JPS63193089A - 6自由度微動装置 - Google Patents
6自由度微動装置Info
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- JPS63193089A JPS63193089A JP62024514A JP2451487A JPS63193089A JP S63193089 A JPS63193089 A JP S63193089A JP 62024514 A JP62024514 A JP 62024514A JP 2451487 A JP2451487 A JP 2451487A JP S63193089 A JPS63193089 A JP S63193089A
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Landscapes
- Machine Tool Units (AREA)
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
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。
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〕
本発明は、半導体製造・検査装置におけるウェハの位置
決めあるいは工作機械における試料又は工具の位置決め
に好適な6自由度で空間内を微動する自由度微動装置に
関する。
決めあるいは工作機械における試料又は工具の位置決め
に好適な6自由度で空間内を微動する自由度微動装置に
関する。
従来の6自由度微動装置は、特開昭59−129656
に記載のように、6ケの駆動機構が、各送り方向のみな
伝達し、他の方向には動きを許容する伝導機構を設けた
構造であった。
に記載のように、6ケの駆動機構が、各送り方向のみな
伝達し、他の方向には動きを許容する伝導機構を設けた
構造であった。
上記従来技術は、各軸の駆動機構と被駆動部との結合部
に、機械的なバックラッシュや、ころがり、すべりなど
の摩擦が発生するため、機械的剛性、駆動分解能が低く
、位置決め精度な尚〈できないという問題があった。
に、機械的なバックラッシュや、ころがり、すべりなど
の摩擦が発生するため、機械的剛性、駆動分解能が低く
、位置決め精度な尚〈できないという問題があった。
本発明の目的は、空間の6自由度について、各軸独立に
、試料又は工具を、超精密に位置制御できるようにした
6自由度微動装置を提供するにある。
、試料又は工具を、超精密に位置制御できるようにした
6自由度微動装置を提供するにある。
即ち、本発明は、上記目的を達成するために、両端に球
対偶の弾性支持部を肩して伸縮駆動される電歪素子、a
歪素子あるいは熱変形素子等からなる駆動要素を水平な
るX方向として1組、Y方向として2組、高さなるZ方
向として3組設け、被駆動部とベースとを上記6組の駆
動要素によって接続支持し、被駆動部をベースに対して
6軸独立に位置制御できるように構成したことを特徴と
する6自由度微動装置である。更に本発明は、被駆動部
の6軸方向の変位をセンサで検出し、それが目標位置に
なるように駆動要素にフィードバックして駆動制御し、
被駆動部を目標位置に位置決めするようにした6自由度
微動装置である。
対偶の弾性支持部を肩して伸縮駆動される電歪素子、a
歪素子あるいは熱変形素子等からなる駆動要素を水平な
るX方向として1組、Y方向として2組、高さなるZ方
向として3組設け、被駆動部とベースとを上記6組の駆
動要素によって接続支持し、被駆動部をベースに対して
6軸独立に位置制御できるように構成したことを特徴と
する6自由度微動装置である。更に本発明は、被駆動部
の6軸方向の変位をセンサで検出し、それが目標位置に
なるように駆動要素にフィードバックして駆動制御し、
被駆動部を目標位置に位置決めするようにした6自由度
微動装置である。
〔作用〕
例えばウェハ等の試料を固定するチャック等で形成され
た被駆動部は、6つの駆動要素により、6自由度で微小
変位される。各駆動要素は、電歪素子、a歪素子あるい
は熱変形素子(形状記憶合金等)等の微動アクチェエー
タを駆動源とし、この両端に、球対偶の弾性支持体(ジ
ヨイント)を接着あるいは締結したものを用いる。この
要素を被駆動部の水平面内3ケ所と垂直方向3ケ所に固
定する。
た被駆動部は、6つの駆動要素により、6自由度で微小
変位される。各駆動要素は、電歪素子、a歪素子あるい
は熱変形素子(形状記憶合金等)等の微動アクチェエー
タを駆動源とし、この両端に、球対偶の弾性支持体(ジ
ヨイント)を接着あるいは締結したものを用いる。この
要素を被駆動部の水平面内3ケ所と垂直方向3ケ所に固
定する。
微動アクチェエータを駆動することにより、被駆動部は
球対偶の弾性支持体(ジヨイント)な介してリンク運動
する。6つの微動アクチェエータを同時に駆動しても、
その両端の球対偶の弾性支持体を介して微動アクチェエ
ータ自体が並進及び回転するため、被駆動部と駆動部と
の間にすべりや摩擦が発生しない。また、この弾性支持
体は、金属の一部に円形の断面なもつよ5なくひれを旋
盤で加工したものであるため、駆動方向に対して剛性が
高く、くびれを中心とした回転方向に対しては変形し易
い構造である。このため、パックラッシェ、すべり、マ
サツのない高剛性の駆動機構となり、超精密(分解能0
.01μ風以下)の位置決めが可能となる。
球対偶の弾性支持体(ジヨイント)な介してリンク運動
する。6つの微動アクチェエータを同時に駆動しても、
その両端の球対偶の弾性支持体を介して微動アクチェエ
ータ自体が並進及び回転するため、被駆動部と駆動部と
の間にすべりや摩擦が発生しない。また、この弾性支持
体は、金属の一部に円形の断面なもつよ5なくひれを旋
盤で加工したものであるため、駆動方向に対して剛性が
高く、くびれを中心とした回転方向に対しては変形し易
い構造である。このため、パックラッシェ、すべり、マ
サツのない高剛性の駆動機構となり、超精密(分解能0
.01μ風以下)の位置決めが可能となる。
以下、本発明の一実施例を説明する。第1図は本発明に
係る6自由度微動装置の一実施例を示す平面図であり、
第2図は正面図である。
係る6自由度微動装置の一実施例を示す平面図であり、
第2図は正面図である。
本実施例は、半導体ウェハ等の試料1を6自由度で精密
に位置決めする微動装置である。この微動装置において
、精密に位置決めされる被駆動部は、試料1を真空ある
いは機械的に固定するチャック(被駆動部)2である。
に位置決めする微動装置である。この微動装置において
、精密に位置決めされる被駆動部は、試料1を真空ある
いは機械的に固定するチャック(被駆動部)2である。
チャック(被駆動部)2の外周部6ケ所に、水平面内位
置決めを行な53つの駆動要素、各々ΔX駆動要素5.
ΔY、躯動要素4.ΔYtIIA動要素さらに垂直及び
傾斜面内位置決めを行なう3つの駆動要素、各々、ΔZ
1駆動豐素6.ΔZ、駆動要素7.Δ2.駆動要素8が
、固定されている。
置決めを行な53つの駆動要素、各々ΔX駆動要素5.
ΔY、躯動要素4.ΔYtIIA動要素さらに垂直及び
傾斜面内位置決めを行なう3つの駆動要素、各々、ΔZ
1駆動豐素6.ΔZ、駆動要素7.Δ2.駆動要素8が
、固定されている。
さらに、各々の微動動動要素の変位を測定する変位セン
サとして、ΔXセンサ9.ΔY1センサ10゜ΔY、セ
ンサ11.ΔZ、センサ12.ΔZ、センサ13゜ΔZ
、センサ14がベース15を測定基準として、設けられ
ている。
サとして、ΔXセンサ9.ΔY1センサ10゜ΔY、セ
ンサ11.ΔZ、センサ12.ΔZ、センサ13゜ΔZ
、センサ14がベース15を測定基準として、設けられ
ている。
以降、各部の機構の詳細と動作説明を行なう。
まず、駆動要素3,4,5,6,7.8の駆動源として
の微動アクチェエータ16は、モータと送りネジ等を用
いた駆動源のような機械的バックラッシュ等が発生し易
いものではなく、電歪素子、磁歪素子、熱変形素子(形
状記憶合金等)あるいは、これらを応用したリニアアク
チェエータ(超音波モータ等ンが適当であるが、同じ作
用効果が得られるものであればこれらに限定されるもの
ではない。微動アクチェエータ160両端に1球対偶の
運動を可能とする弾性支持部18を有するジヨイント1
7か接着あるいは、ネジで締結されている。このジヨイ
ント17は、中央部に、円形の断面形状をもつくひれ部
(弾性支持部)18を旋盤で加工した金属部品である。
の微動アクチェエータ16は、モータと送りネジ等を用
いた駆動源のような機械的バックラッシュ等が発生し易
いものではなく、電歪素子、磁歪素子、熱変形素子(形
状記憶合金等)あるいは、これらを応用したリニアアク
チェエータ(超音波モータ等ンが適当であるが、同じ作
用効果が得られるものであればこれらに限定されるもの
ではない。微動アクチェエータ160両端に1球対偶の
運動を可能とする弾性支持部18を有するジヨイント1
7か接着あるいは、ネジで締結されている。このジヨイ
ント17は、中央部に、円形の断面形状をもつくひれ部
(弾性支持部)18を旋盤で加工した金属部品である。
これらジ1インド17.微動アクチェエータ16及びジ
1インド17を一体化した一体化ユニットの一端は、ベ
ース15に固定したブラケット19に、また、他の一端
は、チャック2に固定したブロック20.21に固定さ
れている。この構成は、ΔX、 1ΔYI、ΔYtの各
駆動要素3,4.5について同様である。また、ΔZ8
.ΔZ、lΔZ8の駆動要素6,7.8はくひれ部は同
様にしてシラインド22の形状がジヨイント17と異な
るが、機能は同じである。
1インド17を一体化した一体化ユニットの一端は、ベ
ース15に固定したブラケット19に、また、他の一端
は、チャック2に固定したブロック20.21に固定さ
れている。この構成は、ΔX、 1ΔYI、ΔYtの各
駆動要素3,4.5について同様である。また、ΔZ8
.ΔZ、lΔZ8の駆動要素6,7.8はくひれ部は同
様にしてシラインド22の形状がジヨイント17と異な
るが、機能は同じである。
ΔXセンサ9.ΔY1センサ10 、ΔY、センサ11
は、対応する駆動要素3.4.5と同軸上に、対向して
おり、ブラケット23に固定されている。この変位セン
サ9,10.11は、静電容量形変位計等で形成され、
0.005μm以下の分解能をMするものが適する。こ
のように駆動要素3,4.5と変位センサ9゜10.1
1で構成された微動要素は、±α01μm以下の位置決
め制御を目的とするものであることからして、変位セン
サも、少なくとも分解能α01μ簿 を保証できる必要
がある。
は、対応する駆動要素3.4.5と同軸上に、対向して
おり、ブラケット23に固定されている。この変位セン
サ9,10.11は、静電容量形変位計等で形成され、
0.005μm以下の分解能をMするものが適する。こ
のように駆動要素3,4.5と変位センサ9゜10.1
1で構成された微動要素は、±α01μm以下の位置決
め制御を目的とするものであることからして、変位セン
サも、少なくとも分解能α01μ簿 を保証できる必要
がある。
一方は1、ΔZ1.ΔZ1.ΔZ、センサ、 12.1
3 、14は、チャック2の中心に対称に設けられてい
る。
3 、14は、チャック2の中心に対称に設けられてい
る。
ここで用いるセンサ12.1!l、 14には、電気マ
イクロメータ又は、差動トランスを用いる。チャック2
は、平面移動、傾斜するため1通常の接触式の電気マイ
クロメータを使用すると、プローブ先端部が摩耗し、測
定精度が劣化する。そこで、コア(鉄芯)23は、チャ
ック2に固定し、コイル24はブラケット25を介して
、ベース15に固定する。
イクロメータ又は、差動トランスを用いる。チャック2
は、平面移動、傾斜するため1通常の接触式の電気マイ
クロメータを使用すると、プローブ先端部が摩耗し、測
定精度が劣化する。そこで、コア(鉄芯)23は、チャ
ック2に固定し、コイル24はブラケット25を介して
、ベース15に固定する。
これにより、非接触で、変位測定が可能となり。
測定精度が向上する。
なお、これらの変位センサ9,10,11,12,13
.14は目標とする位置決め精度との関係で、決定する
ものであり、本実施例で示したセンサに限定するもので
はない。
.14は目標とする位置決め精度との関係で、決定する
ものであり、本実施例で示したセンサに限定するもので
はない。
ここで、lは、各駆動要素の幾何学的配置により決定さ
れるヤコビアン行列である。
れるヤコビアン行列である。
例えば各駆動要素を第3図に示すように配置した場合、
Iは次の(4)式で示される。
Iは次の(4)式で示される。
すなわち1本微動装置は、各駆動要素の変位から、各自
由度の移動量(軸方向変位、軸回り角)が一義的に決定
される。
由度の移動量(軸方向変位、軸回り角)が一義的に決定
される。
一方、各自由度の目標値ΔDを定めると、各駆動要素の
位置決め制御量としてのΔtpは、次の(5)式により
求まる。ここで、1−jはIO逆ヤコビアン行列である
。
位置決め制御量としてのΔtpは、次の(5)式により
求まる。ここで、1−jはIO逆ヤコビアン行列である
。
Δ/P=1−’・Δ/D ・・・・・−・・・・・・
・・・・・f51従って第4図に示すようにドライバ(
駆動回路)30に上記目標値Δtpが与えられ、各変位
センサ9〜14から検出される被駆動部2の変位出力が
一致するまで各駆動要素5〜8の微動アクチェエータを
駆動制御することによって被駆動部2は所望の目標位置
に位置決めされることになる。
・・・・・f51従って第4図に示すようにドライバ(
駆動回路)30に上記目標値Δtpが与えられ、各変位
センサ9〜14から検出される被駆動部2の変位出力が
一致するまで各駆動要素5〜8の微動アクチェエータを
駆動制御することによって被駆動部2は所望の目標位置
に位置決めされることになる。
第3図は、以上述べた6自由度微動機構の6つの駆動要
素5,4,5,6,7.8の配置をモデル化して示した
ものである。すなわち、各駆動要素とウエノ・チャック
2とのジヨイント部は、ほぼ同一高さにあり、かつ、Δ
X駆動要素6とΔY1駆動要素4のくびれ部(球対偶の
弾性支持リンク中心)をX方向についてほぼ同じ位置に
すると、6自由度、すなわち、ωX、ωy、ωz 、
X 、 Y 、 Zについての移動量(ΔlD)は、各
駆動要素の変位量Δ/Pより次の(11〜(3)式で与
えられる。
素5,4,5,6,7.8の配置をモデル化して示した
ものである。すなわち、各駆動要素とウエノ・チャック
2とのジヨイント部は、ほぼ同一高さにあり、かつ、Δ
X駆動要素6とΔY1駆動要素4のくびれ部(球対偶の
弾性支持リンク中心)をX方向についてほぼ同じ位置に
すると、6自由度、すなわち、ωX、ωy、ωz 、
X 、 Y 、 Zについての移動量(ΔlD)は、各
駆動要素の変位量Δ/Pより次の(11〜(3)式で与
えられる。
Δ1D=j・ΔIF ・・・・・・・−・・・・・・
・・・−・・・・・・・・+11即ち被駆動部2の位置
決めは、前記の(5)式で求まる位置決め制御量(目標
値)ΔPと各変位センサの出力が一致するまで、微動ア
クチュエータをドライバ(ffi動回路)30で制御す
る閉ループ制御により行なわれる。
・・・−・・・・・・・・+11即ち被駆動部2の位置
決めは、前記の(5)式で求まる位置決め制御量(目標
値)ΔPと各変位センサの出力が一致するまで、微動ア
クチュエータをドライバ(ffi動回路)30で制御す
る閉ループ制御により行なわれる。
前記した実施例によれば、各駆動要素と被駆動部との結
合位置(駆動点)を、同一平面内に配置することにより
、各軸の機構学的変位干渉をなくし、各軸とも、変位独
立性の高い位置決め制御を可能にした。
合位置(駆動点)を、同一平面内に配置することにより
、各軸の機構学的変位干渉をなくし、各軸とも、変位独
立性の高い位置決め制御を可能にした。
このように上記実施例をXMA露光装置、!a小投影露
光装置のクエハステージに適用すれば、マスク(レチク
ル)に対する平行出しと、xy平面内のアライメントと
を高精度に実現することができる。
光装置のクエハステージに適用すれば、マスク(レチク
ル)に対する平行出しと、xy平面内のアライメントと
を高精度に実現することができる。
本発明によれば、試料又は工具を、空間内6自由度につ
いて独立かつ超精密(分解能0.01μm以下ンに微小
位置決めできるため、例えば、牛導体露光装置用ウェハ
微動ステージ等に適用することにより、アライメント精
度が向上でき、これによりα5μm以下の微細パターン
転写が可能となる。
いて独立かつ超精密(分解能0.01μm以下ンに微小
位置決めできるため、例えば、牛導体露光装置用ウェハ
微動ステージ等に適用することにより、アライメント精
度が向上でき、これによりα5μm以下の微細パターン
転写が可能となる。
第1図は本発明の6自由度微動装置の一実施例を示す平
面図、第2図は第1図の正園部分断面図。 第3図は本発明の6自由度微動装置の運動モデルを示す
説明図、第4図は本発明の6自由度微動装置の位置決め
制御を示すブロック図である。 2・・・・・−・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・−・チャック(被駆動
部)3.4,5,6,7.8・・・・・・・団・・・・
・・・駆動要素9、IQ、11,12,13.14・曲
・変位センサ15・・・・・・・・・・・・・川・・・
・・・・・・・−・・・・・・・・・・・ヘース18・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・くびれ(弾性支持部)代理
人 弁理士 小 川 勝、男 1 1 コ 」 3 口
面図、第2図は第1図の正園部分断面図。 第3図は本発明の6自由度微動装置の運動モデルを示す
説明図、第4図は本発明の6自由度微動装置の位置決め
制御を示すブロック図である。 2・・・・・−・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・−・チャック(被駆動
部)3.4,5,6,7.8・・・・・・・団・・・・
・・・駆動要素9、IQ、11,12,13.14・曲
・変位センサ15・・・・・・・・・・・・・川・・・
・・・・・・・−・・・・・・・・・・・ヘース18・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・くびれ(弾性支持部)代理
人 弁理士 小 川 勝、男 1 1 コ 」 3 口
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、両端に球対偶の弾性支持部を有して伸縮駆動される
駆動要素を水平なるX方向として1組、Y方向として2
組、高さなるZ方向として3組設け、被駆動部とベース
とを上記6組の駆動要素によって接続支持し、被駆動部
をベースに対して6軸独立に位置制御できるように構成
したことを特徴とする6自由度微動装置。 2、上記駆動要素は、電歪素子、磁歪素子もしくは熱変
形素子で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の6自由度微動装置。 3、上記駆動要素の被駆動部側を支持する弾性支持部に
ついて上記駆動要素全てに亘って、ほぼ同じ高さを有す
るように配置し、更にX方向用駆動要素の被駆動部側を
支持する弾性支持部と一方のY方向用駆動要素の被駆動
部側を支持する弾性支持部とがX方向についてほぼ同じ
位置に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の6自由度微動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62024514A JPH0769443B2 (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | 6自由度微動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62024514A JPH0769443B2 (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | 6自由度微動装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63193089A true JPS63193089A (ja) | 1988-08-10 |
JPH0769443B2 JPH0769443B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=12140278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62024514A Expired - Lifetime JPH0769443B2 (ja) | 1987-02-06 | 1987-02-06 | 6自由度微動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0769443B2 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0355136A (ja) * | 1989-07-25 | 1991-03-08 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | アクチュエータユニットおよびそれを用いたレベル調整のできるステージ装置 |
JPH0356895A (ja) * | 1989-07-25 | 1991-03-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 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 |
JPH042435A (ja) * | 1990-04-13 | 1992-01-07 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 精密微動ステージ装置 |
JPH05138484A (ja) * | 1991-11-18 | 1993-06-01 | Yotaro Hatamura | 精密位置決め微動送り装置およびシステム |
JP2009076521A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Yaskawa Electric Corp | 精密微動位置決め装置およびそれを備えた微動位置決めステージ、露光装置、検査装置 |
WO2022117214A1 (de) * | 2020-12-04 | 2022-06-09 | Ev Group E. Thallner Gmbh | Ausrichtungsvorrichtung, bearbeitungsvorrichtung und verfahren zur feinjustierung |
Families Citing this family (1)
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-
1987
- 1987-02-06 JP JP62024514A patent/JPH0769443B2/ja not_active Expired - Lifetime
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---|---|
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