JPH06795Y2 - Fine rotation stage - Google Patents

Fine rotation stage

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JPH06795Y2
JPH06795Y2 JP1987135111U JP13511187U JPH06795Y2 JP H06795 Y2 JPH06795 Y2 JP H06795Y2 JP 1987135111 U JP1987135111 U JP 1987135111U JP 13511187 U JP13511187 U JP 13511187U JP H06795 Y2 JPH06795 Y2 JP H06795Y2
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JP
Japan
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movable
fine movement
thin
input arm
rotary stage
Prior art date
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JP1987135111U
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Japanese (ja)
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JPS6440087U (en
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穣治 岩田
英一 河野
良治 田中
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NEC Corp
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NEC Corp
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Description

【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、とくに、X線露光装置のマ
スクステージに適用可能な小型、高分解能、高剛性の微
動回転ステージに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial field of application] The present invention relates to a fine movement rotary stage, and more particularly to a small, high resolution, high rigidity fine movement rotary stage applicable to a mask stage of an X-ray exposure apparatus.

〔技術環境〕[Technical 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ェハを10〜50μm
の微小なギャップを介して保持し、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って、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ステーしなけれ
ばならない。したがっ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。
The exposure apparatus for semiconductor manufacturing in recent years tends to be highly accurate. In particular, the X-ray exposure system uses a mask and wafer of 10 to 50 μm
This is a technique for transferring fine patterns of 0.5 μm or less by holding it through a minute gap of (1) and performing fine alignment of 0.1 μm or less using an alignment mark, and has recently received special attention. The mask stage that holds the mask is equipped with a fine movement rotary stage that has a hole in the central exposure area, and the mask pre-aligned to about 0.5 mrad must be finely moved with a precision rotation stay of about 5 μrad. I won't. Therefore, the fine movement rotary stage must have a large stroke: 1 mrad, a high resolution of 1 μrad, a high rigidity, and a 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号(実開
昭61-154322号公報参照)に示されているように、固定
部と可動部と両者を連結する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とを含んで構成され
る。
As shown in Japanese Patent Application No. 60-039155 (see Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 61-154322), a conventional fine movement rotary stage has four thin-walled flexible parts for connecting a fixed part and a movable part to each other. 3 and a piezo element that is in contact with the protruding portion of the movable portion.

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。
FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of a conventional fine movement rotary stage.

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5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Δ
/r rad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5に点接触する構造とな
っているので可動部2の突出部5とピエゾ素子4の端面
に角度変位が発生してもピエゾ素子4の微小直線変位を
スティックスリッ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15μm程度であ
り、r=50mmとすると0.3mradの回転ストロークとな
る。したがっ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。
The fine movement rotary stage shown in FIG. 2 has a fixed part 1 and a movable part 2.
Are integrally formed with four thin-walled flexible portions 3. The four thin-walled flexible portions are arranged rotationally symmetrically with respect to the center of the circular movable portion, and the piezo element 4 is connected between the protruding portion 5 of the movable portion 2 and the fixed portion 1 by point contact. When a voltage is applied to the piezo element 4, a displacement of Δ occurs, and when the distance between the point of action and the center of rotation is r, the movable portion 2 uses the thin flexible portion 3 as a guide and Δ.
A rotational displacement of / r rad can be obtained. Piezo element 4
Has a structure in which the fixed portion 1 and the protruding portion 5 of the movable portion 2 are in point contact with each other. Can be converted into a smooth minute rotational displacement without stick-slip. The stroke of the piezo element 4 is about 15 μm, and if r = 50 mm, the rotation stroke is 0.3 mrad. Therefore, when increasing the rotation stroke, it is necessary to increase the stroke of the piezo element 4 or move the point of linear displacement closer to the center of rotation to reduce r.

〔考案が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来の微動回転ステージは、可動部2の突出部
5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った。
In the conventional fine movement rotary stage described above, since the piezo element 4 is directly in point contact with the protruding portion 5 of the movable portion 2, the rotation stroke is determined by the generated displacement of the piezo element 4 and the distance from the rotation center of the point of action. However, there is a drawback 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
の中央部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できないので、0.3mrad
程度のスルトークしか得られず、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った。
When applied to a mask stage of an X-ray exposure apparatus, a hole for exposure is required in the central part of the movable part, and the distance between the working point of the piezo element 4 and the center of rotation cannot be reduced, so 0.3 mrad
Only a slight amount of stalk was obtained, which was not enough for the rotary stage of the mask stage.

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
という欠点があった。
Further, if the number of laminated piezoelectric 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、前記固定部と前
記可動部の間にあり前記可動部の求心方向に並んだ第1
と第2の弾性ヒンジを介して連結された入力アームと、
前記固定部と前記入力アームの間に第3の弾性ヒンジを
介して保持され前記可動部の求心方向と直角方向に変位
を発生するリニアアクチュエータ、あるいは圧入保持さ
れたピエゾ素子とを含んで構成される。
The fine movement rotary stage of the present invention includes a fixed part, at least three or more thin-walled flexible parts radially protruding from the fixed part, a movable part supported by the other end of the thin-walled flexible part, the fixed part, and the fixed part. First between the movable parts and aligned in the centripetal direction of the movable parts
And an input arm connected via a second elastic hinge,
A linear actuator that is held between the fixed portion and the input arm via a third elastic hinge to generate displacement in a direction perpendicular to the centripetal direction of the movable portion, or a piezo element that is press-fitted and held. It

また、前記固定部と、前記可動部と、前記3個以上の薄
肉可撓部と、前記2個の弾性ヒンジを介して連結された
入力アームと、前記第3の弾性ヒンジとを一体で形成し
て構成される。
Further, the fixed portion, the movable portion, the three or more thin-walled flexible portions, the input arm connected through the two elastic hinges, and the third elastic hinge are integrally formed. Configured.

〔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とがあってこの
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
さらに固定部1と可動部2の隙間に第1の弾性ヒンジ6
と第2の弾性ヒンジ7とを介して連結した入力アーム8
と、これと固定部1の隙間に第3の弾性ヒンジ9を介し
て圧入されたピエゾ素子4とを含んで構成される。
The fine movement rotary stage shown in FIG. 1 has a hollow fixed portion 1 and a hollow disk-shaped movable portion 2 inside the fixed portion 1, and these two members are connected to each other to form four thin-walled flexible layers. The first elastic hinge 6 is provided in the gap between the portion 3 and the fixed portion 1 and the movable portion 2.
And an input arm 8 connected via a second elastic hinge 7
And a piezo element 4 which is press-fitted into the gap between the fixed element 1 and the fixing element 1 via a third elastic hinge 9.

薄肉可撓部3は可動部2の中心軸Zに対して回転対象に
配置され、入力アーム8は中心軸Zを通る直線状に配置
されている。また、ピエゾ素子4以外の部品はすべて一
体で形成される。ピエゾ素子4は可動部2の接線方向に
変位を発生する姿勢で隙間なく圧入保持されている。
The thin flexible portion 3 is arranged to rotate about the central axis Z of the movable portion 2, and the input arm 8 is arranged in a straight line passing through the central axis Z. In addition, all the components other than the piezo element 4 are integrally formed. The piezo element 4 is press-fitted and held without a gap in a posture in which displacement is generated in the tangential direction of the movable portion 2.

ピエゾ素子4に電圧を加えると、Δの微小直線変位を
発生し、ピエゾ素子4の先端に設けた第3の弾性ヒンジ
9を介して入力アーム8に伝達される。入力アーム8と
固定部1は第1の弾性ヒンジ6で結合されているので、
第1の弾性ヒンジ6と第3の弾性ヒンジ9の距離をaと
すると、入力アーム8は第1の弾性ヒンジ6を支点とし
てΔ/aradの傾きを生じる。第1の弾性ヒンジ6と第
2の弾性ヒンジ7との距離をbとすると、入力アーム8
の先端ではてこによる拡大作用でΔ×b/aの拡大変位
を発生することになる。可動部は4個の薄肉可撓部3に
よって固定部1に支持されているので、回転方向以外に
は拘束されていて、入力アーム8の拡大変位を変換して
Δb/arradの回転変位を得る。入力アーム8は回転に
ともない傾きながら引張り力を受けるが、回転変位1m
rad程度ではきわめて小さい力であり、入力アーム8両
端の2つの弾性ヒンジ6,7によって傾きと伸びを許容
し薄肉可撓部3の回転案内による高精度な回転変位を得
ることができる。
When a voltage is applied to the piezo element 4, a minute linear displacement of Δ is generated and transmitted to the input arm 8 via the third elastic hinge 9 provided at the tip of the piezo element 4. Since the input arm 8 and the fixed portion 1 are connected by the first elastic hinge 6,
When the distance between the first elastic hinge 6 and the third elastic hinge 9 is a, the input arm 8 causes a tilt of Δ / arad with the first elastic hinge 6 as a fulcrum. When the distance between the first elastic hinge 6 and the second elastic hinge 7 is b, the input arm 8
At the tip of the lever, a magnifying displacement of Δxb / a occurs due to the magnifying action of the lever. Since the movable part is supported by the fixed part 1 by the four thin flexible parts 3, it is constrained in a direction other than the rotational direction, and the expanded displacement of the input arm 8 is converted to obtain a rotational displacement of Δb / arrad. . The input arm 8 receives a tensile force while tilting as it rotates, but a rotational displacement of 1 m
The force is extremely small in the range of rad, and the two elastic hinges 6 and 7 at both ends of the input arm 8 allow inclination and extension, and highly accurate rotational displacement can be obtained by the rotational guide of the thin flexible portion 3.

また、ピエゾ素子4は弾性ヒンジ9を介して固定部1に
圧入保持されていて、回転運動にともなって入力アーム
8が傾いてもピエゾ素子4の両端には片当たりや隙間が
発生することがないので、バックラッシュやスティック
スリップのない滑らかで再現生の良い回転変位を得るこ
とができる。
Further, since the piezo element 4 is press-fitted and held in the fixed portion 1 via the elastic hinge 9, even if the input arm 8 is tilted due to the rotational movement, a unilateral contact or a gap may occur at both ends of the piezo element 4. Since there is no backlash or stick-slip, a smooth and reproducible rotational displacement can be obtained.

さらに可動部2と薄肉可撓部3と入力アーム部を一体で
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、高剛性な動特性を得ることができる。
Furthermore, since the movable portion 2, the thin flexible portion 3 and the input arm portion are integrally formed without a fastening portion, a displacement of the joint portion due to a screw or the like does not occur and a highly rigid dynamic characteristic can be obtained.

〔考案の効果〕[Effect of device]

本考案の微動回転ステージは可動部に直接、円周方向の
変位で駆動する代わりに、入力アームの拡大変位で駆動
することにより、ピエゾ素子などのリニアアクチュエー
タの微動直線変位を比較的大きな回転変位に変換するこ
とができ、さらに入力アーム部も一体で形成することに
より、バックラッシュやスティックスリップのない滑ら
かな回転変位を得られ、しかも高剛性であるという効果
がある。さらに、リニアアクチュエータの作用点を回転
中心に近づける代わりに、入力アームを設けることによ
り、変位を拡大して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
ステージなどを小型にでき、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。
The fine movement rotary stage of the present invention is driven by the displacement of the input arm instead of directly driving the movable portion by the displacement in the circumferential direction, so that the fine movement linear displacement of the linear actuator such as the piezo element is relatively large. Since the input arm portion is also integrally formed, it is possible to obtain a smooth rotational displacement without backlash and stick-slip, and it is also highly rigid. Further, instead of bringing the action point of the linear actuator close to the center of rotation, by providing an input arm, the displacement can be expanded and a relatively large fine rotational displacement of about 1 mrad can be obtained, so that the mask stage of the X-ray exposure apparatus can be obtained. It is possible to reduce the size of the mask and the like, and it is possible to roughen the mask pre-alignment accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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
……ピエゾ素子(リニアアクチュエータ)、5……突出
部、6,7,9……弾性ヒンジ、8……入力アーム。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing an example of a conventional fine movement rotary stage. 1 ... Fixed part, 2 ... Movable part, 3 ... Thin flexible part, 4
...... Piezo element (linear actuator), 5 ... projection, 6,7,9 ... elastic hinge, 8 ... input arm.

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項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、前記固定部と前記可動部の間に
あり前記可動部の求心方向に並んだ第1と第2の弾性ヒ
ンジを介して連結された入力アームと、前記固定部と前
記入力アームの間に第3の弾性ヒンジを介して保持され
前記可動部の求心方向と直角方向に変位を発生するリニ
アアクチュエータとを含むことを特徴とする微動回転ス
テージ。
1. A fixed part, at least three or more thin-walled flexible parts radially protruding from the fixed part, a movable part supported by the other end of the thin-walled flexible part, the fixed part and the movable part. And an input arm connected via first and second elastic hinges arranged in the centripetal direction of the movable part, and held between the fixed part and the input arm via a third elastic hinge. And a fine movement rotary stage including a linear actuator that generates a displacement in a direction perpendicular to the centripetal direction of the movable portion.
【請求項2】上記固定部と、薄肉可撓部と、可動部と、
入力アーム部とを一体で形成しリニアアクチュエータが
圧入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。
2. The fixed portion, the thin flexible portion, the movable portion,
The fine movement rotary stage according to claim 1, characterized in that the input actuator is integrally formed and a linear actuator is press-fitted therein.
【請求項3】上記リニアアクチュ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。
3. The fine movement rotary stage according to claim 1, wherein the linear actuator is a piezo element.
JP1987135111U 1987-09-03 1987-09-03 Fine rotation stage Expired - Lifetime JPH06795Y2 (en)

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