JP4580537B2

JP4580537B2 - XY stage

Info

Publication number: JP4580537B2
Application number: JP2000328498A
Authority: JP
Inventors: 晴彦小池; 健治田仲; 茂樹杉山
Original assignee: SIGMAKOKI Co Ltd
Current assignee: SIGMAKOKI Co Ltd
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2010-11-17
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: JP2002130281A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスライダがＸＹ軸方向に直線運動するＸＹステージに係り、特にステージ高を低く抑えたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直交座標対応ステージ（以下、ＸＹステージという）を図７に示す。Ｘステージ５はＸ軸ガイド１と、その上にＸ軸スライダ２をＸ軸方向に移動自在に設けて成る。Ｙステージ６は、Ｘ軸スライダ２と、それにＹ軸ガイド３を固着し、そのＹ軸ガイド３上にＹ軸スライダ４をＹ軸方向に移動自在に設けて成る。このように同様な構造のＸステージ５およびＹステージ６を縦方向に積み重ねて、Ｙステージ６上に載せた物体をＸＹ軸方向に移動できるように構成している。なお、図８は図７の矢視図であり、（ａ）はＡ矢視図、（ｂ）はＢ矢視図である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＸＹステージは、各ステージ５、６にガイド１、３及びスライダ２、４がそれぞれ別個に必要になっており、これらを縦方向ないし厚さ方向に積み重ねて構成してある。このためＸＹステージの高さは、各ステージの高さＬ₁、Ｌ₂をそのまま足した高さとなる。その結果、次のような問題があった。
【０００４】
（１）高さ方向の寸法低減ができないため、ＸＹステージを取り巻く装置やユニットがコンパクト化できず、材料、工数の削減ができない。
【０００５】
（２）ステージの積み重ねによる精度誤差の発生原因が増加するため、安定した位置決め精度が保証できず、製品の歩留まりも減少する。
【０００６】
（３）ＸＹステージ上にさらに他のステージを取り付ける場合、さらにステージ高が高くなるため、外観上すっきりせず、メンテナンス性が悪化する。
【０００７】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解消して、高さを抑え、安定した位置決め精度が保証でき、しかも他のステージ等をＸＹステージ内に収納することが可能なＸＹステージを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の手段は、Ｘ軸方向に互いに対向して設けられた一対のガイドレールと、前記一対のガイドレールに係合され、前記ガイドレールに沿ったＸ軸方向の移動が許容されて、Ｙ軸方向の移動が規制されるＸ軸スライダと、前記Ｘ軸スライダを囲むように装着されるとともに、前記Ｘ軸スライダの下面側に開口を形成するように折り返された折返し部を有し、前記一対のガイドレール間でＸ軸スライダに対するＹ軸方向の移動が許容され、前記Ｘ軸スライダにＹ軸ガイド機能をもたせて当該Ｙ軸ガイド機能によりＹ軸方向に移動するとともに、前記Ｘ軸スライダに対するＸ軸方向の移動が規制されてＸ軸スライダがＸ軸方向に移動するとそれに伴ってＸ軸方向に移動するＹ軸スライダと、を主たる構成要素として構成されるＸＹステージであって、前記一対のガイドレールと前記Ｘ軸スライダとの間、及び前記Ｘ軸スライダとＹ軸スライダとの間にガスを供給して、ガス圧によって前記Ｘ軸スライダ及び前記Ｙ軸スライダを支持する静圧ガス軸受を有し、前記Ｘ軸スライダに、該Ｘ軸スライダに対して前記Ｙ軸スライダが往復移動する範囲に亘って凹溝ないし開口部を設け、前記Ｙ軸スライダに、前記Ｘ軸スライダの凹溝ないし開口部と連通する開口部を設け、前記Ｘ軸スライダの凹溝ないし開口部と連通するＹ軸スライダの開口部及び前記Ｘ軸スライダの凹溝ないし開口部に、θ軸、Ｚ軸などのステージ（Ｘ軸ステージおよびＹ軸ステージは除く）又はピックアップなどのユニットを収納可能としたことを特徴とするＸＹステージである。
【０００９】
第１の手段によれば、Ｘ軸スライダにＹ軸スライダを囲むように装着するので、ＸステージにＹステージを積み上げるものに比べて、ＸＹステージの高さを抑えることができる。また、ＸＹステージの積み上げによる精度誤差の発生原因も減少するため、安定した位置決め精度が保証できる。また、Ｘ軸スライダ及びＹ軸スライダを支持する軸受を静圧ガス軸受としたので、ボールベアリングで接触支持するものと異なり、支持が非接触となるのでより安定した位置決め精度が保証できる。また、Ｙ軸スライダ、又はＹ軸スライダ及びＸ軸スライダに開口部を設けたので、この開口部に他のステージまたはユニットを積み上げることなく収納することができる。
【００１０】
第２の手段は、第１の手段にかかるＸＹステージにおいて、前記静圧ガス軸受に代えて磁気軸受を備えたＸＹステージである。これによれば、軸受を磁気軸受としたので、静圧ガス軸受と異なり真空中でも機能する。
【００１１】
第３の手段は、前記Ｘ軸スライダ及び前記Ｙ軸スライダを移動させる駆動源を備え、該駆動源をリニアモータとした第１または第２の手段にかかるＸＹステージである。これによれば、Ｘ軸スライダ及び前記Ｙ軸スライダを移動させる駆動源としたので、ボールネジ機構と比べて、一層安定した位置決め精度が保証できる。
【００１３】
第４の手段は、前記開口部に前記θ軸、Ｚ軸などのステージ又はピックアップなどのユニットが収納されている第１乃至第３の手段にかかるＸＹステージである。これによれば、Ｙ軸スライダ、又はＹ軸スライダ及びＸ軸スライダの開口部にθ軸、Ｚ軸などのステージまたはユニットが収納されているので、ステージ高を抑えることができ、外観上もすっきりした状態になり、装置のメンテナンス性も向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態によるＸＹステージの基本構成を示す斜視図である。ＸＹステージは、一対のガイドレール１０と、Ｘ軸スライダ２０と、Ｙ軸スライダ３０とから主に構成される。これらに使用する材料は、例えば、アルミニウム、鉄、グラナイト（御影石）、セラミックス等である。
【００１５】
一対のガイドレール１０は互いに対向するガイド溝１１を持ち、Ｘ軸方向に延在して平行に設けられる。一対のガイドレール１０は図示しない定盤に固定される。
【００１６】
一対のガイドレール１０の間にＸ軸スライダ２０が係合される。Ｘ軸スライダ２０は矩形平板状をしており、その両端部がそれぞれ対向するガイド溝１１に嵌め込まれて係合され、ガイド溝１１に沿ってＸ軸方向の移動は許容されるが、Ｙ軸方向の動きは規制されるようになっている。したがってＸ軸スライダ２０は一対のガイドレール１０に沿ってＸ軸方向に往復運動できる。
【００１７】
なお、ガイドレール１０に設けたガイド溝１１をＸ軸スライダ２０側に設け、ガイドレール１０側にＸ軸スライダ２０に設けたガイド溝に嵌まる凸条を設けるようにしてもよい。ガイドレール１０とＸ軸スライダ２０との係合部は、後述する３つの面で支持されていればよく、ガイド溝の形状は問わない。
【００１８】
前記Ｘ軸スライダ２０を囲むようにＹ軸スライダ３０が装着されている。Ｙ軸スライダ３０は、矩形平板状のＸ軸スライダ２０の断面形状に合致するように、断面略コ字型をしている。その略コ字型をしたＹ軸スライダ３０の開口部３２が内側に折り返されて折返し部３１が形成されている。Ｘ軸スライダ２０への装着は、略コ字型の開口部３２を下にして、その折返し部３１でＸ軸スライダ２０の下面を支える格好になっている。なお、Ｙ軸スライダ３０は上部が開口していてもよく、さらには全く開口していない断面略ロ字型をしたものでもよい。
【００１９】
これによりガイド溝１１に係合するＸ軸スライダ２０の幅方向の両端部は、Ｙ軸スライダ３０によって上面、側面、下面の３面が支持される。そしてＹ軸スライダ３０はＸ軸スライダ２０に装着されることにより、Ｘ軸スライダ２０に対してＸ軸方向の動きが規制されて、Ｘ軸スライダ２０がＸ軸方向に移動するとそれに伴ってＸ軸方向に移動する。また、Ｘ軸スライダ２０に対してＹ軸方向の動きが許容されて、Ｘ軸スライダ２０に対してＹ軸方向に移動できるようになっている。Ｘ軸スライダ２０はスライドするだけでなく、Ｘ軸スライダ２０に対してＹ軸スライダ３０をＹ軸方向に移動させるガイドも兼ねている。また、Ｙ軸スライダ３０の上部が、ＸＹ軸運動をさせる対象を載せるトッププレートとなる。
【００２０】
この実施の形態では、Ｘ軸スライダ２０及びＹ軸スライダ３０を支持するのに静圧ガス軸受を用いている。これを図２で説明する。
【００２１】
図２（ａ）は図１のＡ矢視図である。一対のガイドレール１０のガイド溝１１とＸ軸スライダ２０との間に静圧ガス軸受４０が設けられる。静圧ガス軸受４０は３面支持としている。Ｘ軸スライダ２０両端部の上面、側面、下面にガス噴出口４１が設けられ、ガイドレール１０のガイド溝１１の前記三面に対応する溝の上面、側面、下面でガス噴出口４１から噴出されるガスを受け止めるようになっている。下面でＸ軸スライダ２０、Ｙ軸スライダ３０及びＹ軸スライダ３０上に載るユニット等の総重量を支え、上面でＸ軸スライダ２０のＺ軸方向の移動を拘束し、側面でＸ軸スライダ２０のＹ軸方向の移動を拘束する。これにより、Ｘ軸スライダ２０を一対のガイドレール１０に沿ってＹ軸方向に非接触で往復移動自在としている。
【００２２】
また、図２（ｂ）は図１のＢ矢視図である。同様にして、Ｘ軸スライダ２０とＹ軸スライダ３０との間にも静圧ガス軸受５３が設けられる。静圧ガス軸受５３は３面支持としている。Ｙ軸スライダ３０の両端内側の上面、側面、下面にガス噴出口５１が設けられ、Ｘ軸スライダ２０の前記３面に対応する両端の上面、側面、下面でガス噴出口５１から噴出されるガスを受け止めるようになっている。
上面でＹ軸スライダ３０及びＹ軸スライダ３０上に載るユニット等の総重量を支え、下面でＹ軸スライダ３０のＺ軸方向の移動を拘束し、側面でＹ軸スライダ３０のＸ軸方向の移動を拘束する。これによりＹ軸スライダ３０をＸ軸スライダ２０に沿ってＹ軸方向に非接触で往復移動自在としている。
【００２３】
ガス噴出口４１、５１は、Ｘ軸スライダ２０またはＹ軸スライダ３０の移動方向に沿って多数設けられる。また、ガスとしては空気がよい。空気などのガスを一定の圧力でガス噴出口４１、５１から吹き出すことにより、Ｘ軸スライダ２０及びＹ軸スライダい３０のバランスをとり非接触の往復運動を可能とする。
【００２４】
上記実施の形態によれば、Ｘ軸スライダ２０に略コ字型のＹ軸スライダ３０を囲むように装着するので、ＸステージにＹステージを積み上げるものに比べて、装置の高さを低く抑えることができる。Ｙ軸スライダ３０の上面３４がトッププレートになるが、その上面３４と一対のガイドレール１０の上面１２を面一にして、さらにＸＹステージの高さを低くすることもできる。図示例の場合には、トッププレートに載るユニットが一対のガイドレール１０に跨がることを考慮して、両者の高差を数ｍｍから数十ｍｍ程度とってある。また、Ｙ軸スライダ３０と定盤５０とが接触して、定盤５０がＹ軸スライダ３０の移動を損なわないように、Ｙ軸スライダ３０は定盤５０の上面から浮かして支持している。なお、定盤５０の上面を削り取ったり、定盤５０に開口部を設けるようにしてもよい。
【００２５】
また、Ｘ軸スライダ２０の外周にＹ軸スライダ３０を装着し、Ｘステージ内にＹステージを組み込むようにして、Ｘ軸スライダにＹ軸ガイドの機能をもたせて、専用のＹ軸ガイドを排するようにした。そのため、ＸＹステージの積み上げによる精度誤差の発生原因も減少するため、ＸＹステージとして安定した位置決め精度が保証できる。また、Ｘ軸スライダ２０及びＹ軸スライダ３０を移動させる駆動源を静圧ガス軸受４０、５０としたので、ボールベアリングで接触支持するものと異なり、支持が非接触となるのでより安定した位置決め精度が保証できる。特に、ガスに空気を使用すれば実施化が容易であり、経済的である。
【００２６】
また、定盤５０に対するＹ軸スライダ３０の上面３４の高さは、一対のガイドレール１０の上面１２の高さよりも若干高いか、同一高さとする。Ｙ軸スライダ３０の高さをガイドレール１０よりも低くすると、Ｙ軸スライダ３０の上面の静圧ガス軸受の形成が困難になるからである。
【００２７】
図３は、図１の基本構成に、Ｘ軸スライダ２０及びＹ軸スライダ３０の駆動源を組込んだ、より具体的なＸＹステージの斜視図である。駆動源として、より高精度なリニアモータを使用している。なおリニアモータに代えてボールネジ機構としてもよい。Ｘ軸スライダ２０を移動させるＸ軸リニアモータ６０は一対のガイドレール１０間に設けてある。ロッド状の固定子６１に装着されたＸ軸リニアモータ６０の可動子６２をＸ軸スライダ２０の下部に固着することで、Ｘ軸スライダ２０を往復動自在としている。また、Ｙ軸スライダ３０を往復移動させるＹ軸リニアモータ７０は、Ｘ軸スライダ２０に凹み２１を設けて、その凹み２１にＹ軸リニアモータ７０を収納することで、ステージ高を抑えるようにしてある。
【００２８】
図３では、便宜上、ＸＹ軸にリニアモータを１個づつ配置しているが、実際には図４（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示すように、ＸＹ軸にそれぞれ一対のリニアモータ６０、７０を配置して、安定移動を図っている。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、Ｘ軸スライダ２０を移動させるＸ軸リニアモータ６０は、一対のガイドレール１０間であって、Ｘ軸スライダ２０の幅方向の両側に配置される。一対のガイドレール１０を固定した定盤５０の表面の一部に凹溝５４設け、その凹溝５４にＸ軸リニアモータ６０を沈めることで、Ｘステージ高を抑えている。
【００３０】
また図４（ｂ）に示すように、Ｙ軸スライダ３０を移動させるＹ軸リニアモータ７０は、Ｘ軸スライダ２０の上面部に凹部２１を設け、その凹部２１にＹ軸リニアモータ７０を沈めることで、Ｙステージ高を抑えている。ロッド状の固定子７１に装着されたＹ軸リニアモータ７０の可動子７２をＹ軸スライダ３０の上部に固着することで、Ｙ軸スライダ３０を往復動自在としている。
【００３１】
図４（ｂ）からわかるように、Ｘ軸リニアモータ６０の可動子６２を断面コ字型のＹ軸スライダ３０の中空部に挿通されたＸ軸スライダ２０に固定するために、Ｙ軸スライダ３０の断面形状を底部が閉じたロ字型とはせずに、底部が開口したコ字型としている。そして可動子６２は、開口部３２から覗いているＸ軸スライダ２０の底部に連結部材で固着してある。
【００３２】
このようにＸ軸スライダ２０及びＹ軸スライダ３０を移動させる駆動源をリニアモータ６０、７０としたので、μｍオーダの移動距離精度しか発揮し得ないボールネジ機構と比べて、ｎｍオーダの精度を発揮して、一層安定した位置決め精度が保証できる。また、ＸＹ軸双方とも一対のリニアモータ６０、７０で２軸駆動するようにしたので、安定走行を保証できる。
【００３３】
図５〜図６は変形例を示す構成図であり、ＸＹステージにさらに第３のユニットを組込んだ複合ステージを示す。図５は複合ステージの斜視図、図６は図５のＡ矢視中央断面図を示し、（ａ）は第３のユニット等を搭載する前の図、（ｂ）は第３のユニットを搭載した後の図である。
【００３４】
第３のユニットを組込むために、少なくともＹ軸スライダ３０の上部に第３のユニット８０を収納するための幅Ｗ₂をもつ凹溝ないし開口部３３を開ける。第３のユニット８０の高さが高い場合には、必要に応じて、Ｘ軸スライダ２０にもＹ軸スライダ３０の開口部３３と連通する凹溝ないし開口部２２を開ける。Ｘ軸スライダ２０に開ける凹溝ないし開口部２２は、その幅Ｗ₁を、Ｘ軸スライダ２０に対してＹ軸スライダ３０が往復移動する関係からＹ軸スライダ３０の往復移動範囲に亘って開ける必要がある。このようにして開けたＹ軸スライダ３０、及びＸ軸スライダ２０の開口部３３、２２に、θ軸、Ｚ軸などのステージ又はピックアップなどのユニット８０を収容する。
【００３５】
この実施の形態によれば、Ｙ軸スライダ３０に開けた開口部３３と連通する開口部２２をＸ軸スライダ２０に設けたので、この開口部３３及びこれと連通する開口部２２に他のステージまたはユニット８０を、積み上げることなく収納することができる。その結果、Ｘ軸スライダ２０の開口部２２及びＹ軸スライダ３０の開口部３３に前記θ軸、Ｚ軸などのステージまたはユニット８０を収納できて高さを抑えることができ、外観上すっきりした状態になり、装置のメンテナンス性も向上する。
【００３６】
以上述べたように本実施の形態によれば、Ｘ軸スライダとＹ軸ガイドを１つの部材で共用しＸステージにＹステージを組みこむようにしたので、Ｘ軸スライダとＹ軸ガイドを別部材としてＸステージ上にＹステージを積み上げるものと比べて、高さ方向の寸法を低減できる。このためＸＹステージを取り巻く装置やユニットのコンパクト化が図れ、材料、工数の削減ができる。
【００３７】
また、本実施の形態によれば、従来のようなステージの積み重ねがないので、ステージの積み重ねに起因する精度誤差の発生原因が減少する。したがって安定した位置決め精度が保証でき、製品の歩留まりが増加する。また、スライダの支持手段に非接触型の静圧ガス軸受を採用し、スライダの駆動源にリニアモータを使用したので、上記構成と相俟ってステージの位置決め精度を向上できる。
【００３８】
また、スライダの中央部に孔を開け、そこに他のユニット（リニアモータ、スケール、等）や他の軸（θ軸、Ｚ軸、等）を入れ込むようにしたので、その分の高さの積み上げもキャンセルすることができる。従って、第３の要素が入る複合ステージにしても、ステージ高が高くならず、外観上すっきし、メンテナンス性が良好になる。
【００３９】
なお、上述した実施の形態では、Ｘ軸スライダおよびＹ軸スライダの支持方法に静圧ガス軸受を用いたが、これに代えてＮＳ極の反発を利用した磁気軸受を備えるようにしてもよい。磁気軸受を構成する磁石は永久磁石でも、偏平コイル等を使った電磁石でもよい。特に、軸受を磁気軸受とすると、真空中では機能しない静圧ガス軸受と異なり、真空中でも機能するという利点がある。したがって、露光装置、半導体製造装置などを収容するクリーンルーム等での使用に最適である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｘ軸スライダにＹ軸スライダ装着してＸ軸スライダにＹ軸スライダのガイドを兼用させるようにしたので、兼用させない従来の積み上げタイプのものに比べて、高さ方向への寸法を抑えることができる。また、スライダの支持手段に静圧ガス軸受を使用したので、安定した位置決め精度が保証できる。
さらに、Ｙ軸スライダやＸ軸スライダに開口部を設けて、そこに他のステージ等を収納できるようにしたので、この場合にもステージ高を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態によるＸＹステージの基本構成を示す斜視図である。
【図２】図１の矢視図を示し、（ａ）はＡ矢視図、（ｂ）はＢ矢視図である。
【図３】実施の形態によるＸＹステージの具体的な構成を示す斜視図である。
【図４】図３の矢視図を示し、（ａ）はＡ矢視中央断面図、（ｂ）はＢ矢視中央断面図である。
【図５】実施の形態によるＸＹステージの応用例の構成を示す斜視図である。
【図６】図５のＡ矢視図を示し、（ａ）はユニットを装着する前、（ｂ）はユニットを装着した中央断面図である。
【図７】従来例によるＸＹステージの構成を示す斜視図である。
【図８】図７の矢視図を示し、（ａ）はＡ矢視図、（ｂ）はＢ矢視図である。
【符号の説明】
１１ガイド溝
１０ガイドレール
２０Ｘ軸スライダ
３０Ｙ軸スライダ
４０静圧ガス軸受
５０静圧ガス軸受[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an XY stage in which a slider linearly moves in the XY axis direction, and particularly relates to a stage whose height is kept low.
[0002]
[Prior art]
A conventional Cartesian coordinate stage (hereinafter referred to as an XY stage) is shown in FIG. The X stage 5 includes an X-axis guide 1 and an X-axis slider 2 provided on the X-axis guide 1 so as to be movable in the X-axis direction. The Y stage 6 has an X-axis slider 2 and a Y-axis guide 3 fixed thereto, and a Y-axis slider 4 is provided on the Y-axis guide 3 so as to be movable in the Y-axis direction. As described above, the X stage 5 and the Y stage 6 having the same structure are stacked in the vertical direction so that the object placed on the Y stage 6 can be moved in the XY axis direction. 8 is an arrow view of FIG. 7, (a) is an A arrow view, and (b) is an B arrow view.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional XY stage described above, the guides 1 and 3 and the sliders 2 and 4 are separately required for the stages 5 and 6, respectively, and these are stacked in the vertical direction or the thickness direction. For this reason, the height of the XY stage is a height obtained by adding the heights L ₁ and L ₂ of each stage as they are. As a result, there were the following problems.
[0004]
(1) Since the dimension in the height direction cannot be reduced, the device or unit surrounding the XY stage cannot be made compact, and the material and man-hours cannot be reduced.
[0005]
(2) Since the causes of accuracy errors due to stacking of stages increase, stable positioning accuracy cannot be guaranteed, and the product yield also decreases.
[0006]
(3) When another stage is mounted on the XY stage, the stage height is further increased, so that the appearance is not refreshed and the maintainability is deteriorated.
[0007]
An object of the present invention is to provide an XY stage that eliminates the above-mentioned problems of the prior art, suppresses the height, guarantees stable positioning accuracy, and can store other stages in the XY stage. It is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The first means is engaged with the pair of guide rails provided opposite to each other in the X-axis direction and the pair of guide rails, and is allowed to move in the X-axis direction along the guide rails. has a X-axis slider in the axial movement is restricted, the X is attached so as to surround the shaft slider Rutotomoni, a folded portion folded back so as to form an opening in the lower surface of the X-axis slider, the Movement in the Y-axis direction with respect to the X-axis slider is allowed between a pair of guide rails , the Y-axis guide function is given to the X-axis slider, and the Y-axis guide function moves in the Y-axis direction . a and Y axis slider moving in the X-axis direction X-axis slider is restricted to move in the X-axis direction along with it when moving in X-axis direction, to a XY stage configured as main components , Between said pair of guide rails the X-axis slider, and said gas being fed between the X-axis slider and the Y-axis slider, static supporting the X-axis slider and the Y-axis slider by the gas pressure has a pressure gas bearings, the X-axis slider is provided with a concave groove or opening over a range of the Y axis sliders with respect to the X-axis slider reciprocates, the Y-axis slider, the X-axis An opening communicating with the groove or opening of the slider is provided, and the opening of the Y-axis slider communicating with the groove or opening of the X-axis slider and the groove or opening of the X-axis slider have a θ-axis, The XY stage is characterized in that a stage such as a Z axis (excluding the X axis stage and the Y axis stage) or a unit such as a pickup can be accommodated.
[0009]
According to the first means, since the X-axis slider is mounted so as to surround the Y-axis slider, the height of the XY stage can be suppressed as compared with the case where the Y stage is stacked on the X stage. In addition, since the cause of the accuracy error due to the stacked XY stages is reduced, stable positioning accuracy can be guaranteed. In addition, since the bearing that supports the X-axis slider and the Y-axis slider is a static pressure gas bearing, unlike the contact support by the ball bearing, the support becomes non-contact, so that more stable positioning accuracy can be guaranteed. Further, since the opening is provided in the Y-axis slider, or the Y-axis slider and the X-axis slider, other stages or units can be accommodated in this opening without being stacked.
[0010]
The second means is an XY stage including a magnetic bearing in place of the static pressure gas bearing in the XY stage according to the first means . According to this, since the bearing is a magnetic bearing, it functions even in a vacuum unlike a static pressure gas bearing.
[0011]
The third means is an XY stage according to the first or second means which includes a drive source for moving the X-axis slider and the Y-axis slider and uses the drive source as a linear motor. According to this, since the driving source for moving the X-axis slider and the Y-axis slider is used, a more stable positioning accuracy can be guaranteed as compared with the ball screw mechanism.
[0013]
A fourth means is an XY stage according to first to third means in which a stage such as the θ-axis and Z-axis or a unit such as a pickup is accommodated in the opening. According to this, since the stage or unit such as the θ-axis and the Z-axis is housed in the Y-axis slider, or the opening of the Y-axis slider and the X-axis slider, the stage height can be suppressed and the appearance is also clean. Thus, the maintainability of the apparatus is improved.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration of an XY stage according to the present embodiment. The XY stage mainly includes a pair of guide rails 10, an X-axis slider 20, and a Y-axis slider 30. Materials used for these include, for example, aluminum, iron, granite (granite), ceramics, and the like.
[0015]
The pair of guide rails 10 have guide grooves 11 facing each other, and extend in the X-axis direction and are provided in parallel. The pair of guide rails 10 are fixed to a surface plate (not shown).
[0016]
An X-axis slider 20 is engaged between the pair of guide rails 10. The X-axis slider 20 has a rectangular flat plate shape, and both end portions thereof are fitted into and engaged with the opposing guide grooves 11, and movement in the X-axis direction along the guide grooves 11 is allowed. Directional movement is regulated. Therefore, the X-axis slider 20 can reciprocate in the X-axis direction along the pair of guide rails 10.
[0017]
The guide groove 11 provided in the guide rail 10 may be provided on the X-axis slider 20 side, and a protrusion that fits in the guide groove provided on the X-axis slider 20 may be provided on the guide rail 10 side. The engaging portion between the guide rail 10 and the X-axis slider 20 only needs to be supported by three surfaces described later, and the shape of the guide groove is not limited.
[0018]
A Y-axis slider 30 is mounted so as to surround the X-axis slider 20. The Y-axis slider 30 has a substantially U-shaped cross section so as to match the cross-sectional shape of the X-axis slider 20 having a rectangular flat plate shape. An opening 32 of the substantially U-shaped Y-axis slider 30 is folded back inward to form a folded portion 31. Mounting to the X-axis slider 20 is such that the substantially U-shaped opening 32 faces downward and the folded portion 31 supports the lower surface of the X-axis slider 20. The Y-axis slider 30 may be open at the top, or may have a substantially rectangular shape with no opening at all.
[0019]
As a result, the Y-axis slider 30 supports the upper surface, the side surface, and the lower surface at both ends in the width direction of the X-axis slider 20 that engages with the guide groove 11. The Y-axis slider 30 is attached to the X-axis slider 20 so that the movement in the X-axis direction relative to the X-axis slider 20 is restricted. When the X-axis slider 20 moves in the X-axis direction, the X-axis slider 20 moves accordingly. Move in the direction. Further, the movement in the Y-axis direction is allowed with respect to the X-axis slider 20 so that the X-axis slider 20 can move in the Y-axis direction. The X-axis slider 20 not only slides but also serves as a guide for moving the Y-axis slider 30 in the Y-axis direction with respect to the X-axis slider 20. Further, the upper part of the Y-axis slider 30 serves as a top plate on which an object to be moved in the XY-axis is placed.
[0020]
In this embodiment, a static pressure gas bearing is used to support the X-axis slider 20 and the Y-axis slider 30. This will be described with reference to FIG.
[0021]
FIG. 2A is a view taken in the direction of arrow A in FIG. A static pressure gas bearing 40 is provided between the guide groove 11 of the pair of guide rails 10 and the X-axis slider 20. The static pressure gas bearing 40 is supported on three surfaces. Gas ejection ports 41 are provided on the upper surface, side surface, and lower surface of both ends of the X-axis slider 20, and are ejected from the gas ejection ports 41 on the upper surface, side surface, and lower surface of the groove corresponding to the three surfaces of the guide groove 11 of the guide rail 10. The gas is received. The lower surface supports the total weight of the X-axis slider 20, the Y-axis slider 30, and the unit mounted on the Y-axis slider 30, the upper surface restrains the movement of the X-axis slider 20 in the Z-axis direction, and the side surface of the X-axis slider 20 Restrains movement in the Y-axis direction. As a result, the X-axis slider 20 is reciprocally movable along the pair of guide rails 10 in a non-contact manner in the Y-axis direction.
[0022]
Moreover, FIG.2 (b) is a B arrow view of FIG. Similarly, a static pressure gas bearing 53 is provided between the X-axis slider 20 and the Y-axis slider 30. The static pressure gas bearing 53 is supported on three surfaces. Gas jets 51 are provided on the top, side, and bottom surfaces inside both ends of the Y-axis slider 30, and the gas ejected from the gas jets 51 on the top, side, and bottom of both ends corresponding to the three surfaces of the X-axis slider 20. It has come to accept.
The upper surface supports the total weight of the Y-axis slider 30 and the unit mounted on the Y-axis slider 30, the lower surface restrains the movement of the Y-axis slider 30 in the Z-axis direction, and the side surface moves the Y-axis slider 30 in the X-axis direction. Is restrained. As a result, the Y-axis slider 30 can be reciprocally moved along the X-axis slider 20 in a non-contact manner in the Y-axis direction.
[0023]
A large number of gas outlets 41 and 51 are provided along the moving direction of the X-axis slider 20 or the Y-axis slider 30. Moreover, air is good as the gas. By blowing a gas such as air from the gas outlets 41 and 51 at a constant pressure, the X-axis slider 20 and the Y-axis slider 30 are balanced to enable non-contact reciprocating motion.
[0024]
According to the above-described embodiment, since the substantially U-shaped Y-axis slider 30 is mounted on the X-axis slider 20, the height of the apparatus can be suppressed lower than that in which the Y stage is stacked on the X stage. Can do. Although the upper surface 34 of the Y-axis slider 30 serves as a top plate, the upper surface 34 and the upper surface 12 of the pair of guide rails 10 may be flush with each other to further reduce the height of the XY stage. In the case of the illustrated example, considering that the unit placed on the top plate straddles the pair of guide rails 10, the height difference between them is set to about several millimeters to several tens of millimeters. Further, the Y-axis slider 30 is supported by being floated from the upper surface of the surface plate 50 so that the Y-axis slider 30 and the surface plate 50 are in contact with each other and the surface plate 50 does not impair the movement of the Y-axis slider 30. The top surface of the surface plate 50 may be scraped off or an opening may be provided in the surface plate 50.
[0025]
Further, the Y-axis slider 30 is mounted on the outer periphery of the X-axis slider 20, and the Y-stage is incorporated in the X-stage so that the X-axis slider has the function of the Y-axis guide and the dedicated Y-axis guide is removed. I did it. As a result, the cause of the accuracy error due to the accumulation of the XY stages is reduced, so that stable positioning accuracy can be guaranteed as the XY stage. Further, since the driving source for moving the X-axis slider 20 and the Y-axis slider 30 is the static pressure gas bearings 40 and 50, the support becomes non-contact unlike the contact support by the ball bearing, so that the positioning accuracy is more stable. Can be guaranteed. In particular, if air is used for the gas, implementation is easy and economical.
[0026]
The height of the upper surface 34 of the Y-axis slider 30 with respect to the surface plate 50 is slightly higher than or equal to the height of the upper surface 12 of the pair of guide rails 10. This is because if the height of the Y-axis slider 30 is lower than that of the guide rail 10, it becomes difficult to form a static pressure gas bearing on the upper surface of the Y-axis slider 30.
[0027]
FIG. 3 is a perspective view of a more specific XY stage in which drive sources for the X-axis slider 20 and the Y-axis slider 30 are incorporated in the basic configuration of FIG. A higher-precision linear motor is used as the drive source. A ball screw mechanism may be used instead of the linear motor. An X-axis linear motor 60 that moves the X-axis slider 20 is provided between the pair of guide rails 10. The mover 62 of the X-axis linear motor 60 mounted on the rod-shaped stator 61 is fixed to the lower part of the X-axis slider 20 so that the X-axis slider 20 can reciprocate. In addition, the Y-axis linear motor 70 that reciprocates the Y-axis slider 30 is provided with a recess 21 in the X-axis slider 20, and the Y-axis linear motor 70 is accommodated in the recess 21 so as to suppress the stage height. is there.
[0028]
In FIG. 3, for convenience, one linear motor is arranged on the XY axis, but actually, as shown in FIGS. 4A and 4B, a pair of linear motors 60 and 70 are arranged on the XY axis. For stable movement.
[0029]
As shown in FIG. 4A, the X-axis linear motor 60 that moves the X-axis slider 20 is disposed between the pair of guide rails 10 and on both sides in the width direction of the X-axis slider 20. A concave groove 54 is provided in a part of the surface of the surface plate 50 to which the pair of guide rails 10 are fixed, and the X-axis linear motor 60 is submerged in the concave groove 54 to suppress the X stage height.
[0030]
4B, the Y-axis linear motor 70 that moves the Y-axis slider 30 is provided with a recess 21 on the upper surface of the X-axis slider 20, and the Y-axis linear motor 70 is submerged in the recess 21. Therefore, the Y stage height is suppressed. By fixing the mover 72 of the Y-axis linear motor 70 mounted on the rod-shaped stator 71 to the upper part of the Y-axis slider 30, the Y-axis slider 30 can reciprocate.
[0031]
4B, in order to fix the mover 62 of the X-axis linear motor 60 to the X-axis slider 20 inserted through the hollow portion of the Y-axis slider 30 having a U-shaped cross section, the Y-axis slider 30 is fixed. The cross-sectional shape is not a square shape with a closed bottom, but a U shape with an open bottom. The mover 62 is fixed to the bottom of the X-axis slider 20 looking through the opening 32 with a connecting member.
[0032]
Since the linear motors 60 and 70 are used as the driving source for moving the X-axis slider 20 and the Y-axis slider 30 in this way, the accuracy of the nm order is demonstrated compared to the ball screw mechanism that can only exhibit the movement distance accuracy of the μm order. Thus, more stable positioning accuracy can be guaranteed. In addition, since both the XY axes are driven in two axes by the pair of linear motors 60 and 70, stable running can be guaranteed.
[0033]
FIG. 5 to FIG. 6 are configuration diagrams showing modifications, and show a composite stage in which a third unit is further incorporated in the XY stage. 5 is a perspective view of the composite stage, FIG. 6 is a central sectional view taken along arrow A in FIG. 5, (a) is a view before mounting the third unit, and (b) is mounted with the third unit. FIG.
[0034]
In order to incorporate the third unit, a groove or opening 33 having a width W ₂ for accommodating the third unit 80 is opened at least above the Y-axis slider 30. When the height of the third unit 80 is high, a groove or opening 22 communicating with the opening 33 of the Y-axis slider 30 is also opened in the X-axis slider 20 as necessary. The concave groove or opening 22 opened in the X-axis slider 20 needs to open its width W ₁ over the reciprocating range of the Y-axis slider 30 because the Y-axis slider 30 reciprocates relative to the X-axis slider 20. There is. The Y-axis slider 30 and the openings 33 and 22 of the X-axis slider 20 thus opened accommodate a stage 80 such as a θ-axis and a Z-axis or a unit 80 such as a pickup.
[0035]
According to this embodiment, since the opening portion 22 communicating with the opening portion 33 opened in the Y-axis slider 30 is provided in the X-axis slider 20, another stage is connected to the opening portion 33 and the opening portion 22 communicating with the opening portion 33. Alternatively, the units 80 can be stored without being stacked. As a result, the stage such as the θ axis and the Z axis or the unit 80 can be accommodated in the opening 22 of the X-axis slider 20 and the opening 33 of the Y-axis slider 30, and the height can be suppressed, and the appearance is clean. Thus, the maintainability of the apparatus is also improved.
[0036]
As described above, according to the present embodiment, since the X-axis slider and the Y-axis guide are shared by one member and the Y stage is incorporated into the X stage, the X-axis slider and the Y-axis guide are used as separate members. Compared with stacking the Y stage on the X stage, the height dimension can be reduced. For this reason, the apparatus and unit surrounding the XY stage can be made compact, and materials and man-hours can be reduced.
[0037]
In addition, according to the present embodiment, there is no stage stacking as in the prior art, so that the cause of occurrence of accuracy error due to stage stacking is reduced. Therefore, stable positioning accuracy can be guaranteed and the product yield increases. Further, since a non-contact type static pressure gas bearing is used as the support means of the slider and a linear motor is used as the drive source of the slider, the positioning accuracy of the stage can be improved in combination with the above configuration.
[0038]
Also, a hole was made in the center of the slider, and other units (linear motor, scale, etc.) and other shafts (θ-axis, Z-axis, etc.) were inserted into it. Can be canceled. Therefore, even in the composite stage in which the third element is inserted, the stage height is not increased, the appearance is refreshed, and the maintainability is improved.
[0039]
In the above-described embodiment, the static pressure gas bearing is used as the method for supporting the X-axis slider and the Y-axis slider. However, a magnetic bearing using the repulsion of the NS pole may be provided instead. The magnet constituting the magnetic bearing may be a permanent magnet or an electromagnet using a flat coil or the like. In particular, when the bearing is a magnetic bearing, unlike a static pressure gas bearing that does not function in a vacuum, there is an advantage that it functions in a vacuum. Therefore, it is optimal for use in a clean room or the like that accommodates an exposure apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus, and the like.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, the Y-axis slider is mounted on the X-axis slider and the X-axis slider is also used as the guide for the Y-axis slider. Dimensions can be reduced. In addition, since a static pressure gas bearing is used as the support means of the slider, stable positioning accuracy can be guaranteed.
In addition, since an opening is provided in the Y-axis slider or the X-axis slider so that other stages can be accommodated therein, the stage height can be kept low in this case as well.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration of an XY stage according to an embodiment.
2A and 2B are views as viewed in the direction of an arrow in FIG. 1, where FIG. 2A is a view as viewed from an arrow A, and FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a specific configuration of an XY stage according to the embodiment.
4 shows a view in the direction of the arrow in FIG. 3, wherein (a) is a central cross-sectional view taken along the arrow A, and (b) is a central cross-sectional view taken along the direction B.
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of an application example of an XY stage according to the embodiment.
6A and 6B are views taken along an arrow A in FIG. 5, where FIG. 6A is a cross-sectional view of the center before the unit is mounted, and FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an XY stage according to a conventional example.
8A and 8B are views as viewed in the direction of an arrow in FIG.
[Explanation of symbols]
11 Guide groove 10 Guide rail 20 X-axis slider 30 Y-axis slider 40 Static pressure gas bearing 50 Static pressure gas bearing

Claims

A pair of guide rails provided opposite to each other in the X-axis direction;
An X-axis slider that is engaged with the pair of guide rails, is allowed to move in the X-axis direction along the guide rails, and is restricted from moving in the Y-axis direction;
Mounted so as to surround the X-axis slider Rutotomoni has a folded portion folded back so as to form an opening in the lower surface of the X-axis slider, Y-axis direction with respect to the X-axis slider between said pair of guide rails Movement is allowed, the X-axis slider is provided with a Y-axis guide function and moved in the Y-axis direction by the Y-axis guide function, and movement in the X-axis direction with respect to the X-axis slider is restricted, so that the X-axis slider A Y-axis slider that moves in the X-axis direction when moving in the X-axis direction;
XY stage configured as a main component,
Static pressure that supplies gas between the pair of guide rails and the X-axis slider and between the X-axis slider and the Y-axis slider and supports the X-axis slider and the Y-axis slider by gas pressure. It has a gas bearings,
The X-axis slider is provided with a groove or an opening over a range in which the Y-axis slider reciprocates with respect to the X-axis slider.
The Y-axis slider is provided with an opening communicating with the groove or opening of the X-axis slider,
Stages such as the θ-axis and Z-axis (excluding the X-axis stage and the Y-axis stage) are provided in the opening of the Y-axis slider communicating with the groove or opening of the X-axis slider and the groove or opening of the X-axis slider. ) Or an XY stage characterized in that a unit such as a pickup can be stored .

The XY stage according to claim 1, further comprising a magnetic bearing instead of the static pressure gas bearing.

The XY stage according to claim 1, further comprising a drive source for moving the X-axis slider and the Y-axis slider, wherein the drive source is a linear motor.

Wherein θ axis, XY stage according to either Re without gall claims 1 to 3 units, such as the stage or the pickup is housed in the Z-axis in the opening.