to each Y-axis position detecting position sensor 33, 34, 35, 36, and each Z-axis position adjusting electromagnet 25, 26,27,28,29,3
Position sensors 37, 38, 39, 4 for each Z-axis position detection adjacent to 0
0, 41, and 42 are provided.

中空部19には、長方形板状のテーブル本体43が横長
に、且つ竪面にして挿入され、テーブル本体43の上下前
後表面が各電磁石21〜30の磁極及び各位置センサ33〜42
並びに各リニアパルスモータ31,32の磁極に対接してい
る。更に、中空部19の下面の両端には、保護軸受44,44
が設けられ、前後面の両端上下にも保護軸受45,45…が
設けられている。保護軸受44,44は転がり軸受である
が、保護軸受45,45…は滑り軸受でもよい。
A rectangular plate-shaped table main body 43 is inserted horizontally and vertically into the hollow portion 19, and the upper and lower front and rear surfaces of the table main body 43 have magnetic poles of the electromagnets 21 to 30 and position sensors 33 to 42.
In addition, it contacts the magnetic poles of the linear pulse motors 31, 32. Further, protective bearings 44, 44 are provided at both ends of the lower surface of the hollow portion 19.
, And protective bearings 45, 45,... The protection bearings 44 are rolling bearings, but the protection bearings 45 may be sliding bearings.

リニアパルスモータ31,32の磁極及びテーブル本体43
の対磁極部46,47はX軸線方向に並ぶ櫛歯型に形成され
ている。相対する各対の電磁石とそれに隣接して設けら
れた各対の位置センサとは、第7図に示すように磁極の
電源制御装置に接続されている。
Magnetic poles of linear pulse motors 31, 32 and table body 43
Are formed in a comb shape arranged in the X-axis direction. Each pair of opposing electromagnets and each pair of position sensors provided adjacent thereto are connected to a magnetic pole power supply control device as shown in FIG.

第7図には、対向した1対の電磁石及びそれらに隣接
して設けられた位置センサ、例えば電磁石25,26及びそ
れに隣接して設けられた位置センサ37,38が代表されて
図示されている。なお、位置センサは、片側のみでもよ
く、位置センサ37,38のいずれか一方は省略し得る。
FIG. 7 exemplarily shows a pair of opposed electromagnets and position sensors provided adjacent thereto, for example, the electromagnets 25 and 26 and position sensors 37 and 38 provided adjacent thereto. . The position sensor may be provided on only one side, and one of the position sensors 37 and 38 may be omitted.

各位置センサ37,38は、検出信号を後述の制御回路(P
ID動作)53で取り扱われる電圧レベルに変換するセンサ
用信号処理部51に入力するように接続され、センサ用信
号処理部51は、基準信号が入力される比較器52を介して
制御回路53に接続されている。制御回路(PID動作)53
は、その出力が各増幅器54,55を介して各電磁石25,26の
コイルに入力されるように接続されている。
Each of the position sensors 37 and 38 outputs a detection signal to a control circuit (P
ID operation) is connected so as to be input to a sensor signal processing unit 51 for converting into a voltage level handled in 53, and the sensor signal processing unit 51 is connected to a control circuit 53 via a comparator 52 to which a reference signal is input. It is connected. Control circuit (PID operation) 53
Are connected so that their outputs are input to the coils of the electromagnets 25 and 26 via the amplifiers 54 and 55, respectively.

更に、テーブル本体43とエレベータ12との間には、X
軸線方向の一方向に外部制御装置により付勢される圧電
素子と他方向に付勢される弾性部材とが介在し、テーブ
ル本体43は、それらの対向作動によりX軸線に微細変位
されるようになっている。
Further, between the table body 43 and the elevator 12, X
The piezoelectric element urged by the external control device in one direction in the axial direction and the elastic member urged in the other direction are interposed, and the table body 43 is finely displaced to the X axis by the opposing operation thereof. Has become.

なお、真空容器3に対する真空ポンプの接続、各電磁
石及び位置センサ並びに圧電素子に対する制御装置の接
続並びにリニアパルスモータに対する電源装置の接続
が、図示が省略されているラインで真空容器3の密封を
損なわないようにされていることは、容易に理解できよ
う。
The connection of the vacuum pump to the vacuum vessel 3, the connection of the control device to each electromagnet and position sensor, and the piezoelectric element, and the connection of the power supply to the linear pulse motor impair the sealing of the vacuum vessel 3 in a line not shown. It is easy to see what is not done.

上記の非接触案内型位置決めテーブルの操作・作用に
ついて説明する。
The operation and operation of the non-contact guide type positioning table will be described.

半導体の回路パターン露光装置の非接触案内型位置決
めテーブルにおいては、テーブル本体43に半導体基板が
取付けられ、X線によりマスク像が露光窓20を通して露
光されるのである。
In a non-contact guide type positioning table of a semiconductor circuit pattern exposure apparatus, a semiconductor substrate is attached to a table body 43, and a mask image is exposed through an exposure window 20 by X-rays.

その際、半導体基板、即ちテーブル本体43は、正確に
(0.01μmオーダの精度で)X−Y−Z軸線方向に位置
決めされ、且つ平行度が調整される。
At this time, the semiconductor substrate, that is, the table body 43, is accurately positioned (with an accuracy of the order of 0.01 μm) in the XYZ axis direction, and the parallelism is adjusted.

先ず、各Y軸線位置調整用電磁石21,22,23,24及び各
Z軸線位置調整用電磁石25,26,27,28,29,30が制御装置
からの入力により励磁され、テーブル本体43はエレベー
タ12の中空部19内において浮動状態に置かれる。
First, the Y-axis position adjusting electromagnets 21, 22, 23, 24 and the Z-axis position adjusting electromagnets 25, 26, 27, 28, 29, 30 are excited by an input from the control device, and the table body 43 is It is placed in a floating state in the hollow part 19 of the twelve.

X軸線方向の粗位置決めは、リニアパルスモータ31,3
2の作動により行われる。リニアパルスモータ31,32が図
示しない制御装置により制御されて作動すると、浮動状
態のテーブル本体43は、エレベータ12の中空部19内でX
軸線方向に所定位置にまで移動し、粗位置決めされる。
Rough positioning in the X-axis direction is performed using linear pulse motors 31, 3
It is performed by the operation of 2. When the linear pulse motors 31 and 32 are controlled and operated by a control device (not shown), the table body 43 in a floating state moves X in the hollow portion 19 of the elevator 12.
It moves to a predetermined position in the axial direction and is roughly positioned.

Y軸線方向の粗位置決めは、サーボモータ5の作動に
より行われる。サーボモータ5が図示しない制御装置に
より制御されて作動すると、送りねじ10が回転駆動さ
れ、螺合している雌ねじ部11、即ち上側エプロン6が上
下動するので、それと上部支持杆13により一体関係にあ
るエレベータ12は、案内杆9が滑り軸受8,8に案内され
ながら真空容器3中においてY軸線方向に所定位置にま
で移動し、結局、エレベータ12内にあるテーブル本体43
は、Y軸線方向に粗位置決めされことになる。
The coarse positioning in the Y-axis direction is performed by the operation of the servomotor 5. When the servomotor 5 is controlled and operated by a control device (not shown), the feed screw 10 is driven to rotate, and the screwed female screw portion 11, that is, the upper apron 6 moves up and down. The elevator 12 moves to a predetermined position in the Y-axis direction in the vacuum vessel 3 while the guide rod 9 is guided by the slide bearings 8,8, and eventually, the table body 43 in the elevator 12
Are roughly positioned in the Y-axis direction.

Z軸線方向の粗位置決めは、格別必要としない。 Rough positioning in the Z-axis direction is not particularly required.

X軸線方向の粗位置決めは、図示しない圧電素子と弾
性部材との共同作動により行われる。圧電素子が制御装
置により制御されて作動すると、テーブル本体43は、圧
電素子に弾性部材により押圧されたまま、制御電圧に応
じた圧電素子変形によりX軸線方向に微小変位をする。
従って、テーブル本体43は、エレベータ12に対し、延い
ては固定空間において所望のX軸線方向位置に精位置決
めされることになる。
The coarse positioning in the X-axis direction is performed by joint operation of a piezoelectric element (not shown) and an elastic member. When the piezoelectric element is controlled and operated by the control device, the table body 43 makes a small displacement in the X-axis direction due to the deformation of the piezoelectric element according to the control voltage while being pressed by the elastic element against the piezoelectric element.
Therefore, the table body 43 is precisely positioned at a desired X-axis direction position in the fixed space with respect to the elevator 12.

Y軸線方向の精位置決めは、Y軸線位置調整用電磁石
21,22;23,24により行われる。各電磁石21,22;23,24が制
御装置により制御されて作動すると、テーブル本体43
は、電磁石21,23のコイルに対する電流と電磁石22,24の
コイルとに対する電流との電流差、即ち磁力差によりY
軸線方向に微小変位をする。その際、エレベータ12に対
するテーブル本体43の位置はY軸線位置検出用位置セン
サ33,34;35,36により検出され、その検出信号はセンサ
用信号処理部51を介して比較器52に入力され、所望設定
の基準値と比較され、検出信号が基準値と等しくなるよ
うに制御回路53によりY軸線位置調整用電磁石21,22;2
3,24への電流が制御される。
Electro-magnet for Y-axis position adjustment for precise positioning in the Y-axis direction
21,22; 23,24. When each of the electromagnets 21, 22; 23, 24 is controlled and operated by the control device, the table body 43
Is the current difference between the current to the coils of the electromagnets 21 and 23 and the current to the coils of the electromagnets 22 and 24, that is, Y
Make a small displacement in the axial direction. At that time, the position of the table body 43 with respect to the elevator 12 is detected by the Y-axis position detection position sensors 33, 34; 35, 36, and the detection signal is input to the comparator 52 via the sensor signal processing unit 51, The control circuit 53 compares the electromagnets 21 and 22 for adjusting the Y-axis position so that the detection signal becomes equal to the reference value.
The current to 3,24 is controlled.

従って、テーブル本体43は、エレベータ12に対し、延
いては固定空間において所望のY軸線方向位置に精位置
決めされることになる。
Therefore, the table body 43 is precisely positioned at a desired position in the Y-axis direction with respect to the elevator 12 and thus in the fixed space.

Z軸線方向の精位置決めは、Z軸線位置調整用電磁石
25,26;27,28;29,30により行われる。各電磁石25,26;27,
28;29,30が制御装置により制御されて作動すると、テー
ブル本体43は、電磁石25,27,29のコイルに対する電流と
電磁石26,28,30のコイルとに対する電流との電流差、即
ち磁力差によりZ軸線方向に微小変位をする。その際、
エレベータ12に対するテーブル本体43の位置はZ軸線位
置検出用位置センサ37,38;39,40;41,42により検出さ
れ、その検出信号はセンサ用信号処理部51を介して比較
器52に入力され、所望設定の基準値と比較され、検出信
号が基準値と等しくなるように制御回路53によりZ軸線
位置調整用電磁石25,26;27,28;29,30への電流が制御さ
れる。
Electromagnet for Z-axis position adjustment for precise positioning in the Z-axis direction
25,26; 27,28; 29,30. Each electromagnet 25,26; 27,
28; 29, 30 operated by the control device, the table main body 43 provides a current difference between the current to the coils of the electromagnets 25, 27, 29 and the current to the coils of the electromagnets 26, 28, 30; Causes a minute displacement in the Z-axis direction. that time,
The position of the table body 43 with respect to the elevator 12 is detected by Z-axis position detection position sensors 37, 38; 39, 40; 41, 42, and the detection signal is input to a comparator 52 via a sensor signal processing unit 51. The control circuit 53 controls the current to the Z-axis position adjusting electromagnets 25, 26; 27, 28; 29, 30 so that the detection signal becomes equal to the reference value.

従って、テーブル本体43は、エレベータ12に対し、延
いては固定空間において所望のZ軸線方向位置に精位置
決めされることになる。
Therefore, the table main body 43 is precisely positioned at a desired position in the Z-axis direction in the fixed space with respect to the elevator 12.

テーブル本体43の平行度の調整は、X軸線、Y軸線、
Z軸線の各軸線回りの回動位置決めにより行われる。
The adjustment of the parallelism of the table body 43 is performed by using the X-axis, Y-axis,
The rotation is performed around each axis of the Z axis.

X軸線回りの回動(ローリング)位置決めは、Z軸線
位置調整用電磁石25,26;27,28;29,30により行われる。
各電磁石25,26;27,28;29,30が制御装置により制御され
て作動すると、電磁石25,27,30のコイルに対する電流と
電磁石26,28,29のコイルとに対する電流との電流差、即
ち磁力差により、テーブル本体43はX軸線回りに微小回
動変位する。その際、エレベータ12に対するテーブル本
体43の位置はZ軸線位置検出用位置センサ37,38;39,40;
41,42により検出され、その検出信号はセンサ用信号処
理部51を介して比較器52に入力され、所望設定の基準値
と比較され、検出信号が基準値と等しくなるように制御
回路53によりZ軸線位置調整用電磁石25,26;27,28;29,3
0への電流が制御される。
The rotation (rolling) positioning around the X-axis is performed by the Z-axis position adjusting electromagnets 25, 26; 27, 28; 29, 30.
When each of the electromagnets 25, 26; 27, 28; 29, 30 is controlled and operated by the control device, the current difference between the current to the coils of the electromagnets 25, 27, 30 and the current to the coils of the electromagnets 26, 28, 29, That is, the table body 43 is slightly rotated and displaced around the X-axis by the magnetic force difference. At this time, the position of the table main body 43 with respect to the elevator 12 is determined by the position sensors 37, 38;
The detection signal is detected by the control circuit 53 so that the detection signal is input to the comparator 52 via the sensor signal processing unit 51 and is compared with a reference value of a desired setting, and the detection signal becomes equal to the reference value. Electromagnets for Z-axis position adjustment 25, 26; 27, 28; 29, 3
The current to 0 is controlled.

従って、テーブル本体43は、エレベータ12に対し、延
いては固定空間において所望のX軸線回りの回動位置に
精位置決めされることになる。
Therefore, the table main body 43 is precisely positioned at a desired rotation position around the X axis in the fixed space with respect to the elevator 12.

Y軸線回りの回動(ヨーイング)位置決めもZ軸線位
置調整用電磁石25,26;27,28により行われる。各電磁石2
5,26;27,28が制御装置により制御されて作動すると、電
磁石25,28のコイルに対する電流と電磁石26,27のコイル
とに対する電流との電流差、即ち磁力差により、テーブ
ル本体43はY軸線回りに微小回動変位する。その際、エ
レベータ12に対するテーブル本体43の位置はZ軸線位置
検出用位置センサ37,38;39,40により検出され、その検
出信号はセンサ用信号処理部51を介して比較器52に入力
され、所望設定の基準値と比較され、検出信号が基準値
と等しくなるように制御回路53によりZ軸線位置調整用
電磁石25,26;27,28への電流が制御される。
Rotation (yaw) positioning about the Y-axis is also performed by the Z-axis position adjusting electromagnets 25, 26; 27, 28. Each electromagnet 2
5, 26; 27, 28 are controlled and operated by the control device, the table main body 43 is moved by the current difference between the current to the coils of the electromagnets 25, 28 and the current to the coils of the electromagnets 26, 27, that is, the magnetic force difference. It is slightly displaced around the axis. At that time, the position of the table body 43 with respect to the elevator 12 is detected by the Z-axis position detection position sensors 37, 38; 39, 40, and the detection signal is input to the comparator 52 via the sensor signal processing unit 51, The control circuit 53 controls the current to the Z-axis position adjusting electromagnets 25, 26; 27, 28 so that the detection signal is compared with the reference value of the desired setting and the detection signal becomes equal to the reference value.

従って、テーブル本体43は、エレベータ12に対し、延
いては固定空間において所望のY軸線回りの回動位置に
精位置決めされることになる。
Therefore, the table main body 43 is precisely positioned at a desired rotation position around the Y axis in the fixed space with respect to the elevator 12.

Z軸線回りの回動(ピッチング)位置決めは、Y軸線
位置調整用電磁石21,22;23,24により行われる。各電磁
石21,22;23,24が制御装置により制御されて作動する
と、電磁石21,24のコイルに対する電流と電磁石22,23の
コイルとに対する電流との電流差、即ち磁力差により、
テーブル本体43はZ軸線回りに微小回動変位する。その
際、エレベータ12に対するテーブル本体43の位置はY軸
線位置検出用位置センサ33,34;35,36により検出され、
その検出信号はセンサ用信号処理部51を介して比較器52
に入力され、所望設定の基準値と比較され、検出信号が
基準値と等しくなるように制御回路53によりY軸線位置
調整用電磁石21,22;23,24への電流が制御される。
Rotational (pitching) positioning about the Z-axis is performed by Y-axis position adjusting electromagnets 21, 22; When each of the electromagnets 21, 22; 23, 24 is controlled and operated by the control device, the current difference between the current to the coils of the electromagnets 21, 24 and the current to the coils of the electromagnets 22, 23, that is, the magnetic force difference,
The table main body 43 is slightly displaced by rotation about the Z axis. At that time, the position of the table body 43 with respect to the elevator 12 is detected by the Y-axis position detection position sensors 33, 34; 35, 36,
The detection signal is sent to a comparator 52 via a sensor signal processing unit 51.
The current is supplied to the Y-axis position adjusting electromagnets 21, 22, 23, and 24 by the control circuit 53 so that the detection signal becomes equal to the reference value.

従って、テーブル本体43は、エレベータ12に対し、延
いては固定空間において所望のZ軸線回りの回動位置に
精位置決めされることになる。
Therefore, the table main body 43 is precisely positioned at a desired rotation position around the Z axis in the fixed space with respect to the elevator 12.

不作業時、又は事故時に各電磁石が励磁されなくなる
と、テーブル本体43は、浮動状態から落下するが、少な
くともY軸線位置調整用電磁石22,24に接触する前に保
護軸受44,44に支承される。従って、Y軸線位置調整用
電磁石22,24の損傷が防止される。又、その際、テーブ
ル本体43が倒れても、Z軸線位置調整用電磁石37〜42に
接触する前に保護軸受45,45…に支承され、Z軸線位置
調整用電磁石37〜42の損傷が防止される。
When each electromagnet is not excited at the time of no work or accident, the table body 43 falls from the floating state, but is supported by the protective bearings 44, 44 at least before contacting the Y-axis position adjusting electromagnets 22, 24. You. Therefore, damage to the Y-axis position adjusting electromagnets 22 and 24 is prevented. Also, at this time, even if the table body 43 falls down, it is supported by the protective bearings 45, 45 ... before coming into contact with the Z-axis position adjusting electromagnets 37 to 42, thereby preventing the Z-axis position adjusting electromagnets 37 to 42 from being damaged. Is done.

上記の実施例は、テーブル本体43が直立して、それを
支承する移動台としてのエレベータ12が上下動する構成
にした直立型で、非接触案内型位置決めテーブルが半導
体の回路パターン露光装置に適用されている場合である
が、テーブル本体43を水平にしてエレベータ12と同様の
移動台が水平方向に移動するような構成にした水平型、
即ち直立型をそのままX軸線回りに90度回動した構成に
して、各種精密加工装置、精密計測装置及びバイオテク
ノロジー装置に利用されるようにし得ることは容易に理
解できよう。
The above embodiment is an upright type in which the table main body 43 is upright and the elevator 12 as a movable table supporting the table body 43 moves up and down, and the non-contact guide type positioning table is applied to a semiconductor circuit pattern exposure apparatus. This is the case when the horizontal type is configured so that the moving table similar to the elevator 12 moves in the horizontal direction with the table body 43 horizontal.
That is, it can be easily understood that the upright type can be directly rotated by 90 degrees around the X axis to be used in various precision processing devices, precision measurement devices, and biotechnology devices.

その場合には、上記の直立型の場合の中空部19の保護
軸受44,44は対向面にも設けられ、保護軸受45,45…は下
面となる片面のみでよい。そうして、保護軸受44,44は
滑り軸受でもよいが、保護軸受45,45…は転がり軸受に
する。
In this case, the protection bearings 44 of the hollow portion 19 in the case of the upright type are also provided on the opposing surfaces, and the protection bearings 45, 45... Thus, the protective bearings 44, 44 may be sliding bearings, but the protective bearings 45, 45 ... are rolling bearings.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この発明の非接触案内型位置域めテーブルよれば、真
空中で移動変位できる上、移動変位において滑動案内面
・ポールねじモータ駆動等の機械的接触部がないので、
直接接触のための摩耗による塵埃が発生しない。又、真
空中の作動では好ましくない潤滑油の使用が不必要であ
り、固体の溶着や剥離が発生する恐れもない。
According to the non-contact guide type position table according to the present invention, since it can be displaced in a vacuum and has no mechanical contact portion such as a sliding guide surface and a pole screw motor drive in the displacement,
No dust due to wear due to direct contact. In addition, operation in a vacuum does not require the use of undesired lubricating oil, and there is no danger of solid welding or peeling.

更に、磁気軸受による支承を利用しているので、磁力
制御によるだけで各軸線方向の微細変位及び各軸線回り
の微細回動が可能であるので、嵩張る付加機構なしにテ
ーブルの各軸線方向の精密位置決め及び平行度精密調整
が容易にできる。
In addition, since the bearings using magnetic bearings are used, fine displacement in each axial direction and fine rotation around each axis can be performed only by controlling the magnetic force, so that there is no need for a bulky additional mechanism. Positioning and parallelism precision adjustment can be easily performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、この発明の実施例における非接触案内型位置
決めテーブルの部分断面正面図、 第2図は、第1図のII−II線における断面図、 第3図は、この発明の実施例における非接触案内型位置
決めテーブルの平面図、 第4図は、この発明の実施例における非接触案内型位置
決めテーブルのエレベータの正面図、 第5図は、この発明の実施例における非接触案内型位置
決めテーブルの断面正面図、 第6図は、第5図のVI−VI線における断面図、 第7図は、この発明の実施例における非接触案内型位置
決めの電磁石の制御回路である。 1:機枠、2:連結部、3:真空容器、4:突出部 5:サーボモータ、6:上部エプロン 7:下部エプロン、8:滑り軸受、9:案内杆 10:送りねじ、11:雌ねじ部、12:エレベータ 13:上部支持杆、14:下部支持杆、15,16:開孔 17,18:ベローズ、19:中空部、20:露光窓 21,22,23,24:Y軸線位置調整用電磁石 25〜30:Z軸線位置調整用電磁石 31,32:リニアパルスモータ 33〜36:Y軸線位置検出用位置センサ 37〜42:Z軸線位置検出用位置センサ 43:テーブル本体、44,45:保護軸受 46,47:対磁極部、51:センサ用信号処理部 52:比較器、53:制御回路(PID動作) 54,55:増幅器
FIG. 1 is a partial cross-sectional front view of a non-contact guide type positioning table according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a front view of an elevator of the non-contact guide type positioning table according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a non-contact guide type positioning table according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 5, and FIG. 7 is a control circuit of a non-contact guide type positioning electromagnet in the embodiment of the present invention. 1: Machine frame, 2: Connection part, 3: Vacuum container, 4: Projection part 5: Servo motor, 6: Upper apron 7: Lower apron, 8: Sliding bearing, 9: Guide rod 10: Feed screw, 11: Female screw , 12: Elevator 13: Upper support rod, 14: Lower support rod, 15, 16: Open hole 17, 18: Bellows, 19: Hollow, 20: Exposure window 21, 22, 23, 24: Y axis position adjustment Electromagnets 25 to 30: Electromagnets for adjusting the Z axis position 31, 32: Linear pulse motors 33 to 36: Position sensors for detecting the Y axis position 37 to 42: Position sensors for detecting the Z axis position 43: Table body, 44, 45: Protective bearings 46, 47: Magnetic pole part, 51: Signal processing part for sensor 52: Comparator, 53: Control circuit (PID operation) 54, 55: Amplifier

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】テーブル本体、テーブル本体を5軸制御磁
気軸受をもって水平移動自在に支承し、テーブル水平駆
動用非接触直進モータを備えた移動台、移動台をテーブ
ル移動方向と垂直方向に移動自在に収容した真空容器、
密閉状態維持用の伸縮自在中空部材に挿通された外部の
駆動装置と移動台とを連結する連結部材、及び磁気軸受
電流制御装置から構成された非接触案内型位置決めテー
ブル
1. A table body, a table supported by a five-axis control magnetic bearing so as to be freely movable in a horizontal direction, a moving table provided with a non-contact linear motor for driving the table horizontally, and the moving table movable in a direction perpendicular to the table moving direction. Vacuum container housed in
A non-contact guide type positioning table comprising a connecting member for connecting an external driving device and a movable table inserted through a telescopic hollow member for maintaining a sealed state, and a magnetic bearing current controller.
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