JPH0527034Y2 - - Google Patents

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JPH0527034Y2
JPH0527034Y2 JP1987135113U JP13511387U JPH0527034Y2 JP H0527034 Y2 JPH0527034 Y2 JP H0527034Y2 JP 1987135113 U JP1987135113 U JP 1987135113U JP 13511387 U JP13511387 U JP 13511387U JP H0527034 Y2 JPH0527034 Y2 JP H0527034Y2
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JP
Japan
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thin flexible
fixed part
rotation
fine
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【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は微動回転ステージ、特に、X線露光装
置のマスクステージに適用可能な小型、高剛性の
微動回転ステージに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a fine-movement rotary stage, and particularly to a small-sized, highly rigid fine-movement rotary stage that can be applied to a mask stage of an X-ray exposure apparatus.

〔技術環境〕[Technological environment]

近年の半導体製造用露光装置は高精度化する傾
向にある。とくにX線露光装置はマスクとウエハ
を10〜50μmの微小なギヤツプを介して保持し、
位置合わせマークを用いて0.1μm以下の微小位置
合わせを行なつて0.5μm以下の微細パタンを転写
するものであり、最近とくに注目されている。マ
スクを保持するマスクステージには中央部の露光
領域に穴を設けた形状の微動回転ステージが装備
されていて、0.5mrad程度にプリアライメントさ
れたマスクを5μrad程度の精度で微動回転しなけ
ればならない。したがつて微動回転ステージは大
ストローク:1mradで高分解能:1μrad、さらに
高剛性、小型であることが必要である。
In recent years, there has been a trend toward higher precision in exposure apparatuses for semiconductor manufacturing. In particular, X-ray exposure equipment holds the mask and wafer through a minute gap of 10 to 50 μm.
This method uses alignment marks to perform fine positioning of 0.1 μm or less and transfer fine patterns of 0.5 μm or less, and has recently attracted particular attention. The mask stage that holds the mask is equipped with a fine rotation stage with a hole in the exposure area in the center, and the mask, which is pre-aligned to about 0.5mrad, must be rotated finely with an accuracy of about 5μrad. . Therefore, the fine rotation stage must have a large stroke of 1mrad, high resolution of 1μrad, high rigidity, and small size.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の微動回転ステージは、実願昭60−039155
(実開昭61−154322号公報参照)に示されている
ように、固定部1と可動部2と両者を連結する4
個の薄肉可撓部3と可動部の突出し部に接触した
ピエゾ素子4とを含んで構成される。
The conventional fine-movement rotary stage is
(Refer to Japanese Utility Model Application Publication No. 154322/1983), the fixed part 1, the movable part 2, and the
The piezo element 4 is configured to include two thin flexible parts 3 and a piezo element 4 in contact with a protruding part of the movable part.

第2図は従来の微動回転ステージの一実施例を
示す平面図である。第2図に示す微動回転ステー
ジは、固定部1と可動部2は4個の薄肉可撓部3
で一体に形成されている。4個の薄肉可撓部は、
円形の可動部の中心に対して回転対称に配置さ
れ、可動部2の突出部10と固定部1の間にピエ
ゾ素子4が点接触で連結している。ピエゾ素子4
に電圧を加えるとΔの変位を発生し、作用点と
回転中心との距離をrとすると可動部2は薄肉可
撓部3を案内として〓rradの回転変位を得ること
ができる。ピエゾ素子4は固定部1と可動部2の
突出部10に点接する構造となつているので可動
部2の突出部10とピエゾ素子4の端面に再度変
位が発生しても、ピエゾ素子4の微小直線変位を
ステイツクスリツプのない滑らかな微小回転変位
に変換できる。ピエゾ素子4のストロークは15μ
m程度であり、r=50mmとすると、0.3mradの回
転ストロークとなる。したがつて回転ストローク
を大きくする場合、ピエゾ素子4のストロークを
大きくするか、直線変位の作用点を回転中心に近
ずけてrを小さくする必要がある。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a conventional fine rotation stage. The fine rotation stage shown in FIG.
It is integrally formed. The four thin flexible parts are
The piezo element 4 is arranged rotationally symmetrically with respect to the center of the circular movable part, and is connected between the protruding part 10 of the movable part 2 and the fixed part 1 by point contact. Piezo element 4
When a voltage is applied to , a displacement of Δ is generated, and if the distance between the point of application and the center of rotation is r, the movable part 2 can obtain a rotational displacement of 〓 r rad using the thin flexible part 3 as a guide. Since the piezo element 4 has a structure in which it makes point contact with the fixed part 1 and the protrusion part 10 of the movable part 2, even if displacement occurs again between the protrusion part 10 of the movable part 2 and the end face of the piezo element 4, the piezo element 4 will not be damaged. It is possible to convert minute linear displacement into smooth minute rotational displacement without stick slip. The stroke of piezo element 4 is 15μ
If r = 50 mm, the rotation stroke will be 0.3 mrad. Therefore, when increasing the rotation stroke, it is necessary to increase the stroke of the piezo element 4 or to move the point of action of linear displacement closer to the center of rotation to decrease r.

〔考案が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention attempts to solve]

上述した従来の微動回転ステージは、可動部2
の突出部10に直接ピエゾ素子4を点接触させて
いるので、回転ストロークはピエゾ素子4の発生
変位と作用点の回転中心からの距離で決定される
ので大きなストロークを得られないという欠点が
あつた。
The above-mentioned conventional fine rotation stage has a movable part 2
Since the piezoelectric element 4 is in direct point contact with the protrusion 10, the rotation stroke is determined by the generated displacement of the piezoelectric element 4 and the distance from the center of rotation of the point of action, and therefore, there is a drawback in that a large stroke cannot be obtained.

X線露光装置のマスクステージに適用する場
合、可動部の中心に露光用の穴が必要で、ピエゾ
素子4の作用点と回転中心までの距離が小さくて
できないので、0.3mrad程度のストロークしか得
られず、これはマスクステージの回転ステージと
しては十分ではなかつた。また、ピエゾ素子4の
積層枚数を多くして発生変位を大きくすると比較
的大きなストロークは得られるが、ステージが大
きくなり、ステージ全体の剛性が高くできないと
いう欠点があつた。
When applied to the mask stage of an X-ray exposure device, an exposure hole is required at the center of the movable part, and this is not possible due to the small distance between the point of action of the piezo element 4 and the center of rotation, so a stroke of only about 0.3 mrad can be obtained. This was not sufficient as a rotation stage for the mask stage. Furthermore, if the number of laminated piezo elements 4 is increased to increase the generated displacement, a relatively large stroke can be obtained, but the stage becomes large and the rigidity of the entire stage cannot be increased.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本考案の微動回転ステージは固定部と該固定部
から放射状に突出した少なくとも3個以上の薄肉
可撓部と、該薄肉可撓部の他端で支持した可動部
と、前記薄肉可撓部の集束点から等距離に作用点
をもち互いに平行でかつ集束点に対して点対称に
配置しそれぞれ両端に弾性ヒンジを介して前記固
定部と前記可動部に保持された2個のリニアアク
チユエータ、あるいは圧入保持された2個のピエ
ゾ素子とを含んで構成される。
The fine rotation stage of the present invention includes a fixed part, at least three thin flexible parts projecting radially from the fixed part, a movable part supported at the other end of the thin flexible part, and a plurality of thin flexible parts. two linear actuators having points of action equidistant from the focal point, arranged parallel to each other and symmetrical with respect to the focal point, and held by the fixed part and the movable part via elastic hinges at both ends, respectively; , or two piezo elements press-fitted and held.

また、前記固定部と、前記可動部と、前記薄肉
可撓部と、前記弾性ヒンジとを一体で形成して構
成される。
Further, the fixed part, the movable part, the thin flexible part, and the elastic hinge are integrally formed.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本考案の実施例について、図面を参照し
て詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は、本考案の一実施例を示す平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention.

第1図に示す微動回転ステージは中空の固定部
1と、固定部1の内側にある中空円板状の可動部
2とがあつてこの両部材を連結し放射状に配置し
た4個の薄肉可撓部3と、この可動部2の外壁に
偶力を発生するように配置したピエゾ素子4およ
び5とを含んで構成される。またピエゾ素子4お
よび5は両端に弾性ヒンジ6〜9を介して固定部
1と可動部2に保持されている。薄肉可撓部3は
可動部2の中心軸Zに対して回転対称に配置さ
れ、ピエゾ素子4および5の変位方向は、この中
心軸Zから等距離Sに作用点をもち、互いに平行
に作動するように配置している。また、ピエゾ素
子4および5以外の部品はすべて一体で形成さ
れ、ピエゾ素子4および5は固定部1と、可動部
2より突出した弾性ヒンジの間に隙間なく圧入保
持されている。
The fine rotation stage shown in Fig. 1 has a hollow fixed part 1 and a hollow disc-shaped movable part 2 inside the fixed part 1, and these two parts are connected and four thin-walled movable parts are arranged radially. It is configured to include a flexible section 3 and piezo elements 4 and 5 arranged to generate a couple on the outer wall of the movable section 2. Further, the piezo elements 4 and 5 are held by the fixed part 1 and the movable part 2 via elastic hinges 6 to 9 at both ends. The thin flexible part 3 is arranged rotationally symmetrically with respect to the central axis Z of the movable part 2, and the displacement directions of the piezo elements 4 and 5 have points of action at an equal distance S from the central axis Z, and operate parallel to each other. It is arranged so that Further, all parts other than the piezo elements 4 and 5 are integrally formed, and the piezo elements 4 and 5 are press-fitted and held between the fixed part 1 and the elastic hinge protruding from the movable part 2 without any gaps.

ピエゾ素子4および5に等しい電圧を加える
と、それぞれΔの微小直線変位を発生し、可動
部2の外周部に突出した弾性ヒンジ7および9を
介して可動部2に伝達っれる。可動部2は4個の
薄肉可撓部3によつて支持されているので、回転
方向以外には拘束されていて中心軸Zを回転中心
とした回転案内となつている。この可動部2に中
心軸Zから距離Sの作用方向である微小直線変位
Δを作用させると可動部2には偶力がかかり、
回転案内の弾性力に打ち勝つて回転変位〓sradを
得ることができる。
When equal voltages are applied to the piezo elements 4 and 5, each generates a minute linear displacement of Δ, which is transmitted to the movable part 2 via the elastic hinges 7 and 9 protruding from the outer periphery of the movable part 2. Since the movable part 2 is supported by the four thin flexible parts 3, it is restrained in directions other than the direction of rotation and is guided in rotation about the central axis Z. When a minute linear displacement Δ, which is a distance S from the central axis Z in the acting direction, is applied to the movable part 2, a couple is applied to the movable part 2,
The rotational displacement 〓 s rad can be obtained by overcoming the elastic force of the rotational guide.

ここで可動部2の回転にともない弾性ヒンジ7
および9は移動するが、固定部側の弾性ヒンジ6
および8とともに傾きを許容できる。また、この
時角ヒンジに発生する回転トルクはステージの回
転変位が1mrad程度に場合きわめて小さい力であ
り、回転案内による高精度な回転変位を得ること
ができる。
Here, as the movable part 2 rotates, the elastic hinge 7
and 9 move, but the elastic hinge 6 on the fixed part side
and 8 as well as allow for inclination. Further, the rotational torque generated in this time angle hinge is an extremely small force when the rotational displacement of the stage is about 1 mrad, and highly accurate rotational displacement can be obtained by rotational guidance.

また、ピエゾ素子4および5は弾性ヒンジ6〜
9を介して固定部1と可動部2に圧入保持されて
いるので、ピエゾ素子4および5の両端には片当
たりや、隙間が発生することがないので、バツク
ラツシユやステイツクスルツプのない滑らかで再
現性のよい回転変位を得ることができる。
Moreover, the piezo elements 4 and 5 are connected to elastic hinges 6 to 6.
Since the piezo elements 4 and 5 are press-fitted and held in the fixed part 1 and the movable part 2 through the pins 9, there is no uneven contact or gaps at both ends of the piezo elements 4 and 5, so that the piezo elements 4 and 5 can be smoothly mounted without buckling or sliding. Rotational displacement with good reproducibility can be obtained.

さらにピエゾ素子4および5以外はすべて一体
で締結部なく形成しているので、ねじなどによる
接合部のズレが発生せず、高剛性であるため、良
い動特性を得ることができる。
Furthermore, since all the piezo elements except for the piezo elements 4 and 5 are integrally formed without fastening parts, there is no displacement of the joint parts due to screws, etc., and the piezo elements are highly rigid, so that good dynamic characteristics can be obtained.

〔考案の効果〕[Effect of idea]

本考案の微動回転ステージは可動部から突出し
た突出部を直接1個のピエゾ素子で駆動するため
ピエゾ素子を長くして変位を大きくしたり、ピエ
ゾ素子の作用点を回転中心に近づける代わりに、
ピエゾ素子などのリニアアクチユエータを2個設
け可動部に偶力を与えることによつて高分解能で
かつ、1mrad程度の比較的大きな微動回転変位を
得ることができるので、X線露光装置のマスクス
テージなどに搭載でき、マスクのプリアライメン
ト精度をラフにできるという効果がある。
In the fine-movement rotation stage of the present invention, the protrusion protruding from the movable part is directly driven by a single piezo element.
By installing two linear actuators such as piezo elements and applying a couple to the movable part, it is possible to obtain high resolution and a relatively large fine rotational displacement of about 1 mrad, making it suitable for use as a mask in X-ray exposure equipment. It can be mounted on a stage, etc., and has the effect of making the pre-alignment accuracy of the mask rough.

さらに、偶力によつて変位を拡大しているた
め、露光エリアを確保する場合のように可動部が
中空であつっても、偶力を加える作用点と回転中
心との距離を設定することにより分解能と、最大
変位を選定することができるので、小型で高剛性
であるという特長を失わずに高精度の微動回転ス
テージを実現できるという効果がある。
Furthermore, since the displacement is expanded by the force couple, even if the movable part is hollow, such as when securing the exposure area, it is necessary to set the distance between the point of application of the couple and the center of rotation. Since the resolution and maximum displacement can be selected by this method, it is possible to realize a highly accurate fine-movement rotary stage without losing its features of being small and having high rigidity.

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

第1図は本考案の一実施例を示す平面図、第2
図は従来の微動回転ステージの一例を示す平面図
である。 1……固定部、2……可動部、3……薄肉可撓
部、4,5……ピエゾ素子(リニアアクチユエー
タ)、6〜9……弾性ヒンジ、10……突出部。
Figure 1 is a plan view showing one embodiment of the present invention;
The figure is a plan view showing an example of a conventional fine rotation stage. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Fixed part, 2...Movable part, 3...Thin flexible part, 4, 5...Piezo element (linear actuator), 6-9...Elastic hinge, 10...Protrusion part.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 1 固定部と該固定部から放射状に突出した少な
くとも3個以上の薄肉可撓部と、該薄肉可撓部
の他端で支持した可動部と、前記薄肉可撓部の
集束点から等距離に作用点をもち互いに平行で
かつ集束点に対して点対称に配置しそれぞれ両
端に弾性ヒンジを介して前記固定部と前記可動
部に保持された2個のリニアアクチユエータと
を含むことを特徴とする微動回転ステージ。 2 固定部と、薄肉可撓部と、可動部と2個のリ
ニアアクチユエータの両端の弾性ヒンジとを一
体で形成して、2個のリニアアクチユエータが
圧入保持されていることを特徴とする実用新案
登録請求の範囲第1項記載の微動回転ステー
ジ。 3 2個のリニアアクチユエータがピエゾ素子で
あることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
第1項記載の微動回転ステージ。
[Claims for Utility Model Registration] 1. A fixed part, at least three thin flexible parts protruding radially from the fixed part, a movable part supported by the other end of the thin flexible part, and the thin flexible part. two linear actuators having points of action equidistant from a convergence point of the parts, arranged parallel to each other and symmetrical with respect to the convergence point, and held by the fixed part and the movable part through elastic hinges at both ends, respectively; A fine rotation rotation stage characterized by including a Yueta. 2. A fixed part, a thin flexible part, a movable part, and elastic hinges at both ends of the two linear actuators are integrally formed, and the two linear actuators are press-fitted and held. A fine movement rotary stage according to claim 1 of the utility model registration claim. 3. The fine movement rotation stage according to claim 1, wherein the two linear actuators are piezo elements.
JP1987135113U 1987-09-03 1987-09-03 Expired - Lifetime JPH0527034Y2 (en)

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