JPH02128111A

JPH02128111A - 精密移動装置

Info

Publication number: JPH02128111A
Application number: JP63280282A
Authority: JP
Inventors: Minoru Otsuka; 実大塚
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-11-08
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 1990-05-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は微細な位置決めおよび制御を必要とする精密測
定袋にや加工装置に使用されるナノメータオーダの精密
移動装置に関するものである。

［従来の技術］従来、この種の精密移動装置は微小範囲測定用のもので
は、平行バネ機構などで支持したステージをピエゾ素子
等により微小駆動を行ない、また大型なものでは空気軸
受等で可動自在に支持したステージ方式として、主に軸
受の精度および剛性を上げることにより所定の目標精度
を達成しようとしてきた。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら（３次元方向において０．１　μｍの微小
送りおよび位置決めが要求される精密移動装置において
は、装置の性能を上げるためには移動および測定平面内
の精度を確保すると共に、ステージの傾きや上下移動に
も充分な配慮が必要である。このような高精度制御の要
求に対し軸受部において０．０１μｍオーダー・のガタ
および０．１秒以下の傾きを除くことは、軸受部の精度
を」・げろ方向でのみ対処するのマは達成が困難にな）
ている。

本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであ
って、軸受部の精度、剛性を高めることなく可動ステー
ジの移動に伴うステージの傾きおよび上下方向の変位を
補正可能とし高精度の移動制御ができる精密移動装置の
提供を目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］本発明はステ
ージの全敗的な構造とし・では、従来の精密空気軸受を
有する精密移動装置に加えて、可動ステージの規範とな
る基準板と微小駆動制御が可能な載物台とを設けるごと
により、ステージ昼勤時または移動後における基準板か
らの誤差分を計測し、これを補正する方向に載物台を制
御することにより、高精度な位置決めを可能としたもの
である。

［実施例］第１図は本発明の一実施例を説明するための図で、送り
ネジ部より断面した後半分を示している。

図中、１はその上に可動ステージが設定されるところの
基板で、１ａは基板１の前方（図示せず）および後方の
２ケ所に設けられた軸受部、１ｂはモータ取付座、２は
モータ取付Ｆｇｔｂに固定されたモータ、３はモータ２
と軸直結に結合され、回転自在に取りつけられた送りネ
ジ、４は送りネジとかみ合い移動するナツト、５はナツ
ト４を固定し、基板１上の軸受部１ａを摺動する可動ス
テージ、６は可動ステージ５に固定された支柱、７は加
工物または測定物を支持する載物台、８は支柱６に一部
を固定し、他の一端を載物台７に固定された平行バネで
ある。このバネ８を介して載物台７はステージ５上に変
位可能に支持される。９は載物台７を可動ステージ５に
対して駆動制御する駆動検出部、１０はステージの走り
の平面原器である基準板であり、ステージ摺動基準面を
構成する。１１は基準板１０を基板１より支持するため
の支持台であり、基準板１０はステージ下面に対面して
基板１内に埋設される。１２は可動ステージ５に固定さ
れ、基準板１０に対する可動ステージの上下動および傾
トを被接触で検出するための検出器である。駆動検出部
９は、例えば駆動手段としてピエゾ素子、検出手段とし
て静電容量センサを具備している。検出器１２として例
えば静電容量センサが用いられる。

本実施例においては、支柱６、平行バネ８、駆動検出部
９、検出器１２はそれぞれ３個づつ、はぼ同一角度で配
置されている１、これにより載物台７の物体搭載面（上
面）の傾ぎおよび上下方向高さが調整可能になる。支持
台１１も同様に３個が配置されている。

今、駆動装置（図示せず）からの駆動信号によりモータ
２が回転すると直結された送りネジ３が回転し、可動ス
テージ５により回転を制約されたナツト４は送りネジ３
にそって左右に移動することになり、可動ステージ５を
同方向に移動させる。

この時、可動ステージ５に設置された検出器１２は基準
板１０に対する可動ステージ５の上下移動および昼勤方
向およびその直交方向の傾き角度を検出する。可動ステ
ージ５の移動に伴い可動ステージ５および基準板１０の
間に変位が生じた場合には検出器１２がこれを検知し、
この検出出力に応じて駆動検出部９を動作させて、その
変位量に見合った分だけ載物台７を調整し、載物台７の
上面を設定された状態となるように較正する。

以上、動作について述べたが、本発明の効果としては従
来オートコリメータ法などで可動ステージの傾きについ
ては比較的高感度、高精度な検出が可能であったが、可
動ステージの上下動に関しては、これといった補正方法
がないままに、軸受部の精度を向上する方向で対応して
きた。

しかし、大型ステージではもはや軸受部精度向上は限度
に達している。

本発明においては、精密に加工された基準板を他の影響
を極力受けないように配置しく前記実施例では基板内埋
設）、その基準面により可動ステージの変位量を補正す
ることにより、従来の装置に較べて軸受部の精度や剛性
への配慮を緩和することが可能となり、更に高精度な移
動装置の作成が可能となる。

本実施例においては、載物台の駆動および検出方式とし
てピエゾ素子および静電容量センサとし、基準板との変
位検出にも静電容量センサを用いたが、センサとしては
他にうず電流センサ、高感度光センサ、ストレーンゲー
ジ等が使用できる。

また、微小駆動系としては高感度ベローズ素子や拘束型
エア浮上手段などの使用も可能である。

更に、基準板の材質はセラミックス、ガラス、金属など
が使用可能であり、センサとの組み合せで最適な部材が
効果的に使用される。

また、本発明をより効果的にするために、ステージ位置
決め時の剛性を増すために、装置にクランプ機構および
クランプした後での微動送り機構を設けてもよい、さら
にステージの位置検出を行なうためにレーザ測長器や精
密リニアエンコーダを配置することができる。

また、本実施例において基板１より軸受部１ａを遊離し
、他の直交する軸受部に保持し、基板にのせたような形
で２軸（ｘ、ｙ）スキャナーを構成することができる。

この場合、軸受部が一平面内に配置するか、２段に重ね
た、いわゆるクロステーブルとすることも可能であるが
、いづれの場合でも、各駆動部および軸受部が検出器の
走査を防げることのないように配置することが必要であ
る。

さらに、基準板よりの偏差を検出する検出器を載物台下
面に設置することも可能である。この場合は検出量が可
動ステージの位置の如何にかかわらず、常に一定となる
ように載物台の駆動部を制御すればよい。

［発明の効果］以上説明したように、移動ステージに走りの基準となる
平面（摺動基準面）を設け、ステージｉ多動時または移
動後にステージと基準面との当初設定時の値との偏差を
求め、この検出値に応じて別置された載物台を当初の設
定値に等しくなるように制御することにより、従来達成
できなかった高精度なステージを作ることが可能となる
。

また、従来行なわれていたようなオートコリメータ法に
より角度を制御する方式に比較しても装置をコンパクト
にすることが可能であり、加えて、オートコリメータ法
では検出できない上下方向の変位についても同時に補正
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る精密８！ＩＩＩＩ装首
の部分断面斜視図である。１：基板、２：モータ、３：送りネジ、４：ナツト、５：可動ステージ、：支柱、二載物台、：平行バネ、：駆動検出部、０：基準板、１：支持台、２：検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）固定基板と、該固定基板に設けたガイド手段と、
該ガイド手段に沿って前記固定基板上を摺動するステー
ジと、該ステージを移動させるためのステージ駆動手段
と、該ステージ上に設けた移動すべき物体を搭載するた
めの載物台と、該載物台の物体搭載面が前記ステージに
対し変位可能となるように該載物台をステージ上に支持
する載物台支持手段と、該載物台をステージに対し変位
させるための載物台駆動手段と、前記ステージの摺動基
準面を構成する基準板と、前記ステージの移動に伴う該
ステージの前記基準板からの変位を検出するためのステ
ージ変位検出手段とを具備し、前記ステージ変位検出手
段の検出出力に応じて前記載物台駆動手段を駆動制御す
るように構成したことを特徴とする精密移動装置。
（２）前記載物台支持手段は弾性手段からなり、該弾性
手段を介して前記載物台をステージ上に可変支持したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の精密移動装
置。
（３）前記載物台駆動手段は、前記ステージに対する載
物台の変位を検出するための静電容量センサと載物台駆
動用ピエゾ素子とからなることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の精密移動装置。
（４）前記基準板は、前記ステージ下面に対面させて前
記固定基板内に埋設したことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の精密移動装置。
（５）固定部に設けられた１または複数の軸に対応する
軸受部および駆動系により、摺動可能に配置されたステ
ージと、当該ステージの走りの規範となるべき基準板と
、ステージに配置され基準板との変位量を検出する検出
器と、ステージ上に可動自在に設置されアクチエータに
より制御される載物台とにより構成され、ステージの移
動中または移動後に生じた設定位置からのズレ量を検出
器により基準板からの変位量として検出し、アクチエー
タを動作させて載物台上で補正することを特徴とする精
密移動装置。
（６）基準板との変位量を検出する検出器を載物台に配
置したことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の精
密移動装置。