JP4112919B2 - Ｚチルトステージ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直方向及び傾斜方向に位置決め可能なＺチルトステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置、液晶装置や磁気・光記憶装置の露光や検査を目的とする装置には、垂直及び傾斜方向に精密位置決め可能なフォーカス駆動ステージが備えられている。このようなフォーカス駆動ステージはＺチルトステージとも呼ばれている。通常、フォーカス駆動ステージは、水平面上で互いに直角なＸ軸、Ｙ軸方向に可動のＸ−Ｙステージ上に搭載するため、小型、軽量であることが望ましい。更に、Ｘ−Ｙステージのピッチング、ローリングの影響を受け難くするために偏平構造であることが望ましい。
【０００３】
Ｚチルトステージを実現した簡易な例として、既存のＺステージとチルトステージを積み上げたものが提供されている。例えば、精密型Ｚ軸フラットステージの上に精密型ゴニオステージを搭載し、その上にテーブルを搭載することによって、Ｚチルトステージが構成されている。しかし、そのような構成ではテーブルの高さ寸法が大きくなってしまうため、フォーカス駆動ステージとしてＸ−Ｙステージに搭載すると、ピッチング、ローリングの影響を受けやすく、高い精度で露光及び検査を行う目的に適さない。
【０００４】
図５は従来のＺチルトステージの別の構成例を示す。本構成例は、ベース１００、この上に搭載されるテーブル１１０及び３つのアクチュエータ１２０から成る。アクチュエータ１２０は１２０度の角度間隔をおいてベース１００上に設置されている。特に、３つのアクチュエータ１２０は、それらの駆動方向の線分が正確に６０度の角度をなすように配置される。３つのアクチュエータ１２０の上にテーブル１１０が組み合わされる。
【０００５】
図６は図５に示されたアクチュエータ１２０の詳細な構成例を側面から示す。アクチュエータ１２０は、ベース１００に固定されたアクチュエータ固定部１２１、アクチュエータ固定部１２１に内蔵された駆動機構によりベース１００の面に平行、つまり水平方向に可動のアクチュエータ可動部１２２、ベース１００の面上をスライド可能なスライドウェッジ１２３、スライドウェッジ１２３に組み合わされた球面ジョイント１２４から成る。
【０００６】
アクチュエータ可動部１２２を水平方向に駆動すると、スライドウェッジ１２３により運動方向が変換され、球面ジョイント１２４を介してテーブル１１０が鉛直方向に駆動される。テーブル１１０は球面ジョイント１２４により回転自在に支持され、その３点において３つのアクチュエータ１２０によってそれぞれ鉛直方向に駆動されることにより、結果としてテーブル１１０のＺ軸（垂直軸）位置及び２方向の傾斜を任意に位置決めすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本構成例によれば扁平構造のＺチルトステージは実現できるが、３つのアクチュエータ１２０のすべてに大きなストロークと大きな駆動トルク、駆動速度が要求されるため、軽量、小型の要求を十分に満足することのできない構成である。つまり、一般に、チルト動作はＺ並進動作に比べて、ストローク、トルク、動作速度の要求が小さい。にもかかわらず、３つのアクチュエータ１２０のすべてにＺ並進動作に必要な要求を満たすものを採用しなければならない。このため、Ｚチルトステージは重く、大きくなってしまう。
【０００８】
更に、本構成例はテーブル１１０の位置と各アクチュエータ１２０の配置関係が複雑になるため、制御が難しくなるという問題もある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、軽量、小型、偏平構造を実現できるＺチルトステージを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＺチルトステージは、ベースと、該ベースに搭載されるテーブルと、該テーブルを垂直方向に位置決め可能に駆動するためのＺアクチュエータと、前記テーブルを傾斜方向に位置決め可能に駆動するための少なくとも２つのチルトアクチュエータとを含み、前記Ｚアクチュエータ、前記チルトアクチュエータはそれぞれ、前記ベース面に平行な運動を前記ベース面に垂直な運動に変換する変換機構を含み、前記Ｚアクチュエータ、前記チルトアクチュエータはそれぞれ、それらによる前記ベース面に平行な運動の方向が互いに平行になるように配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本Ｚチルトステージにおいては、前記Ｚアクチュエータにおける前記変換機構は第１のスライドウェッジを含み、該第１のスライドウェッジは前記ベース面上をスライド可能な第１のスライダと該第１のスライダの傾斜面をスライド可能な第１のリフトとを含む。
【００１２】
一方、前記少なくとも２つのチルトアクチュエータにおける前記変換機構はそれぞれ第２、第３のスライドウェッジを含み、前記第２のスライドウェッジは前記第１のスライダと該第１のスライダの傾斜面をスライド可能な第２のスライダと該第２のスライダの傾斜面をスライド可能な第２のリフトとを含み、前記第３のスライドウェッジは前記第１のスライダと該第１のスライダの傾斜面をスライド可能な第３のスライダと該第３のスライダの傾斜面をスライド可能な第３のリフトとを含む。
【００１３】
本Ｚチルトステージの好ましい態様においては、前記Ｚアクチュエータにおける前記変換機構には前記ベース面に平行な駆動力を与えるための第１の駆動機構が組み合わされ、前記少なくとも２つのチルトアクチュエータにおける前記変換機構にはそれぞれ、前記ベース面に平行な駆動力を与えるための第２、第３の駆動機構が組み合わされ、前記第１のスライダを前記第１の駆動機構でスライドさせることにより前記第１〜前記第３のリフトが同時に垂直方向に駆動され、前記第２のスライダを前記第２の駆動機構によってスライドさせることにより前記第２のリフトが垂直方向に駆動され、前記第３のスライダを前記第３の駆動機構によってスライドさせることにより前記第３のリフトが垂直方向に駆動されることにより、前記テーブルに対して垂直方向と少なくとも２方向のチルトとの位置決めを行う。
【００１４】
上記の好ましい態様においてはまた、前記第２のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角と前記第３のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θtilt1 にされ、かつ前記第２のリフトと前記第２のスライダ間の傾斜角と前記第３のリフトと前記第３のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θtilt2 にされ、更にθtilt1 ＞θtilt2 とされることを特徴とする。
【００１５】
本Ｚチルトステージの他の態様においては、前記第２、第３の駆動機構がそれぞれ、前記第１のスライダ上に設けられても良い。
【００１６】
上記の他の態様においては、前記第２のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角と前記第３のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θtilt1 にされ、かつ前記第２のリフトと前記第２のスライダ間の傾斜角と前記第３のリフトと前記第３のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θtilt2 にされ、更にθtilt1 ＜θtilt2 とされることを特徴とする。
【００１７】
上記の好ましい態様、他の態様のいずれにおいても、前記角度θtilt1 が前記第１のリフトと前記第１のスライダ間の傾斜角θZ と等しくされることを特徴とする。
【００１８】
上記の好ましい態様、他の態様のいずれにおいても、前記角度θtilt1 及びθtilt2 、前記傾斜角θZ は４５度より小さくされることを特徴とする。
【００１９】
上記の好ましい態様、他の態様のいずれにおいても、前記Ｚアクチュエータは前記少なくとも２つのチルトアクチュエータより大きいことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明によるＺチルトステージの好ましい実施の形態を示す。本形態によるＺチルトステージは、ベース１０、この上に搭載されるテーブル２０、１つのＺアクチュエータ３０、２つのチルトアクチュエータ４０から成る。
【００２１】
ここでは、テーブル２０は略Ｕ形状で、その開口側の２つの端部には互いに反対方向に延びる延長部２０−１を持つ。Ｚアクチュエータ３０の駆動機構側はテーブル２０の略Ｕ形状部の内側に設置され、２つのチルトアクチュエータ４０の駆動機構側はテーブル２０の略Ｕ形状部の外側であって延長部２０−１に対応する箇所に設置されている。
【００２２】
なお、図１のようなテーブル２０の形状、Ｚアクチュエータ３０及び２つのチルトアクチュエータ４０の駆動機構側の配置関係はあくまでも一例であり、本発明はこれに限定されるものでは無い。すなわち、図１に示すような形状のテーブル２０の上に円形あるいは四角形のテーブルが組み合わされても良い。また、１つのＺアクチュエータ３０及び少なくとも２つのチルトアクチュエータ４０によりテーブル２０が３点支持され、これらの駆動機構による水平駆動方向が互いに平行であれば良い。つまり、図１ではＺアクチュエータ３０の駆動機構による水平駆動力の作用方向と、２つのチルトアクチュエータ４０の駆動機構による水平駆動力の作用方向とが反対となっているが、同じ向きであっても良い。
【００２３】
本形態によるＺチルトステージをフォーカス駆動ステージとして利用する場合、ベース１０はＸ−Ｙステージの可動部となる。
【００２４】
図２はＺアクチュエータ３０の詳細な構成例を側面から示す。Ｚアクチュエータ３０は、ベース１０上に固定されたアクチュエータ固定部３１、アクチュエータ固定部３１に内蔵された駆動機構によりベース１０の面に平行、つまり水平方向に可動のアクチュエータ可動部３２を駆動側として有する。Ｚアクチュエータ３０はまた、被駆動側として、アクチュエータ可動部３２によりベース１０面上をスライド可能なＺスライダ３３（第１のスライダ）、Ｚスライダ３３の斜面に対してスライド可能なスライド面を持つＺリフト３４（第１のリフト）、Ｚリフト３４上でテーブル２０を回転自在に支持している球面ジョイント３５を有する。なお、Ｚスライダ３３は、図１に示されるように、テーブル２０の略Ｕ形状に対応する略Ｕ形状を持つ。また、Ｚスライダ３３とＺリフト３４は、図６で説明したスライドウェッジ（第１のスライドウェッジ）として作用する。
【００２５】
図３はチルトアクチュエータ４０の詳細な構成例を側面から示す。チルトアクチュエータ４０は、ベース１０上に固定されたアクチュエータ固定部４１、アクチュエータ固定部４１に内蔵された駆動機構によりベース１０の面に平行、つまり水平方向に可動のアクチュエータ可動部４２を駆動側として有する。チルトアクチュエータ４０はまた、被駆動側として、Ｚスライダ３３、Ｚスライダ３３の斜面に対してスライド可能なスライド面を持つチルトスライダ４３（第２、第３のスライダ）、チルトスライダ４３の斜面に対してスライド可能なスライド面を持つチルトリフト４４（第２、第３のリフト）、チルトリフト４４上でテーブル２０を回転自在に支持している球面ジョイント４５を有する。なお、チルトスライダ４３は、テーブル２０の延長部２０−１の下側に介在していれば良い。チルトスライダ４３とチルトリフト４４は、スライドウェッジ（第２、第３のスライドウェッジ）として作用する。
【００２６】
特に図示していないが、Ｚスライダ３３はアクチュエータ可動部３２と一体となって動作するように適正なプリロードをかけておくことが望ましい。つまり、アクチュエータ可動部３２が図２中右方向に引っ込む場合には、それに伴ってＺスライダ３３を図２中右方向に移動させる必要があるからである。これは例えば、Ｚスライダ３３を図２中右方向にバネで引いておく方法がある。チルトスライダ４３についても同様であるが、この場合図３中左方向に引かれる。一方、各スライダ３３、４３、各リフト３４、４４、ベース１０のそれぞれの間は、リニアベアリングなどで滑らかに案内することが望ましい。また、各リフト３４、４４はベース１０に対して上下方向にのみ動くように拘束しておくことが望ましい。これは例えば、これらを板バネを介してベース１０に接続する方法がある。
【００２７】
更に、本形態によるＺチルトステージをＸ−Ｙステージの可動部に搭載する場合は、テーブル２０とＸ−Ｙステージの可動部をＺチルトには自由に水平方向に拘束しておく必要がある。これは、Ｘ−Ｙステージでベース１０を移動させた時テーブル２０がずれたり、落ちるのを防ぐためである。例えば、テーブル２０とＸ−Ｙステージ可動部を板バネを介して接続する方法がある。以上の点は、以降で説明される図４の例でも同じである。
【００２８】
ここで、Ｚアクチュエータ３０におけるＺスライダ３３とＺリフト３４のスライド面の傾斜角をθZ とし、チルトアクチュエータ４０におけるＺスライダ３３とチルトスライダ４３のスライド面の傾斜角をθtilt1 、チルトスライダ４３とチルトリフト４４のスライド面の傾斜角をθtilt2 とすると、θZ とθtilt1 は等しく構成することが望ましい。また、θtilt2 はθtilt1 より小さく（水平に近く）しておくことが望ましい。更に、θZ 、θtilt1 、θtilt2 はすべて４５度より小さくしておくことが望ましい。
【００２９】
図４は、本発明によるチルトアクチュエータの別の構成例を示す。本構成例では、Ｚスライダ３３´の幅を大きくしてチルトアクチュエータ４０´をＺスライダ３３´上に設置するようにしている。チルトアクチュエータ４０´の設置箇所は図１に示された位置と同じで良く、構造は図３の構造と同じで良い。つまり、アクチュエータ固定部４１がＺスライダ３３´に固定される点以外は図３と同じである。このことから、Ｚスライダ３３´の幅を大きく部分は全長にわたる必要は無く、アクチュエータ固定部４１の設置領域、すなわちテーブル２０の延長部２０−１に対応する領域であれば良い。本構成例を採用する場合は、θZ とθtilt2を等しく構成することが望ましい。また、θtilt1 はθtilt2 より小さく（水平に近く）しておくことが望ましい。勿論、θZ 、θtilt1 、θtilt2 はすべて４５度より小さくしておくことが望ましい。
【００３０】
次に、本形態の作用について、図１〜図３を参照して説明する。まず、Ｚアクチュエータ３０の動作について説明する。Ｚアクチュエータ３０はアクチュエータ可動部３２が水平方向に駆動されるリニアアクチュエータ部を有し、これによりＺスライダ３３が水平方向に駆動される。この結果、図６で説明したスライドウェッジによる運動方向の変換により、Ｚリフト３４及び２つのチルトリフト４４が鉛直（垂直、つまりＺ軸）方向に駆動される。
【００３１】
Ｚアクチュエータ３０の駆動速度、ストローク、位置決め分解能はｔａｎθZ の増幅率で、駆動トルクは１／ｔａｎθZ の増幅率でＺリフト３４に伝達される。このことを利用してθZ は目的にあわせて設計する。一般に、フォーカス駆動ステージに要求される仕様と、市販のアクチュエータを比較すると、分解能を小さく、トルクを大きくする必要があり、ｔａｎθZ は１／３〜１／１０程度に設計する。
【００３２】
また、Ｚスライダ３３が駆動されると同時に、チルトリフト４４がｔａｎθtilt1 の増幅率で鉛直方向に駆動される。テーブル２０は球面ジョイント３５、４５により、Ｚリフト３４及びチルトリフト４４に対して回転自在に支持されているので、結果としてＺアクチュエータ３０の駆動によりテーブル２０が鉛直方向に駆動される。
【００３３】
角度θtilt1 の設計指針は角度θZ と同様であるが、特に角度θZ と角度θtilt1 が等しく構成されている場合には、テーブル２０がＺ並進方向（垂直並進方向）にのみ駆動される。
【００３４】
次に、チルトアクチュエータ４０の動作について説明する。アクチュエータ可動部４２を水平方向に駆動すると、チルトスライダ４３に水平方向の駆動力が与えられる。この結果、スライドウェッジによる運動方向の変換により、チルトリフト４４が鉛直方向に駆動される。このときＺリフト３４は駆動されない。テーブル２０は球面ジョイント３５、４５により、Ｚリフト３４及びチルトリフト４４に対して回転自在に支持されているので、結果としてテーブル２０はチルトアクチュエータ４０の駆動によりチルト動作のみを行う。
【００３５】
チルトアクチュエータ４０の駆動速度、ストローク、位置決め分解能は、（ｔａｎθtilt1 −ｔａｎθtilt2 ）の増幅率で、駆動トルクは１／（ｔａｎθtilt1 −ｔａｎθtilt2 ）の増幅率で、チルトリフト４４にのみ伝達される。これを利用してθtilt2 は目的にあわせて設計する。
【００３６】
一般に、フォーカス駆動ステージでは、チルト動作はＺ並進動作より、ストロークが小さく、遅い駆動速度で良い。このため、チルトアクチュエータ４０には、Ｚアクチュエータに比べて駆動トルクや駆動速度の小さいものを採用して小型、軽量化を図った上で、（ｔａｎθtilt1 −ｔａｎθtilt2 ）を小さくして、最終的にフォーカス駆動ステージに要求される駆動分解能と駆動トルクの仕様を満足するように設計を行う。
【００３７】
次に、図４の構成例によるチルトアクチュエータ４０´の動作について説明する。図４に示した構成例では、Ｚスライダ３３´が水平方向に駆動された場合、２つのチルトリフト４４が同時にｔａｎθtilt2の増幅率で鉛直方向に駆動される。このため、θZ とθtilt2 が等しく構成されている場合、テーブル２０はＺ並進方向にのみ駆動される。
【００３８】
また、アクチュエータ可動部４２からチルトリフト４４への増幅率は、駆動速度、ストローク、位置決め分解能が（ｔａｎθtilt2 −ｔａｎθtilt1 ）となり、駆動トルクが１／（ｔａｎθtilt2 −ｔａｎθtilt1 ）となる。
【００３９】
以上の説明は理解を容易にするために、Ｚアクチュエータ、チルトアクチュエータを、別々に駆動する場合について記述したが、高速に位置決めを行う場合にはこれらが同時に駆動されることは言うまでもない。
【００４０】
但し、従来の構成例で示した３つのアクチュエータを１２０度の角度間隔で配置した場合と異なり、テーブルの位置と各アクチュエータの配置関係が単純であり、制御軸をわけて構成できるため制御系の設計が容易であるという特徴がある。
【００４１】
本発明によるＺチルトステージは、半導体装置及び液晶装置や、磁気・光記憶装置の露光及び検査を目的とするフォーカス駆動ステージに適しているが、これに限定されるものではなく、精密Ｚチルトステージ、精密Ｘ−Ｙ−Ｚステージ、粗微動Ｚステージ等への適用が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
上記の説明で明らかなように、本発明によればフォーカス駆動ステージとして使用され得るＺチルトステージを、軽量、小型、偏平に構成することができる。しかも、制御軸を分けて構成できるので制御系を複雑にする必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＺチルトステージの実施の形態を示した平面図である。
【図２】図１に示されたＺアクチュエータの構造を説明するための側面図である。
【図３】図１に示されたチルトアクチュエータの構造を説明するための側面図である。
【図４】本発明において使用されるチルトアクチュエータの他の構造例を説明するための側面図である。
【図５】従来のＺチルトステージの一例を示した平面図である。
【図６】図５に示されたアクチュエータの構造を説明するための側面図である。
【符号の説明】
１０、１００ ベース
２０、１１０ テーブル
３０ Ｚアクチュエータ
３１、４１ アクチュエータ固定部
３２、４２ アクチュエータ可動部
３３、３３´ Ｚスライダ
３４ Ｚリフト
３５、４５、１２４ 球面ジョイント
４０、４０´ チルトアクチュエータ
４３ チルトスライダ
４４ チルトリフト
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直方向及び傾斜方向に位置決め可能なＺチルトステージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置、液晶装置や磁気・光記憶装置の露光や検査を目的とする装置には、垂直及び傾斜方向に精密位置決め可能なフォーカス駆動ステージが備えられている。このようなフォーカス駆動ステージはＺチルトステージとも呼ばれている。通常、フォーカス駆動ステージは、水平面上で互いに直角なＸ軸、Ｙ軸方向に可動のＸ−Ｙステージ上に搭載するため、小型、軽量であることが望ましい。更に、Ｘ−Ｙステージのピッチング、ローリングの影響を受け難くするために偏平構造であることが望ましい。
【０００３】
Ｚチルトステージを実現した簡易な例として、既存のＺステージとチルトステージを積み上げたものが提供されている。例えば、精密型Ｚ軸フラットステージの上に精密型ゴニオステージを搭載し、その上にテーブルを搭載することによって、Ｚチルトステージが構成されている。しかし、そのような構成ではテーブルの高さ寸法が大きくなってしまうため、フォーカス駆動ステージとしてＸ−Ｙステージに搭載すると、ピッチング、ローリングの影響を受けやすく、高い精度で露光及び検査を行う目的に適さない。
【０００４】
図５は従来のＺチルトステージの別の構成例を示す。本構成例は、ベース１００、この上に搭載されるテーブル１１０及び３つのアクチュエータ１２０から成る。アクチュエータ１２０は１２０度の角度間隔をおいてベース１００上に設置されている。特に、３つのアクチュエータ１２０は、それらの駆動方向の線分が正確に６０度の角度をなすように配置される。３つのアクチュエータ１２０の上にテーブル１１０が組み合わされる。
【０００５】
図６は図５に示されたアクチュエータ１２０の詳細な構成例を側面から示す。アクチュエータ１２０は、ベース１００に固定されたアクチュエータ固定部１２１、アクチュエータ固定部１２１に内蔵された駆動機構によりベース１００の面に平行、つまり水平方向に可動のアクチュエータ可動部１２２、ベース１００の面上をスライド可能なスライドウェッジ１２３、スライドウェッジ１２３に組み合わされた球面ジョイント１２４から成る。
【０００６】
アクチュエータ可動部１２２を水平方向に駆動すると、スライドウェッジ１２３により運動方向が変換され、球面ジョイント１２４を介してテーブル１１０が鉛直方向に駆動される。テーブル１１０は球面ジョイント１２４により回転自在に支持され、その３点において３つのアクチュエータ１２０によってそれぞれ鉛直方向に駆動されることにより、結果としてテーブル１１０のＺ軸（垂直軸）位置及び２方向の傾斜を任意に位置決めすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本構成例によれば扁平構造のＺチルトステージは実現できるが、３つのアクチュエータ１２０のすべてに大きなストロークと大きな駆動トルク、駆動速度が要求されるため、軽量、小型の要求を十分に満足することのできない構成である。つまり、一般に、チルト動作はＺ並進動作に比べて、ストローク、トルク、動作速度の要求が小さい。にもかかわらず、３つのアクチュエータ１２０のすべてにＺ並進動作に必要な要求を満たすものを採用しなければならない。このため、Ｚチルトステージは重く、大きくなってしまう。
【０００８】
更に、本構成例はテーブル１１０の位置と各アクチュエータ１２０の配置関係が複雑になるため、制御が難しくなるという問題もある。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、軽量、小型、偏平構造を実現できるＺチルトステージを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＺチルトステージは、ベースと、該ベースに搭載されるテーブルと、該テーブルを垂直方向に位置決め可能に駆動するためのＺアクチュエータと、前記テーブルを傾斜方向に位置決め可能に駆動するための少なくとも２つのチルトアクチュエータとを含み、前記Ｚアクチュエータ、前記チルトアクチュエータはそれぞれ、前記ベース面に平行な運動を前記ベース面に垂直な運動に変換する変換機構を含み、前記Ｚアクチュエータ、前記チルトアクチュエータはそれぞれ、それらによる前記ベース面に平行な運動の方向が互いに平行になるように配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本Ｚチルトステージにおいては、前記Ｚアクチュエータにおける前記変換機構は第１のスライドウェッジを含み、該第１のスライドウェッジは前記ベース面上をスライド可能な第１のスライダと該第１のスライダの傾斜面をスライド可能な第１のリフトとを含む。
【００１２】
一方、前記少なくとも２つのチルトアクチュエータにおける前記変換機構はそれぞれ第２、第３のスライドウェッジを含み、前記第２のスライドウェッジは前記第１のスライダと該第１のスライダの傾斜面をスライド可能な第２のスライダと該第２のスライダの傾斜面をスライド可能な第２のリフトとを含み、前記第３のスライドウェッジは前記第１のスライダと該第１のスライダの傾斜面をスライド可能な第３のスライダと該第３のスライダの傾斜面をスライド可能な第３のリフトとを含む。
【００１３】
本Ｚチルトステージの好ましい態様においては、前記Ｚアクチュエータにおける前記変換機構には前記ベース面に平行な駆動力を与えるための第１の駆動機構が組み合わされ、前記少なくとも２つのチルトアクチュエータにおける前記変換機構にはそれぞれ、前記ベース面に平行な駆動力を与えるための第２、第３の駆動機構が組み合わされ、前記第１のスライダを前記第１の駆動機構でスライドさせることにより前記第１〜前記第３のリフトが同時に垂直方向に駆動され、前記第２のスライダを前記第２の駆動機構によってスライドさせることにより前記第２のリフトが垂直方向に駆動され、前記第３のスライダを前記第３の駆動機構によってスライドさせることにより前記第３のリフトが垂直方向に駆動されることにより、前記テーブルに対して垂直方向と少なくとも２方向のチルトとの位置決めを行う。
【００１４】
上記の好ましい態様においてはまた、前記第２のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角と前記第３のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θtilt1 にされ、かつ前記第２のリフトと前記第２のスライダ間の傾斜角と前記第３のリフトと前記第３のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θtilt2 にされ、更にθtilt1 ＞θtilt2 とされることを特徴とする。
【００１５】
本Ｚチルトステージの他の態様においては、前記第２、第３の駆動機構がそれぞれ、前記第１のスライダ上に設けられても良い。
【００１６】
上記の他の態様においては、前記第２のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角と前記第３のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θtilt1 にされ、かつ前記第２のリフトと前記第２のスライダ間の傾斜角と前記第３のリフトと前記第３のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θtilt2 にされ、更にθtilt1 ＜θtilt2 とされることを特徴とする。
【００１７】
上記の好ましい態様、他の態様のいずれにおいても、前記角度θtilt1 が前記第１のリフトと前記第１のスライダ間の傾斜角θZ と等しくされることを特徴とする。
【００１８】
上記の好ましい態様、他の態様のいずれにおいても、前記角度θtilt1 及びθtilt2 、前記傾斜角θZ は４５度より小さくされることを特徴とする。
【００１９】
上記の好ましい態様、他の態様のいずれにおいても、前記Ｚアクチュエータは前記少なくとも２つのチルトアクチュエータより大きいことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明によるＺチルトステージの好ましい実施の形態を示す。本形態によるＺチルトステージは、ベース１０、この上に搭載されるテーブル２０、１つのＺアクチュエータ３０、２つのチルトアクチュエータ４０から成る。
【００２１】
ここでは、テーブル２０は略Ｕ形状で、その開口側の２つの端部には互いに反対方向に延びる延長部２０−１を持つ。Ｚアクチュエータ３０の駆動機構側はテーブル２０の略Ｕ形状部の内側に設置され、２つのチルトアクチュエータ４０の駆動機構側はテーブル２０の略Ｕ形状部の外側であって延長部２０−１に対応する箇所に設置されている。
【００２２】
なお、図１のようなテーブル２０の形状、Ｚアクチュエータ３０及び２つのチルトアクチュエータ４０の駆動機構側の配置関係はあくまでも一例であり、本発明はこれに限定されるものでは無い。すなわち、図１に示すような形状のテーブル２０の上に円形あるいは四角形のテーブルが組み合わされても良い。また、１つのＺアクチュエータ３０及び少なくとも２つのチルトアクチュエータ４０によりテーブル２０が３点支持され、これらの駆動機構による水平駆動方向が互いに平行であれば良い。つまり、図１ではＺアクチュエータ３０の駆動機構による水平駆動力の作用方向と、２つのチルトアクチュエータ４０の駆動機構による水平駆動力の作用方向とが反対となっているが、同じ向きであっても良い。
【００２３】
本形態によるＺチルトステージをフォーカス駆動ステージとして利用する場合、ベース１０はＸ−Ｙステージの可動部となる。
【００２４】
図２はＺアクチュエータ３０の詳細な構成例を側面から示す。Ｚアクチュエータ３０は、ベース１０上に固定されたアクチュエータ固定部３１、アクチュエータ固定部３１に内蔵された駆動機構によりベース１０の面に平行、つまり水平方向に可動のアクチュエータ可動部３２を駆動側として有する。Ｚアクチュエータ３０はまた、被駆動側として、アクチュエータ可動部３２によりベース１０面上をスライド可能なＺスライダ３３（第１のスライダ）、Ｚスライダ３３の斜面に対してスライド可能なスライド面を持つＺリフト３４（第１のリフト）、Ｚリフト３４上でテーブル２０を回転自在に支持している球面ジョイント３５を有する。なお、Ｚスライダ３３は、図１に示されるように、テーブル２０の略Ｕ形状に対応する略Ｕ形状を持つ。また、Ｚスライダ３３とＺリフト３４は、図６で説明したスライドウェッジ（第１のスライドウェッジ）として作用する。
【００２５】
図３はチルトアクチュエータ４０の詳細な構成例を側面から示す。チルトアクチュエータ４０は、ベース１０上に固定されたアクチュエータ固定部４１、アクチュエータ固定部４１に内蔵された駆動機構によりベース１０の面に平行、つまり水平方向に可動のアクチュエータ可動部４２を駆動側として有する。チルトアクチュエータ４０はまた、被駆動側として、Ｚスライダ３３、Ｚスライダ３３の斜面に対してスライド可能なスライド面を持つチルトスライダ４３（第２、第３のスライダ）、チルトスライダ４３の斜面に対してスライド可能なスライド面を持つチルトリフト４４（第２、第３のリフト）、チルトリフト４４上でテーブル２０を回転自在に支持している球面ジョイント４５を有する。なお、チルトスライダ４３は、テーブル２０の延長部２０−１の下側に介在していれば良い。チルトスライダ４３とチルトリフト４４は、スライドウェッジ（第２、第３のスライドウェッジ）として作用する。
【００２６】
特に図示していないが、Ｚスライダ３３はアクチュエータ可動部３２と一体となって動作するように適正なプリロードをかけておくことが望ましい。つまり、アクチュエータ可動部３２が図２中右方向に引っ込む場合には、それに伴ってＺスライダ３３を図２中右方向に移動させる必要があるからである。これは例えば、Ｚスライダ３３を図２中右方向にバネで引いておく方法がある。チルトスライダ４３についても同様であるが、この場合図３中左方向に引かれる。一方、各スライダ３３、４３、各リフト３４、４４、ベース１０のそれぞれの間は、リニアベアリングなどで滑らかに案内することが望ましい。また、各リフト３４、４４はベース１０に対して上下方向にのみ動くように拘束しておくことが望ましい。これは例えば、これらを板バネを介してベース１０に接続する方法がある。
【００２７】
更に、本形態によるＺチルトステージをＸ−Ｙステージの可動部に搭載する場合は、テーブル２０とＸ−Ｙステージの可動部をＺチルトには自由に水平方向に拘束しておく必要がある。これは、Ｘ−Ｙステージでベース１０を移動させた時テーブル２０がずれたり、落ちるのを防ぐためである。例えば、テーブル２０とＸ−Ｙステージ可動部を板バネを介して接続する方法がある。以上の点は、以降で説明される図４の例でも同じである。
【００２８】
ここで、Ｚアクチュエータ３０におけるＺスライダ３３とＺリフト３４のスライド面の傾斜角をθZ とし、チルトアクチュエータ４０におけるＺスライダ３３とチルトスライダ４３のスライド面の傾斜角をθtilt1 、チルトスライダ４３とチルトリフト４４のスライド面の傾斜角をθtilt2 とすると、θZ とθtilt1 は等しく構成することが望ましい。また、θtilt2 はθtilt1 より小さく（水平に近く）しておくことが望ましい。更に、θZ 、θtilt1 、θtilt2 はすべて４５度より小さくしておくことが望ましい。
【００２９】
図４は、本発明によるチルトアクチュエータの別の構成例を示す。本構成例では、Ｚスライダ３３´の幅を大きくしてチルトアクチュエータ４０´をＺスライダ３３´上に設置するようにしている。チルトアクチュエータ４０´の設置箇所は図１に示された位置と同じで良く、構造は図３の構造と同じで良い。つまり、アクチュエータ固定部４１がＺスライダ３３´に固定される点以外は図３と同じである。このことから、Ｚスライダ３３´の幅を大きく部分は全長にわたる必要は無く、アクチュエータ固定部４１の設置領域、すなわちテーブル２０の延長部２０−１に対応する領域であれば良い。本構成例を採用する場合は、θZ とθtilt2を等しく構成することが望ましい。また、θtilt1 はθtilt2 より小さく（水平に近く）しておくことが望ましい。勿論、θZ 、θtilt1 、θtilt2 はすべて４５度より小さくしておくことが望ましい。
【００３０】
次に、本形態の作用について、図１〜図３を参照して説明する。まず、Ｚアクチュエータ３０の動作について説明する。Ｚアクチュエータ３０はアクチュエータ可動部３２が水平方向に駆動されるリニアアクチュエータ部を有し、これによりＺスライダ３３が水平方向に駆動される。この結果、図６で説明したスライドウェッジによる運動方向の変換により、Ｚリフト３４及び２つのチルトリフト４４が鉛直（垂直、つまりＺ軸）方向に駆動される。
【００３１】
Ｚアクチュエータ３０の駆動速度、ストローク、位置決め分解能はｔａｎθZ の増幅率で、駆動トルクは１／ｔａｎθZ の増幅率でＺリフト３４に伝達される。このことを利用してθZ は目的にあわせて設計する。一般に、フォーカス駆動ステージに要求される仕様と、市販のアクチュエータを比較すると、分解能を小さく、トルクを大きくする必要があり、ｔａｎθZ は１／３〜１／１０程度に設計する。
【００３２】
また、Ｚスライダ３３が駆動されると同時に、チルトリフト４４がｔａｎθtilt1 の増幅率で鉛直方向に駆動される。テーブル２０は球面ジョイント３５、４５により、Ｚリフト３４及びチルトリフト４４に対して回転自在に支持されているので、結果としてＺアクチュエータ３０の駆動によりテーブル２０が鉛直方向に駆動される。
【００３３】
角度θtilt1 の設計指針は角度θZ と同様であるが、特に角度θZ と角度θtilt1 が等しく構成されている場合には、テーブル２０がＺ並進方向（垂直並進方向）にのみ駆動される。
【００３４】
次に、チルトアクチュエータ４０の動作について説明する。アクチュエータ可動部４２を水平方向に駆動すると、チルトスライダ４３に水平方向の駆動力が与えられる。この結果、スライドウェッジによる運動方向の変換により、チルトリフト４４が鉛直方向に駆動される。このときＺリフト３４は駆動されない。テーブル２０は球面ジョイント３５、４５により、Ｚリフト３４及びチルトリフト４４に対して回転自在に支持されているので、結果としてテーブル２０はチルトアクチュエータ４０の駆動によりチルト動作のみを行う。
【００３５】
チルトアクチュエータ４０の駆動速度、ストローク、位置決め分解能は、（ｔａｎθtilt1 −ｔａｎθtilt2 ）の増幅率で、駆動トルクは１／（ｔａｎθtilt1 −ｔａｎθtilt2 ）の増幅率で、チルトリフト４４にのみ伝達される。これを利用してθtilt2 は目的にあわせて設計する。
【００３６】
一般に、フォーカス駆動ステージでは、チルト動作はＺ並進動作より、ストロークが小さく、遅い駆動速度で良い。このため、チルトアクチュエータ４０には、Ｚアクチュエータに比べて駆動トルクや駆動速度の小さいものを採用して小型、軽量化を図った上で、（ｔａｎθtilt1 −ｔａｎθtilt2 ）を小さくして、最終的にフォーカス駆動ステージに要求される駆動分解能と駆動トルクの仕様を満足するように設計を行う。
【００３７】
次に、図４の構成例によるチルトアクチュエータ４０´の動作について説明する。図４に示した構成例では、Ｚスライダ３３´が水平方向に駆動された場合、２つのチルトリフト４４が同時にｔａｎθtilt2の増幅率で鉛直方向に駆動される。このため、θZ とθtilt2 が等しく構成されている場合、テーブル２０はＺ並進方向にのみ駆動される。
【００３８】
また、アクチュエータ可動部４２からチルトリフト４４への増幅率は、駆動速度、ストローク、位置決め分解能が（ｔａｎθtilt2 −ｔａｎθtilt1 ）となり、駆動トルクが１／（ｔａｎθtilt2 −ｔａｎθtilt1 ）となる。
【００３９】
以上の説明は理解を容易にするために、Ｚアクチュエータ、チルトアクチュエータを、別々に駆動する場合について記述したが、高速に位置決めを行う場合にはこれらが同時に駆動されることは言うまでもない。
【００４０】
但し、従来の構成例で示した３つのアクチュエータを１２０度の角度間隔で配置した場合と異なり、テーブルの位置と各アクチュエータの配置関係が単純であり、制御軸をわけて構成できるため制御系の設計が容易であるという特徴がある。
【００４１】
本発明によるＺチルトステージは、半導体装置及び液晶装置や、磁気・光記憶装置の露光及び検査を目的とするフォーカス駆動ステージに適しているが、これに限定されるものではなく、精密Ｚチルトステージ、精密Ｘ−Ｙ−Ｚステージ、粗微動Ｚステージ等への適用が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
上記の説明で明らかなように、本発明によればフォーカス駆動ステージとして使用され得るＺチルトステージを、軽量、小型、偏平に構成することができる。しかも、制御軸を分けて構成できるので制御系を複雑にする必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＺチルトステージの実施の形態を示した平面図である。
【図２】図１に示されたＺアクチュエータの構造を説明するための側面図である。
【図３】図１に示されたチルトアクチュエータの構造を説明するための側面図である。
【図４】本発明において使用されるチルトアクチュエータの他の構造例を説明するための側面図である。
【図５】従来のＺチルトステージの一例を示した平面図である。
【図６】図５に示されたアクチュエータの構造を説明するための側面図である。
【符号の説明】
１０、１００ ベース
２０、１１０ テーブル
３０ Ｚアクチュエータ
３１、４１ アクチュエータ固定部
３２、４２ アクチュエータ可動部
３３、３３´ Ｚスライダ
３４ Ｚリフト
３５、４５、１２４ 球面ジョイント
４０、４０´ チルトアクチュエータ
４３ チルトスライダ
４４ チルトリフト
Claims (8)
- ベースと、該ベースに搭載されるテーブルと、該テーブルを垂直方向に位置決め可能に駆動するためのＺアクチュエータと、前記テーブルを傾斜方向に位置決め可能に駆動するための少なくとも２つのチルトアクチュエータとを含み、
前記Ｚアクチュエータ、前記チルトアクチュエータはそれぞれ、前記ベース面に平行な運動を前記ベース面に垂直な運動に変換する変換機構を含み、
前記Ｚアクチュエータにおける前記変換機構は第１のスライドウェッジを含み、該第１のスライドウェッジは前記ベース面上をスライド可能な第１のスライダと該第１のスライダの傾斜面をスライド可能な第１のリフトとを含み、
前記少なくとも２つのチルトアクチュエータにおける前記変換機構はそれぞれ第２、第３のスライドウェッジを含み、
前記第２のスライドウェッジは前記第１のスライダと該第１のスライダの傾斜面をスライド可能な第２のスライダと該第２のスライダの傾斜面をスライド可能な第２のリフトとを含み、
前記第３のスライドウェッジは前記第１のスライダと該第１のスライダの傾斜面をスライド可能な第３のスライダと該第３のスライダの傾斜面をスライド可能な第３のリフトとを含むことを特徴とするＺチルトステージ。 - 請求項１に記載のＺチルトステージにおいて、
前記Ｚアクチュエータにおける前記変換機構には前記ベース面に平行な駆動力を与えるための第１の駆動機構が組み合わされ、
前記少なくとも２つのチルトアクチュエータにおける前記変換機構にはそれぞれ、前記ベース面に平行な駆動力を与えるための第２、第３の駆動機構が組み合わされ、
前記第１のスライダを前記第１の駆動機構でスライドさせることにより前記第１〜前記第３のリフトが同時に垂直方向に駆動され、
前記第２のスライダを前記第２の駆動機構によってスライドさせることにより前記第２のリフトが垂直方向に駆動され、
前記第３のスライダを前記第３の駆動機構によってスライドさせることにより前記第３のリフトが垂直方向に駆動されることにより、前記テーブルに対して垂直方向と少なくとも２方向のチルトとの位置決めを行うことを特徴とするＺチルトステージ。 - 請求項２に記載のＺチルトステージにおいて、
前記第２のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角と前記第３のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θｔｉｌｔ１にされ、かつ前記第２のリフトと前記第２のスライダ間の傾斜角と前記第３のリフトと前記第３のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θｔｉｌｔ２にされ、θｔｉｌｔ１＞θｔｉｌｔ２とされることを特徴とするＺチルトステージ。 - 請求項２に記載のＺチルトステージにおいて、前記第２、第３の駆動機構がそれぞれ、前記第１のスライダ上に設けられていることを特徴とするＺチルトステージ。
- 請求項４に記載のＺチルトステージにおいて、
前記第２のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角と前記第３のスライダと前記第１のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θｔｉｌｔ１にされ、かつ前記第２のリフトと前記第２のスライダ間の傾斜角と前記第３のリフトと前記第３のスライダ間の傾斜角とが等しい角度θｔｉｌｔ２にされ、θｔｉｌｔ１＜θｔｉｌｔ２とされることを特徴とするＺチルトステージ。 - 請求項３あるいは５に記載のＺチルトステージにおいて、前記角度θｔｉｌｔ１が前記第１のリフトと前記第１のスライダ間の傾斜角θＺと等しくされることを特徴とするＺチルトステージ。
- 請求項６に記載のＺチルトステージにおいて、
前記角度θｔｉｌｔ１及びθｔｉｌｔ２、前記傾斜角θＺは４５度より小さくされることを特徴とするＺチルトステージ。 - 請求項７に記載のＺチルトステージにおいて、
前記Ｚアクチュエータは前記少なくとも２つのチルトアクチュエータより大きいことを特徴とするＺチルトステージ。
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