JP4632569B2 - Stage equipment - Google Patents

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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はステージ装置に関し、更に詳しくは高速移動と高位置決め精度を必要とする、例えば荷電ビーム描画装置や荷電ビーム検査装置等の精密機器に好適なステージ装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来、精密位置決め装置、例えば真空中で使用される荷電ビーム描画装置や荷電ビーム検査装置で使用されるXYステージ装置では、高精度の位置決めを行うために剛性が高く且つ非磁性材料であるセラミックスをステージ構成部材として用い、ステージの高速移動と高分解能位置決めを行うために超音波モータが使用されている(特開2000−58629号公報参照)。
【0003】
上記超音波モータ駆動方式のステージ装置では、小型の超音波モータを使用することにより、外部駆動部を持つネジ送り機構を用いたステージ装置に比べて小型のステージ装置を実現することができる。
【0004】
図4は、このようなステージ装置を示すもので、符号2は平板状をした基盤を示している。この基盤2上には第1ステージ3と第2ステージ4とが順次配置されており、図示されていないが、上記第2ステージ4上には半導体ウエハ等の試料を載置するための試料ステージが設置される。
【0005】
第1ステージ3の下方には、図5に示すようなV溝を有し対向する一対のガイドレール20と、該ガイドレールのV溝間に複数のコロ21をクロス状に介装して構成される一対のクロスローラガイド5が、所定間隔を置いて平行に配置されており、これにより第1ステージ3がx方向に移動可能とされている。同様に、第2ステージ4の下方には、第1ステージ3との間にクロスローラガイド6が所定間隔を置いて平行に配置されており、これにより第2ステージ4がy方向に移動可能とされている。
【0006】
上記第1ステージ3および第2ステージ4の駆動手段には超音波モータが使用されている。即ち、図2(a)に示すように、第1ステージ3を駆動する超音波モータ7が、基盤2上に配置されており、第1ステージ3の下面に取り付けられた第1被駆動部材9の圧接面9aに対して超音波モータ7の摩擦材10を当接させ、この状態で超音波モータ7を駆動させると、摩擦材10が第1ステージ3と平行な平面内で楕円運動し、第1被駆動部材9との摩擦駆動によって、第1ステージ3がクロスローラガイド5に沿って(x方向に)移動するようになっている。
【0007】
また、図2(b)に示すように、第2ステージ4を駆動する超音波モータ8は、第1ステージ3上に配置されており、第2ステージ4の下面に取り付けられた第2被駆動部材11の圧接面11aに対して超音波モータ8の摩擦材12を当接させ、この状態で超音波モータ8を駆動させると、摩擦材12が第2ステージ4と平行な平面内で楕円運動し、第2被駆動部材11との摩擦駆動によって、第2ステージ4がクロスローラガイド6に沿って(y方向に)移動するようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図4に示した上記超音波モータ駆動方式のステージ装置では、定速駆動の後、次の描画過程や検査過程に移るためにステージを減速停止させる際、ステージ装置に残留した低周波数のステージ進行方向への振動を短時間で減衰させることができないために、残留振動が十分小さくなるまで描画過程や検査過程を中断させる必要があった。
【0009】
即ち、従来では描画されるパターンにそれほど微細化が要求されていなかったため問題は生じなかったが、近年において描画されるパターンが急激に微細化されており、このような微細なパターンを描画したり、微細なパターンを検査する際には、従来のステージ装置を使用する限り残留振動の影響が大きく、また、このような従来のステージ装置を使用する場合には、残留振動が十分に小さくなるまで作業を中断する必要があった。
【0010】
具体的に説明すると、超音波モータは動作を安定させるために、摩擦材に作用する外力に対して、一定の弾性係数を有する構造となっている。特に、摩擦材の圧接方向と垂直な方向(ステージを移動させる方向)に対しては、滑らかな駆動を実現するために比較的小さな弾性係数が設定されている。このため、図4に示す従来のステージ装置では、ステージの進行方向に対して、重いステージを弱いばね(超音波モータ)で支える構造となってしまうため、ステージ停止時に、ステージの進行方向と同方向に低周波数の残留振動が生じていた。
【0011】
更に図2(a)に基づいて詳しく説明すると、第1の超音波モータ7のx方向(紙面に対して垂直方向)の等価バネ定数をK[N/m]とし、第1ステージ3および第2ステージ4を合わせたステージ全体の質量をM[kg]とすると、ステージ停止時には図4の白矢印で示す方向に角振動数Ω=√(M/K)[rad/sec]の残留振動が生じていた。ここで、ステージ全体の固有振動数は、上記角振動数Ωを2πで割ったΩ/2π(Hz)で与えられる。
【0012】
また、図4の白矢印で示す振動モードから明らかなように、上記角振動数Ωの振動はx方向へのステージ定速駆動時にも現れるため、ステージを移動させながら描画/検査を行う走査過程の真直精度を悪化させる要因となっていた。
【0013】
上記残留振動を抑制する手段として、例えばステージにブレーキ機構を付加し上記残留振動を強制的に制振させる方法が考えられるが、ステージ装置全体が大型化してしまい、更にステージ装置全体の制御機構が複雑になってしまうという問題があった。
【0014】
本発明は、超音波モータによるステージの進行方向への振動を迅速に減衰することができるステージ装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明のステージ装置は、基盤と、該基盤上に設けられたステージと、該ステージを駆動する超音波モータとを具備するステージ装置において、前記ステージに、該ステージの固有振動数と同一の固有振動数を有し、かつ前記超音波モータにより前記ステージが駆動される方向と同一方向の振動を減衰させる吸振装置を設けるとともに、該吸振装置が、制振板と、該制振板に取り付けられた、前記ステージが駆動される方向と同一方向に振動する錘と、前記制振板が固定される筐体とからなることを特徴とする。
【0016】
超音波モータにより駆動されるステージは、停止時や駆動中においてステージの進行方向にステージの固有振動数で振動する残留振動が生じるが、本発明のステージ装置では、ステージに、該ステージの固有振動数と同一の固有振動数を有し、かつ超音波モータによりステージが駆動される方向と同方向の振動を減衰させる吸振装置を設けたので、この吸振装置によりステージの残留振動を効果的に減衰することができる。
【0017】
即ち、ステージの超音波モータによる振動がサブマイクロメートルオーダーの微小振動であること、また、問題となる振動の振動モードが特定できていることに鑑み、前述したステージの固有振動数と同じ固有振動数を有し、例えば、振動吸収性能の高い材料を制振材として用いた小型軽量の吸振装置(ダイナミックダンパ)をステージ装置に設けることにより、ステージ装置を大型化することなく上記残留振動を効果的に制振することができる。
【0018】
従って、ステージ停止時の残留振動を短時間で減衰させ、同時にステージの定速駆動時に生じる角振動数Ωの振動をも抑制することができ、描画装置あるいは検査装置のウエハ処理性能を向上させることができる。
【0019】
また、本発明のステージ装置では、ステージに空洞部を設けるとともに、該空洞部に吸振装置を設けることが望ましい。このような構造を採用することにより、ステージの軽量化と軽量化による吸振装置の制振効果を向上させることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のステージ装置を図1〜3に基づいて説明する。図1は本発明のステージ装置を示すもので、(a)は斜視図、(b)は吸振装置内部の構造を示す斜視図、図2(a)及び(b)は図1のx方向の側面図及びy方向の側面図である。
【0021】
図1(a)のステージ装置において、2は平板状をした基盤であり、該基盤2上には第1ステージ3と第2ステージ4とが順次積層されており、図示されていないが、上記第2ステージ4上には半導体ウエハ等の試料を載置するための試料ステージが配置される。
【0022】
第1ステージ3と基盤2との間には、V溝を有し対向する一対のガイドレールと該ガイドレールのV溝間に複数のコロをクロス状に介装して構成される一対のクロスローラガイド5が、y方向に所定間隔を置いて平行に配置されており、これにより第1ステージ3がx方向に移動可能とされている。
【0023】
また、同様に、第2ステージ4と第1ステージ3との間には、一対のクロスローラガイド6がx方向に所定間隔を置いて平行に配置されており、これにより第2ステージ4が、第1ステージ3に対してy方向に移動可能とされている。
【0024】
基盤2上には、図2(a)に示すように超音波モータ7が配置されており、この超音波モータ7は、第1ステージ3と平行な平面(xy平面)内で楕円運動する摩擦材10を有しており、この摩擦材10がy軸正方向に最も突出したときに、第1ステージ3の下面に取り付けられた第1被駆動部材9の圧接面9aに当接して第1ステージ3をx方向に押し出すことになる。
【0025】
具体的には、図2(a)に示す第1ステージ3をx方向(紙面に対して垂直方向)に移動させる場合、クロスローラガイド5と平行に第1ステージ3の下面に取り付けられた第1被駆動部材9の圧接面9aに対して第1の超音波モータ7の摩擦材10を当接させ、この状態で第1の超音波モータ7を駆動させて摩擦材10を楕円運動させ、第1被駆動部材9との摩擦駆動によって第1ステージ3が第1クロスローラガイド5に沿って移動するようになっている。
【0026】
また、第1ステージ3上には、図2(b)に示すように超音波モータ8が配置されており、この超音波モータ8は、第2ステージ4と平行な平面(xy平面)内で楕円運動する摩擦材12を有しており、この摩擦材12がx軸負方向に最も突出したときに、第2ステージ4の下面に取り付けられた第2被駆動部材11の圧接面11aに当接して第2ステージ4をy方向に押し出すことになる。
【0027】
具体的には、第2ステージ4をy方向に移動させる場合、クロスローラガイド6と平行に第2ステージ4の下面に取り付けられた第2被駆動部材11の圧接面11aに対して第2の超音波モータ8の摩擦材12を当接させ、この状態で第2の超音波モータ8を駆動させて摩擦材12を楕円運動させ、第2被駆動部材11との摩擦駆動によって第2ステージ4が第2クロスローラガイド6に沿って移動するようになっている。
【0028】
そして、図1に示す本発明のステージ装置では、第2ステージ4に、第1ステージ3および該第1ステージ3上に設置された第2ステージ4からなるステージ全体の固有振動数と同一の固有振動数を有し、かつ第1超音波モータ7により第1ステージ3が駆動されるx方向と同方向の振動を減衰させるように、x方向に最大の制振作用を有する吸振装置14が設けられている。即ち、図1(b)に示した吸振装置14が、第2ステージ4に穿設された空洞部13内に、その制振作用が最大になる方向に設置されている。
【0029】
吸振装置14は、制振材料からなる制振板15と、該制振板15中央部に取り付けられた錘16と、制振板15と錘16からなる振動吸収部を固定する有底筐体17とから構成され、制振板15のx方向の等価バネ定数をk[N/mm]、錘16の質量をm[kg]としたときの固有角振動数ω=√(k/m)[rad/sec]が、第1ステージ3および該第1ステージ3上に設置された第2ステージ4からなるステージ全体の固有角振動数Ωと同一とされている。
【0030】
吸振装置14の錘16はx方向に振動する、即ち制振板15が図1(b)に一点鎖線で示すように振動する構造であるため、該吸振装置14の固有角振動数ωをステージ全体の固有角振動数Ωと等しくするだけではなく、図1(a)に示したように、第1ステージ3および該第1ステージ3上に設置された第2ステージ4からなるステージ全体の振動方向(x方向)と吸振装置14の錘16の振動方向とを一致させることにより最大の制振効果を得ることができる。
【0031】
筐体17は空洞部13を設けることによる第2ステージ4の剛性低下を補償するため、セラミックスなどの軽量かつ剛性の高い材料で作製されることが望ましい。
【0032】
なお、空洞部13はステージ全体を軽量化し同時に吸振装置14を埋設するために設けているが、本発明の小型軽量吸振装置14をメンテナンス用開口部19などの既存の空洞部に設置することにより容易にステージの振動特性向上を図ることができる。
【0033】
また、図1(a)に示したステージ装置では、吸振装置14を第2ステージ4のみに埋設しているが、第1ステージ3に第2ステージ4の空洞部13と同様の空洞部を設け、第1ステージ3及び第2ステージ4の両方に吸振装置14を設けることにより、ステージ全体の軽量化と制振効果の更なる向上を図ることができる。
【0034】
以上のように構成されたステージ装置は、例えば、第2ステージ4上に、パターンが形成された半導体ウエハ等の試料を載置し、超音波モータ7を駆動して第1ステージ3を移動させるとともに、超音波モータ8を駆動して第2ステージ4を移動させ、第2ステージ4の高速移動と高分解能位置決めが行なわれる。
【0035】
そして、第2ステージ4に設けられた空洞部13には、x方向に振動する錘16を有する吸振装置14を収納し、吸振装置14の固有振動数をステージ全体の固有振動数と同じとしたので、第1ステージ3の停止時に生じる残留振動を短時間で減衰させ、同時にステージの定速駆動時に生じる角振動数Ωの振動を抑制することができ、描画装置あるいは検査装置のウエハ処理性能を向上させることができる。
【0036】
また、本発明のステージ装置では、第2ステージ4に空洞部13を設けるとともに、該空洞部13に吸振装置14を設けたので、第2ステージ4の軽量化と軽量化による吸振装置14の制振効果を向上させることができる。
【0037】
尚、図1及び図2に示したステージ装置は鉛直方向(z方向)にV溝を対向させ、ステージの自重で予圧をかける方法で設置したクロスローラガイド5、6を用いているが、使用目的に応じて、水平方向(x方向あるいはy方向)にV溝を対向させ、外部から予圧をかける方法で設置したクロスローラガイドを使用したステージ装置、また、第1ステージ、第2ステージのいずれかのみ有するステージ装置であってもよい。第1ステージ、第2ステージのいずれかのみ有するステージ装置の場合、吸振装置14の固有振動数は、第1ステージまたは第2ステージの固有振動数に合わせる必要がある。
【0038】
また、図1に示したように第1、第2ステージ3、4を有するステージ装置において、第1ステージにのみ吸振装置を設けることも可能であるが、この場合には、吸振装置の固有振動数は、第1、第2ステージ3、4からなるステージ全体の固有振動数に合わせる必要がある。
【0039】
また、上記例では、クロスローラガイド5、6を用いた例について説明したが、本発明では、静圧軸受けなどの他の移動案内機構を用いたステージ装置であっても良いことは勿論である。
【0040】
さらに、図1(b)に示した制振板15の形状は単純な板バネであるが、制振効果を高めるため、或いは、制振板15の等価バネ定数を調節し吸振装置14の固有角振動数ωを調整するために、図3(a)に示すような穴空き構造の制振板18を用いてもよい。また、制振板15、18は薄い板状の構造を持たせるため加工性に優れかつ振動減衰能が高く真空中で不要なガスを発生させない材料として、セラミックスや制振合金を用いることが望ましい。
【0041】
また、図3(b)に示すように、吸振装置14の有底筐体17内部に制振板15と錘16とからなる振動吸収部を複数設けることにより、制振効果を一層向上させることができる。
【0042】
【発明の効果】
以上のように、超音波モータによる駆動されるステージは、停止時や駆動中においてステージの進行方向にステージの固有振動数で振動する残留振動が生じるが、本発明のステージ装置では、ステージに、該ステージの固有振動数と同一の固有振動数を有し、かつ超音波モータによりステージが駆動される方向の振動を減衰させる吸振装置を設けたので、この吸振装置によりステージの低周波数の残留振動を効果的に減衰することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のステージ装置を示すもので、(a)はステージ装置の斜視図、(b)は吸振装置の内部を示す斜視図である。
【図2】図1のステージ装置の側面図であり、(a)はx方向から見た側面図、(b)はy方向から見た側面図である。
【図3】本発明のステージ装置に使用する吸振装置の他の例を示す斜視図である。
【図4】従来のステージ装置を示す斜視図である。
【図5】クロスローラガイドを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
2・・・基盤
3・・・第1ステージ
4・・・第2ステージ
7、8・・・超音波モータ
13・・・空洞部
14・・・吸振装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stage apparatus, and more particularly to a stage apparatus suitable for precision equipment such as a charged beam drawing apparatus and a charged beam inspection apparatus that requires high speed movement and high positioning accuracy.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an accurate positioning device, for example, an XY stage device used in a charged beam drawing device or a charged beam inspection device used in a vacuum, a ceramic having high rigidity and a non-magnetic material is used for highly accurate positioning. An ultrasonic motor is used as a stage constituent member to perform high-speed movement and high-resolution positioning of the stage (see Japanese Patent Laid-Open No. 2000-58629).
[0003]
In the above-described ultrasonic motor drive type stage apparatus, a small stage motor can be realized by using a small ultrasonic motor as compared with a stage apparatus using a screw feed mechanism having an external drive unit.
[0004]
FIG. 4 shows such a stage apparatus. Reference numeral 2 denotes a flat base. A first stage 3 and a second stage 4 are sequentially arranged on the substrate 2, and although not shown, a sample stage for placing a sample such as a semiconductor wafer on the second stage 4. Is installed.
[0005]
A pair of guide rails 20 having a V-groove as shown in FIG. 5 and facing each other below the first stage 3 and a plurality of rollers 21 interposed between the V-grooves of the guide rail in a cross shape. A pair of cross roller guides 5 are arranged in parallel at a predetermined interval, whereby the first stage 3 is movable in the x direction. Similarly, a cross roller guide 6 is disposed below the second stage 4 in parallel with the first stage 3 at a predetermined interval, so that the second stage 4 can move in the y direction. Has been.
[0006]
An ultrasonic motor is used as the driving means for the first stage 3 and the second stage 4. That is, as shown in FIG. 2A, the ultrasonic motor 7 that drives the first stage 3 is disposed on the base 2, and the first driven member 9 that is attached to the lower surface of the first stage 3. When the friction material 10 of the ultrasonic motor 7 is brought into contact with the pressure contact surface 9a and the ultrasonic motor 7 is driven in this state, the friction material 10 moves elliptically in a plane parallel to the first stage 3, The first stage 3 is moved along the cross roller guide 5 (in the x direction) by friction drive with the first driven member 9.
[0007]
As shown in FIG. 2B, the ultrasonic motor 8 that drives the second stage 4 is disposed on the first stage 3 and is attached to the lower surface of the second stage 4. When the friction material 12 of the ultrasonic motor 8 is brought into contact with the pressure contact surface 11 a of the member 11 and the ultrasonic motor 8 is driven in this state, the friction material 12 moves elliptically in a plane parallel to the second stage 4. The second stage 4 is moved along the cross roller guide 6 (in the y direction) by friction driving with the second driven member 11.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the ultrasonic motor drive type stage apparatus shown in FIG. 4, when the stage is decelerated and stopped in order to move to the next drawing process or inspection process after constant speed driving, the low frequency remaining in the stage apparatus. Since the vibration in the stage traveling direction cannot be attenuated in a short time, it is necessary to interrupt the drawing process and the inspection process until the residual vibration becomes sufficiently small.
[0009]
That is, there has been no problem because the pattern to be drawn has not been required to be so fine in the past. However, in recent years, the pattern to be drawn has been drastically miniaturized, and such a fine pattern can be drawn. When a fine pattern is inspected, the influence of residual vibration is large as long as the conventional stage apparatus is used. When such a conventional stage apparatus is used, the residual vibration is sufficiently reduced. The work had to be interrupted.
[0010]
More specifically, the ultrasonic motor has a structure having a certain elastic coefficient with respect to an external force acting on the friction material in order to stabilize the operation. In particular, a relatively small elastic coefficient is set for the direction perpendicular to the pressure contact direction of the friction material (the direction in which the stage is moved) in order to realize smooth driving. For this reason, the conventional stage apparatus shown in FIG. 4 has a structure in which a heavy stage is supported by a weak spring (ultrasonic motor) with respect to the moving direction of the stage. Residual vibration of low frequency occurred in the direction.
[0011]
2A, the equivalent spring constant in the x direction (perpendicular to the paper surface) of the first ultrasonic motor 7 is K [N / m], and the first stage 3 and the first stage 3 Assuming that the mass of the entire stage including the two stages 4 is M [kg], when the stage is stopped, a residual vibration having an angular frequency Ω = √ (M / K) [rad / sec] in the direction indicated by the white arrow in FIG. It was happening. Here, the natural frequency of the entire stage is given by Ω / 2π (Hz) obtained by dividing the angular frequency Ω by 2π.
[0012]
Further, as apparent from the vibration mode indicated by the white arrow in FIG. 4, the vibration having the angular frequency Ω appears even when the stage is driven at a constant speed in the x direction, and therefore, a scanning process in which drawing / inspection is performed while moving the stage. It was a factor that deteriorated the straightness accuracy.
[0013]
As a means for suppressing the residual vibration, for example, a method of forcibly suppressing the residual vibration by adding a brake mechanism to the stage can be considered. However, the entire stage apparatus is enlarged, and the control mechanism for the entire stage apparatus is further increased. There was a problem of becoming complicated.
[0014]
An object of this invention is to provide the stage apparatus which can attenuate | dampen the vibration to the advancing direction of the stage by an ultrasonic motor rapidly.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The stage apparatus of the present invention is a stage apparatus comprising a base, a stage provided on the base, and an ultrasonic motor that drives the stage, and the stage has a natural frequency that is the same as the natural frequency of the stage. It has a frequency, and the Rutotomoni provided vibration absorber in which the stage damping vibrations of the same direction driven by the ultrasonic motor, suction vibration device, a damping plate, mounted on該制oscillating plate And a weight that vibrates in the same direction as the stage is driven, and a housing to which the damping plate is fixed .
[0016]
A stage driven by an ultrasonic motor generates residual vibration that vibrates at the natural frequency of the stage in the moving direction of the stage when stopped or during driving. In the stage apparatus of the present invention, the natural vibration of the stage is present in the stage. A vibration absorber that attenuates vibrations in the same direction as the stage is driven by an ultrasonic motor is provided. This vibration absorber effectively attenuates residual vibrations of the stage. can do.
[0017]
That is, in view of the fact that the vibration by the ultrasonic motor of the stage is a minute vibration on the order of submicrometers, and that the vibration mode of the problematic vibration can be specified, the natural vibration that is the same as the natural frequency of the stage described above. For example, a small and lightweight vibration absorber (dynamic damper) using a material with high vibration absorption performance as a damping material is provided on the stage device, so that the above-mentioned residual vibration can be achieved without increasing the size of the stage device. Can be controlled.
[0018]
Therefore, the residual vibration when the stage is stopped can be attenuated in a short time, and at the same time, the vibration of the angular frequency Ω generated when the stage is driven at a constant speed can be suppressed, and the wafer processing performance of the drawing apparatus or inspection apparatus can be improved. Can do.
[0019]
In the stage apparatus of the present invention, it is desirable to provide a cavity in the stage and a vibration absorber in the cavity. By adopting such a structure, it is possible to improve the vibration damping effect of the vibration absorber by reducing the weight and weight of the stage.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the stage apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B show a stage apparatus of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view, FIG. 1B is a perspective view showing a structure inside a vibration absorber, and FIGS. 2A and 2B are views in the x direction of FIG. It is a side view of a side view and ay direction.
[0021]
In the stage apparatus of FIG. 1A, reference numeral 2 denotes a flat plate-like base, and a first stage 3 and a second stage 4 are sequentially stacked on the base 2 and are not shown. A sample stage for placing a sample such as a semiconductor wafer is arranged on the second stage 4.
[0022]
Between the first stage 3 and the base 2, a pair of crosses having a pair of guide rails having a V groove and a plurality of rollers interposed between the V grooves of the guide rail in a cross shape. The roller guides 5 are arranged in parallel in the y direction at a predetermined interval, so that the first stage 3 can be moved in the x direction.
[0023]
Similarly, between the second stage 4 and the first stage 3, a pair of cross roller guides 6 are arranged in parallel at a predetermined interval in the x direction, whereby the second stage 4 is The first stage 3 is movable in the y direction.
[0024]
An ultrasonic motor 7 is disposed on the base 2 as shown in FIG. 2A, and this ultrasonic motor 7 is a friction that moves elliptically in a plane parallel to the first stage 3 (xy plane). When the friction material 10 protrudes the most in the positive y-axis direction, the first material 3 comes into contact with the pressure contact surface 9a of the first driven member 9 attached to the lower surface of the first stage 3. The stage 3 is pushed out in the x direction.
[0025]
Specifically, when the first stage 3 shown in FIG. 2A is moved in the x direction (perpendicular to the paper surface), the first stage 3 attached to the lower surface of the first stage 3 in parallel with the cross roller guide 5 is used. 1 The friction material 10 of the first ultrasonic motor 7 is brought into contact with the pressure contact surface 9a of the driven member 9, and in this state, the first ultrasonic motor 7 is driven to cause the friction material 10 to move elliptically. The first stage 3 is moved along the first cross roller guide 5 by friction drive with the first driven member 9.
[0026]
Further, an ultrasonic motor 8 is arranged on the first stage 3 as shown in FIG. 2B, and this ultrasonic motor 8 is in a plane parallel to the second stage 4 (xy plane). The friction material 12 has an elliptical motion. When the friction material 12 protrudes most in the negative x-axis direction, the friction material 12 abuts against the pressure contact surface 11a of the second driven member 11 attached to the lower surface of the second stage 4. Then, the second stage 4 is pushed out in the y direction.
[0027]
Specifically, when the second stage 4 is moved in the y direction, the second stage 4 is moved in the second direction with respect to the pressure contact surface 11 a of the second driven member 11 attached to the lower surface of the second stage 4 in parallel with the cross roller guide 6. The friction material 12 of the ultrasonic motor 8 is brought into contact, and in this state, the second ultrasonic motor 8 is driven to make the friction material 12 move elliptically, and the second stage 4 is driven by friction with the second driven member 11. Is moved along the second cross roller guide 6.
[0028]
In the stage apparatus of the present invention shown in FIG. 1, the second stage 4 has the same natural frequency as the natural frequency of the entire stage including the first stage 3 and the second stage 4 installed on the first stage 3. A vibration absorber 14 having a maximum vibration damping action in the x direction is provided so as to attenuate vibrations in the same direction as the x direction in which the first stage 3 is driven by the first ultrasonic motor 7. It has been. That is, the vibration absorber 14 shown in FIG. 1B is installed in the cavity 13 formed in the second stage 4 in the direction in which the vibration damping action is maximized.
[0029]
The vibration absorber 14 includes a damping plate 15 made of a damping material, a weight 16 attached to a central portion of the damping plate 15, and a bottomed housing that fixes a vibration absorbing portion made of the damping plate 15 and the weight 16. 17, the natural angular frequency ω = √ (k / m) where the equivalent spring constant in the x direction of the damping plate 15 is k [N / mm] and the mass of the weight 16 is m [kg]. [Rad / sec] is the same as the natural angular frequency Ω of the entire stage including the first stage 3 and the second stage 4 installed on the first stage 3.
[0030]
Since the weight 16 of the vibration absorber 14 vibrates in the x direction, that is, the vibration damping plate 15 vibrates as shown by a one-dot chain line in FIG. 1B, the natural angular frequency ω of the vibration absorber 14 is set to the stage. As shown in FIG. 1 (a), the vibration of the entire stage including the first stage 3 and the second stage 4 installed on the first stage 3 is not only made equal to the entire natural angular frequency Ω. By matching the direction (x direction) with the vibration direction of the weight 16 of the vibration absorber 14, the maximum vibration damping effect can be obtained.
[0031]
The casing 17 is desirably made of a lightweight and highly rigid material such as ceramics in order to compensate for a decrease in rigidity of the second stage 4 due to the provision of the hollow portion 13.
[0032]
The cavity 13 is provided to reduce the weight of the entire stage and bury the vibration absorber 14 at the same time, but by installing the small and light vibration absorber 14 of the present invention in an existing cavity such as the maintenance opening 19. The vibration characteristics of the stage can be easily improved.
[0033]
Further, in the stage apparatus shown in FIG. 1A, the vibration absorbing device 14 is embedded only in the second stage 4, but the first stage 3 is provided with a cavity similar to the cavity 13 of the second stage 4. By providing the vibration absorbers 14 in both the first stage 3 and the second stage 4, it is possible to reduce the weight of the entire stage and further improve the vibration damping effect.
[0034]
The stage apparatus configured as described above, for example, places a sample such as a semiconductor wafer on which a pattern is formed on the second stage 4 and drives the ultrasonic motor 7 to move the first stage 3. At the same time, the ultrasonic motor 8 is driven to move the second stage 4 so that the second stage 4 is moved at high speed and positioned with high resolution.
[0035]
The cavity 13 provided in the second stage 4 houses a vibration absorber 14 having a weight 16 that vibrates in the x direction, and the natural frequency of the vibration absorber 14 is the same as the natural frequency of the entire stage. Therefore, the residual vibration generated when the first stage 3 is stopped can be attenuated in a short time, and at the same time, the vibration of the angular frequency Ω generated when the stage is driven at a constant speed can be suppressed. Can be improved.
[0036]
Further, in the stage apparatus of the present invention, the cavity 13 is provided in the second stage 4 and the vibration absorber 14 is provided in the cavity 13, so that the vibration absorber 14 is controlled by reducing the weight and weight of the second stage 4. The vibration effect can be improved.
[0037]
The stage device shown in FIGS. 1 and 2 uses cross roller guides 5 and 6 installed by a method in which the V groove is opposed in the vertical direction (z direction) and preload is applied by the weight of the stage. Depending on the purpose, either a stage device using a cross roller guide installed by a method in which V grooves are opposed in the horizontal direction (x direction or y direction) and preloading is applied from the outside, either the first stage or the second stage It may be a stage apparatus having only these. In the case of a stage apparatus having only one of the first stage and the second stage, it is necessary to match the natural frequency of the vibration absorber 14 with the natural frequency of the first stage or the second stage.
[0038]
Further, in the stage apparatus having the first and second stages 3 and 4 as shown in FIG. 1, it is possible to provide a vibration absorber only in the first stage. In this case, the natural vibration of the vibration absorber is provided. The number needs to match the natural frequency of the entire stage including the first and second stages 3 and 4.
[0039]
In the above example, the example using the cross roller guides 5 and 6 has been described. However, in the present invention, it is a matter of course that a stage apparatus using another moving guide mechanism such as a static pressure bearing may be used. .
[0040]
Further, the shape of the vibration damping plate 15 shown in FIG. 1B is a simple leaf spring. However, in order to enhance the vibration damping effect or by adjusting the equivalent spring constant of the vibration damping plate 15, the vibration damping plate 14 has a unique shape. In order to adjust the angular frequency ω, a damping plate 18 having a perforated structure as shown in FIG. 3A may be used. Further, since the damping plates 15 and 18 have a thin plate-like structure, it is desirable to use ceramics or a damping alloy as a material that is excellent in workability and has a high vibration damping capability and does not generate unnecessary gas in a vacuum. .
[0041]
Further, as shown in FIG. 3B, the vibration damping effect can be further improved by providing a plurality of vibration absorbing portions including the vibration damping plate 15 and the weight 16 inside the bottomed housing 17 of the vibration absorbing device 14. Can do.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, the stage driven by the ultrasonic motor generates residual vibration that vibrates at the natural frequency of the stage in the moving direction of the stage when stopped or during driving, but in the stage apparatus of the present invention, Since a vibration absorbing device having the same natural frequency as that of the stage and attenuating the vibration in the direction in which the stage is driven by the ultrasonic motor is provided, the vibration absorbing device can reduce the low-frequency residual vibration of the stage. Can be effectively attenuated.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a stage apparatus of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view of the stage apparatus, and FIG. 1B is a perspective view showing the inside of a vibration absorber.
2 is a side view of the stage apparatus of FIG. 1, wherein (a) is a side view seen from the x direction, and (b) is a side view seen from the y direction.
FIG. 3 is a perspective view showing another example of a vibration absorber used in the stage device of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a conventional stage apparatus.
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a cross roller guide.
[Explanation of symbols]
2 ... Base 3 ... First stage 4 ... Second stage 7, 8 ... Ultrasonic motor 13 ... Cavity 14 ... Vibration absorber

Claims (2)

基盤と、該基盤上に設けられたステージと、該ステージを駆動する超音波モータとを具備するステージ装置において、前記ステージに、該ステージの固有振動数と同一の固有振動数を有し、かつ前記超音波モータにより前記ステージが駆動される方向と同一方向の振動を減衰させる吸振装置を設けるとともに、該吸振装置が、制振板と、該制振板に取り付けられた、前記ステージが駆動される方向と同一方向に振動する錘と、前記制振板が固定される筐体とからなることを特徴とするステージ装置。In a stage apparatus comprising a base, a stage provided on the base, and an ultrasonic motor that drives the stage, the stage has a natural frequency that is the same as the natural frequency of the stage, and the Rutotomoni provided vibration absorber in which the stage damping vibrations of the same direction driven by the ultrasonic motor, suction vibration device, a damping plate, mounted on該制oscillating plate, the stage is driven A stage apparatus comprising: a weight that vibrates in the same direction as the direction to be moved; and a housing to which the damping plate is fixed . 前記ステージに空洞部を設けるとともに、該空洞部に前記吸振装置を設けたことを特徴とする請求項1記載のステージ装置。 The stage apparatus according to claim 1, wherein a cavity is provided in the stage, and the vibration absorber is provided in the cavity.
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