JPH0238992A - 高精度位置決め装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ウェハ等を搭載するステージ（テブル）の高
精度（サブミクロン以下）の位置決めを行い、且つ、高
剛性を有する位置決め装置に関する。

こ従来の技術］ 従来、この種の位置決め装置は、ステージ郡動機構とし
て、ＤＣサーボモータが使用され、そのモータの回転を
、ボールネジを介して、直線運動に変換し、これにより
、ステージを所望の位置に移動している。ステージの移
動の際のガイド８！構には、リニアガイドとベアリング
との組合せ機構、或は、最近では、エアースライド８！
梢等が用いられている。

また、ステージの位置の測長システムには、レーザ干渉
計、或は光スケール等が利用されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の位置決め装置では、ステージ移動
機構として、ステージ移動用ＤＣサーボモータを使用し
ているなめ、ＤＣサーボモータの発熱により、測長シス
テムに誤差が生じるという欠点があった。

また、ガイド８！構においても、リニアガイドとベアリ
ングとの組合せ機構では、両者の間に生じる間隙により
必然的にガタが起きてしまう問題があり、一方、エアス
ライドＲ構では、その剛性が小さく、ａｍを生じさせて
しまう欠点があった。

そこで、本発明の技術的課題は、上記欠点に鑑み、測長
システムへのステージ移動Ｒ棺からの発熱を抑制し、ま
た、ガイド８！構におけるガタを防止すると共に、その
高剛性を向上させた高精度位置決め装置を提供すること
である。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、ウェハを搭載するためのステージと、
該ステージを移動させるステージ移動手段と、前記ステ
ージの移動をガイドするエアースライド手段と、前記ス
テージ位置を検出す検出手段と、該検出手段により検出
された検出位置に基づいて、前記ステージ移動手段の駆
動量を制御する制御手段とを有する高精度位置決め装置
において、前記エアースライド手段は、前記ステージを
収けけるスライド部と、該スライド部をガイドするガイ
ド部と、前記スライド部を前記ガイド部にロックする第
１のロック部とを有することを特徴とする高精度位置決
め装置が得られる。

また、本発明によれば、前記ステージ移動手段は、長ス
トローク用移動手段を有し、該長ストローク用移動手段
は、一端を前記ステージに実質的に結合したピストン部
と、該ピストン部を往復動可能に保持するシリンダ部と
、前記ピストン部の往復動を停止させるためのブレーキ
部と、前記ブレーキ部を冷却する冷却部とを有すること
を特徴とする高精度位置決め装置が得られる。

また、本発明によれば、前記ブレーキ部は、前記ピスト
ンの往復運動を回転運動に変換するボルトナツトと、該
ボールナツトにより回転されるボールネジと、該ボール
ネジの回転を止める電磁ブレーキとを有し、前記長スト
ローク用移動手段は、前記ボールネジの回転停止時のバ
ックラッシュを防止するために、前記ピストン部を前記
シリンダ部にロックする第２のロック部を有することを
特徴とする高精度位置決め装置が得られる。

また、本発明によれば、前記ステージと前記ピストン部
の前記一端との間に、短ストローク用移動手段を設け、
該短ストローク用移動手段は、前記ピストン部の前記一
端に結合された伸縮自在な移動用ピエゾアクチュエータ
部と、前記ステージに結合された微少移動体と、前記移
動用ピエゾアクチュエータ部の伸縮運動毎に、前記微少
移動体を前記移動用ピエゾアクチュエータ部に結合・離
脱させ、前記微少移動体を漸次移動させる結合離脱部と
を有することを特徴とする高精度位置決め装置が得られ
る。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示す高精度位置決め装置は、ウェハ（図示しな
い）を搭載するためのステージ１と、ステージ１を前後
方向に直線移動させるステージ移動機構２０と、ステー
ジ１の移動をガイドするエアースライド機構１０と、ス
テージ位置をサブミクロン以下で検出す光スケール５０
と、光スケール５０により検出された検出位置に基づい
て、ステージ移動機構１０の駆動量を制御する制御機構
６０とから構成される。

まず、エアースライド１１１０は、ステージｌを取付け
るスライド１１と、スライド１１をガイドするガイド１
２と、スライド１１をガイド１２にロックする４個のエ
アースライドロック１３とからなり、４個のエアースラ
イドロック１３は、ステージ１の四隅に夫々設けられて
いる。

これにより、エアースライド８！構１０は、エアスライ
ドロック１３をステージ１の位置決め擾に固定し、スラ
イド１１とガイド１２とを実質的に一体化することによ
り、ガタや振動を無くし、エアースライドの剛性が高め
られることになる。

次に、ステージ移動機構２０は、長ストローク用として
のエアシリンダ駆動態梢と１、このエアシリンダ駆動機
構とステージ１との間に介在する短ストローク用のピエ
ゾアクチュエータ微少駆動機構３０との２つの異なるス
トロークを持つ駆動様式によって構成されている。

長ストローク用エアシリンダ駆動機構は、先端をピエゾ
アクチュエータ微少駆動機構３０に結合させたピストン
２１と、ピストン２１を往復動可能に保持するエアシリ
ンダ２２を主体とする。エアシリンダ２２の右回室、左
房室には、制ｍ機構６０にコントロールされる電磁弁２
３の切替えにより、圧縮されたエアが吸入排出され、こ
れにより、ピストン２１が前進後退する。なお、エアシ
リン２２と電磁弁２３との間に、スピードコントロール
弁２４を介在させて、ピストン２１の定速運動が図られ
ている。

ピストン２１の内部にはボールネジ２５が遊貫されてお
り、また、ピストン２１の後端にはボールナット２６が
装着され、これにより、ボールナット２６がピストン２
１と共同して動き、その動きに連れて、ボールネジ２５
が回転する。ボールネジ２５の後端には、電磁ブレーキ
２７が取付けられており、ボールネジ２５の回転を停止
させ、同時にピストン２１の直進運動を止めるものであ
る。このブレーキングの際の電磁ブレーキ２７の発熱は
、電磁ブレーキ２７を循環する冷却用エアホース２８に
より除去される。なお、本実施例では、電磁ブレーキ２
７のみを冷却しているが、その的の複ａ箇所の発熱源を
、冷却用エアを循環させて、温度調整することも可能で
ある。また、回転停止時のボールネジ２５のバックラッ
シュを防止するために、ピストン２１をシリンダ２２に
ロックするピストンロック２９が設けられている。

次ぎに、第２図及び第３図をも参照して、短ストローク
用のピエゾアクチュエータ微少駆動機構３０について説
明する。

短ストローク用のピエゾアクチュエータ微少駆動機構３
０は、ピストン２１の先端に固定された伸縮自在な移動
用ピエゾアクチュエータ（積層圧電アクチュエータ）３
１と、ピストン２１の先端に対して実際に微少移動し、
ステージ１に固定されている微少移動体３２と、移動用
ピエゾアクチュエータ３１の伸縮運動毎に、微少移動体
３２を、漸次、前進後退させる結合離脱＃３３とから主
に構成されている。

移動用ピエゾアクチュエータ３１は、ストローク１０μ
ｍ、停止精度０．０１μｍ以下で、ピストン２１の長軸
方向と平行方向に伸縮を繰返すものである。

微少移動体３２は、ステージ１に固定される固定面３４
と、この固定面３４の周縁からピストン２１の先端方向
に延在しピストン２１の外周を囲周する側壁３５とから
構成され、ピストン２１に対してスライド可能に設けら
れている。

結合離脱体３３は、移動用ビエゾアクチュエタ３１の先
端にベアリング３６を介して設けられた移動円ｊＭ３７
と、微少移動体３２の側壁３５に設けられたい互いに同
一構造の第１及び第２の微少移動用ロック３８．３９と
から主に構成され、第１及び第２の微少移動用ロック３
８．３９のロンク／解除により、微少移動体３２がピス
トン２１に結合／Ｍ脱される。なお、後述するように、
移動円板３７の板厚は、微少移動体３２の最大移動距離
に基づいて選択される。なお、移動円板３７とピストン
２１の先端との間には、移動用ピエゾアクチュエータ３
１以外に、ヒンジ機構４９によっても結合されており、
移動用ピエゾアクチュエータ３１の伸縮のバランスを図
っている。

第１の微少移動用ロック３８（第２の微少移動用ロック
３つ）は、第３図（２）に示すように、弾力性を有する
板体４０（４１）と、板体４０（４１）の中央を穿設し
て移動円板３７（ピストン２１）を貫装する貫通孔４２
と、板木４０（４１）の−角を打抜いて形成したストッ
パ片４３（４４）と、ストッパ片４３　（４４）を移動
円板３７（ピストン２１）に圧接・解除させるロック用
ピエゾアクチュエータ４５（４６）とから構成されてい
る。

板体４０（４１）は、その一部を微少移動体３２の側壁
３５に埋設固定されており、このため、微少移動体３２
と共に移動することになる。

ストッパ片４３は、その中央を、板木４０の本体４７側
からストッパ片４３に延在する腕部４８に弾性的に結合
して支点とし、その一端側を、移動円板３７に延在して
力点とし、また、他端側に、ロック用ピエゾアクチュエ
ータ４５（第２のロック用ピエゾアクチュエータ４６）
を装着し作用点としている。これにより、この第１のロ
ック用ピエゾアクチュエータ４５（４６＞の伸縮によっ
て、ストッパ片４２（４３）が支点を中心にテコ運動し
て、移動円板３７（ピストン２１）を圧接・解除する。

今、移動用ピエゾアクチュエータ３６を伸長して、微少
移動体３４を前進させる場合、第１の微少移動用ロック
３８は第１の口ｙり用ピエゾアクチュエータ４５を伸長
させて移動円板３７を圧接し、同時に、第２の微少移動
用ロック３つは第２のロック用ピエゾアクチュエータ４
６を収縮してピストン２１を解除する。これにより、微
少移動体３４と移動円板３７とが一体となり、移動用ピ
エゾアクチュエータ３１の伸長に連れて微少移動体３４
を微少距屋前進させる。その後、第１の微少移動用ロッ
ク３８は、第１のロック用ピエゾアクチュエータ４５を
収縮して移動円板３７を解除し、第２の微少移動用ロッ
ク３つは、第２の口ｙり用ピエゾアクチュエータ４６を
伸長してピストン２１をロックする。同時に、移動用ピ
エゾアクチュエータ３１を収縮する。これにより、微少
移動体３４を移動円板３７から離脱させ、移動用ピエゾ
アクチュＪ−夕３１の伸長に連れて、微少移動体３４を
残した′＆よ、移動円板３７のみが後退する０以上の動
作を繰返すことにより、微少移動体３４を漸次前進させ
ることができる。また、微少移動体３４を漸次後退させ
る場合は、上記の逆動作を行えばよい。

次ぎに、第１図に戻り、制御機構６０について説明する
。

制御機構６０は、光スケール５０からのステージ１位置
を検出した測長データを受けるコントローラ６１と、コ
ントローラ６１からの指示に従い電磁弁２３及び電磁ブ
レー−’１−２７を作動させる電磁弁・電磁ブレーキ用
ドライバ６２と、コントローラ６１からの指示に従い移
動用ピエゾアクチュエータ３１を作動させる移動用ピエ
ゾアクチュエタ用ドライバ６３と、コントローラ６１か
らの指示に従い、４個のエアースライドロック１３（ａ
、ｂ、ｃ、ｄ）、ピストンロック２９（ｅ）。

第１及び第２の微少移動用ロック３８．３９　（ｆｇ）
を作動させるロック用ドライバ６４から構成されている
。

コントローラ６１の制御手順は、光スケール５０からの
測長データを受取り、電磁弁・を磁ブレーキ用ドライバ
６２を介し、電磁弁２３を切替えて、予め設定されたス
テージ停止位置へピストン２】を前進後退させ、ステー
ジ停止位置近傍にて、電磁ブレーキ２７を掛けてピスト
ン２１の移動を停止させる。同時に、回転停止時のボー
ルネジ２５のバフクラッシュを防止するために、ロック
用ドライバ６４を介して、ピストンロック２９を掛ける
。

次ぎに、ピストン２１が停止した段階で、移動用ピエゾ
アクチュエータ用ドライバ６３．ロック用ドライバ６１
１を介して、ピエゾアクチュエータ微少駆動Ｉ！１梢３
０を制御して、漸次ステージ１を移動させて、所定の精
度で位置決めする。

最後に、ステージ１の位置決めが終了した段階で、ロッ
ク用ドライバ６４を介して、４個のエアースライドロッ
ク１３をロックする。

なお、本実施例では、−軸系の位置決めについて説明し
たが、直交２軸に応用することで、ＸＹステージとして
使用することができる。また、ポルネジ２５や、ブレー
キ系の発塵は、エアー配管系のフィルターを用いること
で除去することができる。

［発明の効果］ 以上の説明のとおり、本発明によれば、測長システムへ
のステージ移動１１！！椙からの発熱を抑制し、また、
ガイド機構におけるガタを防止すると共に、その高剛性
を向上させた高精度位置決め装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる実施例のブロック図、第２図（
１）、（２）は第１図に示したピエゾアクチュエータ微
少駆動機構の断面図及び縦断面図、第３図（１）は第１
図に示したピエゾアクチュエータ微少駆動機構の側面図
、第３図（２）は第１図に示したストッパ片の正面図で
ある。 １・・・ステージ、１０・・・エアースライド機構、１
１・・・スライド、１２・・・ガイド、１３・・・エア
ースライドロック、２０・・・ステージ移動機構、２１
・・・ピストン、２２・・・シリンダ、２３・・・Ｚ　
Ｉｃ１ｉ弁、２４・・・スピードコントロール弁、２５
・・−ボールネジ、２６・・・ボールナツト、２７・・
・電磁ブレーキ、２８・・・冷却用エアポース、２つ・
・・ピストンロック、３０・・・ピエゾアクチュエータ
微少駆動機構、３１・・・移動用ピエゾアクチュエータ
、３２・・・微少移動体、３３・・・結合Ａ【脱体、３
４・・・固定面、３５・・・ｆｆ！！壁、３６・・・ベ
アリング、３７・・・移動円板−；　３８．３９・・第
１及び第２の微少移動用ロック、４０．４１・・・板体
、１１２・・・貫通孔、４３．４４・・・ストッパ片、
４５．４６・・・ロック用ピエゾアクチュエータ、４７
・・・板体本体、４８・・・腕部、４９・・・ヒンジＩ
Ｒ梢、５０・・・光スケール、６０・・・制御ｖ１梢、
６１・・・コントローラ、６２・・・電磁弁・電磁ブレ
ーキ用ドライバ、６３・・・移動用ピエゾアクチュエー
タ用ドライバ、６午・°ロック用ドライバ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェハを搭載するためのステージと、該ステージを
   移動させるステージ移動手段と、前記ステージの移動を
   ガイドするエアースライド手段と、前記ステージ位置を
   検出す検出手段と、該検出手段により検出された検出位
   置に基づいて、前記ステージ移動手段の駆動量を制御す
   る制御手段とを有する高精度位置決め装置において、 前記エアースライド手段は、前記ステージを取付けるス
   ライド部と、該スライド部をガイドするガイド部と、前
   記スライド部を前記ガイド部にロックする第１のロック
   部とを有することを特徴とする高精度位置決め装置。 ２、第１請求項記載の高精度位置決め装置におい前記ス
   テージ移動手段は、長ストローク用移動手段を有し、 該長ストローク用移動手段は、一端を前記ステージに実
   質的に結合したピストン部と、該ピストン部を往復動可
   能に保持するシリンダ部と、前記ピストン部の往復動を
   停止させるためのブレーキ部と、前記ブレーキ部を冷却
   する冷却部とを有することを特徴とする高精度位置決め
   装置。 ３、第２請求項記載の高精度位置決め装置において、 前記ブレーキ部は、前記ピストンの往復運動を回転運動
   に変換するボルトナットと、該ボールナットにより回転
   されるボールネジと、該ボールネジの回転を止める電磁
   ブレーキとを有し、 前記長ストローク用移動手段は、前記ボールネジの回転
   停止時のバックラッシュを防止するために、前記ピスト
   ン部を前記シリンダ部にロックする第２のロック部を有
   することを特徴とする高精度位置決め装置。 ４、第２又は第３請求項記載の高精度位置決め装置にお
   いて、 前記ステージと前記ピストン部の前記一端との間に、短
   ストローク用移動手段を設け、該短ストローク用移動手
   段は、前記ピストン部の前記一端に結合された伸縮自在
   な移動用ピエゾアクチュエータ部と、前記ステージに結
   合された微少移動体と、前記移動用ピエゾアクチュエー
   タ部の伸縮運動毎に、前記微少移動体を前記移動用ピエ
   ゾアクチュエータ部に結合・離脱させ、前記微少移動体
   を漸次移動させる結合離脱部とを有することを特徴とす
   る高精度位置決め装置。