JP3651358B2 - Stage unit drive mechanism - Google Patents

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JP3651358B2 JP2000141178A JP2000141178A JP3651358B2 JP 3651358 B2 JP3651358 B2 JP 3651358B2 JP 2000141178 A JP2000141178 A JP 2000141178A JP 2000141178 A JP2000141178 A JP 2000141178A JP 3651358 B2 JP3651358 B2 JP 3651358B2
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置などの光学機械、測定器、工作機械、スクリーン印刷機など、各種の機械、器具に適用できるXYθの3軸を移動するステージ装置の駆動機構に関し、特に、精密なXYθ方向の微小移動が必要とされる露光装置に適用するのに好適なステージ装置の駆動機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一つのステージを用いて、容易にXYθ方向の制御を行なうことができるステージ装置として、例えば特開平8−25163号公報に記載されるステージ装置が提案されている。
図6に上記公報の図1に記載のステージ装置を示す。同図において、基台21の上に平面ガイド22を介してステージ20がXYθ方向に移動可能に載置されている。なお、以下では、図示のようにX方向を同図左右方向、Y方向を同図の上下方向とし、「θ方向に移動する」とはXY平面に垂直な軸を中心として回転することを言う。
ステージ20と基台21の中央部分には貫通窓が設けられており、例えばステージ20上にマスクを載置して図示しない光源からマスクに光を照射して図示しないワークステージ上に載置されたワークの露光処理等を行う。
23,24,25は第1〜第3の駆動機素であり、駆動機素23,24,25はモータ等のアクチュエータを備え、駆動部23a,25aをX方向、駆動部24aをY方向に駆動する。駆動部23a,24a,25aの先端は、平板状のガイドから構成され、ステージ20のアーム20a,20b,20cに取り付けられた被駆動機素と当接している。この例では被駆動機素は、ローラ23b,24b,25bである。
26はばねであり、ばね26の一方端は固定され、他方端はステージ20のアーム20a,20b,20cを駆動機素23,24,25方向に押しつけるように付勢している。
【0003】
図6において、ステージ20は次のように駆動される。
ステージ20をX方向に移動させる場合には、第1、第3の駆動機素23,25を駆動して駆動部23a,25aを等しい量だけX方向に移動させる。これにより、ステージ20のアーム20bに取り付けられたローラ24bは駆動部24aに沿って移動し、ステージ20はX方向に移動する。
ステージ20をY方向に移動させるには、第1,第3の駆動機素23,25を駆動せず、第2の駆動機素24を駆動して駆動部24aを移動させる。これにより、ステージ20のアーム20a,20cに取り付けられたローラ23b,25bは駆動部23a,25aに沿って移動し、ステージ20はY方向に移動する。
【0004】
また、ステージ20をθ方向に移動させる(回転させる)場合には、第2,第3の駆動機素24,25により駆動部24a,25aをそれぞれ第1の方向(例えば駆動部24a,25aがステージ20のアーム20b,20cを押す方向)に駆動し、第1の駆動機素23により駆動部23aを上記第1の方向とは反対方向(例えば駆動部23aがステージ20のアーム20aを引く方向)に駆動する。例えば、ステージを時計方向に回転させる場合には、駆動部がアームを押す方向を+方向、引く方向を−方向とした時、駆動部24aを+X方向、駆動部25aを+Y方向に駆動し、駆動部23aを−X方向に駆動する。これにより、ステージ20は、ローラ23b,25bの軸23d,25dを結ぶ線A1と、ローラ24cの軸24dを通り駆動部24aの移動方向と直交する線A2の交点を中心として回転する(この回転中心を基準軸という)。
【0005】
図7に前記特開平8−25163号公報の図6に示されるステージ装置の別の構成例を示す。
同図において、図6と同様、基台21の上に平面ガイド22を介してステージ20がXYθ方向に移動可能に載置されている。
23,24,25は第1〜第3の駆動機素であり、駆動部23a,25aをX方向、駆動部24aをY方向に駆動する。駆動部23a,24a,25aの先端には、スライド軸23e,24e,25eが取り付けられ、ステージ20のアーム20a,20b,20cには、被駆動機素として回転およびスライド部材23f,24f,25fが取り付けられている。回転およびスライド部材23f,24f,25fは、アーム20a,20b,20cに対して回転軸23g,24g,25gを中心に回転可能に取り付けられ、また、スライド軸23e,24e,25eに対してスライド可能である(なお、図7の回転及びスライド部材23f,24f,25fは、スライド軸23e,24e,25eが貫通する部分の断面を示している)。図7には図示していないが図6と同様、ステージ20のアーム20a,20b,20cは、図示しないばねにより駆動部23a,24a,25a方向に付勢されている。
【0006】
図7に示したものにおいても図6と同様、ステージ20をX方向に移動させる場合には、第1、第3の駆動機素23,25を駆動して駆動部23a,25aを等しい量だけ同図の矢印方向に移動させる。また、ステージ20をY方向に移動させるには、第1,第3の駆動機素23,25を駆動せず、第2の駆動機素24を駆動して駆動部24aを移動させる。
さらに、ステージ20をθ方向に移動させる(回転させる)場合には、第2,第3の駆動機素24,25により駆動部24a,25aをそれぞれ第1の方向(例えば駆動部24a,25aがステージ20のアーム20b,20cを押す方向)に駆動し、第1の駆動機素23により駆動部23aを上記第1の方向とは反対方向(例えば駆動部23aがステージ20のアーム20aを引く方向)に駆動する。これにより、ステージ20は、前記した基準軸を中心に回転する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記した図6、図7に示すステージ装置は以下の問題点を有している。
(1)図6に示すように、被駆動機素がステージに回転軸を介して取り付けたローラである場合には、以下の問題が生ずる。
▲1▼ ローラの中心に対する回転軸の偏心。
図8(a)に示すようにローラ23b,24b,25bの真の中心位置に対して、回転軸23d,24d,25dを通す孔の加工位置がずれていると、ステージ20が蛇行して移動する。
▲2▼ 駆動機素の平面内におけるローラの回転軸の傾き。
図8(b)に示すように、ローラ23b,24b,25bの回転軸23d,24d,25dが、平面ガイド22によるステージ20の移動平面に垂直な軸に対して、ローラの転がり方向に傾くと、ステージ20が水平移動する時に、ステージ20を平面ガイド22に押し付けたり、ステージ20を平面ガイド22から浮き上がらせる力が働き、滑らかなステージ20の移動を阻害する。
▲3▼ ローラ側面と駆動機素の平面部との平行度の違い。
図8(c)のようにローラ23b,24b,25bのコーナと駆動部23a,24a,25aの平面部とが接するので、ローラ23b,24b,25bの面取り加工の状態により、ステージ20の直線移動が損なわれる。
上記の問題を防ぐために、ローラの中心に対してローラの回転軸が偏心しないように加工すること、ローラの回転軸が平面ガイドによるステージの移動平面に垂直であるように、更に駆動機素の平面とローラの側面との平行度を正確に合わせるように組み立てることは、高い加工、組み立て精度が必要であり、ステージ装置のコストアップになる。
【0008】
(2)図7に示すように、駆動機素と被駆動機素とを、スライド軸と回転及びスライド部材で構成した場合には、ローラの偏心の問題は解決できる。しかし、以下に説明するように加工及び組み立てが難しい。
▲1▼ 図7において、被駆動機素である回転及びスライド部材23f,24f,25fの回転軸23g,24g,25gは、ステージ20の移動平面に対し垂直でなければならない。
▲2▼ また、駆動機素であるスライド軸23e,24e,25eは、ステージ20の移動平面に対し平行でなければならない。
上記▲1▼または▲2▼にずれがあると、回転及びスライド部材23f,24f,25fとスライド軸23e,24e,25eとのスライド移動が妨げられるので、ステージ20は滑らかに移動することができず、極端な場合は移動できなくなる。このことを、以下に図9を用いて説明する。
図9(a)は、スライド軸23e,24e,25eと回転及びスライド部材23f,24f,25fの部分の斜視図であり、図9(b)はスライド軸23e,24e,25eと回転及びスライド部材23f,24f,25fの係合部分の拡大図である。同図に示すように、回転及びスライド部材23f,24f,25fに円筒状の貫通孔が設けられており、スライド軸23e,24e,25eが該貫通孔を通っている。
【0009】
ここで、上記▲1▼または▲2▼にずれがあるということは、スライド軸23e,24e,25eと、回転及びスライド部材23f,24f,25fの回転軸23g,24g,25gとが直角の関係ではないということである。したがって、ステージ20が移動するにつれて、図9(b)に示すようにスライド軸23e,24e,25eが上記貫通孔の内壁に接触して摩擦が生じ滑らかな移動が阻害され、極端な場合は移動できなくなる。
しかし、「回転及びスライド部材23f,24f,25fの回転軸の孔を、ステージ20の移動平面に対し垂直になるように組み付けること」、「スライド軸23e,24e,25eが移動平面に対し平行になるように、各スライド軸23e,24e,25eが取りつく部材を組み付けること」は「回転及びスライド部材23f,24f,25fの回転軸の孔に対し、スライド軸23e,24e,25eに係合する貫通孔が高い直行度を持つように加工すること」と共に高度で熟練した技術が必要であり難しい。
【0010】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、ステージに設けられた被駆動機素を駆動機素が押すことにより、ステージをXYθ方向に移動するステージ装置の駆動機構において、部品を高い精度で加工する必要がなく、また装置の組み立てにおいても、高度で熟練した技術を必要としないステージ装置の駆動機構を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を次のようにして解決する。
駆動方向が平行な2個以上の駆動機素と、駆動方向がその駆動機素の駆動方向と直交する1個以上の駆動機素と、上記駆動機素により駆動され、2方向に直線移動するとともに、設定された基準軸を中心として回転するステージとから構成されるステージ装置において、その駆動機構を以下のように構成する。
上記駆動機素の駆動部に作動部材を設け、上記ステージに該作動部材により押される従動部材を設け、上記作動部材、従動部材の何れか一方を、回転軸により上記駆動機素の駆動部もしくは上記ステージに対して揺動可能に取り付ける。そして、上記作動部材と従動部材は少なくとも2個のボールと該ボールを回転自在に収納するリテーナを介して当接し、上記作動部材、従動部材のいずれか一方には、該リテーナの周囲を囲むリテーナ枠を設ける。
本発明は上記のように作動部材と従動部材を2個のボールを介して接するような構成としたので、ステージの移動平面に対し、上記揺動可能に取り付けられた作動部材もしくは従動部材の回転軸が厳密に垂直でなくても、駆動機素に沿ってステージをXYθ方向に移動させることができる。したがって、装置の組み立てにおいて、高度で熟練した技術を必要としない。
また、被駆動機素と駆動機素とが接触する点を6カ所以上にすることができるため、ステージ装置の剛性を増すことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1の本発明の実施例のステージ装置の構成を示す。同図において、基台21の上に平面ガイド22を介してステージ20がXYθ方向に移動可能に載置されている。
ステージ20と基台21の中央部分には前記したように貫通窓が設けられており、前記したように例えばステージ20上にマスクを載置して図示しない光源からマスクに光を照射して図示しないワークステージ上に載置されたワークの露光処理等を行う。
23,24,25は第1〜第3の駆動機素であり、駆動機素23,24,25はモータ等のアクチュエータを備え、駆動部23a,25aをX方向、駆動部24aをY方向に駆動する。駆動部23a,24a,25aの先端は、駆動方向に垂直な平板1a,1b,1c(これを作動部材という)から構成される。また、ステージ20のアーム20a,20b,20cには、被駆動機素である回転部材23h,24h,25hが取り付けられている。回転部材23h,24h,25hは、回転軸23i,24i,25iを介してアーム20a,20b,20cに取り付けられており、該回転軸を軸として回転可能である。
また、ばね26がステージ20に取り付けられ、ばね26の他端は基台21に固定され、ステージ20のアーム20a,20b,20cはばね26により第1〜第3の駆動機素23,24,25に押しつける方向に付勢されている。
被駆動機素である回転部材23h,24h,25hの、上記駆動部23a,24a,25aの平板1a,1b,1c(作動部材)と当接する部分は、図2に示すように構成されている。
【0013】
図2において、同図(a)は図1の回転部材23h,24h,25hの拡大図、同図(b)は上記(a)をA方向から見た図、(c)はB方向から見た図である。
同図に示すように、回転部材23h,24h,25hの駆動機素側の面は、ステージ20の移動平面に対して垂直な長方形の平板2a,2b,2c(これを従動部材という)であり、該平板2a,2b,2cの周辺部には、該平板2a,2b,2cの面よりやや突起したリテーナ枠3が設けられる。
リテーナ枠3の中に、ステージ20の移動平面に対してほぼ平行に配置した2個の同じ直径のボール4が収納され、2個のボール4はリテーナ5により回転可能に、また互いに接触しないように保持されており、上記平板1a,1b,1c(作動部材)と平板2a,2b,2c(従動部材)は、該ボール4とリテーナ5を介して当接している。また、ボール4の直径はリテーナ枠3の高さよりもやや大きい。
【0014】
リテーナ5とリテーナ枠3の大きさの関係は図2(b)に示すように設定される。すなわち、ステージ20の移動方向に対しては、リテーナ5の両側にステージ20の移動量(例えば、XY方向±7mm、θ方向±2°)に対応するだけの隙間αを設け、ステージの移動方向に対して直角方向には、両側にδの隙間を設ける。
なお、ボール4が当接する駆動機素側の部分(作動部材)は、前記したようステージ20の移動平面に対して垂直な長方形の平板である。
【0015】
以上の構成とすることにより以下の利点がある。
駆動機素の作動部材(平板1a,1b,1c)と被駆動機素の従動部材(平板2a,2b,2c)とは、それぞれステージ20の移動平面にほぼ平行に配置された2個のボール4を介して接している。
したがって、回転部材23h,24h,25hの回転軸23i,24i,25iがステージ20の移動平面に対して厳密に直角でなくても良い。またボール4a,4bの接する面は平面度を保っていれば、多少の傾きが合っても良い。
このため、組み立てに高度な熟練技術が不要である。このことを以下に説明する。
【0016】
図3、図4に、回転部材23h,24h,25hの回転軸23i,24i,25iが、ステージ20の移動平面に対してやや斜めに取り付けられている場合を示す。
図3の場合、ステージ20が駆動機素23,24,25により駆動され移動する時、リテーナ5に対してリテーナ枠3が斜めに移動する。しかし、リテーナ5はリテーナ枠3の中を自由に移動できるので、ステージ20の移動が阻害されない。
図4の場合、被駆動機素の従動部材(平板2a,2b,2c)と駆動機素23,24,25の作動部材(平板1a,1b,1c)との平行度が多少悪くても、両者はボール4によって接触しているので、平行度の悪さは吸収され、機能的に支障がない。したがって、ステージ20の正確なXYθ移動が可能である。
【0017】
なお、正確なXYθ移動をするためには、ボール4の真球度が良い必要があるが、真球度の良いボールは比較的容易に入手できるし、球径をそれほど精度良くそろえる必要もないので、コストアップにはならない。
また、本実施例では被駆動機素と駆動機素とが接触する点が6カ所になる。従来例(例えば特開平8−25163公報の図1)で示したローラを被駆動機素とした場合は該接触点が3個所であるが、本実施例においては6カ所であるので、ボールに加わる力が分散されてボールの歪みも少なくなり、接触面の剛性を高めることができる。
大型の液晶基板やプリント基板の露光装置のステージ装置に用いる場合、ステージ装置自体が大型で重くなるので、剛性を高める必要があるが、本実施例によれば、従来に比べ接触点を増加させることができるので、剛性を高める上で有効である。さらに剛性が必要であれば、ボールの数を増やし上記接触する点を6カ所以上にすればよい。例えば一つのリテーナ枠内に3個のボールを設ければ、全体で接触点が9箇所となり、一層剛性を高めることができる。
【0018】
なお、上記実施例では、リテーナ枠、リテーナ、ボールを従動部材側に設けた場合について説明したが、リテーナ枠、リテーナ、ボールを作動部材側に取付けてもよい。
また、上記実施例では、ステージのアーム20a,20b,20cに回転部材23h,24h,25hを取り付けた場合について説明したが、回転部材23h,24h,25hを駆動機素23,24,25側に取り付けてもよい。
すなわち、図5に示すように、リテーナ枠3を備えた前記回転部材23h,24h,25hを駆動機素側に取り付けて、ステージのアーム20a,20b,20cの先端部をステージの移動平面に対して垂直な長方形の平板2a,2b,2cで構成してもよい。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、以下の効果を得ることができる。
(1)駆動機素と被駆動機素を、それぞれステージの移動平面にほぼ平行に配置された2個のボールを介して接するような構成としたので、ステージの移動平面に対し、被駆動機素の回転軸が厳密に垂直でなくても、駆動機素に沿ったステージのXYθ移動が行なえる。したがって、部品の直行度等の加工や装置の組み立てにおいて、高度で熟練した技術を必要としない。
(2)被駆動機素と駆動機素とが接触する点を6カ所以上にすることができる。このため、ステージ装置の剛性を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のステージ装置に構成を示す図である。
【図2】回転部材に設けられたリテーナ枠、リテーナ、ボールの構成を示す図である。
【図3】回転部材の回転軸がステージの移動平面に対してやや斜めに取り付けられている場合(1)を示す図である。
【図4】回転部材の回転軸がステージの移動平面に対してやや斜めに取り付けられている場合(2)を示す図である。
【図5】回転部材を駆動機素側に取り付けた他の構成例を示す図である。
【図6】従来例に示されるステージ装置の構成例(1)を示す図である。
【図7】従来例に示されるステージ装置の構成例(2)を示す図である。
【図8】図6に示す従来のステージ装置の問題点を説明する図である。
【図9】図7に示す従来のステージ装置の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
1a,1b,1c 平板(作動部材)
2a,2b,2c 平板(従動部材)
3 リテーナ枠
4 ボール
5 リテーナ
20 ステージ
21 基台
22 平面ガイド
23,24,25 第1〜第3の駆動機素
23a,24a,25a 駆動部
20a,20b,20c アーム
23h,24h,25h 回転部材
23i,24i,25i 回転軸
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive mechanism for a stage apparatus that moves three axes of XYθ applicable to various machines and instruments such as an optical machine such as an exposure apparatus, a measuring instrument, a machine tool, and a screen printer, and in particular, a precise XYθ direction. The present invention relates to a stage apparatus drive mechanism suitable for application to an exposure apparatus that requires a very small movement.
[0002]
[Prior art]
As a stage apparatus that can easily control in the XYθ directions using one stage, for example, a stage apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-25163 has been proposed.
FIG. 6 shows the stage apparatus described in FIG. 1 of the above publication. In the figure, a stage 20 is placed on a base 21 via a flat guide 22 so as to be movable in the XYθ directions. In the following, as shown in the figure, the X direction is the left and right direction in the figure, the Y direction is the up and down direction in the figure, and “moving in the θ direction” means rotating about an axis perpendicular to the XY plane. .
A through window is provided in the central portion of the stage 20 and the base 21. For example, a mask is placed on the stage 20, and the mask is irradiated with light from a light source (not shown) and placed on a work stage (not shown). For example, the exposure processing of the workpiece is performed.
Reference numerals 23, 24, and 25 denote first to third drive elements. The drive elements 23, 24, and 25 include actuators such as motors, the drive units 23a and 25a are in the X direction, and the drive unit 24a is in the Y direction. To drive. The distal ends of the drive units 23a, 24a, and 25a are formed of flat guides, and are in contact with driven elements attached to the arms 20a, 20b, and 20c of the stage 20. In this example, the driven elements are rollers 23b, 24b, and 25b.
Reference numeral 26 denotes a spring. One end of the spring 26 is fixed, and the other end is biased so as to press the arms 20a, 20b, and 20c of the stage 20 in the directions of the drive elements 23, 24, and 25.
[0003]
In FIG. 6, the stage 20 is driven as follows.
When the stage 20 is moved in the X direction, the first and third drive elements 23 and 25 are driven to move the drive units 23a and 25a by an equal amount in the X direction. Thereby, the roller 24b attached to the arm 20b of the stage 20 moves along the driving unit 24a, and the stage 20 moves in the X direction.
In order to move the stage 20 in the Y direction, the first and third driving elements 23 and 25 are not driven, but the second driving element 24 is driven to move the driving unit 24a. Thereby, the rollers 23b and 25b attached to the arms 20a and 20c of the stage 20 move along the drive units 23a and 25a, and the stage 20 moves in the Y direction.
[0004]
When the stage 20 is moved (rotated) in the θ direction, the driving units 24a and 25a are moved in the first direction (for example, the driving units 24a and 25a are respectively moved by the second and third driving elements 24 and 25). Driving in the direction in which the arms 20b, 20c of the stage 20 are pushed, and the first driving element 23 causes the driving unit 23a to move in a direction opposite to the first direction (for example, the driving unit 23a pulls the arm 20a of the stage 20). ) To drive. For example, when the stage is rotated in the clockwise direction, when the driving unit pushes the arm in the + direction and the pulling direction is in the-direction, the driving unit 24a is driven in the + X direction, and the driving unit 25a is driven in the + Y direction. The drive unit 23a is driven in the −X direction. Thereby, the stage 20 rotates around the intersection of a line A1 connecting the shafts 23d and 25d of the rollers 23b and 25b and a line A2 passing through the shaft 24d of the roller 24c and orthogonal to the moving direction of the driving unit 24a (this rotation). The center is called the reference axis).
[0005]
FIG. 7 shows another example of the configuration of the stage apparatus shown in FIG. 6 of Japanese Patent Laid-Open No. 8-25163.
In the same figure, similarly to FIG. 6, a stage 20 is placed on a base 21 via a flat guide 22 so as to be movable in the XYθ directions.
Reference numerals 23, 24, and 25 denote first to third drive elements that drive the drive units 23a and 25a in the X direction and the drive unit 24a in the Y direction. Slide shafts 23e, 24e, and 25e are attached to the distal ends of the drive units 23a, 24a, and 25a, and rotation and slide members 23f, 24f, and 25f are driven on the arms 20a, 20b, and 20c of the stage 20 as driven elements. It is attached. The rotation and slide members 23f, 24f, and 25f are attached to the arms 20a, 20b, and 20c so as to be rotatable about the rotation shafts 23g, 24g, and 25g, and are slidable with respect to the slide shafts 23e, 24e, and 25e. (Note that the rotation and slide members 23f, 24f, and 25f in FIG. 7 show the cross sections of the portions through which the slide shafts 23e, 24e, and 25e pass). Although not shown in FIG. 7, similarly to FIG. 6, the arms 20a, 20b, 20c of the stage 20 are urged in the direction of the drive units 23a, 24a, 25a by springs (not shown).
[0006]
In the case shown in FIG. 7, as in FIG. 6, when the stage 20 is moved in the X direction, the first and third driving elements 23 and 25 are driven to drive the driving units 23a and 25a by an equal amount. Move in the direction of the arrow in the figure. Further, in order to move the stage 20 in the Y direction, the first and third drive elements 23 and 25 are not driven, but the second drive element 24 is driven and the drive unit 24a is moved.
Further, when the stage 20 is moved (rotated) in the θ direction, the driving units 24a and 25a are moved in the first direction (for example, the driving units 24a and 25a are respectively moved by the second and third driving elements 24 and 25). Driving in the direction in which the arms 20b, 20c of the stage 20 are pushed, and the first driving element 23 causes the driving unit 23a to move in a direction opposite to the first direction (for example, the driving unit 23a pulls the arm 20a of the stage 20). ) To drive. As a result, the stage 20 rotates around the reference axis described above.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The stage apparatus shown in FIGS. 6 and 7 has the following problems.
(1) As shown in FIG. 6, when the driven element is a roller attached to the stage via a rotating shaft, the following problems occur.
(1) The eccentricity of the rotating shaft with respect to the center of the roller.
As shown in FIG. 8 (a), if the processing position of the hole through which the rotation shafts 23d, 24d, and 25d pass is deviated from the true center position of the rollers 23b, 24b, and 25b, the stage 20 meanders and moves. To do.
(2) The inclination of the rotation axis of the roller in the plane of the drive element.
As shown in FIG. 8B, when the rotation shafts 23d, 24d, and 25d of the rollers 23b, 24b, and 25b are inclined in the rolling direction of the roller with respect to the axis perpendicular to the moving plane of the stage 20 by the flat guide 22. When the stage 20 moves horizontally, a force that presses the stage 20 against the planar guide 22 or lifts the stage 20 from the planar guide 22 acts, thereby inhibiting smooth movement of the stage 20.
(3) Difference in parallelism between the roller side surface and the flat surface of the drive element.
As shown in FIG. 8C, the corners of the rollers 23b, 24b, and 25b are in contact with the flat portions of the drive units 23a, 24a, and 25a, so that the stage 20 is linearly moved depending on the chamfering state of the rollers 23b, 24b, and 25b. Is damaged.
In order to prevent the above problems, the rotation axis of the roller is processed so as not to be decentered with respect to the center of the roller, and the rotation axis of the roller is further perpendicular to the moving plane of the stage by the plane guide. Assembling so that the parallelism between the flat surface and the side surface of the roller is precisely matched requires high processing and assembly accuracy, which increases the cost of the stage apparatus.
[0008]
(2) As shown in FIG. 7, when the driving element and the driven element are composed of a slide shaft, a rotation and a slide member, the problem of roller eccentricity can be solved. However, processing and assembly are difficult as described below.
(1) In FIG. 7, the rotation shafts 23g, 24g, 25g of the rotation and slide members 23f, 24f, 25f, which are driven elements, must be perpendicular to the moving plane of the stage 20.
{Circle around (2)} Also, the slide shafts 23e, 24e, 25e, which are driving elements, must be parallel to the moving plane of the stage 20.
If there is a deviation in the above (1) or (2), the rotation and sliding movement of the slide members 23f, 24f, 25f and the slide shafts 23e, 24e, 25e are hindered, so that the stage 20 can move smoothly. In extreme cases, it cannot move. This will be described below with reference to FIG.
9A is a perspective view of the slide shafts 23e, 24e, and 25e and the rotation and slide members 23f, 24f, and 25f, and FIG. 9B is the slide shafts 23e, 24e, and 25e and the rotation and slide members. It is an enlarged view of the engaging part of 23f, 24f, 25f. As shown in the figure, the rotation and slide members 23f, 24f, and 25f are provided with cylindrical through holes, and the slide shafts 23e, 24e, and 25e pass through the through holes.
[0009]
Here, the difference in (1) or (2) means that the slide shafts 23e, 24e, 25e and the rotation shafts 23g, 24g, 25g of the rotation and slide members 23f, 24f, 25f are perpendicular to each other. It is not. Therefore, as the stage 20 moves, as shown in FIG. 9B, the slide shafts 23e, 24e, and 25e come into contact with the inner wall of the through hole to generate friction, thereby inhibiting smooth movement. become unable.
However, “Assembly of the rotation shaft holes of the rotation and slide members 23f, 24f, and 25f so as to be perpendicular to the moving plane of the stage 20”, “The slide shafts 23e, 24e, and 25e are parallel to the moving plane. “Assembling the members to which the slide shafts 23e, 24e, and 25e are attached” means that “the rotation and the holes of the rotation shafts of the slide members 23f, 24f, and 25f are engaged with the slide shafts 23e, 24e, and 25e”. It is difficult because it requires advanced and skilled technology along with processing the through hole to have a high degree of straightness.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to drive a stage device that moves the stage in the XYθ direction when the driving element presses the driven element provided on the stage. Therefore, it is necessary to provide a stage mechanism drive mechanism that does not require machining of parts with high accuracy and does not require advanced and skilled techniques in the assembly of the apparatus.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the above problems are solved as follows.
Driven by two or more drive elements whose drive directions are parallel, one or more drive elements whose drive directions are orthogonal to the drive direction of the drive elements, and linearly move in two directions At the same time, in the stage apparatus constituted by the stage rotating around the set reference axis, the drive mechanism is configured as follows.
An actuating member is provided in the driving part of the driving element, and a driven member that is pushed by the actuating member is provided on the stage, and either the actuating member or the driven member is connected to the driving part of the driving element by the rotating shaft or It is attached to the stage so that it can swing. The actuating member and the driven member are in contact with each other via at least two balls and a retainer that rotatably accommodates the balls, and either the actuating member or the driven member surrounds the periphery of the retainer. Provide a frame.
Since the present invention is configured such that the operating member and the driven member are in contact with each other via two balls as described above, the rotation of the operating member or the driven member attached so as to be swingable with respect to the moving plane of the stage. Even if the axis is not strictly vertical, the stage can be moved in the XYθ direction along the driving element. Therefore, advanced and skilled techniques are not required in assembling the apparatus.
In addition, since the number of points where the driven element and the driving element come into contact can be increased to six or more, the rigidity of the stage device can be increased.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 shows a configuration of a stage apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. In the figure, a stage 20 is placed on a base 21 via a flat guide 22 so as to be movable in the XYθ directions.
The center portion of the stage 20 and the base 21 is provided with a through window as described above. As described above, for example, a mask is placed on the stage 20 and light is applied to the mask from a light source (not shown). The exposure processing of the workpiece placed on the workpiece stage not to be performed is performed.
Reference numerals 23, 24, and 25 denote first to third drive elements. The drive elements 23, 24, and 25 include actuators such as motors, the drive units 23a and 25a are in the X direction, and the drive unit 24a is in the Y direction. To drive. The tips of the drive units 23a, 24a, and 25a are constituted by flat plates 1a, 1b, and 1c (this is called an operation member) perpendicular to the drive direction. Further, rotating members 23h, 24h, and 25h, which are driven elements, are attached to the arms 20a, 20b, and 20c of the stage 20. The rotating members 23h, 24h, and 25h are attached to the arms 20a, 20b, and 20c via the rotating shafts 23i, 24i, and 25i, and are rotatable about the rotating shafts.
A spring 26 is attached to the stage 20, the other end of the spring 26 is fixed to the base 21, and the arms 20 a, 20 b, and 20 c of the stage 20 are moved by the spring 26 to the first to third driving elements 23, 24, It is urged in the direction of pressing against 25.
The parts of the rotating members 23h, 24h, 25h, which are driven elements, that come into contact with the flat plates 1a, 1b, 1c (actuating members) of the driving parts 23a, 24a, 25a are configured as shown in FIG. .
[0013]
2, (a) is an enlarged view of the rotating members 23h, 24h, and 25h in FIG. 1, (b) is a view of (a) seen from the A direction, and (c) is seen from the B direction. It is a figure.
As shown in the figure, the surfaces of the rotating elements 23h, 24h, 25h on the driving element side are rectangular flat plates 2a, 2b, 2c perpendicular to the moving plane of the stage 20 (referred to as driven members). A retainer frame 3 slightly protruding from the surfaces of the flat plates 2a, 2b, and 2c is provided in the periphery of the flat plates 2a, 2b, and 2c.
In the retainer frame 3, two balls 4 having the same diameter arranged substantially parallel to the moving plane of the stage 20 are accommodated so that the two balls 4 can be rotated by the retainer 5 and do not contact each other. The flat plates 1a, 1b, 1c (operating members) and the flat plates 2a, 2b, 2c (driven members) are in contact with each other via the balls 4 and the retainers 5. Further, the diameter of the ball 4 is slightly larger than the height of the retainer frame 3.
[0014]
The relationship between the size of the retainer 5 and the retainer frame 3 is set as shown in FIG. That is, with respect to the moving direction of the stage 20, a clearance α corresponding to the moving amount of the stage 20 (for example, XY direction ± 7 mm, θ direction ± 2 °) is provided on both sides of the retainer 5, and the moving direction of the stage In the direction perpendicular to the gap δ is provided on both sides.
The portion on the driving element side (acting member) with which the ball 4 abuts is a rectangular flat plate perpendicular to the moving plane of the stage 20 as described above.
[0015]
The above configuration has the following advantages.
The actuating members (flat plates 1a, 1b, 1c) of the driving element and the driven members (flat plates 2a, 2b, 2c) of the driven element are each two balls arranged substantially parallel to the moving plane of the stage 20 4 is in contact.
Therefore, the rotation shafts 23i, 24i, 25i of the rotation members 23h, 24h, 25h may not be strictly perpendicular to the moving plane of the stage 20. Further, the surfaces of the balls 4a and 4b in contact with each other may be slightly inclined as long as the flatness is maintained.
For this reason, a highly skilled technique is not required for assembly. This will be described below.
[0016]
3 and 4 show a case where the rotating shafts 23i, 24i, and 25i of the rotating members 23h, 24h, and 25h are attached to the moving plane of the stage 20 slightly obliquely.
In the case of FIG. 3, when the stage 20 is driven and moved by the drive elements 23, 24, 25, the retainer frame 3 moves obliquely with respect to the retainer 5. However, since the retainer 5 can freely move in the retainer frame 3, the movement of the stage 20 is not hindered.
In the case of FIG. 4, even if the parallelism between the driven member of the driven element (flat plates 2a, 2b, 2c) and the actuating member of the driving element 23, 24, 25 (flat plate 1a, 1b, 1c) is slightly worse, Since both are in contact with each other by the ball 4, the poor parallelism is absorbed and there is no functional problem. Therefore, accurate XYθ movement of the stage 20 is possible.
[0017]
In addition, in order to perform accurate XYθ movement, the sphericity of the ball 4 needs to be good, but a ball with good sphericity can be obtained relatively easily, and it is not necessary to align the sphere diameters so accurately. So it does not increase the cost.
In this embodiment, there are six points where the driven element and the driving element come into contact. In the case where the roller shown in the conventional example (for example, FIG. 1 of JP-A-8-25163) is a driven element, there are three contact points, but in this embodiment there are six contact points. The applied force is dispersed to reduce the distortion of the ball, and the rigidity of the contact surface can be increased.
When used in a stage device of a large-sized liquid crystal substrate or printed circuit board exposure apparatus, the stage device itself is large and heavy, so it is necessary to increase the rigidity. However, according to this embodiment, the contact point is increased compared to the conventional case. Therefore, it is effective in increasing the rigidity. If further rigidity is required, the number of balls may be increased and the number of contact points may be 6 or more. For example, if three balls are provided in one retainer frame, there are nine contact points as a whole, and the rigidity can be further increased.
[0018]
In the above embodiment, the case where the retainer frame, the retainer, and the ball are provided on the driven member side has been described. However, the retainer frame, the retainer, and the ball may be attached to the operating member side.
In the above embodiment, the case where the rotating members 23h, 24h, and 25h are attached to the stage arms 20a, 20b, and 20c has been described. However, the rotating members 23h, 24h, and 25h are disposed on the drive elements 23, 24, and 25 side. It may be attached.
That is, as shown in FIG. 5, the rotating members 23h, 24h, 25h provided with the retainer frame 3 are attached to the drive element side, and the tips of the stage arms 20a, 20b, 20c are moved with respect to the moving plane of the stage. It may be configured by vertical rectangular flat plates 2a, 2b, 2c.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, the following effects can be obtained in the present invention.
(1) Since the driving element and the driven element are in contact with each other via two balls arranged substantially parallel to the moving plane of the stage, the driven machine is in contact with the moving plane of the stage. Even if the rotation axis of the element is not strictly vertical, the stage can be moved along the driving element by XYθ. Therefore, advanced and skilled techniques are not required in processing such as the degree of straightness of parts and assembly of devices.
(2) The number of points where the driven element and the driving element come into contact can be six or more. For this reason, the rigidity of the stage device can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a stage apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a retainer frame, a retainer, and a ball provided on a rotating member.
FIG. 3 is a diagram showing a case (1) in which a rotation axis of a rotating member is attached slightly oblique to a moving plane of a stage.
FIG. 4 is a diagram showing a case (2) in which the rotation axis of the rotating member is attached slightly obliquely with respect to the moving plane of the stage.
FIG. 5 is a diagram showing another configuration example in which a rotating member is attached to the driving element side.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example (1) of a stage apparatus shown in a conventional example.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example (2) of the stage apparatus shown in the conventional example.
FIG. 8 is a diagram for explaining a problem of the conventional stage apparatus shown in FIG.
9 is a diagram for explaining a problem of the conventional stage apparatus shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1a, 1b, 1c Flat plate (actuating member)
2a, 2b, 2c Flat plate (driven member)
3 Retainer frame 4 Ball 5 Retainer 20 Stage 21 Base 22 Planar guides 23, 24, 25 First to third drive elements 23a, 24a, 25a Drive units 20a, 20b, 20c Arms 23h, 24h, 25h Rotating member 23i , 24i, 25i rotation axis

Claims (1)

駆動方向が平行な2個以上の駆動機素と、駆動方向がその駆動機素の駆動方向と直交する1個以上の駆動機素と、
上記駆動機素により駆動され、2方向に直線移動するとともに、設定された基準軸を中心として回転するステージとから構成されるステージ装置の駆動機構であって、
上記駆動機素の駆動部には作動部材が設けられ、上記ステージには、上記作動部材により押される従動部材が設けられ、
上記作動部材、従動部材の何れか一方は、回転軸を介して上記駆動機素の駆動部もしくは上記ステージに対して揺動可能に取り付けられ、
上記作動部材と従動部材は、少なくとも2個のボールと該ボールを回転自在に収納するリテーナを介して当接しており、上記作動部材、従動部材のいずれか一方は、該リテーナの周囲を囲むリテーナ枠を備えている
ことを特徴とするステージ装置の駆動機構。
Two or more driving elements whose driving directions are parallel, and one or more driving elements whose driving directions are orthogonal to the driving direction of the driving elements;
A stage mechanism drive mechanism configured by a stage driven by the drive element and linearly moving in two directions and rotating about a set reference axis;
The drive unit of the drive element is provided with an actuating member, and the stage is provided with a driven member that is pushed by the actuating member,
Either one of the actuating member and the driven member is swingably attached to the driving unit of the driving element or the stage via a rotating shaft,
The actuating member and the follower member are in contact with each other via at least two balls and a retainer that rotatably accommodates the balls, and either the actuating member or the follower member surrounds the retainer. A drive mechanism for a stage apparatus, comprising a frame.
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