JPH02225857A - Ball screw device - Google Patents

Ball screw device

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Publication number
JPH02225857A
JPH02225857A JP89190A JP89190A JPH02225857A JP H02225857 A JPH02225857 A JP H02225857A JP 89190 A JP89190 A JP 89190A JP 89190 A JP89190 A JP 89190A JP H02225857 A JPH02225857 A JP H02225857A
Authority
JP
Japan
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stage
ball screw
ceramics
motor
ball
Prior art date
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Pending
Application number
JP89190A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Takahashi
一雄 高橋
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Publication of JPH02225857A publication Critical patent/JPH02225857A/en
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Abstract

PURPOSE:To move a movable stage device at high speed with high accuracy and enable the usage thereof in the vacuum atmosphere without troubles by providing a ceramics feeding ball screw, a ceramics ball nut to be threadedly engaged with that screw and a power transmitting coupling connected to a motor. CONSTITUTION:A motor 8 of a Y stage 10 drives to rotate a ball screw 5 through a coupling 7 to feed a ball nut 4 forward and backward, and an X-stage 2 is moved forward and backward. The stage 2 is displaced within a horizontal surface with the movement on flat surfaces 19, 20 without fine movement in Z direction, and the movement in Y direction is regulated by a guide 9. On the other hand, a motor 17 of a basic board 18 drives to rotate a ball screw 15 through a coupling 16, and the stage 10 is moved forward and backward. The stage 10 is accurately displaced in Y direction on flat surfaces 21, 22 with the regulation by a guide 9. The fluctuation against the change of temperature is hard because of the low thermal conductivity and the low thermal expansion coefficient of the ceramics material, and an oil free type sliding surface and an oil free type turning surface can be formed to enable the usage in the vacuum atmosphere.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、可動体をガイドに沿って$9する際に、モー
タの駆動力を可動体に伝達するボールネジ装置、特には
投影露光装置、電子線描画装置、もしくはワイヤーボン
ダ等の半導体製造装置に適用される可動ステージ装置に
組込まれるボールネジ装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a ball screw device, particularly a projection exposure apparatus, which transmits the driving force of a motor to a movable body when moving the movable body along a guide. The present invention relates to a ball screw device that is incorporated into a movable stage device that is applied to an electron beam lithography device or a semiconductor manufacturing device such as a wire bonder.

[従来の技術] 従来のボールネジ装置は、AI系、Ti系、あるいはM
g系の軽合金や他の金属材料を使用して、各部分を構成
している。
[Prior art] Conventional ball screw devices are based on AI type, Ti type, or M type.
Each part is constructed using G-based light alloy and other metal materials.

[発明が解決しようとしている問題点]しかしながら、
これらの金属材料は、剛性、温度変化による変形、耐摩
耗性、及び防錆等の面で問題がある。特に、ステージ装
置を真空雰囲気中で使用する場合には、潤滑材の使用が
制限されるので、耐摩耗性が更に悪化する。
[Problem that the invention seeks to solve] However,
These metal materials have problems in terms of rigidity, deformation due to temperature changes, wear resistance, rust prevention, etc. In particular, when the stage device is used in a vacuum atmosphere, the use of lubricants is restricted, which further deteriorates the wear resistance.

また、半導体製造分野で使用するような高精度な可動ス
テージ装置にボールネジ装置を組込む場合には、その精
度維持は、金属材料の経時変化を考えると、非常に難し
い問題である。
Furthermore, when a ball screw device is incorporated into a highly accurate movable stage device such as that used in the semiconductor manufacturing field, maintaining its accuracy is a very difficult problem considering the aging of metal materials.

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その
目的は、上述の従来技術の問題点を解決すると共に、可
動ステージ装置の高速で且つ高精度な移動を可能にし、
例えば真空雰囲気中でも支障なく使用可能なボールネジ
装置を提供することにある。
The present invention was made in view of these circumstances, and its purpose is to solve the problems of the prior art described above, and to enable high-speed and highly accurate movement of a movable stage device.
For example, an object of the present invention is to provide a ball screw device that can be used without problems even in a vacuum atmosphere.

[問題点を解決するための手段〕 この目的を達成するため、本発明のボールネジ装置は、
セラミックス類の送り用ボールネジと、前記送り用ボー
ルネジと螺合するボールを内蔵するセラミ・lクス製の
ボールナツトと、モータの駆動軸を萌記送り用ボールネ
ジと連結する動力伝達用カップリングを有している。こ
れにより、各部分の軽量化を3すると共に5耐摩耗性を
向上させている。また、可動ステージ装置に組込まれた
場合には、可動ステージの高速で且つ高精度な移動を可
能にし、且つ真空雰囲気中での使用も可能にしている。
[Means for solving the problem] In order to achieve this objective, the ball screw device of the present invention has the following features:
It has a ceramic feed ball screw, a ceramic lx ball nut containing a built-in ball that screws into the feed ball screw, and a power transmission coupling that connects the drive shaft of the motor to the feed ball screw. ing. This reduces the weight of each part and improves wear resistance. Furthermore, when incorporated into a movable stage device, the movable stage can be moved at high speed and with high precision, and can also be used in a vacuum atmosphere.

更には、剛性、温度変化による変形、防錆、及び経時変
化等の面での問題も解決している。
Furthermore, problems in terms of rigidity, deformation due to temperature changes, rust prevention, aging, etc. have also been solved.

[実施例] 以下、図示した本発明に係るXYステージ装置の一実施
例を用いて、本発明の詳細な説明する。
[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail using an illustrated example of the XY stage device according to the present invention.

第1図において、1はアルミナセラッミクス製のチャッ
クで、その上に載置されたシリコンウェハあるいは試料
を真空吸着する。図には描いていないが、ウェハチャッ
ク1には真空吸着用の開口及び真空ポンプにつながるダ
クトが設けられている。2はアルミナセラミックス製の
Xステージで5チヤツク1をX方向に移送する。3はア
ルミナセラミックス製もしくは更に摺動面にテフロンコ
ートを施した摺動部材で、Xステージ2の内側面に設け
られる。4はXステージ2に送り力を与えるためのセラ
ミックス類のポールナツトで、結合部材を介してXステ
ージ2に結合されており、セラミックス類またはルビー
、サファイアなど非金属のボールを内蔵する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a chuck made of alumina ceramics, and a silicon wafer or sample placed thereon is vacuum-adsorbed. Although not shown in the figure, the wafer chuck 1 is provided with an opening for vacuum suction and a duct connected to a vacuum pump. 2 is an X stage made of alumina ceramics, which transports the 5 chucks 1 in the X direction. 3 is a sliding member made of alumina ceramics or whose sliding surface is further coated with Teflon, and is provided on the inner surface of the X stage 2. Reference numeral 4 denotes a ceramic pole nut for applying a feeding force to the X stage 2, which is connected to the X stage 2 via a coupling member, and contains a ceramic ball or a nonmetallic ball such as ruby or sapphire.

5はセラミックス類の送り用ボールネジで、ポールナツ
ト4と螺合する。6はボールネジ5を保持するためのセ
ラミックス製ハウジングで、その内部にはボールネジ5
を受けるためにルビーサファイアなどの非金属で構成さ
れた軸受けを収容している。7はセラミックス類の動力
伝達用カップリングで、カップリング7の一方はボール
ネジ5につながり、他方はXステージを駆動するモータ
8の駆動軸につながる。9はXステージ2の移動を規制
するためのセラミックス製直線案内摺動ガイドで、摺動
ガイド9の片面は転勤ガイド23(第23図参照)に当
接し、他面は摺動部材3に当接する。
5 is a ball screw for feeding ceramics, and is screwed into the pole nut 4. 6 is a ceramic housing for holding the ball screw 5;
It houses a bearing made of non-metallic material such as ruby sapphire to receive the vibration. 7 is a power transmission coupling made of ceramics, one side of the coupling 7 is connected to the ball screw 5, and the other side is connected to the drive shaft of a motor 8 that drives the X stage. Reference numeral 9 denotes a ceramic linear sliding guide for regulating the movement of the X stage 2. One side of the sliding guide 9 contacts the transfer guide 23 (see Fig. 23), and the other side contacts the sliding member 3. come into contact with

次に、10はセラミックス類のYステージで、Xステー
ジ2の突出部2°、2′を支持すると共に、X方向摺動
ガイド9が結合されている。11はセラミックス類また
は更にテフロンコートを施した摺動部材で、Yステージ
10の内側に設けられる。12はYステイータ10の移
動を規制するためのセラミックス類の直線案内摺動ガイ
ドで、セラミックス製基盤18に結合される。13及び
14は、セラミックス類でY方向送り用のボールネジ1
5を保持するためのセラミックス製ハウジングで、ハウ
ジング13.14内にはセラミックス材あるいはルビー
 サファイアなどの非金属材で構成された軸受けが収容
されている。なお、図には描かれていないが、ポールナ
ツトがボールネジ15に螺合すると共に、Yステージ1
0の内側に固定される。
Next, 10 is a Y stage made of ceramics, which supports the protrusions 2° and 2' of the X stage 2, and is connected to an X direction sliding guide 9. 11 is a sliding member made of ceramics or further coated with Teflon, and is provided inside the Y stage 10. Reference numeral 12 denotes a ceramic linear sliding guide for regulating the movement of the Y stator 10, which is coupled to a ceramic base 18. 13 and 14 are ceramic ball screws 1 for feeding in the Y direction.
The housing 13.14 is made of ceramic and houses a bearing made of a ceramic material or a non-metallic material such as ruby sapphire. Although not shown in the figure, the pole nut is screwed into the ball screw 15, and the Y stage 1
Fixed inside 0.

16は動力伝達用・のカップリングで、セラミックスで
製作され、Yステージ10を駆動するモータ17に結合
する。19〜22はラッピングを行って平面に鏡面仕上
げを施したセラミックス類の摺動面で、摺動面19,2
0はXステージ2の下側突出部2°、2°を支持し、摺
動面21゜22はYステージ10の下側突出部10’l
O。
A coupling 16 for power transmission is made of ceramics and is coupled to a motor 17 that drives the Y stage 10. 19 to 22 are sliding surfaces of ceramics that have been lapped to give a mirror finish to the flat surfaces;
0 supports the lower protrusions 2° and 2° of the X stage 2, and the sliding surfaces 21° and 22 support the lower protrusions 10'l of the Y stage 10.
O.

を各々支持する。We support each of them.

第2図及び第3図は、それぞれステージ2゜10を支持
するための橘造を示しており、第2図において、24は
セラミックスあるいは非金属材で作られたコロもしくは
針状軸受(リテーナ−はテフロン材)であり、第3図に
おいて、25は空気軸受けを利用する場合のセラミック
ス製のエアーバットで、エアーバット25には不図示の
空圧ダクトがつながっている。尚、これらの部材の内、
摺動部と転勤部を除いた部分に用途に応じて従来の合金
製部材を使用することもできる。
2 and 3 each show a Tachibana structure for supporting the stage 2.10, and in FIG. In FIG. 3, 25 is a ceramic air bat when an air bearing is used, and a pneumatic duct (not shown) is connected to the air bat 25. Furthermore, among these parts,
Conventional alloy members may be used for the parts other than the sliding part and the transfer part depending on the purpose.

以上の構成で、Yステージ1oに固定されたモータ8を
駆動すれば、カップリング7を介してボールネジ5が回
転し、ボールネジ5と螺合するボールナツト4を前後に
送ることで、こ゛れに固定されたXステージ2をX方向
に前後移動させ得る。Xステージ2は平面19と20上
を移動することで水平面内をZ方向に微動することなく
変位し、またY方向の変動はガイド9で規制される。
With the above configuration, when the motor 8 fixed to the Y stage 1o is driven, the ball screw 5 rotates via the coupling 7, and the ball nut 4, which is screwed with the ball screw 5, is sent back and forth to be fixed. The X stage 2 can be moved back and forth in the X direction. By moving on the planes 19 and 20, the X stage 2 is displaced in the Z direction in the horizontal plane without slight movement, and the movement in the Y direction is regulated by the guide 9.

他方、基盤18に固定されたモータ17を駆動すれば、
カップリング16を介してボールネジ15が回転し、Y
ステージ10をY方向に前後動させ得る。Yステージ1
0は平面21と22上を移動し、ガイド12で規制され
て正確にY方向へ変位する。
On the other hand, if the motor 17 fixed to the base 18 is driven,
The ball screw 15 rotates via the coupling 16, and the Y
The stage 10 can be moved back and forth in the Y direction. Y stage 1
0 moves on planes 21 and 22, is regulated by a guide 12, and is accurately displaced in the Y direction.

この実施例で、結合用カップリング7.16としてセラ
ミックスを使用したのは、高剛性且つ低慣性で、送り装
置からの振動伝達を軽減できるからである。
In this embodiment, ceramic is used as the coupling coupling 7.16 because it has high rigidity and low inertia and can reduce vibration transmission from the feeding device.

[発明の効果] 上述した如く、本発明によれば、各部分の軽量化をその
剛性を低下させることなく行えると共に、セラミックス
材の低熱伝導率、低熱膨張係数により周囲雰囲気温度の
変化に対して変動しにくいボールネジ装置が提供できる
ので、ステージ装置の高精度化が可能となる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the weight of each part can be reduced without reducing its rigidity, and the low thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion of the ceramic material makes it possible to reduce the weight of each part, and to resist changes in the ambient atmosphere temperature due to the low thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion of the ceramic material. Since it is possible to provide a ball screw device that does not easily fluctuate, it is possible to improve the precision of the stage device.

また、本発明によれば、対摩耗性を向上させることがで
き、金属のようなリンギング等の問題も生じ難く、無潤
滑の摺動面や転勤面を構成できるので、例えば真空雰囲
気中でも利用可能なボールネジ装置の提供が可能となる
。更に、本発明によれば、ボールネジ装置の経時変化を
極めて微少にすることかできるので、ステージ装置に組
込まれた場合には、高いステージ精度を長期間維持する
ことができる。
Furthermore, according to the present invention, wear resistance can be improved, problems such as ringing that occur with metals are less likely to occur, and a non-lubricated sliding surface or transfer surface can be constructed, so it can be used even in a vacuum atmosphere, for example. This makes it possible to provide a ball screw device. Further, according to the present invention, the change over time of the ball screw device can be made extremely small, so when it is incorporated into a stage device, high stage accuracy can be maintained for a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のボールネジ装置が組込まれたXYステ
ージ装置の一実施例を示す斜視図、第2図は第1図の実
施例の要部を示す断面図、第3図は第2図の変形例を示
す断面図である。 図中、2はXステージ、4はポールナツト、5はボール
ネジ、8はXステージ駆動用モータ、9はXガイド、1
0はYステージ、12はYガイド、17はYステージ駆
動用モータ、18は基盤である。 第3図
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the XY stage device incorporating the ball screw device of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the main part of the embodiment shown in FIG. 1, and FIG. It is a sectional view showing a modification of . In the figure, 2 is the X stage, 4 is the pole nut, 5 is the ball screw, 8 is the X stage drive motor, 9 is the X guide, 1
0 is a Y stage, 12 is a Y guide, 17 is a motor for driving the Y stage, and 18 is a base. Figure 3

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)セラミックス製の送り用ボールネジと、前記送り
用ボールネジと螺合するボールを内蔵するセラミックス
製のボールナットと、モータの駆動軸を前記送り用ボー
ルネジと連結する動力伝達用カップリングを有すること
を特徴とするボールネジ装置。
(1) It has a feed ball screw made of ceramics, a ball nut made of ceramics containing a built-in ball that screws into the feed ball screw, and a power transmission coupling that connects the drive shaft of the motor with the feed ball screw. A ball screw device featuring:
(2)前記ボールは非金属材料で形成されていることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載のボールネジ装置
(2) The ball screw device according to claim 1, wherein the ball is made of a non-metallic material.
(3)前記ボールはセラミックス、ルビー、またはサフ
ァイアで形成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第2項記載のボールネジ装置。
(3) The ball screw device according to claim 2, wherein the balls are made of ceramics, ruby, or sapphire.
(4)前記動力伝達用カップリングはセラミックス製で
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のボー
ルネジ装置。
(4) The ball screw device according to claim 1, wherein the power transmission coupling is made of ceramics.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5216932A (en) * 1990-11-30 1993-06-08 Nippon Thompson Co., Ltd. X-y drive apparatus
US5311790A (en) * 1991-07-25 1994-05-17 Ken Yanagisawa Drive system
TWI406733B (en) * 2008-11-07 2013-09-01 Sumitomo Heavy Industries Stage device and probe device
KR20150132987A (en) * 2014-05-19 2015-11-27 (주)청호산업 Apparatus For Processing Of Hydraulic Cylinder Gland
JP2017015145A (en) * 2015-06-30 2017-01-19 株式会社富士精機 Ball screw, its process of manufacture and ball screw actuator

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