JP3275544B2 - ステージ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明はＸＹθの３軸を移動する
ステージ装置に関し、特に本発明は、光学機械、測定
器、工作機械、スクリーン印刷機など、各種の機械、器
具に適用することができるステージ装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ワーク等を乗せたステージをＸ，Ｙ方向
に移動させるとともに、所定角度回転させ（これを以
下、θ方向に移動させると言う）、ステージ上に固定さ
れたワークをＸＹθの３軸について位置決めする技術
が、光学機械、測定器、工作機械、印刷機など各種の機
械、器具等で必要とされる。

【０００３】例えば、半導体装置やマイクロマシン等の
製造装置においては、上記のようにステージをＸＹθ軸
について位置決めし、ワークにマスク・パターンを露光
する等の処理を行っている。上記したＸＹθの３軸につ
いての位置決めを行うステージ装置は、通常、ステージ
を積み重ねて構成しているものが多い。

【０００４】ステージを積み重ねて構成した、比較的移
動ストロークが少ないステージ装置としては、従来から
図７に示すものが知られている。図７において、同図
（ａ）はステージ装置の平面図、（ｂ）は同図（ａ）の
Ａ−Ａ断面図を示しており、同図は、パターンが焼き付
けられたマスクを乗せたステージをＸＹθ方向に位置決
めする装置を示している。

【０００５】同図において、１１はマスクを保持するマ
スク・ホルダ、１２はマスク、１３はマスク上のマスク
・パターン、１４，１４’はマスク上に記された位置合
わせ用のアライメント・マーク、１５はステージを搭載
するベースである。１７はＸＹ方向〔同図（ａ）におい
て、右方向をＸ方向、上方向をＹ方向という〕に移動す
るＸＹステージであり、ＸＹステージ１７はベース１５
上に、平面案内部２８を介してＸ軸、Ｙ軸方向に移動可
能に取り付けられ、引っ張りバネ２７により同図（ａ）
の左下方向に付勢されている。

【０００６】１８はθステージであり、θステージ１８
はＸＹステージ１７上に、θ軸受２９を介して回転可能
に取り付けられており、ＸＹステージ１７に取り付けら
れた部材１７ａとθステージ１８に取り付けられた部材
１８ａの間に設けられた圧縮バネ２６により反時計方向
に回転するように付勢されている。また、２１はＸＹス
テージ１７をＸ方向に移動させるＸ軸駆動機素、２１ａ
はＸ軸駆動用モータ、２１ｂは駆動用モータ２１ａの回
転量を検出するエンコーダ、２１ｃは回転／直動変換機
構、２１ｆはＸＹステージ１７に接触するローラであ
り、ローラ２１ｆはＸ軸駆動機素２１により同図（ａ）
の左右方向に駆動され、ＸＹステージ１７をＸ軸方向に
移動させる。

【０００７】２３はＸＹステージをＹ方向に移動させる
Ｙ軸駆動機素、２３ａはＹ軸駆動用モータ、２３ｂは駆
動用モータ２３ａの回転量を検出するエンコーダ、２３
ｃは回転／直動変換機構、２３ｆはＸＹステージに接触
するローラであり、ローラ２３ｆはＹ軸駆動機素２３に
より同図（ａ）の上下方向に駆動され、ＸＹステージ１
７をＹ軸方向に移動させる。

【０００８】２５はθステージを回転させるθ軸駆動機
素、２５ａはθ軸駆動用モータ、２５ｂは駆動用モータ
２５ａの回転量を検出するエンコーダ、２５ｃは回転／
直動変換機構、２５ｆはθステージに接触するローラで
あり、ローラ２５ｆはθ軸駆動機素２５により同図
（ａ）の上下方向に駆動され、θステージ１８を回転さ
せる。

【０００９】また、Ｘ軸駆動機素２１、Ｙ軸駆動機素２
３、θ軸駆動機素２５に設けられたエンコーダ２１ｂ，
２３ｂ，２５ｂの出力は、図示しないコンピュータ等か
ら構成される制御装置に入力され、上記制御装置の出力
によりＸ軸駆動機素２１、Ｙ軸駆動機素２３、θ軸駆動
機素２５に設けられたモータ２１ａ，２３ａ，２５ａが
駆動される。

【００１０】なお、ローラ２１ｆ，２３ｆ，２５ｆを直
線的に駆動する手段としの回転／直動変換機構２１ｃ，
２３ｃ，２５ｃとしては、種々の手段を用いることがで
き、例えば、ネジやカムによりモータの回転運動を直線
運動に変換してローラ２１ｆ，２３ｆ，２５ｆを駆動し
たり（必要に応じて減速ギヤを用いることもできる）、
リニアモータを用いてローラ２１ｆ，２３ｆ，２５ｆを
駆動することができる。また、モータとしては、ステッ
ピング・モータやＤＣモータ等種々のモータを用いるこ
とが可能である。さらに、精度の高い駆動が必要な場合
には、ピエゾ素子等を用いることもできる。

【００１１】図７において、マスク１２を所定の位置に
位置決めする際、作業者は、図示しない光学装置等によ
り、マスク１２上に記されたアライメメント・マーク１
４，１４’の位置を確認し、上記アライメント・マーク
１４，１４’が予め定められた目標位置に一致するよう
に指令信号を上記制御装置に入力する。制御装置は作業
者から指令信号が入力されると、エンコーダ２１ｂ，２
３ｂ，２５ｂから入力されるフィードバック信号と上記
指令信号を比較してモータ２１ａ，２３ａ，２５ａを駆
動し、ＸＹステージの位置およびθステージの回転角度
を、作業者が入力する指令信号に一致するように制御す
る。

【００１２】図７に示したステージ装置は、ＸＹステー
ジとθステージを積み重ねて構成しているため、ＸＹス
テージとθステージをそれぞれ独立して駆動することが
できる。このため、マスク１２を容易に位置決めするこ
とができるが、両ステージを積み重ねているため、高さ
が高くなりステージの重さが重くなるといった問題点が
ある。

【００１３】そこで、一つのステージでＸＹθ方向の移
動を行い、高さを低く重量を軽減したステージ装置とし
て、図８に示す装置が知られている。図８において、同
図（ａ）はステージ装置の平面図、（ｂ）は同図（ａ）
のＡ−Ａ断面図を示しており、図７と同様、同図はパタ
ーンが焼き付けられたマスクを乗せたステージをＸＹθ
方向に位置決めする装置を示している。

【００１４】同図において、図７に示したものと同一の
ものには同一の符号が付されており、１１はマスク・ホ
ルダ、１２はマスク、１３はマスク・パターン、１４，
１４’はアライメント・マーク、１５はステージを搭載
するベースである。また、１６はステージであり、ステ
ージ１６はベース１５上に平面案内部２８を介して取り
付けられ、平面案内部２８によりＸＹ軸方向に移動可能
に、かつ、θ方向に回転可能に支持されている。

【００１５】２１はステージ１６をＸ軸方向に駆動する
Ｘ軸駆動機素、２１ａはモータ、２１ｂはエンコーダ、
２１ｃは回転／直動変換機構、２１ｄはモータ２１ａに
より同図（ａ）の左右方向に駆動される駆動部であり、
駆動部２１ｄはステージ１６に対し首振り可能に、か
つ、スライド可能に取り付けられている。図９は上記駆
動部２１ｄの構成を示す図であり、同図（ａ）は駆動部
２１ｄの断面図、（ｂ）は駆動部２１ｄのＡ−Ａ断面図
を示している。

【００１６】同図において、１６はステージ、３０はネ
ジ等によりステージ１６に取り付けられたスライド軸固
定部、３１はスライド軸固定部３０に固定されたスライ
ド軸、３２はリニアベアリング、３３はスライド軸受ケ
ースであり、スライド軸３１はリニアベアリング３２に
より、同図（ａ）の左右方向にスライドする。３４はモ
ータ２１ｂにより同図の上下方向に駆動される駆動部
材、３５は回転軸であり、スライド軸受ケース３３は駆
動部材３４に設けられた回転軸３５にベアリング３６を
介して首振り可能に取り付けられている。このため、ス
テージ１６は駆動部材３４に対して、同図（ａ）の左右
方向に移動可能であるとともに、首振り可能である。

【００１７】図８に戻り、２２はステージ１６をＸ軸方
向に駆動するＸ’軸駆動機素、２２ａはモータ、２２ｂ
はエンコーダ、２２ｃは回転／直動変換機構、２２ｄは
駆動部であり、駆動部２２ｄは、駆動部２１ｄと同様、
ステージ１６に対し首振り可能に、かつ、スライド可能
に取り付けられている。また、２３はステージ１６をＹ
軸方向に駆動するＹ軸駆動機素、２３ａはモータ、２３
ｂはエンコーダ、２３ｃは回転／直動変換機構、２３ｄ
は駆動部であり、上記と同様、駆動部２３ｄは、ステー
ジ１６に対し首振り可能に、かつ、スライド可能に取り
付けられている。

【００１８】また、Ｘ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機素
２２、Ｙ軸駆動機素２３に設けられたエンコーダ２１
ｂ，２２ｂ，２３ｂの出力は、図７と同様、図示しない
制御装置に入力され、上記制御装置の出力によりこれら
駆動機素のモータ２１ａ，２３ａ，２５ａが駆動され
る。図８において、マスク１２を所定の位置に位置決め
する場合、前記と同様、作業者は、アライメント・マー
ク１４，１４’が予め定められた目標位置に一致するよ
うに指令信号を上記制御装置に入力する。

【００１９】制御装置は作業者から指令信号が入力され
ると、モータ２１ａ，２２ａ，２３ａを駆動し、ステー
ジの位置およびθステージの回転角度を、作業者が入力
する指令信号に一致するように制御する。すなわち、制
御装置はＸ軸駆動機素２１とＸ’軸駆動機素２２を同時
に同方向に同量駆動してステージ１６をＸ軸方向に移動
させ、Ｘ軸方向の位置決めを行う、また、Ｙ軸駆動機素
２３を駆動してステージ１６をＹ軸方向に移動させＹ軸
方向に位置決めを行う。

【００２０】さらに、上記Ｘ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆
動機素２２、および、Ｙ軸駆動機素２３を同時にステー
ジを回転させる方向に駆動して、基準軸（例えば、アラ
イメント・マーク１４または１４’）を中心にして必要
角度だけ回転させ、θ方向の位置決めを行う。図１０は
上記したステージの動作を示す図であり、同図（ａ）は
各駆動機素の作用点と回転中心となる基準軸Ｒ（この例
では、アライメント・マーク１４’の位置を基準軸とし
ている）を示し、（ｂ）はステージをＸ，Ｙ，θ方向に
移動させた際の各駆動機素によるアライメント・マーク
の移動量を示している。

【００２１】同図に示すように、Ｘ軸駆動機素２１、
Ｘ’軸駆動機素２２を同方向に同量駆動し、それぞれの
作用点Ａ，Ｂをａだけ移動させ、マスク１２上のアライ
メント・マーク１４，１４’の位置をＸ軸方向にａ移動
させる。これにより、アライメント・マーク１４’のＸ
方向の位置はワーク上に記されたマークＷ１４’のＸ方
向の位置と一致する。

【００２２】また、Ｙ軸駆動機素２３をＹ軸方向に駆動
して、作用点Ｃをｂだけ移動させ、アライメント・マー
ク１４’の位置をＹ軸方向にｂ移動させる。これによ
り、アライメント・マーク１４’の位置はワーク上に記
されたマークＷ１４’の位置と一致する。さらに、アラ
イメント・マーク１４を基準軸Ｒ（アライメント・マー
ク１４’）を中心としてθ回転させる。すなわち、基準
軸Ｒの位置が移動しないように、Ｘ軸駆動機素２１を左
方向に駆動して作用点Ａをｃだけ移動させ、Ｘ’軸駆動
機素２２を右方向に駆動して、作用点Ｂをｄだけ移動さ
せ、また、Ｙ軸駆動機素２３を下方向に駆動して、作用
点Ｃをｅだけ移動させる。

【００２３】以上のようにして、アライメント・マーク
１４，１４’をワーク上に印されたマークＷ１４，Ｗ１
４’に一致させる。ここで、図１０から明らかなよう
に、ステージを基準軸に対してθだけ回転させる際、制
御装置がＸ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機素２２、およ
び、Ｙ軸駆動機素２３を駆動する量ｃ，ｄ，ｅは必ずし
も一致しない。

【００２４】このため、ステージ１６を回転させる場合
には、Ｘ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機素２２、およ
び、Ｙ軸駆動機素２３の駆動量ｃ，ｄ，ｅを演算する必
要がある。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したよ
うに、図７に示したステージ装置はＸＹステージとθス
テージを積み重ねた構成であるので、位置決めは容易で
あるが、構造が複雑であるとともに、高さが高くなり重
量が重くなるといった問題があった。このため、図７の
装置においては、構造が複雑化するのに加え、各駆動機
素の出力を大きくしなければ位置決め速度を早くするこ
とができず、駆動装置が大型になり、コストが高くなる
といった欠点があった。また、２段重ねのステージのた
め、高さも高くなり、移動精度・耐振性を低下させると
いう欠点あった。

【００２６】一方、図８に示したステージ装置において
は、重量が比較的軽く、各駆動機素の出力を図７に示し
たもの程、大きくする必要はなく、高さも低いため、性
能上の問題点もあまりないが、ステージを回転させると
きの各駆動機素の駆動ストロークが異なるため、制御が
難しく、制御装置の負担が大きくなるといった問題点が
あった。

【００２７】また、図７、図８に示したステージ装置に
おいては、温度が上昇／下降する環境で使用される場
合、熱伸縮によって、基準点（アライメント・マーク）
の位置が推移し制御精度が低下するという問題点があっ
た。特に、上記ステージ装置を半導体装置等の露光装置
に適用した場合には、露光時、ステージに光が照射され
ることによりステージが熱膨張し、基準点（アライメン
ト・マーク）の位置が推移する。

【００２８】例えば、図８、図１０に示したステージ装
置においては、温度が上昇すると、ステージ１６の位置
を拘束する作用点Ａ，Ｂに対して基準軸Ｒが同図の右方
向に移動し、また、作用点Ｃに対して基準軸Ｒが上方に
移動することになり、基準軸Ｒの位置が推移する。本発
明は上記した従来技術の問題点を考慮してなされたもの
であって、本発明の第１の目的は、一つのステージを用
いて、容易にＸ，Ｙ，θ方向の制御を行うことができる
ステージ装置を提供することである。

【００２９】本発明の第２の目的は、ＸＹ方向の移動が
あっても回転中心が移動せず、また、ステージが回転し
てもＸＹ軸座標系が回転しない制御性のよいステージ装
置を提供することである。本発明の第３の目的は、ステ
ージの熱伸縮による影響が小さく、ステージの温度変化
があっても制御精度を損なうことなくステージを制御す
ることができるステージ装置を提供することである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１の発明は、少なくとも３つの駆動
機素を備え、該駆動機素によりステージに取り付けた被
駆動機素を駆動して、基準軸に対して垂直な平面内でス
テージを２方向に直線移動させると共に、上記基準軸を
中心に回転させるステージ装置であって、ステージの上
記基準軸を含む第１の平面上に設けられた第１および第
２の被駆動機素と、ステージの基準軸を含み第１の平面
に交わる第２の平面上に設けられた第３の被駆動機素
と、上記第１、第２、第３の被駆動機素をそれぞれ駆動
する第１、第２、第３の駆動機素とを備え、上記第１、
第２の駆動機素は直動ガイドを備え、該直動ガイドに沿
って、上記第１、第２の被駆動機素は上記第１の平面と
平行な方向に移動可能であり、上記第３の駆動機素は直
動ガイドを備え、該直動ガイドに沿って、上記第３の被
駆動機素は上記第２の平面と平行な方向に移動可能であ
り、上記第１，第２，第３の被駆動機素は、ステージに
取り付けたアームにステージに対して回転可能に取り付
けられ、上記第１，第２，第３の駆動機素に設けられた
直動ガイドに沿ってスライドする回転およびスライド部
材を備えており、上記第１、第２の駆動機素が上記直動
ガイドにより第１、第２の被駆動機素を第１の平面と直
交する方向に移動させ、上記第３の駆動機素が上記直動
ガイドにより第３の被駆動機素を第２の平面と直交する
方向に移動させることにより、ステージを回転／移動さ
せるようにしたものである。

【００３１】本発明の請求項２の発明は、請求項１の発
明において、第１、第２、および第３の被駆動機素と基
準軸間の距離を等しくしたものである。

【００３２】

【作用】図３は本発明の原理を示す図である。同図にお
いて、１６はステージ、Ｒはステージの回転中心となる
基準軸、２１，２２，２３は第１、第２、第３の駆動機
素であり、第１、第２、第３駆動機素の２１，２２，２
３は駆動ガイド２１ｄ，２２ｄ，２３ｄを同図の左右方
向および上下方向に駆動する。

【００３３】また、各駆動ガイド２１ｄ，２２ｄ，２３
ｄは、その移動方向に対して直交する平面で形成され、
それぞれ、ステージ１６に取り付けられたＸ軸被駆動機
素、Ｘ’軸被駆動機素、Ｙ軸被駆動機素（同図では、そ
れぞれ、ローラ４１ｃ，４２ｃ，４３ｃに対応する）と
Ａ，Ｂ，Ｃ点で接している。なお、図３では、基準軸Ｒ
と各軸の被駆動機素との距離Ｌを等しくした場合につい
て示しているが、この距離が異なっていてもその距離に
応じてＸ軸，Ｘ’軸，Ｙ軸駆動機素２１，２２，２３の
駆動量をそれぞれ選定すれば、ステージを同様に制御す
ることができる。以下の説明では、基準軸Ｒと各軸の被
駆動機素との距離Ｌが等しい場合について説明する。

【００３４】同図に示すように、本発明の請求項１の発
明においては、基準軸Ｒを含む第１の平面上に、ステー
ジの第１および第２の被駆動機素を設け、基準軸を含み
第１の平面に交わる第２の平面上に、ステージの第３の
被駆動機素を設け、また、上記第１および第２の平面と
平行な方向に移動可能に上記３つの被駆動機素と係合す
る駆動ガイド２１ｄ，２２ｄ，２３ｄを設け、駆動機素
２１，２２，２３が上記駆動ガイドにより被駆動機素を
第１、第２の平面と直交する方向に移動させることによ
り、ステージを回転／移動させるように構成している。

【００３５】このため、各軸の駆動機素２１，２２，２
３により駆動ガイド２１ｄ，２２ｄ，２３ｄを等量だけ
駆動したとき、各軸の被駆動機素は、駆動ガイド２１
ｄ，２２ｄ，２３ｄとの接触点Ａ，Ｂ，Ｃを移動させな
がら移動し、同図の二点鎖線に示すようにステージ１６
は基準軸Ｒを中心として回転する。

【００３６】また、ステージ上のアライメント・マーク
１４，１４’をＸ軸方向に移動させるため、駆動機素２
１，２２により駆動ガイド２１ｄ，２２ｄを等量だけ駆
動したとき、Ｙ軸被駆動機素は駆動ガイド２３ｄに沿っ
て左右方向に移動し、Ｙ軸被駆動機素が駆動ガイド２３
ｄと接触する点Ｃと、基準軸Ｒとの距離は等しく保たれ
る。このため、ステージをＸ軸方向に移動させても、ス
テージ１６の回転中心の位置は変わらない。

【００３７】さらに、同図の二点鎖線に示すようにステ
ージ１６を回転させた状態で、アライメント・マークを
Ｘ軸方向もしくはＹ軸方向に移動させる際にも、Ｘ軸、
Ｘ’軸駆動機素の駆動量もしくはＹ軸駆動機素の駆動量
は、上記の場合と変わらない。すなわち、ステージ１６
の回転量にかかわらず、ステージをＸ軸方向もしくはＹ
軸方向に所定量移動させるときのＸ軸、Ｘ’軸駆動機素
もしくはＹ軸駆動機素の駆動量は変わらない。すなわ
ち、ステージが回転しても、ＸＹ軸座標系は回転しな
い。

【００３８】また、ステージの温度変化があっても制御
精度を損なうことなくステージを制御することができ
る。すなわち、基準軸を含む２つの平面上にステージの
位置を定める３つの作用点Ａ，Ｂ，Ｃがあるので、ステ
ージが同図の実線の位置にあるときには、ステージが熱
伸縮しても、熱伸縮は基準点Ｒを中心とした伸縮となり
基準軸は動かない。

【００３９】なお、同図の二点鎖線に示す位置にあると
きにも上記と同様に基準軸は動かない。ただし、ステー
ジが熱伸縮すると、ステージは僅かに回転するが、ステ
ージの回転角度は僅かであり、実用上殆ど影響がない。
このため、ステージを熱的に安定させることができ、温
度が上昇／下降する環境下で使用しても制御精度を損な
うことがない。

【００４０】図４は本発明においてステージを回転／移
動させたときの、ステージの動きとアライメント・マー
クの動きを示す図であり、同図（ａ）はセット時を示
し、（ｂ）はステージをθだけ回転させた場合を示し、
（ｃ）はステージをＸＹ方向に移動させた場合を示して
いる。

【００４１】ステージ１６上のマスクのアライメント・
マーク１４，１４’とワークのアライメント・マークＷ
１４，Ｗ１４’の位置を一致させるため、まず、同図
（ａ）の状態から、Ｘ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機素
２２、Ｙ軸駆動機素２３によりガイド２１ｄ，２２ｄ，
２３ｄを距離ａ移動させて、同図（ｂ）に示すようにス
テージ１６をsin ^-1(a/l) 度回転させ、アライメント・
マーク１４，１４’とワークのアライメント・マークＷ
１４，Ｗ１４’の傾きを一致させる。

【００４２】ついで、Ｘ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機
素２２によりガイド２１ｄ，２２ｄを距離ｂ移動させて
ステージ１６をＸ軸方向にｂ移動させ、また、Ｙ軸駆動
機素２３によりガイド２３ｄを距離−ｃ移動させてステ
ージ１６をＹ軸方向に−ｃ移動させ、同図（ｃ）に示す
ようにマスクのアライメント・マーク１４，１４’とワ
ークのアライメント・マークＷ１４，Ｗ１４’を一致さ
せる。

【００４３】本発明においては、上記のように各ガイド
２１ｄ，２２ｄ，２３ｄを等しい距離ａ移動させること
により、基準軸Ｒの位置が移動することなく、ステージ
１６をsin ^-1(a/l) 度回転させることができる。また、
ステージ１６の回転角度にかかわらず、アライメント・
マーク１４，１４’をＸ方向、Ｙ方向に移動させる際の
Ｘ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機素２２、Ｙ軸駆動機素
２３の駆動量とアライメント・マーク１４，１４’の移
動量との関係は一定に保たれる。すなわち、ステージが
回転してもＸＹ軸座標系が回転しない。このため、ステ
ージ１６の回転／移動の制御を簡単に行うことができ、
マスクのアライメント・マーク１４，１４’とワークＷ
１４，Ｗ１４’の位置を容易に合わせることができる。

【００４４】本発明の請求項２の発明においては、請求
項１の発明において、第１、第２、および、第３の被駆
動機素と基準軸間の距離を等しくしたものであり、図
３、図４で説明したように、基準軸Ｒと各軸の被駆動機
素との距離Ｌを等しくすれば、ステージ回転時の各軸駆
動機素の移動量を等しくすることができ、制御を最も簡
単にすることができる。

【００４５】

【実施例】図１は本発明の前提となるステージ装置の構
成例を示す図であり、図１において、同図（ａ）はステ
ージ装置の平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図
を示しており、図７、図８と同様、同図はパターンが焼
き付けられたマスクを乗せたステージをＸＹθ方向に位
置決めする装置を示している。

【００４６】同図において、図８に示したものと同一の
ものには同一の符号が付されており、１１はマスク・ホ
ルダ、１２はマスク、１３はマスク・パターン、１４，
１４’はアライメント・マーク、１５はステージを搭載
するベースである。また、１６はステージであり、ステ
ージ１６は、図８と同様、ベース１５上に平面案内部２
８を介して取り付けられ、平面案内部２８によりＸＹ軸
方向に移動可能に、かつ、θ方向に回転可能に支持され
ている。

【００４７】２１はステージ１６をＸ軸方向に駆動する
Ｘ軸駆動機素、２１ａはモータ、２１ｂはエンコーダ、
２１ｃは回転／直動変換機構、２１ｄはモータ２１ａに
より同図（ａ）の左右方向に駆動される駆動ガイドであ
り、駆動ガイド２１ｄの先端は、移動方向に直交した平
面に形成されており、後述するステージ１６のＸ軸ロー
ラ保持部材４１に取り付けられたローラと接している。

【００４８】２１ｅは駆動機素取り付け部材であり、Ｘ
軸駆動機素２１は駆動機素取り付け部材２１ｅによりベ
ース１５上にネジ等で固定されている。２２はステージ
１６をＸ軸方向に駆動するＸ’軸駆動機素、２２ａはモ
ータ、２２ｂはエンコーダ、２２ｃは回転／直動変換機
構、２２ｄはモータ２２ａにより同図（ａ）の左右方向
に駆動されるガイド、２２ｅは駆動機素取り付け部材で
あり、Ｘ’軸駆動機素２２は、上記と同様、駆動機素取
り付け部材２２ｅによりベース１５上にネジ等で固定さ
れている。

【００４９】また、２３はステージ１６をＹ軸方向に駆
動するＹ軸駆動機素、２３ａはモータ、２３ｂはエンコ
ーダ、２３ｃは回転／直動変換機構、２３ｄは同図
（ａ）の上下方向に駆動されるガイド、２３ｅは駆動機
素取り付け部材であり、Ｙ軸駆動機素２３は、上記と同
様、駆動機素取り付け部材２３ｅによりベース１５上に
ネジ等で固定されている。

【００５０】なお、上記ローラを駆動する手段として
は、図７の説明で記した種々の手段を用いることがで
き、必要に応じて、ピエゾ素子等を用いることもでき
る。４１，４２，４３は、それぞれ、ステージ１６に取
り付けられたＸ軸ローラ保持部材、Ｘ’軸ローラ保持部
材、Ｙ軸ローラ保持部材であり、Ｘ軸ローラ保持部材４
１、Ｘ’軸ローラ保持部材４２、Ｙ軸ローラ保持部材４
３にはそれぞれローラ４１ｃ，４２ｃ，４３ｃが回転可
能に取り付けられている。

【００５１】なお、ローラ４１ｃ，４２ｃ，４３ｃは前
記した駆動ガイド２１ｄ，２２ｄ，２３ｄと接し、ステ
ージ１６は各駆動ガイド２１ｄ，２２ｄ，２３ｄの移動
方向と直交する方向に移動可能であり、ステージ１６を
移動、回転させる際、各軸のローラを駆動ガイド２１
ｄ，２２ｄ，２３ｄの平面部に沿って滑らかに移動させ
ることができる。

【００５２】各軸の駆動機素に沿って滑らかに移動させ
る手段としては、ローラ以外に種々の手段を用いること
ができ、例えば、後述するように図９に示した機構を用
いたり、ローラ保持部材のガイドとの接触部分を、摩擦
の少ない部材で球状、もしくは、球に類似した形状にす
ることもできる。また、４１ａ，４２ａ，４３ａは圧縮
バネ、４１ｂ，４２ｂ，４３ｂはベース１５にネジ等で
固定されたバネ支えであり、圧縮バネ４１ａ，４２ａ，
４３ａは、それぞれ、Ｘ軸ローラ保持部材４１、Ｘ’軸
ローラ保持部材４２、Ｙ軸ローラ保持部材４３とバネ支
え４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ間に設けられ、Ｘ軸ローラ保
持部材４１、Ｘ’軸ローラ保持部材４２を同図（ａ）の
左方向に付勢し、Ｙ軸ローラ保持部材４３を同図（ａ）
の下方向に付勢している。

【００５３】また、図１に示すステージ装置のＸ軸ロー
ラ保持部材４１、Ｘ’軸ローラ保持部材４２のローラ４
１ｃ、４２ｃの回転中心は同図に示すように、アライメ
ント・マーク１４，１４’を結んだ直線上に配置され、
ローラ４３ｃの回転中心を通り上記直線と直交する線が
交わる点（この点が回転させる際の基準軸となる）から
ローラ４１ｃ，４２ｃ，４３ｃまでの距離は等しく設定
されている。

【００５４】図２は図１に示すステージ装置の制御シス
テムの構成を示す図であり、同図において、１０は図１
に示したステージ装置、２２はＸ’軸駆動機素の一部を
拡大して示した図であり、２２ａはモータ、２２ｂはエ
ンコーダを示している。５１はアライメント・マーク１
４，１４’の位置を光学的に検出するアライメント・マ
ーク検出装置、５２は入出力装置であり、入出力装置５
２は、例えば、マウス、キーボード等の入力装置５２ａ
とＣＲＴあるいは液晶ディスプレイ等の表示装置５２ｂ
から構成される。また、５３，５７はインタフェース装
置、５４はステージ装置の位置決め等を制御するプロセ
ッサ、５５はプログラム、データ等を格納した記憶装
置、５６はプロセッサ５４の出力に基づきＸ軸、Ｘ’
軸、Ｙ軸の駆動機素２１，２２，２３のモータ２１ａ，
２２ａ，２３ａを駆動するドライバである。

【００５５】上記アライメント・マーク検出装置５１の
出力は、インタフェース装置５３を介してプロセッサ５
４に入力され、プロセッサ５４はアライメント・マーク
検出装置５１により検出されたアライメント・マーク１
４の位置と、例えば、ワーク上に記されたアライメント
・マークの目標位置とを表示装置５２ｂ上に表示する。

【００５６】また、各駆動機素２１，２２，２３のエン
コーダ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの出力および入力装置５
２ａの出力は、インタフェース装置５３を介してプロセ
ッサ５４に入力され、プロセッサ５４は上記入力情報に
基づき、ドライバ５６を介してモータ２１ａ，２２ａ，
２３ａを駆動して、ステージ１６の位置を制御する。

【００５７】次に図１、図２に示したステージ装置の動
作を説明する。図１、図２において、マスク１２を所定
の位置に位置決めする際、作業者は、表示装置５２ｂ上
でアライメント・マーク１４，１４’の位置とその目標
位置を確認し、入力装置５２ａを操作し、上記アライメ
ント・マーク１４，１４’が予め定められた目標位置に
一致するように、入力装置５２ａから、指令信号をイン
タフェース装置５３を介してプロセッサ５４に入力す
る。

【００５８】プロセッサ５４は作業者から指令信号が入
力されると、エンコーダ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂから入
力されるフィードバック信号に基づき、モータ２１ａ，
２２ａ，２３ａを駆動し、ＸＹステージの位置およびθ
ステージの回転角度が作業者の指令信号に一致するよう
に制御する。ここで、上記のように、基準軸Ｒからロー
ラ４１ｃ，４２ｃ，４３ｃの回転中心までの距離は等し
くＬに設定されているので、図３、図４で説明したよう
に、Ｘ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機素２２、Ｙ軸駆動
機素２３の駆動ガイド２１ｄ，２２ｄ，２３ｄをａだけ
等量移動させることにより、基準軸Ｒを移動させること
なくステージを回転させることができ、駆動ガイド２１
ｄ，２２ｄをＸ軸方向に等量移動させることにより、ス
テージをＸ軸方向に移動させることができる。さらに、
駆動ガイド２３ｄをＹ軸方向に移動させることにより、
ステージをＹ軸方向に移動させることができる。

【００５９】なお、上記のように、作業者が表示装置５
２ｂに表示されるアライメント・マーク１４，１４’の
位置とその目標位置を見ながら入力装置５２ａを操作
し、ＸＹ方向の位置およびθ方向の回転角度を制御する
代わりに、プロセッサ５４がアライメント・マーク１
４，１４’の位置とその目標位置との差を求め、ＸＹ方
向の位置およびθ方向の回転角度を自動的に制御するこ
ともできる。この場合は、入力装置５２ａより制御指令
をプロセッサ５４に入力し、表示装置５２ｂにより位置
決めの結果を確認するだけでよい。

【００６０】また、図１に示したステージ装置において
は、プロセッサによりステージを制御する例を示した
が、例えば、作業者がアライメント・マークの拡大像を
見ながら各軸の駆動機素を操作してステージを位置決め
してもよい。図５はステージ装置の他の構成例を示す図
であり、図５のステージ装置は、ステージ１６の縦横比
を２：１とした例を示しており、その他の構成は図１に
示したものと同様であり、図１に示したものと同一のも
のには同一の符号が付されている。

【００６１】図５に示すステージ装置のＸ軸ローラ保持
部材４１、Ｘ’軸ローラ保持部材４２のローラ４１ｃ、
４２ｃの回転中心は同図に示すように、アライメント・
マーク１４，１４’を結んだ直線上に配置され、基準軸
Ｒからローラ４３ｃの回転中心までの距離は、基準軸Ｒ
からローラ４１ｃ，４２ｃまでの距離の半分に設定され
ている。図５において、ステージ１６を回転させる場合
には、駆動ガイド２１ｄ，２２ｄの移動量に対して、駆
動ガイド２３ｄの移動量を半分とする。これにより、第
１の実施例と同様、基準軸Ｒを移動させることなくステ
ージを回転させることができる。また、ステージのＸ軸
方向、Ｙ軸方向の移動は、図１に示したものと同様であ
る。

【００６２】なお、上記ステージの該縦横比は２：１に
限定されるものではなく任意の値とすることができる
が、ステージを回転させる際の駆動ガイド２１ｄ，２２
ｄ，２３ｄの駆動量の演算を簡単にするため上記縦横比
を整数値とすることが望ましい。図６は請求項１，２の
発明に係る実施例のステージ装置の構成を示す図であ
り、本実施例は、図１に示した駆動ガイドとローラに換
え、直動ガイドと回転及びスライド部材を用いたもので
ある。

【００６３】同図において、図１に示したものと同一の
ものには同一の符号が付されており、本実施例において
は、Ｘ軸、Ｘ’軸、Ｙ軸駆動機素２１，２２，２３に図
９に示したスライド軸２１ｇ，２２ｇ，２３ｇ（図９に
おけるスライド軸固定部３０、スライド軸３１に相当）
を取り付け、また、ステージ１６に取り付けられたアー
ム６１，６２，６３に図９に示した回転部材６１ａ，６
２ａ，６３ａ（図９におけるスライド軸受ケース３３に
相当）を取り付けたものである。

【００６４】本実施例の動作は図１の示したステージ装
置と同様であり、ステージ１６を回転させる場合には、
Ｘ軸、Ｘ’軸、Ｙ軸駆動機素２１，２２，２３により、
基準軸Ｒを中心に回転させる方向にスライド軸２１ｇ，
２２ｇ，２３ｇを等量移動させる。これにより、前記図
３に示したように、回転部材６１ａ，６２ａ，６３ａは
スライド軸２１ｇ，２２ｇ，２３ｇに沿ってスライドし
ながら移動し、ステージ１６が回転する。

【００６５】また、ステージ１６をＸ軸方向に移動させ
る場合には、Ｘ軸、Ｘ’軸駆動機素２１，２２により、
スライド軸２１ｇ，２２ｇを等量移動させる。これによ
り、アーム６１，６２はＸ軸方向に移動するとともに、
アーム６３の回転部材６３ａはスライド軸２３ｇに沿っ
て移動し、ステージ１６はＸ軸方向に移動する。また、
ステージ１６をＹ軸方向に移動させる場合には、Ｙ軸駆
動機素２３により、スライド軸２３ｇを移動させ、回転
及びスライド部材６３ａ、アーム６３をＹ軸方向に移動
させる。

【００６６】なお、上記実施例においては、本発明をマ
スクパターンの位置決めに適用した例を示したが、逆
に、ワークパターンの位置決めに適用することもでき
る。さらに、本発明の適用対象は上記実施例に限定され
るものではなく、例えば、顕微鏡等のその他の光学装
置、ステージ上のワークを加工する工作機械、スクリー
ン印刷機等の印刷装置、各種測定装置等、種々の装置に
適用することができる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、基準軸Ｒを含む第１の平面上に、ステージの第１お
よび第２の被駆動機素を設け、基準軸を含み第１の平面
に交わる第２の平面上に、ステージの第３の被駆動機素
を設け、また、上記第１、第２、第３の被駆動機素をそ
れぞれ駆動する第１、第２、第３の駆動機素を設け、上
記第１、第２の駆動機素に直動ガイドを設け、該直動ガ
イドに沿って、上記第１、 第２の被駆動機素が上記第１
の平面と平行な方向に移動可能とし、上記第３の駆動機
素に直動ガイドを設け、該直動ガイドに沿って、上記第
３の被駆動機素が上記第２の平面と平行な方向に移動可
能とし、さらに、上記第１，第２，第３の被駆動機素
に、ステージに取り付けたアームにステージに対して回
転可能に取り付けられ、上記第１，第２，第３の駆動機
素に設けられた直動ガイドに沿ってスライドする回転お
よびスライド部材を設け、上記第１、第２の駆動機素が
上記直動ガイドにより第１、第２の被駆動機素を第１の
平面と直交する方向に移動させ、上記第３の駆動機素が
上記直動ガイドにより第３の被駆動機素を第２の平面と
直交する方向に移動させることにより、ステージを回転
／移動させるようにしたので、次の効果を得ることがで
きる。 ステージをＸ，Ｙ方向に移動させても、ステ
ージの回転中心は移動せず、また、ステージを回転させ
ても、ＸＹ軸の座標系は回転しないので、ステージの回
転／移動の制御を容易に行うことができる。 ステー
ジを熱的に安定させることができ、温度が上昇／下降す
る環境下で使用しても制御精度を損なうことがない。
第１、第２、第３の被駆動機素と基準軸間の距離を等
しくすれば、ステージ回転時の各軸駆動機素の移動量を
等しくすることができ、制御を簡単にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステージ装置の構成例を示す図である。

【図２】ステージ装置の制御システムの構成を示す図で
ある。

【図３】本発明の原理構成図である。

【図４】本発明においてステージの移動／回転時の動作
を示す図である。

【図５】ステージ装置の他の構成例を示す図である。

【図６】本発明の実施例を示す図である。

【図７】第１の従来例を示す図である。

【図８】第２の従来例を示す図である。

【図９】第２の従来例の駆動部の構成を示す図である。

【図１０】第２の従来例においてステージの移動／回転
時の動作を示す図である。

【符号の説明】

１０ ステージ装置 １１ マスク・ホルダ １２ マスク １３ マスク・パターン １４，１４’ アライメント・マー
ク １５ ベース １６ ステージ ２１ Ｘ軸駆動機素 ２１ａ，２２ａ，２３ａ モータ ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ エンコーダ ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ 回転／直動変換機構 ２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ ガイド ２１ｅ，２２ｅ，２３ｅ 駆動機素取り付け部
材 ２１ｇ，２２ｇ，２３ｇ スライド軸 ２２ Ｘ’軸駆動機素 ２３ Ｙ軸駆動機素 ２４ 平面案内部 ４１ Ｘ軸ローラ保持部材 ４２ Ｘ’軸ローラ保持部
材 ４３ Ｙ軸ローラ保持部材 ４１ｃ，４２ｃ，４３ｃ ローラ ４１ａ，４２ａ，４３ａ 圧縮バネ ４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ バネ支え ４４，４５ 予備タップ ５１ アライメント・マー
ク検出装置 ５２ 入出力装置 ５２ａ 入力装置 ５２ｂ 表示装置 ５３，５７ インタフェース装置 ５４ プロセッサ ５５ 記憶装置 ５６ ドライバ ６１ Ｘ軸アーム ６２ Ｘ’軸アーム ６３ Ｙ軸アーム ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ 回転及びスライド部
材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−56895（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−139146（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−71640（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−282294（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−117537（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−42345（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−73434（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 1/00 - 1/76 G03F 9/00 G12B 5/00 H01L 21/68

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも３つの駆動機素を備え、該駆
   動機素によりステージに取り付けた被駆動機素を駆動し
   て、基準軸に対して垂直な平面内でステージを２方向に
   直線移動させると共に、上記基準軸を中心に回転させる
   ステージ装置であって、 ステージの上記基準軸を含む第１の平面上に設けられた
   第１および第２の被駆動機素と、 ステージの基準軸を含み第１の平面に交わる第２の平面
   上に設けられた第３の被駆動機素と、 上記第１、第２、第３の被駆動機素をそれぞれ駆動する
   第１、第２、第３の駆動機素とを備え、 上記第１、第２の駆動機素は直動ガイドを備え、該直動
   ガイドに沿って、上記第１、第２の被駆動機素は上記第
   １の平面と平行な方向に移動可能であり、 上記第３の駆動機素は直動ガイドを備え、該直動ガイド
   に沿って、上記第３の被駆動機素は上記第２の平面と平
   行な方向に移動可能であり、 上記第１，第２，第３の被駆動機素は、ステージに取り
   付けたアームにステージに対して回転可能に取り付けら
   れ、上記第１，第２，第３の駆動機素に設けられた直動
   ガイドに沿ってスライドする回転およびスライド部材を
   備えており、 上記第１、第２の駆動機素が上記直動ガイドにより第
   １、第２の被駆動機素を第１の平面と直交する方向に移
   動させ、上記第３の駆動機素が上記直動ガイドにより第
   ３の被駆動機素を第２の平面と直交する方向に移動させ
   ることにより、ステージを回転／移動させることを特徴
   とするステージ装置。
2. 【請求項２】 少なくとも３つの駆動機素を備え、該駆
   動機素によりステージに取り付けた被駆動機素を駆動し
   て、基準軸に対して垂直な平面内でステージを２方向に
   直線移動させると共に、上記基準軸を中心に回転させる
   ステージ装置であって、 ステージの上記基準軸を含む第１の平面上に設けられた
   第１および第２の被駆動機素と、 ステージの基準軸を含み第１の平面に交わる第２の平面
   上に設けられた第３の被駆動機素と、 上記第１、第２、第３の被駆動機素をそれぞれ駆動する
   第１、第２、第３の駆動機素とを備え、 上記第１、第２の駆動機素は、直動ガイドを備え、該直
   動ガイドに沿って、上記第１、第２の被駆動機素は上記
   第１の平面と平行な方向に移動可能であり、 上記第３の被駆動機素は、直動ガイドを備え、該直動ガ
   イドに沿って、上記第３の被駆動機素は上記第２の平面
   と平行な方向に移動可能であり、 上記第１、第２、および、第３の被駆動機素は、それぞ
   れ前記基準軸との距離が等しくなるように配置されてお
   り、 上記第１，第２，第３の被駆動機素は、ステージに取り
   付けたアームにステージに対して回転可能に取り付けら
   れ、上記第１，第２，第３の駆動機素に設けられた直動
   ガイドに沿ってスライドする回転およびスライド部材を
   備えており、 上記第１、第２の駆動機素が上記直動ガイドにより第
   １、第２の被駆動機素を第１の平面と直交する方向に移
   動させ、上記第３の駆動機素が上記直動ガイドにより第
   ３の被駆動機素を第２の平面と直交する方向に移動させ
   ることにより、ステージを回転／移動させることを特徴
   とするステージ装置。 【０００１】