JPH0356895A - 駆動ステージ装置およびそのためのアクチュエータユニット - Google Patents
駆動ステージ装置およびそのためのアクチュエータユニットInfo
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
関し、特に小型で精密駆動可能な駆動ステージ装置およ
びそれに用いるアクチュエータユニットに関する. 近年、例えば半導t*集積回路の分野において、集積度
の向上と共に要求される加工精度はますます向上してい
る.より狭い線幅を実現するため、露光装置の研究開発
の対象は紫外光の代わりに電子線やX線を光源として用
いるものに移行している.これに伴い、露光時にウエー
ハを保持する駆動ステージの精度も向上させる必要かあ
る.たとえば、0,25ないし0.3μmの線幅を実現
するには約0.05μmのアライメント(整合〉精度か
要求される.これを達成するには駆動ステージとしては
約0.005μm、甘くても0。01μmの精度が要求
される. このような高j?4度の駆動ステージを、削えば130
〜200nm/Secの速度で移動させることが要求さ
れる。
モータとボールねじを組み合わせたアクチュエータを用
いたものが主流である.しかし、ガタ、ハンクラッシ等
のためにその駆動精度は、大体の場合約0.1ノ.4
Inか限界であり、0,Olμmやそれ以下の精度を出
すことは極めて困難である.リニアモータを駆動力源と
する駆動ステージ装置ら知られている.リニアモー夕も
0.01μm以rの位置精度を達或することは困雑であ
る.一方、アクチlエータユニットとして圧電素子を用
いたXY駆動装置も提案されている.圧電素子は微小な
変iitを生じさせることに長じているか変7αの絶対
隣を太きぐずることは難しい.そこで、高精度の駆動を
行うには粗動と微動を組み合わせるのが有利となる. 駆動ステージ装置を何段階かに積み上げ、粗動、微動を
各軸方向について行うことも提案されている. これらの従来の駆動ステージ装置において、アクチュエ
ータは被駆動体に対して直角方向に設けられ、被駆動体
を押すか引くことにより被駆動体に駆動力を働かせてい
る.被駆動体は支持体上に設けられた案内面や案内レー
ル等の案内部材上を移動する.たとえば、まずステージ
をX方向に移動可能に保持する案内部材とX方向駆動源
を含むX段が楕成され、次にこのX段全体をY方向に移
動可能に保持する案内部材とY方向駆動源を有するY段
か楕戒される.必要に応じてさらにZ段、θX段、θy
段、θZ段か設けられる.各方向で粗動と微動とを別個
に行う場合はこれらの段数か倍加する, ″L発明か解決しようする課題] 駆動ステージ装置の段数か増加すると、駆動源と被駆動
体との間に介在する部材の数か増加し、部材間の遊び等
の存在により脂動源の発生した駆動力か被脂動咋にどれ
だけ伝達されるのかが不正確になる。
法、重量か大きくなる。これは、応答速度を制限する要
因ともなる. また、従来のアクチュエータは被駆動体に対して直角方
向に設けられているのでアクチュエータ設置のために広
いスペースが必要であり、駆動ステージ装置か大きくな
る. また、従来の駆動ステージ装置は通常、l段で1方向の
駆動を行う構成を有し、1段構成当たりの駆動方向の自
由度は低い. 更に、戒駆動体か支持体の案内部上を移動すると、移動
の際摩擦により駆動負荷か増大し、位置精度や応答性を
悪くする。
ことである 本発明の他の目的は、小型な1段構或でしかも自由度か
高い駆動ステージ装置を提供することである。
提供することである. 本発明のさらに池の発明はこれらの駆動ステージ装置に
用いるアクチュエータユニットを提洪することである. ′L課題を解決するための手段] 本発明によれば、XYθ駆動ステージ装置のステージ面
は、一対の1方向アクチュエータユニヴト(駆動装置)
と、一個の直交方向アクチュエータユニット(駆動装置
)によって直接駆動される.たとえば第1図を参照して
説明すると、XY面を画定するステージ面3sを有する
被駆動体3は、X方向に沿った2つの対向辺部3a,3
bとY方向に治った2つの対向辺部3c.3dとを有し
、3Mの第■のアクチュエーターユニント10a10b
,10cによって直接保持、駆動される.各第1のアク
チュエータユニットは被駆動体3の各辺部3a〜3cと
平行な軸方向を有し、各辺部と物理的支持を与えること
のできる基部1との間に接枕される.各第1のアクチュ
エータユニット101は対応する辺部に平行な軸方向の
駆動力を発生するアクチェエータ81と軸方向に高い剛
性を有し、軸方向と直交する方向に低い剛性を有する弾
性リンク部9iとを含む. なお、本明細書において、XY方向とはステーシ面等の
任意の平面内において互いに直交する方向を言う.また
、2方向とはXY而に直交する方向を指すものとする.
:i.な、θX回転、θy回転及びθZ回転とはそれぞ
れX軸、Y軸及びZ軸の回りの回転を指すものとする。
は、−IllのX方向アクチュエータユニット(駆動装
置〉と、一対のY方向アクチュエータユニット(駆動装
′R.)と、3つ以上の2方向アクチュエータユニlト
(駆動笠置)によって直接駆動される. たとえば、第1図を参照して説明すると、XY面を画定
するステージ面3sを有する被駆動体3は、X方向に沿
った2つの対向辺部3a,3bとY方向に治った2つの
対向辺部3c,3dとを有し、3組の第1のアクチュエ
ータースニ/ト10a,10b,10cと、3組以上の
第2のアクチュエータユニット10e〜10gによって
直接保持一駆動される.各第1のアクチュエータユニッ
トは被駈動体3の各辺部3a〜3cと平行な軸方向を有
し、各辺部と物理的支持を与えることのできる基部1と
の間に接続される.各第2のアクチュエータユニットは
、Z方向に平行な軸方向を有し、被駆動体3のステージ
面3sを画定する3点以上の点の1つと基部1との間に
接続される.各第1のアクチュエータユニット]Oi
(i=ab,c,d)は対応する辺部に平行な軸方向の
駆動力を発生するアクチュエータ81と軸方向に高い剛
性を有し、軸方向と直交する方向に低い剛性を有する弾
性リンク部91とを含む.各第2のアクチュエータユニ
ット]Oj (j=e,f,g)はZ方向の駆動力を
発生するアクチュエータ8jとZ方向に高い剛性を有し
、2方向と直交する方ぎりに低いijlll性を有する
弾性リンク部9,jとを富む。
アクチュエータユニットは、軸方向に駆動力を発生する
ことのできるアクチュエータ81と、軸方向に対して高
い剛性を有し、軸方向と直交する方向に低い剛性を有す
る弾性リンク部材91とを有する。
性部と、相対的に小さな径を有する少なくとも2つの弾
性部とを有し、これらの剛性部、弾性部が軸方向に整列
して配置される.こ作用Σ XYθ駆動ステージ装置は、X.Y方向およびXY平面
内の回転θZ方向にステージ面を駆動ずることができる
。
ト1. 0 e〜10gを無視すると、X方向のアクチ
ュエータユニット1. 0 aが+X方向に駆動すると
、彼駆動体3は近似的に+X方向に移動しようとする.
この時、被駆動体3かY方向のアクチュエータユニット
lQb.1.0cの弾性リンク部9b,9cをX方向に
押す6弾性リンク部9b.9cは、X方向に対して剛性
か低いので、X方向の力を受けると容易に弾性変形(曲
げ)を起こす。従って、X方向のアクチュエータユニッ
ト10aにより、被駆動体3はX方向に駆動される.な
お、被駆動体3をY方向へ移動させる場合もX方向への
移動の場合と同様な原理で行うことかできる. 弾性リンク部の弾性変形によって反力か生じるか、弾性
リンク部は軸方向に直角の方向に対して剛性か低いので
、その反力は直交方向のアクチュエータユニットの駆動
負荷としては小さい。従ってアクチュエータユニットは
、その駆動スパンを確保することかできる.また、駆動
ステージ装置は良好に印加信号に応答することかできる
。
アクチュエータユニットLOcを+Y方向に、アクチュ
エータユニット10bをーY方向に邪動することにより
一被駆動体3を第1図中で左ri1りに回転駆@(+θ
Z回耘)することができる。駆動方向を逆にすることに
よりーθZ回転も同機に行うことかできる. XYZθ駆動装置はXYz各軸方向および各軸方向の周
囲の回転方向にステージ面を駆動することかできる。
動は、Z方向のアクチュエータユニツ1・10e〜10
gの弾性リンク部が弾性変形すること以外は上述と同櫟
である. Z方向に関しては、第1のアクチュエータユニソト1.
0 a . 1 0 b , 1 0 cの駆動
量を0とし、第2のアクチュエータユニント1. 0
e〜10gをそh.ぞれ同一方向に同一量駆動すると、
被駆動体3はZ方向に亜進する. この時、第1のアクチュエータユニン1・の弾・陀リン
ク部9a〜9cから若干の反力を受けるが、前述のよう
に、弾性リンク部は軸と直交する方向の剛性か低いので
、被駆動体は2方向に容易に朋動される。
gの駆動量のバランスにより、θX、θy方向の回転を
行うことができる. さらに、全ての圧電アクチュエータユニント10a〜L
ogを同時に適当量駆動することにより、x,y,z.
θX、θy、θZの6自由度の任意の動きを被駆動体3
に伝達することか可能となる.[実施例] 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
駆動ステージ装置を示す6駆動量は、たとえば1方向の
並進か最大20μm、回転か最大20秒程度である.第
2図は平面図、第3図は第2[謁の一部破断i+111
而図である。
基部)であり、そのL面中央に凹部2が設けらノ土てい
る.fln距Ptを大きくする時は、このベース横造体
1をさらにリニアモータ、ボールネジ等乙こLつn1動
駆動する.3はステージ而3sを有する;皮11〆動体
で、X方向の2つの村向辺部3a.3b.Y方向の2つ
の対向辺部3c,3dを有ずる格正方形または長方形の
形状を有する.この被駆動体3の下面はベース横造体1
の四部2内に入り込む凸部・4を有し、ステーシの剛性
を高めている.この凸部4とベース横造体1の凹部2と
の間には間隙5か保たれる.すなわち、被駆動体3はベ
ース横造体1から遊離した状態にある.また被駆動C本
3の上面には、ウェーハチャック等〈図示せず)を託け
5槓徳τに駆動すべきウエーハを保持してもよい。
9に接続されたアクチスエータ、たとえば圧電アンチュ
エータて゛あり、被1}メ動体3の辺部3a〜3dの内
の3辺3a〜3cに対応して3 4)]設けられている
。各アクチュエータ8a〜8Cはそれぞtし弾性リンク
部9a〜9cと結合してアクチヱエータユニット1.
0 a〜10cを横或している.アクチュエータユニッ
ト10a〜10cは被駆動体3の各辺部3a〜3cに平
行なX方向、Y方向に沿って配置されている6図示の場
含、圧電アクチュエータ8a〜8Cはそれぞれその一端
をベース横遣体1に固定的に接続されている。各圧電ア
クチュエータ8a〜8cと被駆動体3の各辺部3a〜3
cの間には、それぞれ弾性リンク部9a〜9Cか介在し
ている。この弾性リンク部9a〜9Cは、被駆動体3を
ベース構造体1から遊離した状態で支持するとともに、
被駆動体3にアクチュヱー夕の及ぼす力を伝達する.さ
らに、この弾・注リンク部98〜9cはその軸方向と直
交する方向に力か及ぼされた場合、曲げ変形することに
よって軸と直交する方向の変位を許容する. すなわち、弾性リンク部9aは被駆動体3をX方向に駆
動する力を伝達すると共に、被駆動(*3が)′方向に
移動しようとする場合、その移動を許容するように変形
する. 本実施例にむいては、圧電アクチュエータ81は、一体
の部材12を介してボルト11によりベース横這体Iに
固定されている.弾性リンク部91は、一体構造の部財
16を介してボルト】5にLつ?f!iIl〆動体3に
固定さtLている。ここで、これらのボルトT1.15
および部材】2、16を省路1,てベースm遣体1およ
び被駆動体3にアクチュエータユニットを直接溶接、接
着等により接続してもよい6なJ5、被駆動体3と圧電
アクチュエータユニン1〜1 [) i 、部材12の
間には、披脂動1,本3の移動を可能とする間隙を設け
てある。
た圧電アクチュエータユニyト10の拡大平而[ラ1で
ある.また、第5図は圧電アクチュエータユ二1トの池
の実施例を示す平而r:FJ ”(−夕)る.第4VA
に示した圧菟アクナユエータユニント10は、右端か部
材12を介してベース横造体1に接続される。国示の場
合、圧憲アクチュエータ8が部材12と結合している,
圧電アクチュエータ8の左端は弾性リンク部9に結合し
ている,弾性リンク部9は大径の剛性部20と小径のヒ
ンジ部21,22かt)形成される.剛性部20の一端
は、ヒンジ部21を介して圧主アクチュエータ8の左端
に接続され、弾性リンク部9の左端はヒンシ部22を介
して被駆動体3に接続さhる。各ヒンシ部2122は、
両端から中央に向かって径か絞られ、断面か凹状(円弧
状)の球而ヒンジである.球而ヒンジは、軸方向には高
い剛性を有し、軸と直交する方向はソ111性を弱め、
曲けを許容するのに好ましい横遣て゛ある。
り簡単な構造の弾性リンク部24を有する.弾性リンク
部24は軸方向には十分な剛性を発揮すると共に、軸と
直交する方向には十分な弾性を呈するようにその径を選
択されている。すなわち仲び縮みはし難いが、曲げは比
較的容易な構或である。他の改は第−4 1’aに示す
圧電アクチュエータユニットと同様である。
ータユニットの軸方向に高い剛性を有し、軸と直交ずる
方向には十分な弾性を有ずる弾性リンク部リないし24
とを組み合わせることにより、第2図、第3図に示す実
施例に用いることのできるアクチュエータユニットを横
戊することかできる。
動ステージ装置を示す. XY平面内の駆動に関しては、第2図、第3図に示した
実施例と同櫟である. Z方向の駆動も行うために、本実施例においては、Z方
向の脂動を行う3:″)の圧電アクチュエータユニット
32a.32b,32cか、被駆動体3とベース橿遣体
1の間に配置されている。
ータユニット32は圧な素子36と、圧$索子36のX
Y面内の伸縮運動をZ方向の運動に変換する一対の楔部
材37a、37b、38a381つと、このZ軸方向の
運動を被駆動体3に伝達する弾性リンク部31aを有す
る.圧電素子36に接続された一方の楔部材37a,3
7bはアクナユエータベース35に接着剤等で結合され
、接着剤等の剪断変形によりXY面内の小さな変位を許
容する.アクチュエータベース35はベース構造体1に
ボルl・34等により固定されている。
gi.斜面に或形されており、対向する他方の楔部材3
8の対称的傾斜面部38a.38bと接着剤等を介して
係合している.すなわち、一方の楔部材37a,37b
が両開に拡かろうとすると、対向する楔部材38は上方
に移動することになる。
ると、他方の楔部材38は下方に移動するこれらの楔部
材37、38間の結合は接着削等の剪断変形を許容する
部材を介して行うのが好ましい.弾性リンク部31aの
上端は、締結横造33aを有し、被駆動体3とボルト3
4等を介して結合している. Z方向のアクチュエータユニット32a,32b 3
2cに3いて、弾性リンク部31はその軸方向に高い剛
性を有し、軸方向と直交する方向に低い剛性を有する.
軸方向の力を伝達して軸方向に被駆動体3を駆動するこ
とができるとともに、池の方向の被駆動体の運動を曲げ
等の弾性変形により許容する. Z方向のアクチュエータユニットに関して、圧S素子を
Z方向に設けず、XY面内に設けたのはZ方向の高さを
減少するためである.このように配置することにより、
駆動ステージ装置全体のZ方向の寸法を小さくすること
かできる.X−Y方向の駆動のためのアクチェエータユ
ニットを被駆動体3の辺部に平行な方向に設けたのは、
1段の横或でX方向、Y方向の変位を可能にするためと
、駆動ステージ装置全体の横成を小さなものとするため
である. 第8図は制御系を概略的に示す. 被駆動体3のX方向、Y方向およびXY面内の回転θZ
をモニタするため、3つの潤距系5060a,60bが
設けられている.たとえば、被駆動体3のX方向の位置
をモニタするための系50は、被駆動体3上のミラー5
9、レーザ光源5■−ビームスプリッタ53、ミラー5
5、受光器57をきみ、入射レーサ光52の一部と反射
レーザ光54との干渉縞を計数してミラー4つのX方向
位置を計測する。
モニタ系60a、レーザ光′a6 l b、受光器67
bを含む第2のY方向モニタ糸6 0 bも同様の原理
によってミラー69のY方向の位置を計測する。2問所
でY方向位置をal定することにより、ミラー6つのX
Y面内の角度θZも測定できる。
おり、被駆動体3の十面(象を撮作して、XY面内の位
置合わせを行えるように構成されている. さらに、被駆動体3の裏面には3つの静電容量センサ7
1、73、75か設けられており、Z方向の位置を3げ
λで計測する,これらの結果からZH向位置、Xll1
i回りの回転、Y軸回りの回転かavj定できる。
さhる。目標設定値との比較等の後、制御回路85から
補正信号か圧なアクチュエータ等に送られる2 以−[実施例に沿って説明したか、本発明はこれあに限
定されるものではない。たとえば種々の変更、改良、組
み合わせ等がir能なことは当業者に向明であろう。
る被駆動体を複数の方向に駆動するための駆動装置か被
駆動体に直接結合した駆動ステージ装置が提1共される
. また、自由度の高い小型の駆動ステージ装置か提供され
る. (lE動ステージ装置が小型なので、応答性を高くする
ことか容易である。
明図、 第2図は本発明の1実施例によるXYθ駆動ステージ装
置の平面図、 第3図は、第2図の一部破断叫而図、 第4図は、X)lθ駆動ステージ装置に用いる圧電アク
チュエータユニントの平面図、 第5図は、圧電アクチュエータユニットの1也の実施例
を示す平面図、 第6図は、本発明の1実施例によるXYZθ駆動ステー
ジ装置の平面図、 第7図は、第6図の■■−■線に沿う断面図、第8図は
制御系の概略ブロック図である.図において、 1 基部(ベース構造体) 3 被駆動体 3a〜3d 3S 8a〜8d 9 a〜9d 10a〜10g 2 0 21 30i 31t 32i 22 辺部 ステージ而 アクチュエータ 弾性リンク部 第1のアクチュエータユニ・ント (圧電アクチュエータユニント) 剛性部 ヒンジ部 圧電アクチュエータ 弾性リンク部 第2の圧電アクチュエータユニ ソ1〜
Claims (6)
- (1)、X方向に沿った2つの対向辺部とY方向に沿っ
た2つの対向辺部と、XY平面を画定するステージ面と
を有する被駆動体と、 物理的支持を与えることのできる基部と、 被駆動体の各辺部と平行な軸方向を有し、各々被駆動体
の各辺部と基部との間に接続された3組の第1のアクチ
ュエーターユニットであって、各アクチュエータユニッ
トは軸方向の駆動力を発生するアクチュエータと軸方向
に高い剛性を有し、軸方向と直交する方向に低い剛性を
有する弾性リンク部とを含む第1のアクチュエータユニ
ットと、 を備え、X、Y方向およびXY平面内の回転方向にステ
ージ面を駆動することのできる駆動ステージ装置。 - (2)、X方向に沿った2つの対向辺部とY方向に沿っ
た2つの対向辺部と、XY平面を画定するステージ面を
有する被駆動体と、 物理的支持を与えることのできる基部と、 被駆動体の各辺部と平行な軸方向を有し、各々被駆動体
の各辺部と基部との間に接続された3組の第1のアクチ
ュエーターユニットであって、各アクチュエータユニッ
トは軸方向の駆動力を発生するアクチュエータと軸方向
に高い剛性を有し、軸方向と直交する方向に低い剛性を
有する弾性リンク部とを含む第1のアクチュエータユニ
ットと、 被駆動体のステージ面と直交するZ方向に駆動力方向を
有し、各々被駆動体と基部との間に接続された3組以上
の第2のアクチュエータユニットであって、各アクチュ
エータユニットはZ方向の駆動力を発生するアクチュエ
ータとZ方向に高い剛性を有し、Z方向と直交する方向
に低い剛性を有する弾性リンク部とを含む第2のアクチ
ュエータユニットと、 を有し、XYZ各軸方向および各軸方向の回りの回転方
向にステージ面を駆動することのできる駆動ステージ装
置。 - (3)、前記第2のアクチュエータユニットのアクチュ
エータはXY平面内方向に軸を有する駆動力源とXY平
面内方向の力をZ方向の力に変換する楔部材とを含む請
求項2記載の駆動ステージ装置。 - (4)、軸方向に駆動力を発生することのできるアクチ
ュエータと、 軸方向に対して高い剛性を有し、軸方向と直交する方向
に低い剛性を有する弾性リンク部材と を有するアクチュエータユニット。 - (5)、前記弾性アクチュエータユニットが相対的に大
きな径を有する剛性部と、相対的に小さな径を有する少
なくとも2つのヒンジ部とを有し、これらの剛性部、ヒ
ンジ部が軸方向に整列して配置されている請求項4記載
のアクチュエータユニット。 - (6)、前記アクチュエータが収納ケースに納められて
予圧を印加された圧電素子を含む請求項4ないし5記載
のアクチュエータユニット。
Priority Applications (1)
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JP1192143A JP2676256B2 (ja) | 1989-07-25 | 1989-07-25 | 駆動ステージ装置およびそのためのアクチュエータユニット |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6196138B1 (en) | 1998-04-15 | 2001-03-06 | Thk Co., Ltd | Movable table unit |
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JP2017524941A (ja) * | 2014-04-23 | 2017-08-31 | 中国科学院物理研究所 | 精密駆動装置 |
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-
1989
- 1989-07-25 JP JP1192143A patent/JP2676256B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP2676256B2 (ja) | 1997-11-12 |
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