JP3701535B2 - Stage equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、XY方向に移動可能であるとともに、例えば半導体ウエハーに形成された集積回路パターンをウエハー面に垂直な方向のみならず斜め方向からも観察することができる顕微鏡用ステージなどのステージ駆動機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
図13、図14、図15は、従来のステージ駆動機構の説明図である。図13において、傾斜フレーム50は、その両端に設けた傾斜中心軸51a,51bにより筐体フレーム52a,52bに支えられ、傾斜中心軸51a,51bを支点として傾斜可能となっている。筐体フレーム52bには傾斜モータ66が固定されており、傾斜モータ66の出力軸は傾斜中心軸51bと一体となっている。これを回転させることにより傾斜フレーム50を傾斜させることができる。傾斜フレーム50の両端にはV溝53a,53bが有り、このV溝53a,53bにはXステージ54のV案内55a,55bが嵌まり込み、Xステージ54はV溝53a,53bに沿って移動する。
【0003】
同様にYステージ56は、Xステージ54上に設けられたV溝57a,57bに沿って移動する。Yステージ56上には試料として集積回路パターンが形成された半導体ウエハー58が載っており、XY両軸方向に自由に移動することが出来る。半導体ウエハー58の表面は傾斜中心軸51a,51bの中心を結ぶ直線上に有り、顕微鏡59の焦点も半導体ウエハー58の表面上に有る。
【0004】
Xステージ54の移動は、以下の方法で行なう。X駆動モータ60は筐体フレーム52aに固定され、その回転はユニバーサルジョイント61a、伸縮スプライン62、ユニバーサルジョイント61b、傘歯車63a〜63dに伝達され、ボールねじ64を回転させる。ボールねじ用ナット65はXステージ54に固定されているから、X駆動モータ60を回転させることにより、Xステージ54を傾斜フレーム50のV溝53a,53bに沿って移動させることが出来る。Yステージ56も同様な機構(図示せず)を用いて、Xステージ54のV溝57a,57bに沿って移動させることが出来る。
【0005】
図14は、図13に示した傾斜フレーム50を傾斜中心軸51a,51bを回転中心として傾斜させた状態を示す図である。傾斜に際して、ユニバーサルジョイント61aと61b間の距離は刻々変化するので、軸方向に伸び縮みしながら回転を伝達することの出来る伸縮スプライン62が必要となる。半導体ウエハー58の観察面である表面は傾斜中心軸51a,51bの中心を結ぶ直線上に有り、顕微鏡59の焦点もこの直線上に有るので、傾斜させることにより半導体ウエハー58上のパターンの側面を観察することが出来る。傾斜させた状態でXステージ54、Yステージ56を移動させることにより半導体ウエハー58の全面を観察することが出来る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、ステージ駆動モータの回転をステージ移動用ボールねじに伝達するのに、ユニバーサルジョイント、伸縮スプライン、傘歯車、と多くの部材が介在するので機構が複雑になり、かつ、広いスペースを必要とした。また、各部材の有するがたが積算され、駆動モータの回転が忠実にボールネジに伝達されず精度を上げることが難しかった。更に、ユニバーサルジョイント61a,61bの取付に際しては、図15に示す注意が必要である。即ち、入力軸70と出力軸71を等速回転させるには、入力角度72(α1)と出力角度73(α2)が等しくなるように設定しなければならない。また、爪74a,74bを正確に同一面に設定しなければならない。このため、ユニバーサルジョイントの取り付けには高度の組立技術を必要とするなどの課題があった。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、機構が簡単で、スペースをとらず、しかも高精度のステージ駆動機構を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、ステージを駆動するモータの回転をステージ傾斜中心より取り込み、ベルト、傘歯車あるいは、ねじ歯車などを用いてステージ移動用ボールねじに伝達する構成を採用することによって前記目的を達成する。
【0008】
すなわち、本発明によるステージ装置は、試料載置面に試料を保持して互いに直交する2方向に移動可能なステージと、ステージを試料載置面に平行な傾斜軸のまわりに回動させて傾斜させる傾斜手段と、ステージを前記互いに直交する2方向に駆動するステージ駆動手段とを含むステージ装置において、ステージ駆動手段は、傾斜軸と同軸に設けられた駆動力伝達機構を有し、駆動力伝達機構を介して駆動力を前記ステージに伝達することを特徴とする。
【0009】
本発明によるステージ装置は、また、傾斜軸のまわりに回動可能な傾斜フレームと、傾斜フレームを傾斜軸のまわりに回動させて傾斜させる傾斜手段と、傾斜フレーム上を傾斜軸に平行な第1の方向に移動可能な第1のステージと、第1のステージ上を第1の方向と直交する第2の方向に移動可能な第2のステージと、第1及び第2のステージを駆動するステージ駆動手段とを含むステージ装置において、ステージ駆動手段は、傾斜軸と同軸に設けられた駆動力伝達機構を有し、駆動力伝達機構を介して駆動力を前記ステージに伝達することを特徴とする。
【0010】
ステージ駆動手段は、傾斜軸と同軸に設けられ駆動源によって回転される回転軸と、ステージに固定されたナットとねじ結合したボールねじと、回転軸の回転を前記ボールねじに伝達するベルト、パーフォレーション付ベルト、鎖又は歯付きベルトとを備えることができる。
あるいは、ステージ駆動手段は、傾斜軸と同軸に設けられ駆動源によって回転される回転軸と、ステージに固定されたナットとねじ結合したボールねじと、回転軸の回転をボールねじに伝達する平歯車列、傘歯車又はねじ歯車とを備えることができる。
【0011】
更に、本発明のステージ装置は、傾斜手段を動作させたとき遊星運動によってボールねじが回転することによるステージ移動を補償するように駆動源を制御する制御系を備えることができる。これは、例えば駆動源としてステッピングモータを使用し、制御系は、ステージ(傾斜フレーム)を傾斜させた際、遊星運動により回転したボールねじの回転角に換算した逆方向のパルスをステッピングモータに送り、見かけ上ボールねじが回転しない状態に制御することで実現することができる。
【0012】
あるいは、本発明のステージ装置は、傾斜手段を動作させたとき遊星運動によってボールねじが回転することで移動したステージの移動量を計測する計測手段と、計測手段によって計測されたステージ移動を補償するように駆動源を制御する制御系とを備えることが好ましい。これは、例えばステージ(傾斜フレーム)を傾斜させた際、遊星運動により移動したステージの移動量をリニアエンコーダなどの計測手段で計測し、その移動量をクローズドループ制御で補正を行うことで実現することができる。
本発明によれば、従来技術に使用していた伸縮スプラインを使用しないので省スペース化が図れる。また、ユニバーサルジョイントを使用せず、少ない部品で構成できるので、バックラシュの少ないステージを実現できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明によるステージ駆動機構の一例を示す概略斜視図である。本図は、走査形電子顕微鏡等の顕微鏡14によって観察される試料(例えば半導体ウエハー)13を保持してX,Y駆動及び傾斜可能なステージの駆動機構を示している。
【0014】
傾斜フレーム1は、その両端に設けた傾斜中心軸2a,2bにより筐体フレーム3a,3bに支えられ、傾斜中心軸2a,2bを支点として傾斜可能となっている。傾斜フレーム1の傾斜は、筐体フレーム3bに固定された傾斜用モータ31を回転駆動することにより行われる。傾斜フレーム1の上面にはXステージ5が、傾斜中心軸2a,2bの中心を結ぶ方向に移動可能なようにして載置されている。Xステージ5の上には、Yステージ15が傾斜中心軸2a,2bを結ぶ方向と直交する方向に移動可能なようにして載置されている。半導体ウエハー等の試料13は、Yステージ15の試料載置面上に保持されている。筐体フレーム3bにはXステージ駆動用のXモータ9と、Yステージ駆動用のYモータ20が固定されている。
【0015】
図2は、筐体フレーム3aを貫通する駆動軸部分の詳細断面図である。傾斜フレーム1と一体構造の傾斜中心軸2aは、筐体フレーム3aに設けられた貫通穴に嵌合され、貫通穴の内面に接触して自由に回転できるようになている(反対側の筐体フレーム3bと傾斜中心軸2bも同様の構造を有する)。先端にX駆動プーリ10が固定されたXモータ9のX駆動軸30は、傾斜中心軸2aの中心を通って回転可能になっている。Yモータ20からベルト駆動されるY駆動軸23は、Xモータ9のX駆動軸30と二重軸構造をなし、傾斜中心軸2aの内面に接触するとともにX駆動軸30の外面に接触しX駆動軸30を中心軸として回転する。Y駆動軸23の両端には、Yモータ20からの動力が伝えられるプーリ21bと、その動力を後段に伝達するためのY駆動プーリ24とが一体化して設けられている。このように、Xステージ5を駆動するための駆動力を伝達するX駆動軸30と、Yステージ15を駆動するための駆動力を伝達するY駆動軸23とは、傾斜フレーム1の傾斜中心軸2aと同軸構造をなし、傾斜フレーム1の傾斜中心から取り込まれる。
【0016】
図1に戻って、試料13の表面は傾斜フレーム1の傾斜中心軸2a,2bの中心を結ぶ直線上にあり、顕微鏡14の焦点も試料13の表面上にある。従って、顕微鏡14の焦点を試料表面に合わせたまま、傾斜フレーム1を傾斜させて顕微鏡14に対して試料13の表面を傾斜させることができ、試料13上に形成されたパターンの側面を顕微鏡14で観察することが可能となる。また、傾斜フレーム1を傾斜させた状態でXステージ5及び/又はYステージ15を移動することにより試料13の全面を観察することが出来る。
【0017】
次に、Xステージ駆動機構とYステージ駆動機構の詳細について説明する。最初に図5を参照して、Xステージ駆動機構について説明する。図5は、図1に示した機構のうちYステージ駆動機構に関する部分を省略し、また傾斜フレーム1の一部を簡略化して、Xステージ駆動機構に関する部分が明らかになるように図示した概略図である。
【0018】
傾斜フレーム1は、両側部にV溝4a,4bを有し、このV溝4a,4bにXステージ5の下面に設けられたV案内6a,6bが嵌まり込み、Xステージ5はV溝4a,4bに沿って移動する。Xステージ5の移動は、Xボールねじ7により行なわれる。Xボールねじ7を回転させるとXナット8が移動し、Xナット8と一体となったXステージ5が移動する。Xボールねじ7の回転はXモータ9により行なう。前述のように、Xモータ9は筐体フレーム3aに固定され、モータ軸と一体となったX駆動プーリ10を回転させる。X駆動プーリ10の回転はXベルト11を介してXボールねじ7と一体となっているX被駆動プーリ12に伝達され、X被駆動プーリ12が回転することによってXボールねじ7を回転させ、Xステージ5を移動させる。
【0019】
図6は、傾斜用モータ31を駆動して傾斜フレーム1を傾斜させた状態を示す。X駆動プーリ10とX被駆動プーリ12の中心間距離は傾斜角度に関係なく一定であるから、任意の傾斜角においてXモータ9の回転をXボールねじ7に伝えることが出来る。すなわち、Xモータ9のX駆動軸先端に固定されたX駆動プーリ10と、X被駆動プーリ12が固定されたXボールねじ7と、X駆動プーリ10からX被駆動プーリ12に動力を伝達するXベルト11からなる簡単な駆動機構によって、傾斜ステージ1がいかなる傾斜角にあってもXステージをスムーズに駆動することが可能である。
【0020】
次に、再び図1を参照してYステージ駆動機構について説明する。図1において、Yモータ20の回転はプーリ21a、モータベルト22、Y駆動軸23のプーリ21bに伝達され、Y駆動軸23と一体になっているY駆動プーリ24を回転させる。Y駆動プーリ24の回転はYベルト25を介してY被駆動プーリ26に伝達され、Y被駆動プーリ26と一体となっているスプライン軸27を回転させる。
【0021】
傘歯車28a,28bは、スプライン軸27の回転をスプライン軸27に対して直角に配置されたYボールねじ29の回転に変換するために用いられる。すなわち、スプライン軸27が回転すると、その回転は傘歯車28a,28bによって、傘歯車28bが固定されているYボールねじ29の回転に変換される。Yボールねじが回転すると、Yナット(図示せず)と一体となったYステージ15が移動する。傘歯車28aはスプライン軸27と一体の関係に有り、スプライン軸27の軸方向に移動しながら回転も同時に伝えることが出来る機構をその内部に有する。その構造を図3及び図4により説明する。
【0022】
図3はスプライン軸27と傘歯車28a,28bの関係を示す拡大図、図4はスプライン軸27の軸方向に直角に切った傘歯車28aとスプライン軸27の断面図である。図3に示すように、スプライン軸27の表面には長手方向に溝32が刻まれている。また、図4に示すように、傘歯車28aの内部(スプライン軸27が貫通する貫通穴の表面)には突起33が設けられており、この傘歯車28aの突起33はスプライン軸27の溝32と係合している。したがって突起33を有する傘歯車28aは、溝32に沿って移動しながらスプライン軸27と一体となって回転することができる。なお、傘歯車28aは、図1に示すXステージ5より立ち上がっている案内板35a,35bにより左右を拘束され、Xステージ5の動きに追従して移動する。
【0023】
傾斜フレーム1を傾斜させるとき、Xステージ駆動機構に関して説明したと同様に、Y駆動プーリ24とY被駆動プーリ26の軸中心間距離は傾斜フレーム1の傾斜角度に関係なく一定であるから、任意の傾斜角においてYモータ20の回転をYボールねじ29に伝えることが出来る。各プーリを結ぶベルト11,22,25には、ベルト、スプロケット駆動によるパーフォレーション付ベルト、鎖又は歯付きベルトを用いるのがよい。
【0024】
試料13が半導体ウエハーである場合、その観察面である表面は傾斜フレーム1の傾斜中心軸2a,2bの中心を結ぶ直線上にあり、顕微鏡14の焦点もこの直線上にあるので、傾斜させることにより半導体ウエハー上のパターンの側面を観察することが出来る。傾斜させた状態で、Xモータ9及びYモータ20を駆動してXステージ5及びYステージ15を移動させることにより、半導体ウエハーの全面を観察することが出来る。
【0025】
本発明の傾斜機構においては、傾斜フレーム1を傾斜させる際に、図7に示すように、駆動プーリ35(図1に示したX駆動プーリ10、Y駆動プーリ24に対応する)からベルト37で動力伝達される被駆動プーリ36(図1に示したX被駆動プーリ12、Y被駆動プーリ26に対応する)の動きには遊星運動が生じ、ボールねじ(スプライン軸)38が回転し、ステージが移動する不具合が発生する。駆動プーリと被駆動プーリのプーリ径が等しい場合は、図7に示すごとく傾斜前の被駆動プーリ36上の点Aは、傾斜後傾斜角α゜と等しい角度だけ被駆動プーリ36が回転してA′に移動し、この回転角に相当する分だけステージが移動するのでこれを補正する必要がある。
【0026】
次に、この傾斜フレーム1の傾斜によって被駆動プーリが回転することに伴う意図しないステージ移動の補正方法について説明する。補正方法には、オープンループ制御方式による補正方法と、クローズドループ制御方式による補正方法の2つの方法がある。
【0027】
図11は、オープンループ制御方式による補正方法の説明図である。この補正方法は、前述したとおり、傾斜フレーム1の傾斜角度が与えられるとボールねじの回転角度も分かることを利用するもので、Xモータ9あるいはYモータ20としてステッピングモータを用いたオープンループ制御による補正方法である。いま、ステッピングモータの1ステップの回転角度をθ゜とし、ボールねじのリードをp(μm)/1回転とすると、ステージがα゜傾斜したときのステージの移動量Sは、次の式(1)で与えられる。
S=(α゜/360゜)×p(μm)……(1)
【0028】
また、ステッピングモータの1ステップによるステージの移動量Tは、次の(2)式で表される。
T=(θ゜/360゜)×p(μm)……(2)
したがってステージがα゜傾斜したとき、ステージの移動を補正するためにステッピングモータに与えるべきパルス数は式(1)(2)を用いて、次の(3)式のようになる。
N=S/T=α/θ(pulse)……(3)
これを、図11の制御系80で計算し、ドライバ81を経由してステッピングモータ82に与え、ボールねじ83を回転し、ステージ84の移動量を補正する。
【0029】
図12は、クローズドループ制御による補正方法の説明図である。この補正方法は、ステージ84の位置をリニアエンコーダ85で計測して制御系87にフィードバックするもので、ステージにはリニアエンコーダ85の検出器86が取り付けられる。ステージ84が傾斜した際、その傾斜に起因してステージが移動した量を検出器86で計測し、その量を制御系87にフィードバックし、ドライバ88を経由して駆動モータ89に与え、ボールねじ83を回転しステージ84の位置を補正する。以上説明した補正手段により、ステージを傾斜させることにより発生する不具合を取り除くことができる。
【0030】
図1に示した例においては、X駆動プーリ10とX被駆動プーリ12、Y駆動プーリ24とY被駆動プーリ26を連結する手段としてベルトを使用しているが、ベルトの代替手段として図8に示すような傘歯車列、図9に示すような平歯車列、あるいは図10に示すようなねじ歯車列を用いてもベルトを用いた場合と同様の動作が得られる。図8、図9、図10において、40は駆動軸、41は被駆動軸を示す。図8に示す傘歯車列、図9に示す平歯車列、また図10に示すねじ歯車列においては、駆動軸40と被駆動軸41の回転方向は特に問わない。ベルトの代わりに歯車を使用する場合には、より剛性の高い駆動機構を製作することが出来る。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、構成部品が少なくコンパクトな駆動機構を構築できるので、安価に、かつ高精度なステージを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるステージ駆動機構の一例を示す概略斜視図。
【図2】筐体フレームを貫通する駆動軸部分の詳細断面図。
【図3】スプライン軸と傘歯車の関係を示す拡大図。
【図4】スプライン軸の軸方向に直角に切った傘歯車とスプライン軸の断面図。
【図5】図1に示した機構のうちXステージ駆動機構に関する部分を示す概略図。
【図6】傾斜フレームを傾斜させた状態を示す概略図。
【図7】傾斜フレーム傾斜させる際に生じる遊星運動を説明する概念図。
【図8】駆動軸と被駆動軸の連結手段として傘歯車列を用いる例を説明する図。
【図9】駆動軸と被駆動軸の連結手段として平歯車列を用いる例を説明する図。
【図10】駆動軸と被駆動軸の連結手段としてねじ歯車列を用いる例を説明する図。
【図11】オープンループ制御方式による遊星運動の補正方法を示すブロック線図。
【図12】クローズドループ制御方式による遊星運動の補正方法を示すブロック線図。
【図13】従来のステージ駆動機構の説明図。
【図14】従来のステージ駆動機構を傾斜させた状態を示す図。
【図15】ユニバーサルジョイントの詳細図。
【符号の説明】
1…傾斜フレーム、2a,2b…傾斜中心軸、3a,3b…筐体フレーム、4a,4b…V溝、5…Xステージ、6a,6b…V案内、7…Xボールねじ、8…Xナット、9…Xモータ、10…X駆動プーリ、11…Xベルト、12…X被駆動プーリ、13…試料、14…顕微鏡、15…Yステージ、20…Yモータ、22…モータベルト、23…Y駆動軸、24…Y駆動プーリ、25…Yベルト、26…Y被駆動プーリ、27…スプライン軸、28a,28b…傘歯車、29…Yボールねじ、30…X駆動軸、31…傾斜用モータ、32…溝、33…突起、35…駆動プーリ、36…被駆動プーリ、37…ベルト、38…ボールねじ(スプライン軸)、40…駆動軸、41…被駆動軸、50…傾斜フレーム、51a,51b…傾斜中心軸、52a,52b…筐体フレーム、53a,53b…V溝、54…Xステージ、55a,55b…V案内、56…Yステージ、57a,57b…V溝、58…半導体ウエハー、59…顕微鏡、60…X駆動モータ、61a,61b…ユニバーサルジョイント、62…伸縮スプライン、63a〜63d…傘歯車、64…ボールねじ、65…ボールねじ用ナット、66…傾斜モータ、70…入力軸、71…出力軸、72…入力角度、73…出力角度、80…制御系、81…ドライバ、82…ステッピングモータ、83…ボールねじ、84…ステージ、85…リニアエンコーダ、86…検出器、87…制御系、88…ドライバ、89…駆動モータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a stage drive mechanism such as a microscope stage that can move in the XY directions and can observe an integrated circuit pattern formed on, for example, a semiconductor wafer not only in a direction perpendicular to the wafer surface but also in an oblique direction. About.
[0002]
[Prior art]
13, FIG. 14, and FIG. 15 are explanatory diagrams of a conventional stage drive mechanism. In FIG. 13, the
[0003]
Similarly, the
[0004]
The
[0005]
FIG. 14 is a view showing a state in which the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior art, the rotation of the stage drive motor is transmitted to the ball screw for moving the stage, and the universal joint, the expansion / contraction spline, the bevel gear, and many other members are involved, so the mechanism becomes complicated and a wide space is required. I needed it. In addition, the amount of each member is integrated, and the rotation of the drive motor is not faithfully transmitted to the ball screw, making it difficult to increase the accuracy. Further, when attaching the
An object of the present invention is to provide a stage driving mechanism that has a simple mechanism, does not take up space, and is highly accurate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the object is achieved by adopting a configuration in which the rotation of the motor for driving the stage is taken in from the stage tilt center and transmitted to the stage moving ball screw using a belt, a bevel gear, a screw gear or the like. .
[0008]
In other words, the stage apparatus according to the present invention includes a stage that holds a sample on a sample mounting surface and is movable in two directions orthogonal to each other, and is tilted by rotating the stage around an inclination axis parallel to the sample mounting surface. And a stage driving means for driving the stage in the two directions orthogonal to each other. The stage driving means has a driving force transmission mechanism provided coaxially with the inclination axis, and transmits the driving force. A driving force is transmitted to the stage through a mechanism.
[0009]
The stage apparatus according to the present invention also includes an inclined frame that can be rotated about the inclination axis, an inclination means that rotates the inclination frame about the inclination axis, and an inclination frame that is parallel to the inclination axis. A first stage movable in one direction, a second stage movable on a first stage in a second direction orthogonal to the first direction, and the first and second stages are driven In the stage apparatus including the stage driving means, the stage driving means has a driving force transmission mechanism provided coaxially with the tilt axis, and transmits the driving force to the stage via the driving force transmission mechanism. To do.
[0010]
The stage driving means includes a rotating shaft provided coaxially with the tilt shaft and rotated by a driving source, a ball screw screwed to a nut fixed to the stage, a belt for transmitting rotation of the rotating shaft to the ball screw, and perforation. A belt, chain or toothed belt can be provided.
Alternatively, the stage driving means includes a rotating shaft that is provided coaxially with the inclined shaft and is rotated by a driving source, a ball screw that is screwed to a nut fixed to the stage, and a spur gear that transmits the rotation of the rotating shaft to the ball screw. Rows, bevel gears or screw gears can be provided.
[0011]
Furthermore, the stage apparatus of the present invention can be provided with a control system that controls the drive source so as to compensate for stage movement caused by rotation of the ball screw by planetary motion when the tilting means is operated. For example, a stepping motor is used as a drive source, and the control system sends a pulse in the reverse direction converted to the rotation angle of the ball screw rotated by planetary motion to the stepping motor when the stage (tilting frame) is tilted. This can be realized by controlling the ball screw so that it does not appear to rotate.
[0012]
Alternatively, the stage apparatus of the present invention compensates the stage movement measured by the measuring means for measuring the amount of movement of the stage moved by rotating the ball screw by planetary motion when the tilting means is operated. And a control system for controlling the drive source. For example, when the stage (tilt frame) is tilted, the moving amount of the stage moved by the planetary motion is measured by a measuring means such as a linear encoder, and the moving amount is corrected by closed loop control. be able to.
According to the present invention, space can be saved because the expansion / contraction spline used in the prior art is not used. In addition, since a universal joint can be used and the number of parts can be reduced, a stage with less backlash can be realized.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a stage driving mechanism according to the present invention. This figure shows a stage driving mechanism that can hold an X (Y) drive and tilt by holding a sample (for example, a semiconductor wafer) 13 observed by a
[0014]
The
[0015]
FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of a drive shaft portion that penetrates the
[0016]
Returning to FIG. 1, the surface of the
[0017]
Next, details of the X stage drive mechanism and the Y stage drive mechanism will be described. First, the X stage drive mechanism will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the mechanism shown in FIG. 1 with the portion related to the Y stage driving mechanism omitted, and a part of the
[0018]
The
[0019]
FIG. 6 shows a state in which the
[0020]
Next, the Y stage drive mechanism will be described with reference to FIG. 1 again. In FIG. 1, the rotation of the
[0021]
The bevel gears 28 a and 28 b are used to convert the rotation of the
[0022]
3 is an enlarged view showing the relationship between the
[0023]
When the
[0024]
When the
[0025]
In the tilting mechanism of the present invention, when the
[0026]
Next, a method for correcting unintended stage movement associated with rotation of the driven pulley due to the inclination of the
[0027]
FIG. 11 is an explanatory diagram of a correction method based on the open loop control method. As described above, this correction method uses the fact that the rotation angle of the ball screw is also known when the tilt angle of the
S = (α ° / 360 °) × p (μm) (1)
[0028]
Further, the stage movement amount T by one step of the stepping motor is expressed by the following equation (2).
T = (θ ° / 360 °) × p (μm) (2)
Therefore, when the stage is inclined by α °, the number of pulses to be given to the stepping motor to correct the movement of the stage is expressed by the following equation (3) using equations (1) and (2).
N = S / T = α / θ (pulse) (3)
This is calculated by the
[0029]
FIG. 12 is an explanatory diagram of a correction method using closed loop control. In this correction method, the position of the
[0030]
In the example shown in FIG. 1, a belt is used as means for connecting the
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, a compact drive mechanism with few components can be constructed, so that a highly accurate stage can be realized at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a stage driving mechanism according to the present invention.
FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of a drive shaft portion that penetrates a housing frame.
FIG. 3 is an enlarged view showing a relationship between a spline shaft and a bevel gear.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a bevel gear and a spline shaft cut at right angles to the axial direction of the spline shaft.
5 is a schematic view showing a part related to an X stage driving mechanism in the mechanism shown in FIG. 1;
FIG. 6 is a schematic view showing a state in which an inclined frame is inclined.
FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating planetary motion that occurs when tilting a tilted frame.
FIG. 8 is a diagram for explaining an example in which a bevel gear train is used as a connecting means between a drive shaft and a driven shaft.
FIG. 9 is a diagram for explaining an example in which a spur gear train is used as a connecting means between a drive shaft and a driven shaft.
FIG. 10 is a diagram for explaining an example in which a screw gear train is used as a connecting means between a drive shaft and a driven shaft.
FIG. 11 is a block diagram illustrating a planetary motion correction method using an open loop control method.
FIG. 12 is a block diagram showing a planetary motion correction method using a closed loop control method.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a conventional stage driving mechanism.
FIG. 14 is a view showing a state in which a conventional stage drive mechanism is tilted.
FIG. 15 is a detailed view of a universal joint.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記ステージを前記試料載置面に平行な傾斜軸のまわりに回動させて傾斜させる傾斜手段と、
前記傾斜軸と同軸に設けられ駆動源によって回転される回転軸と、前記ステージに固定されたナットとねじ結合したボールねじと、前記回転軸の回転を前記ボールねじに伝達する回転伝達手段と、を有し、前記ステージを前記互いに直交する2方向に駆動するステージ駆動手段と
前記傾斜手段を動作させたとき遊星運動によって前記ボールねじが回転することによるステージ移動を補償するように前記駆動源を制御する制御系と、
を備えることを特徴とするステージ装置。A stage that holds the sample on the sample mounting surface and is movable in two directions orthogonal to each other;
Tilting means for tilting the stage by rotating it around an tilt axis parallel to the sample mounting surface;
A rotation shaft provided coaxially with the inclined shaft and rotated by a drive source; a ball screw screw-coupled to a nut fixed to the stage; and a rotation transmission means for transmitting rotation of the rotation shaft to the ball screw; And a stage driving means for driving the stage in two directions orthogonal to each other, and the driving source so as to compensate for the stage movement caused by the ball screw rotating by planetary motion when the tilting means is operated. A control system to control,
A stage apparatus comprising:
前記傾斜フレームを前記傾斜軸のまわりに回動させて傾斜させる傾斜手段と、
前記傾斜フレーム上を前記傾斜軸に平行な第1の方向に移動可能な第1のステージと、
前記第1のステージ上を前記第1の方向と直交する第2の方向に移動可能な第2のステージと、
前記傾斜軸と同軸に設けられ駆動源によって回転される回転軸と、前記ステージに固定されたナットとねじ結合したボールねじと、前記回転軸の回転を前記ボールねじに伝達する回転伝達手段と、を有し、前記第1及び第2のステージを駆動するステージ駆動手段と、
前記傾斜手段を動作させたとき遊星運動によって前記ボールねじが回転することによるステージ移動を補償するように前記駆動源を制御する制御系と、
を備えることを特徴とするステージ装置。An inclined frame rotatable around an inclination axis;
Tilting means for tilting the tilting frame by turning the tilting frame around the tilting axis;
A first stage movable on the tilt frame in a first direction parallel to the tilt axis;
A second stage movable on the first stage in a second direction perpendicular to the first direction;
A rotation shaft provided coaxially with the inclined shaft and rotated by a drive source; a ball screw screw-coupled to a nut fixed to the stage; and a rotation transmission means for transmitting rotation of the rotation shaft to the ball screw; Stage driving means for driving the first and second stages;
A control system for controlling the drive source so as to compensate for stage movement due to rotation of the ball screw by planetary motion when the tilting means is operated;
A stage apparatus comprising:
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