JPH10506850A

JPH10506850A - Ｘ−Ｙ−θ位置ぎめ機構

Info

Publication number: JPH10506850A
Application number: JP8512142A
Authority: JP
Inventors: リンバートン，ガリー; ジェフリーバートン，ポール
Original assignee: リンバートン，ガリー; ジェフリーバートン，ポール
Priority date: 1994-10-04
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1998-07-07
Also published as: DE69530095D1; DE69530095T2; US5523941A; EP0784527A1; EP0784527B1; WO1996010469A1; AU3891095A

Abstract

(57)【要約】移動させるべき加工物を載せるための長方形のプラットホーム（２）を有する改良されたＸ−Ｙ−θ位置ぎめ機構即ちステージ。プラットホームは、その縁辺に沿って転動するベアリング（６ａ，６ｂ）によって位置ぎめされる。好ましい実施形態では、これらのベアリングは、直交する軌道（８ｘ，８ｙ）の両端に固定される。これらの軌道は、対応する押し込み部材又はモータコイル（１０ａ，１０ｂ）を介して直線的に移動可能である。これらの押し込み部材は、熱を効率的に放散するように本体に固定されている。このステージのための位置情報フィードバック手段は、Ｘ−Ｙスケール（４）から成る。このスケールの真下で本体に位置センサー（１２ａ，１２ｂ）が固定されている。１つの軸線、例えばＸ軸線か、Ｙ軸線に２つの軌道を設け、それらの２つの軌道を互いに偏倚させれば、プラットホームをθ軸線の周りに回転させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】Ｘ−Ｙ−θ位置ぎめ機構技術分野本発明は、高レベル、中レベル又は低レベルの精度の位置ぎめ機構又は位置ぎめステージに関し、特に、少くとも２つの平面軸線内で運動するように構成されたそのような位置ぎめステージ（以下、単に「ステージ」とも称する）に関する。技術背景平面内位置ぎめステージは、シリコン工業、機械加工、プロッター（グラフ作成又は作図装置）、顕微鏡、組立工程、マイクロフィルム及びその他の多くの用途に使用されている。近年における多軸線平面内位置ぎめステージにおいて支配的な構成は、下記の文献及び先行特許に開示されているように、その方式がほぼ一貫している。「位置ぎめ装置における精度」ケビン・マッカーシー著、１９９１年刊米国特許第３，４９５，５１９号（アルフセン他、１９７０年）米国特許第３，６３８，９３３号（バーネット他、１９７２年）米国特許第３，８８４，５８０号（ウエブスタ他、１９７５年）米国特許第４，１５７，８１８号（キー、１９７９年）米国特許第４，１９１，９１６号（ツァシオ他、１９８０年）米国特許第４，２８０，０５４号（グァリノ、１９８１年）米国特許第４，４６４，０３０号（ゲイル他、１９８４年）米国特許第４，５０７，５９８号（若林他、１９８５年）米国特許第４，５４７，０２４号（寺町、１９８５年）米国特許第４，５７７，８４５号（木村他、１９８６年）米国特許第４，５８９，７４６号（パボネ、１９８６年）米国特許第４，７１３，８８７号（北村、１９８７年）米国特許第４，７６３，８８６号（武井、１９８８年）米国特許第４，７７４，４４２号（寺町、１９８８年）米国特許第４，７８８，４７７号（寺町、１９８８年）米国特許第４，８１２，７２５号（チタヤト、１９８９年）積重法上記の従来技術の文献は、いずれも、１つの直線運動手段を他の１つの直線運動手段の上に乗せて移動させ、２つの積重層を創生することを教示している。θ 調節が必要とされる場合は、作業表面を回転させる手段が積重体中の第３の層を創生するようにすることができる。この積重法の欠点の１つは、どの軸線の調節であれ、ある軸線の調節をすると、その調節中の軸線の上に乗る他の軸線の位置ぎめに影響を及ぼすことである。その理由は、１つには、機械加工されたベアリング及びその他の部品がどの運動であれ、それを真の直線運動とする上で完璧ではあり得ないことである。更に、各層間の機械的連結が弛むことが多く、更なる不整列を生じる。これらの作用は、運動の軸線が増える毎に累積される。積重位置ぎめステージのもう１つの欠点は、そのすベての押し込み部材から効率的に熱を放散させることができないことである。それらの押し込み部材の幾つかは移動するので、熱を囲い体の外部領域へ熱を放散させる放熱子を取り付けることが困難である。レーザー干渉計高い精度が求められる場合は、通常、レーザー干渉計が、位置情報のフィードバックとして用いられる。上記の従来技術の文献の大多数は、レーザー干渉計の使用に言及している。しかしながら、レーザー干渉計は、その構成要素であるミラー、プリズム、及びその他の反射器の製造に高度の精密さを必要とするばかりでなく、温度、圧力及び湿度条件が変化すると、光が異なった挙動をするので、温度、圧力及び湿度の精密なモニターを必要とする。これらの要素は、レーザー干渉計を使用する装置の製造コストを大幅に増大することになる。又、周囲環境の条件が変化すると、そして反射器の機械加工（研磨）が完璧でないと、実際の性能が不満足なものとなることが多い。従来技術にみられる特殊な方式これらの問題は、一部、米国特許第４，６７６，４９２号（シャミール、１９８７年）において取り上げられている。この特許に開示された構成は、積重法ではなく、位置情報フィードバックの手段として線形スケール（物差し）を使用しているが、線形スケールと作業表面との間に機械的な隔離が存在する欠点がある。位置ぎめエラーが、親ねじ（送りねじ）と親ねじナットの間や、その他の部位に起る。これらのエラーは、検出されない。又、この構成は、作業表面自体の移動によって必要とされるより大きいフットプリント（足跡）面積を必要とする。更に、この構成では、θ軸線回転ができない。積重法に随伴する問題を解決するためのより直接的な方式は、米国特許第４，７４２，２８６号（フィリップス、１９８８年）に例示されている。この特許には、Ｚ、Ｙ、θ軸線における単一の平面運動モータが用いられる。しかしながら、この装置は、非常に複雑であり、又、レーザー干渉計を使用している。又、米国特許第４，９７７，３６１号（フィリップス、１９９０年）に開示された装置は、干渉計を使用していないが、ステージ自体の物理的形態が特定されていない。位置ぎめフィードバック機構は、光学エンコーダにおけるのと同様に、数個の部品を通して光を投射する。このフィードバックは、「アドレス指定文字」の分解能によって制限される。このフィードバックは非直線性であるため、文字と文字の間を極めて高い分解度にまで補間することはできない。ただし、フィードバックが、干渉計、回折格子又はホログラムの場合のように、文字と文字の間に終始直線状の、一本調子に変化するパターを形成することができるとすれば、理論的に制限のないデジタル分解を達成するためにフィードバック信号を繰り返し分割することができる。ホルドガラファ他の米国特許第４，９７２，３１１号（１９９０）に開示された装置は、ステージ構成ではなく、既存のステージのエラーをマップし、記録する。その装置が導出する情報を用いて、常時生じるエラーを補償するためにステージをオフセット位置へ差し向けることができる。発明の開示従って、本発明のステージの好ましい実施形態は、以下の目的及び利点を有する。（ａ）同等の又はより低い位置ぎめ精度を有する他のステージに比べて、簡単で低コストのステージ、（ｂ）干渉計式ステージよりはるかに簡単な構造で、しかも、干渉計式ステージのそれに等しい位置ぎめ分解の可能性を有するステージ、（ｃ）１つの軸線を中心とする運動が他の軸線に検出されないエラーを生じないステージ、（ｄ）移動表面と位置ぎめフィードバックの地点との間の機械的弛みによって惹起される位置ぎめエラーが全くないステージ、（ｅ）上記（ａ）〜（ｄ）の組合せの相乗的効果により、現行のステージ構成の精度を越えた精度の性能を有するステージ、（ｆ）温度、圧力又は湿度をモニターし制御するための特別の装置を必要としないステージ、（ｇ）押し込み部材から熱を放散させる簡単で効率的な手段を備えたステージ、（ｈ）総フットプリント面積が、作業表面自体が運動するのに必要とする面積と実質的に同じであるステージ、（ｉ）各運動部品の慣性を低くしたことにより、非常に高い速度で移動させることができるステージ、（ｊ）積重した運動手段が存在しないので、非常に薄型とすることができるステージ。本発明の上記及びその他、目的並びに特徴、及びそれらを達成する態様は、以下に添付図を参照して述べる本発明の実施形態の説明から一層明かになろう。図面の簡単な説明図１は、本発明の好ましい実施形態による位置ぎめステージの分解透視図である。図２は、図１の位置ぎめステージを組立てられた状態で示す透視図であり、各運動軸線を示す。図３ａ及び３ｂは、プラットホームの縁辺ベアリングの一実施形態の詳細透視図である。図４は、図１の位置ぎめステージの作動時のセットアップを示す透視図でる。図５は、図１の位置ぎめステージのための電子回路の流れ図である。図６は、θ軸線全（３６０°）回転を可能にする変型実施形態による位置ぎめステージの分解透視図である。図７は、線形フィードバック装置の全体構成を示す透視図である。図８は、レーザー干渉計を用いた変型実施形態による位置ぎめステージの透視図である。図中の参照符号２：プラットホーム（位置ぎめすべき作業表面）４：Ｘ−Ｙスケール（２軸線において位置センサーによって読取可能）６ａ：位置ぎめベアリング組立体６ｂ：予備負荷ベアリング組立体８ｘ：Ｘｘ軸線軌道８ｙ：Ｙ軸線軌道１０ｘ：Ｘ軸線押し込み部材１０ｙ：Ｙ軸線押し込み部材１２ａ：複軸線位置センサー１２ｂ：単軸線位置センサー１４：ステージ本体１６：加工物（ユーザーが供給する。本発明のステージの一部ではない）１８：加工ヘッド（ユーザーが供給する。）２０：回転支持ベース２１：回転テーブル（本体１４とベース２０との組合せ体）２２：回転ベアリング組立体２４：回転モータ２６：回転ブレーキソレノイド２８：線形スケール（光回折スケール、磁気スケール又はその他のスケール）３０：ミラー３２：レーザー干渉計のレーザービーム３４：逆反射体好ましい実施形態−図１、２、３ａ、３ｂ、５の説明本発明の好ましい実施形態による位置ぎめステージは、図１（分解透視図）及び図２（組立てられた状態）に示されている。このステージは、位置ぎめすべき加工物１６（図４）を載せるための作業表面を構成するプラットホーム２と、プラットホーム２の下面に接着剤で取り付けられるか、下面に埋設されたＸ−Ｙスケール４を有する。Ｘ−Ｙスケール４は、二次元回折格子であり、Ｘ−Ｙスケール４の格子線は、下に向けられており、格子パターンを画定するように２つの直交軸線の形に配列されている。これと同じ仕事をするホログラフィックスケールは、米国カリフォルニア州、サンタクララのホログラフ社から販売されている。スケール４の寸法は、所望の運動範囲と等しくなるように決められる。プラットホーム２は、その縁辺を囲んで保持する位置ぎめ縁辺ベアリング組立体６ａと予備負荷ベアリング組立体６ｂによって所定位置に保持される。図３ａ及び３ｂは、ベアリング組立体６ａ，６ｂの一実施形態の詳細を示す。各位置ぎめ縁辺ベアリング組立体６ａは、プラットホーム２の、対応する予備負荷ベアリング組立体６ｂと対向する縁辺に配置される。この構成により、予備負荷ベアリング組立体６ｂからのばね張力がすべてのベアリング組立体６ａ，６ｂをプラットホーム２の各縁辺に圧接した状態に保持する。ベアリング組立体６ａ，６ｂは、Ｘ軸線軌道８ｘ及びＹ軸線軌道８ｙに固定されている。Ｙ軸線軌道８ｙは、Ｘ軸線軌道８ｘの上でそれと交差しているが、互いに接触はしていない。Ｘ軸線軌道８ｘは、その両端にベアリング組立体６ａ，６ｂの下に位置する隆起部分を有しており、それらの隆起部分は、すべてのベアリング組立体６ａ，６ｂを単一平面に沿ってプラットホーム２に接触させるのに十分な寸法を有する。軌道８ｘ，８ｙは、主として、ブラシなし線形モータの永久磁石部分で構成されており、必要な機械的構造を構成するための追加のハードウエアを有している。そのハードウエアとしては、上述した隆起部分の他に、軌道の長さを必要に応じて延長する部分も含まれる。軌道８ｘ及び８ｙの真下に、それぞれ対応するｘ軸線押し込み部材１０ｘ及びＹ軸線押し込み部材１０ｙが配置され、後述するように小さな間隙を置いて別々に保持されている。押し込み部材１０ｘ，１０ｙは、ブラシなし線形モータのコイル部分で構成されている。押し込み部材１０ｘ，１０ｙは、ステージ本体１４（以下、単に「本体」とも称する）に固定されている。慣用の放熱子（図示せず）が、押し込み部材１０ｘ，１０ｙから本体１４の底面を通して熱を放散させるように構成されている。本体１４には、更に、複軸線位置センサー１２ａと、単軸線位置センサー１２ｂが固定され、上向きに突出している。すべての構成部品が組立てられると、位置センサー１２ａ，１２ｂは、プラットホーム２の真下で、スケール４を走査することができる部位に位置する。軌道８ｘ，８ｙと本体１４の間に慣用の線形ベアリング（図示せず）が配設されており、それらの線形ベアリングが、軌道８ｘ，８ｙを押し込み部材１０ｘ，１０ｙから離隔させて懸架するが、両者間の間隙は、線形モータ内の磁界が両者の間に作用力を維持することができる様に小さな間隙とする。この線形ベアリングは、ＰＴＦＥ製ベアリングであることが好ましいが、他の適当な材質又は手段を用いることもできる。プラットホーム２と本体１４の間に追加の減摩手段（図示せず）が介設される。そのような減摩手段として、好ましい実施形態では、３個の小さいＰＴＦＥ製が本体１４の上面に付設され、プラットホーム２の下面に接触するように構成されるが、空気ベアリング、磁気ベアリング又はその他の手段又は材質のものを用いることもできる。別法として、ベアリング組立体６ａ，６ｂを、それらがプラットホーム２を本体１４から離隔させて懸架するように構成してもよく、その場合は、プラットホーム２の下にベアリングを設ける必要はない。このステージのための電子回路は、ここでは特に特定せず、本出願の発明の対象ともされていないが、そのような電子回路の所要の機能は、図５の流れ図に示されており、本発明のステージの作動の以下の説明に関連して述べる。好ましい実施形態の作動図４は、このステージの使用態様を示す。図に示されるように、加工物１６がプラットホーム２上に載せられている。加工物１６は、例えば、シリコンウエハ、回路板、研削加工すべき部品、又は、水平面の区域内の特定点に加工を施すべきその他の物品である。加工物１６は、ユーザーが決定する任意の手段によってプラットホーム２に係留することができる。加工ヘッド１８は、例えば、顕微鏡レンズ、研削機のヘッド、Ｅ−ビーム投射器、又は加工物１６に加工を施すための他の任意の手段であり、加工物１６の上方に保持に保持され、本体１４に対して移動しないように、ユーザーが決定する任意の構造体に固定される。図５に示されるように、この好ましい実施形態によるステージのための所要の電子装置は、３つの要素、即ち、押し込み部材１０ｘ，１０ｙに運動を与えるための３つのサーボ回路と、位置検出フィードバック回路と、ユーザーインタフェースを備えている。ユーザーインタフェースは、幾つかのプログラムされた順序運動を記憶するための手段を備えたものとすることができる。更に、各記憶プログラムには、必要に応じて他のセンサー又は制御器からのフィードバックを受けて始動される代替副プログラムを含めることができる。図２には、３つの運動軸線が示されている。位置を検出するために、位置センサー１２ａ，１２ｂの上を移動するスケール４の格子線が計数される。各センサーは、又、運動の方向をも検出する能力を有しており、直前に検出された位置情報を順次に加減算することによって位置が導出される。フィードバックの分解能は、スケール４上の格子線によって制限されることはない。なぜなら、スケール４上の格子線は、スケール４が位置センサー１２ａ，１２ｂの上を移動するにつれて位置センサー１２ａ，１２ｂによって終始一定した反復アナログ正弦波として検出されるからである。そのような正弦波は、サーボ回路によって何回でも補間し、分割することができるからである。従って、細分割されたアナログフィードバック信号をデジタル出力に変換することによって理論的には無限の分解能を得ることができる。複軸線位置センサー１２ａは、加工ヘッド１６の真下に位置しており、作業地点を画定する。センサー１２ａは、スケール４の格子線をその運動中両軸線に沿って計数し、加工物１６を加工ヘッド１８の真下に位置ぎめするためにすべてのサーボ回路に対してフィードバックを供給する。すべての位置センサー１２ａ，１２ｂがＸ軸線上に同じ位置情報を検出したときは、θ偏倚はゼロであるとみなされる。両Ｘ軸線軌道８ｘの運動は、ほぼ同じであるが、θ調節を行うことができるように、各ｘ軸線軌道８ｘを独立して駆動する。加工地点の真下から位置情報が常時フィードバックされるので、各軸線における運動によって惹起される誤差が生じてもそれは即座に修正される。図示の実施形態によるステージは、僅か数度のθ軸線回転を可能にするだけであるが、大抵のユーザーは、２つの直交軸線に対する定常（常時）整列を維持するためにθ軸線感度を利用するにすぎない。このステージは、加工物１６を必要に応じてθ軸線の周りに僅かに回転するように構成することもできる。単軸線位置センサー１２ｂを２個設ける理由は、スケール４を大きくする必要なしに、運動の範囲を広くすることができることである。スケール４の縁が一方の位置センサー１２ｂに接近すると、該一方の位置センサー１２ｂが無視され、他方の位置センサー１２ｂが制御下にはいる。このようにして、スケール４は、２つの位置センサー１２ｂのいずれかから離れる方向に移動しても、θ軸線上の整列をモニターし続けることができる。スケール４の各格子線は同じであるから、位置情報フィードバックは、前の位置に対するものだけである。従って、始点即ちゼロ基準点を設定しなければならない。始点即ちゼロ基準点は、加工物１６の位置づけに対するものでなければならない。これを行う１つの方法は、加工物１６を本体１４に対して既知の一定不変の位置に位置づけすることである。その時点におけるその位置が、ゼロ基準点とみなされる。全回転型実施形態のステージの構造及び作動−図６図６は、θ軸線の周りに全３６０°回転を可能にする本発明の変型実施形態による位置ぎめステージを示す。この実施形態では、本体１４は、回転支持ベース２０の上面に支持される。本体１４と回転支持ベース２０とで、回転テーブル２１を構成する。本体１４と回転支持ベース２０との間の摩擦を少なくするために、両者の間に円形に配列された多数の慣用のベアリングから成るベアリング組立体２２が介設されている。回転モータ２４が本体１４を適正な所定角度にまで回転させると、回転ブレーキソレノイド２６が本体１４に作用して本体１４を停止状態に保持する。この実施形態によれば、上述した図１、２の好ましい実施形態の場合と同じ態様で、より正確なθ軸線調節が達成される。ただし、この実施形態では、多数の単軸線位置センサー１２ｂが必要とされる。図６に示されるように、これらの位置センサー１２ｂは、１つの複軸線位置センサー１２ａの周りに円形に配列される。複軸線位置センサー１２ａは、やはり、加工地点を画定する。線形スケールの構造及び作動−図７図７に示されるように、Ｘ−Ｙスケール４を使用せず、代わりに、各軌道８ｘ、８ｙ上に線形スケール２８を設けた変型実施形態も可能である。その場合、線形スケール２８は、固定されている各単軸線位置センサー１２ｂと相互作用する光回折手段、磁気手段、光学エンコーダ又はその他の手段を用いることができる。干渉計を用いた実施形態の構造及び作動−図８図８は、本発明においてフィードバックの手段としてレーザー干渉計を使用する変型実施形態のステージを示す。この変型実施形態は、ある状況下では、上述した好ましい実施形態より有利な場合がある。例えば、ユーザーが真空環境下で作業している場合、レーザー干渉計は、温度及び湿度を制御するための装置を必要としない。更に、ユーザーが既に利用可能なレーザー干渉計を所有している場合は、そのレーザー干渉計を利用すればよく、別個にフィードバックの手段を設ける必要がない。レーザー干渉計を上述した好ましい実施形態のステージに組み入れるのに必要とされる唯一の部品は、精密ミラー３０である。その他の必要なすべての部品は、このステージの部品としては含まれていない、慣用のレーザー干渉計の一部である。ただし、ここでは、例示の目的で、ミラー３０から反射してユーザーの逆反射体３４に戻るレーザービーム３２だけが示されており、追加された慣用のレーザー干渉計は示されていない。ミラー３０は、平坦反射器ではなく、慣用のキューブコーナー反射器で構成するすることができる。図８の実施形態のステージによれば、レーザー干渉計によってＸ、Ｙ及びθ軸線における位置を検出することができる。レーザー干渉計は、線形フィードバックを供給するものであるから、従来技術の非常に複雑な構造のステージ以外には、θ軸線におけるフィードバックにはめったに用いられることがなかった。発明の要約、効果及び範囲以上の説明から分かるように、本発明のステージは、従来技術のものより総体的に構造が簡単で、低コストであり、しかも、よりすぐれた性能を発揮する。特に、本発明のステージは、速度を速くし、精度を改善することができる。更に、本発明のステージは、熱を放散する効率的な手段を提供する。又、このステージは、干渉計なしで作動することができるので、温度や湿度等の環境条件をモニターし制御するための高価な装置を必要とせずに用いることができる。上述した各実施形態は、本発明の基本的な構成と作動を例示しているが、どの実施形態の位置ぎめステージにも、本発明の下記の３つの主要な要素の全部又はいずれか１つが、具現されている。（ａ）熱を効率的に放散し、所要のフットプリントを最小限にするためにすべてのモータコイル又は押し込み部材を加工地点の下でステージ本体に固定する。（ｂ）各ベアリングの運動軸線に直交する表面に乗って移動する線形ベアリング（直線状に移動するベアリング）を介して移動プラットホームを位置ぎめする。（ｃ）作業表面として用いられるプラットホームの位置と、ステージのベース又は本体の位置とを直接比較することによってフィードバックを得る。更に別の変型実施形態として、上記３つの要素の全部又はいずれかを含み、更に下記の要素を用いることができる。（ａ）各軸線に単一の軌道又は複数の軌道を用いること。（ｂ）光学エンコーダ、線形スケール、磁気スケールＬＶＤＴ等の代替フィードバック手段を用いること、あるいは、開ループ態様で作動することによってフィードバックの必要性をなくすこと、（ｃ）プラットホームの縁辺に接触してプラットホームを位置ぎめする位置ぎめベアリング及び予備負荷ベアリングの変型手段を用いること、（ｄ）親ねじ又は他のタイプのモータ、あるいは、油圧等の非磁気的手段等の他のタイプの直線運動手段を用いること、（ｅ）多数の位置センサーと共に、数個の二次元スケールをタイル態様で用いること。以上、本発明を実施形態に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施形態の構造及び形態に限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いろいろな変更及び改変を加えることができることを理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者バートン，ガリーリンアメリカ合衆国カリフォルニア州 94903，サンラファエル，ラスガーリーナースアヴェニュ 825，アパートメント 207 (72)発明者バートン，ポールジェフリーアメリカ合衆国カリフォルニア州 94303，イーストパロウアルトウ，ニューエルロード 48，アパートメント４

Claims

【特許請求の範囲】１．加工物をその水平面内の所望の位置へ該水平面と同一の平面に沿って移動させるためのステージであって、剛性の本体と、前記加工物を保持するための可動プラットホームと、該プラットホームを前記本体に対して移動させるための作動手段と、前記本体に対する前記プラットホームの運動及び位置を検出するためのフィードバック手段とから成り、前記作動手段は、前記プラットホームの水平運動の範囲によって画定されるフットプリント区域内で前記本体に固定された複数の押し込み部材を有しており、それによって、熱が効率的に放散され、該ステージに必要とされるフットプリント面積が最小限にされることを特徴とするステージ。２．前記フィードバック手段は、温度、圧力及び湿度を制御する必要がなく、精度性能が向上されるように、直交格子パターンの形に配列された、各々光と相互作用する同一の特性を有する格子線を有する、前記プラットホームに固定されたＸ−Ｙスケールと、該Ｘ−Ｙスケールが移動するにつれて前記格子線を検出して補間するための、前記本体に固定された複数のセンサーとから成ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスケール。３．前記フィードバック手段は、プラットホームの運動範囲が利用し得るスケールのサイズによって制限されないように、タイルパターンの形に配列された複数個の前記スケールを有していることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のスケール。４．前記フィードバック手段は、フィードバックの位置ぎめ精度及びタイプに関するユーザーの要望に応じて、干渉計、光学エンコーダ、線形回折格子、磁気スケール及び直線的に可変の差動変圧器から成る群から選択されたものであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスケール。５．前記作動手段は、前記フィードバック手段を不要にするように、開ループ作動特性を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスケール。６．該ステージの全回転を可能にするように、回転テーブルと、該回転テーブルを回転するための回転手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスケール。７．前記回転テーブルは、該ステージ全体の下面を構成するベースを有し、前記本体の下に配置されており、前記フィードバック手段は、前記本体に対してではなく、前記ベースに対する前記プラットホームの運動及び位置を検出するように構成されており、それによって、該フィードバック手段からの検出位置の、該ステージ自体の下面に対する位置関係が変わらないようになされていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のスケール。８．加工物をその水平面内の所望の位置へ該水平面と同一の平面に沿って移動させるためのステージであって、剛性の本体と、前記加工物を保持するための可動プラットホームと、該プラットホームを前記本体に対して移動させるための作動手段と、前記本体に対する前記プラットホームの運動及び位置を検出するためのフィードバック手段とから成り、前記プラットホームは、前記作動手段に取り付けられた複数個のベアリングによって位置ぎめされるようになされており、該プラットホームは、該各ベアリングに接触する、それぞれのベアリングの運動軸線に対して垂直方向の真直ぐな案内表面を有しており、該案内表面の、該プラットホームに対する取り付け位置は、該プラットホームの下側又は上側で該プラットホームの縁辺であり、前記各ベアリングは、それぞれ前記案内表面との接触を維持するための予備負荷手段を有しており、該予備負荷手段は、前記作動手段に取り付けられており、それによって、速度性能を高めるためにすべての運動部品の慣性が低くなるように構成されていることを特徴とするステージ。９．前記フィードバック手段は、温度、圧力及び湿度を制御する必要がなく、精度性能が向上されるように、直交格子パターンの形に配列された、各々光と相互作用する同一の特性を有する格子線を有する、前記プラットホームに固定されたＸ−Ｙスケールと、該Ｘ−Ｙスケールが移動するにつれて前記格子線を検出して補間するための、前記本体に固定された複数のセンサーとから成ることを特徴とする請求の範囲第８項に記載のスケール。１０．前記フィードバック手段は、プラットホームの運動範囲が利用し得るスケールのサイズによって制限されないように、タイルパターンの形に配列された複数個の前記スケールを有していることを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスケール。１１．前記フィードバック手段は、フィードバックの位置ぎめ精度及びタイプに関するユーザーの要望に応じて、干渉計、光学エンコーダ、線形回折格子、磁気スケール及び直線的に可変の差動変圧器から成る群から選択されたものであることを特徴とする請求の範囲第８項に記載のスケール。１２．前記作動手段は、前記フィードバック手段を不要にするように、開ループ作動特性を有することを特徴とする請求の範囲第８項に記載のスケール。１３．該ステージの全回転を可能にするように、回転テーブルと、該回転テーブルを回転するための回転手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第８項に記載のスケール。１４．前記回転テーブルは、該ステージ全体の下面を構成するベースを有し、前記本体の下に配置されており、前記フィードバック手段は、前記本体に対してではなく、前記ベースに対する前記プラットホームの運動及び位置を検出するように構成されており、それによって、該フィードバック手段からの検出位置の、該ステージ自体の下面に対する位置関係が変わらないようになされていることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のスケール。１５．加工物をその水平面内の所望の位置へ該水平面と同一の平面に沿って移動させるためのステージであって、剛性の本体と、前記加工物を保持するための可動プラットホームと、該プラットホームを前記本体に対して移動させるための作動手段と、前記本体に対する前記プラットホームの運動及び位置を検出するためのフィードバック手段とから成り、前記プラットホームは、単一の中実構造体から成り、前記フィードバック手段は、前記プラットホームの下面に固定された第１部材と、所定の加工地点の真下に整列されて該プラットホームの下面に固定された第２部材を有し、該第１部材と第２部材とは、協同して、互いの位置及び運動を表す信号を発生するように相互に作用する特性を有し、前記フィードバック手段と作動手段とは、協同して、角度位置の整列状態を検出し制御するように構成されており、それによって、フィードバック信号が、フィードバックの地点と加工地点との間の機械的弛みによって惹起される誤差をもたらすおそれなしに、前記加工物の位置を正確に表すようになされていることを特徴とするステージ。１６．前記フィードバック手段は、温度、圧力及び湿度を制御する必要がなく、精度性能が向上されるように、直交格子パターンの形に配列された、各々光と相互作用する同一の特性を有する格子線を有する、前記プラットホームに固定されたＸ−Ｙスケールと、該Ｘ−Ｙスケールが移動するにつれて前記格子線を検出して補間するための、前記本体に固定された複数のセンサーとから成ることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のスケール。１７．前記フィードバック手段は、プラットホームの運動範囲が利用し得るスケールのサイズによって制限されないように、タイルパターンの形に配列された複数個の前記スケールを有していることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載のスケール。１８．前記フィードバック手段は、フィードバックの位置ぎめ精度及びタイプに関するユーザーの要望に応じて、光学エンコーダ、線形回折格子、磁気スケール及び直線的に可変の差動変圧器から成る群から選択されたものであることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のスケール。１９．該ステージの全回転を可能にするように、回転テーブルを備えていることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のスケール。２０．前記回転テーブルは、該ステージ全体の下面を構成するベースを有し、前記本体の下に配置されており、前記フィードバック手段は、前記本体に対してではなく、前記ベースに対する前記プラットホームの運動及び位置を検出するように構成されており、それによって、該フィードバック手段からの検出位置の、該ステージ自体の下面に対する位置関係が変わらないようになされていることを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のスケール。