KR20040086183A - Fine-control stage apparatus - Google Patents

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KR20040086183A
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호리우치마사히코
도미타요시유키
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

PURPOSE: A stato-stage apparatus is provided to realize a high standstill-stability and a high responsiveness in spite of a load of 5 kg or more. CONSTITUTION: A stato-stage apparatus includes a base(100), a tilt stage, and an X-Y stage. The tilt stage includes a tilt plate(201) and at least three converting mechanisms. Each converting mechanism is composed of a first piezo-actuator(Z2-2) and an edge stage(215). The converting mechanism is used for converting a horizontal-direction motion into a vertical-direction motion. The X-Y stage includes an X-Y plate, second piezo-actuators, and a third piezo-actuator. The second piezo-actuators are used for driving the X-Y plate at a plurality of points from one side. The third piezo-actuator is used for driving the X-Y plate from the other side.

Description

미동 스테이지장치{Fine-control stage apparatus}Fine-control stage apparatus

본 발명은, 피에조 액츄에이터를 구동원으로서 이용한 미동 스테이지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fine motion stage apparatus using a piezo actuator as a drive source.

반도체장치 제조분야에 있어서는 다양한 타입의 스테이지장치가 사용되고 있다. 예컨대 전자빔 노광장치에 채용되는 웨이퍼 탑재용 스테이지장치에는, 웨이퍼의 반송이나 칩 사이의 이동시에 동작하는 조동(粗動) 스테이지장치와, 수㎚ ~10㎚ 정도의 위치결정을 행하는 미동(微動) 스테이지장치를 조합시킨 구성이 많이 채용되어 있다. 이 종류의 스테이지장치는, 탑재한 웨이퍼를 수평면 위에 있어서 상호 직각인 X축 방향, Y축 방향으로 이동시키기 위하여 사용된다. 이 종류의 스테이지장치는 또한, 고진공(10-4Pa) 하에서 동작 가능하고, 또한 비(非)자성(磁性)의 특성을 가질 것이 요구된다.Various types of stage devices are used in the semiconductor device manufacturing field. For example, in the wafer mounting stage apparatus employed in the electron beam exposure apparatus, a coarse motion stage device which operates at the time of conveyance of wafers and movement between chips, and a fine motion stage which performs positioning of several nm to about 10 nm. Many configurations in which the devices are combined are employed. This type of stage apparatus is used to move the mounted wafer in the X-axis direction and the Y-axis direction which are perpendicular to each other on the horizontal plane. This type of stage apparatus is also required to be operable under high vacuum (10 -4 Pa) and to have non-magnetic properties.

미동 스테이지장치에는, 탄성 힌지(hinge)와 압전소자를 이용한 액츄에이터(피에조 엑츄에이터)가 많이 채용되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).In the fine motion stage apparatus, many actuators (piezo actuators) using an elastic hinge and a piezoelectric element are employed (see Patent Document 1, for example).

미동 스테이지장치는, 높은 정지 안정성이 요구됨과 동시에, 높은 스루풋을 실현하기 위하여 1㎛ ~ 수㎛의 이동량을 수10msec ~ 100msec로 실현하는 응답성도 요구된다.The fine motion stage device is required to have a high stop stability and a response to realize a movement amount of 1 m to several m to several 10 msec to 100 msec in order to realize high throughput.

그런데, 최근 이 종류의 스테이지장치에 있어서의 미동 스테이지장치에 탑재되는 부하 질량은, 웨이퍼, 웨이퍼 척, 레이져 간섭계용 미러 등에 의해 15 ~ 25kg정도로 되어 오고 있다. 그렇지만, 지금까지의 미동 스테이지장치의 탑재 부하는 5kg 정도의 것이 대부분이다. 탑재 부하 5kg의 미동 스테이지장치에 15 ~ 25kg 정도의 부하를 탑재하면, 공진주파수가 저하하고, 정지 안정성, 응답성이 함께 대폭으로 저하하는 것이 문제가 된다.By the way, the load mass mounted in the micro-movement stage apparatus in this kind of stage apparatus has become about 15-25 kg by the wafer, the wafer chuck, the laser interferometer mirror, etc. However, most of the loading loads of the fine motion stage apparatus so far are about 5 kg. When a load of about 15 to 25 kg is mounted on a microscopic stage device having a loading load of 5 kg, the resonance frequency is lowered, and the stopping stability and responsiveness are greatly reduced.

일례를 들면, 탑재 부하가 5kg인 미동 스테이지장치에 15 ~ 25kg 정도의 부하를 탑재하면, X축 방향, Y축 방향의 고유주파수(공진주파수)는 30Hz 정도가 되고, 정지 안정성은 15 ~ 30 ㎚ 정도밖에 확보할 수가 없다. 게다가, 수 ㎛ 정도의 스텝 응답으로는, 정정(整定)하기까지에 수100 msec 정도의 시간을 요하고 있다.For example, when a load of about 15 to 25 kg is loaded on a microscopic stage device having a payload of 5 kg, the natural frequency (resonant frequency) in the X-axis direction and the Y-axis direction is about 30 Hz, and the stopping stability is 15 to 30 nm. You can only secure enough. In addition, for a step response of about several micrometers, a time of about several hundred msec is required before the correction.

(특허문헌 1)(Patent Document 1)

일본국 특허공개 평11-271479호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 11-271479

그래서, 본 발명의 과제는, 탑재 부하가 5kg을 넘는 경우에 있어서도 높은 정지 안정성과 높은 응답성을 실현할 수 있는 미동 스테이지장치를 제공하는 것에 있다.Then, the subject of this invention is providing the fine motion stage apparatus which can implement | achieve a high stop stability and high responsiveness even when a mounting load exceeds 5 kg.

본 발명의 다른 과제는, 상기 미동 스테이지장치에 3 자유도 이상의 다(多)자유도를 가지게 하는 것이 가능하도록 하는 것에 있다.Another object of the present invention is to enable the fine motion stage apparatus to have multiple degrees of freedom of three or more degrees of freedom.

본 발명의 또 다른 과제는, 진동 감쇠 성능을 향상시키는 것이 가능한 미동 스테이지장치를 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a fine moving stage apparatus capable of improving vibration damping performance.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 미동 스테이지장치의 정면도이다.1 is a front view of a fine moving stage apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도 2는, 도 1의 미동 스테이지장치를, 도 1의 선 B의 높이 위치에서 본 평면도이다.FIG. 2 is a plan view of the fine motion stage device of FIG. 1 seen from the height position of line B of FIG. 1.

도 3은, 도 1의 미동 스테이지장치를, 도 1의 우방에서 본 측면도이다.FIG. 3 is a side view of the fine motion stage device of FIG. 1 seen from the right side of FIG. 1.

도 4는, 도 1의 미동 스테이지장치를, 도 1의 선 A의 높이 위치에서 본 평면도이다.FIG. 4 is a plan view of the fine motion stage apparatus of FIG. 1 seen from the height position of line A of FIG. 1.

도 5는, 도 1의 미동 스테이지장치를, 도 4의 선 I에서 절단한 정면 단면도이다.FIG. 5 is a front sectional view of the fine motion stage device of FIG. 1 taken along line I of FIG. 4.

도 6은, 도 1의 미동 스테이지장치에 있어서의 틸트 스테이지의 구동기구의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.FIG. 6: is a schematic diagram for demonstrating the structure of the drive mechanism of the tilt stage in the fine motion stage apparatus of FIG.

도 7은, 도 6에 나타낸 틸트 스테이지의 구동기구에의 틸트 플레이트의 설치형태를 설명하기 위한 모식도이다.It is a schematic diagram for demonstrating the installation form of the tilt plate to the drive mechanism of the tilt stage shown in FIG.

도 8은, 도 7에 나타낸 틸트 플레이트와 X-Y 플레이트의 조합의 형태를 나타낸 모식도이다.FIG. 8: is a schematic diagram which shows the form of the combination of the tilt plate and X-Y plate shown in FIG.

도 9는, 본 발명의 제2 실시형태에 의한 미동 스테이지장치의 주요부의 구성을 나타낸 사시도이다.Fig. 9 is a perspective view showing the configuration of main parts of the fine motion stage apparatus according to the second embodiment of the present invention.

도 10은, 도 9의 미동 스테이지장치에 있어서의 Z축 구동기구의 주요부의 구성예를 나타낸 사시도이다.FIG. 10 is a perspective view showing a configuration example of a main part of the Z-axis drive mechanism in the fine motion stage device of FIG. 9.

도 11은, 도 10의 구성에 더욱 Z축 구동기구의 구성요소를 추가하여, 틸트 플레이트와 함께 나타낸 사시도이다.FIG. 11 is a perspective view showing a tilt plate with the components of the Z-axis drive mechanism further added to the configuration of FIG. 10. FIG.

도 12는, 도 9의 미동 스테이지장치에 있어서의 Z축 방향의 감쇠작용을 설명하기 위한 부분 사시도이다.FIG. 12 is a partial perspective view for explaining the attenuation action in the Z-axis direction in the fine motion stage apparatus of FIG. 9.

도 13은, 도 9의 미동 스테이지장치의 평면도이다.FIG. 13 is a plan view of the fine motion stage apparatus of FIG. 9. FIG.

도 14는, 도 9의 미동 스테이지장치에 있어서의 X축 방향, Y축 방향의 감쇠구조를 설명하기 위한 부분확대 사시도이다.FIG. 14 is a partially enlarged perspective view for explaining the attenuation structure in the X-axis direction and the Y-axis direction in the fine motion stage apparatus of FIG. 9.

도 15는, 도 9의 미동 스테이지장치에 있어서의 X-Y 스테이지의 안내계에 대해서 설명하기 위한 평면도이다.It is a top view for demonstrating the guide system of the X-Y stage in the fine motion stage apparatus of FIG.

도 16은, 도 9의 미동 스테이지장치에 감쇠기로서 사용되는 댐퍼의 구조예를 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a structural example of a damper used as a damper in the fine motion stage apparatus of FIG. 9.

도 17은, 도 9의 미동 스테이지장치를 Z축 구동기구의 구성요소인 Z3축 액츄에이터를 중심으로 설명하기 위한 측면 단면도이다.FIG. 17 is a side cross-sectional view for explaining the fine motion stage device of FIG. 9 centering on a Z3-axis actuator which is a component of a Z-axis drive mechanism. FIG.

도 18은, Z1축 ~ Z3축용의 피에조 액츄에이터와 그 관련요소, 3개의 주(主) 링크 힌지와 2개의 부(副) 링크 힌지, Z축 감쇠용의 4개의 댐퍼 및 X축, Y축 감쇠용의 4개의 댐퍼 등의 배치관계를 평면도로 나타낸 것이다.Fig. 18 shows piezo actuators for Z1-axis Z3-axis and its related elements, three main link hinges and two secondary link hinges, four dampers for Z-axis damping, and X- and Y-axis damping. The arrangement relationship of the four dampers etc. of a dragon is shown by the top view.

도 19는, X축 감쇠용, Y축 감쇠용의 4개의 댐퍼의 지지구조의 측면 단면도이다.19 is a side sectional view of a support structure of four dampers for X-axis damping and Y-axis damping.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 베이스 플레이트100: base plate

110, 120, 130, 203, 213, 223 : 피에조 액츄에이터(piezo actuator)110, 120, 130, 203, 213, 223: piezo actuator

115, 125, 135, 205, 215, 225 : 웨지 스테이지115, 125, 135, 205, 215, 225: wedge stage

201 : 틸트 플레이트201: tilt plate

202 : 탑 테이블202: Top Table

204, 214, 224 : 2련(連) 스테이지204, 214, 224: two stages

207, 217, 227 : Z1 센서, Z2 센서, Z3 센서207, 217, 227: Z1 sensor, Z2 sensor, Z3 sensor

219, 229, 239, 249, 261 ~ 264 : 댐퍼219, 229, 239, 249, 261-264: Damper

226 : 틸트 힌지226: tilt hinge

228, 238 : 판 스프링228, 238: leaf spring

260 : 댐퍼 홀더260: Damper Holder

270 : 댐퍼 링(damper ring)270 damper ring

301 : X-Y 플레이트301: X-Y plate

302 : X1 피에조 액츄에이터302 X1 Piezo Actuator

303 : X2 피에조 액츄에이터303: X2 Piezo Actuator

304 : Y 피에조 액츄에이터304: Y Piezo Actuator

321, 322, 323 : 주(主) 링크 힌지321, 322, 323: master link hinge

324, 325 : 부(副) 링크 힌지324, 325: secondary link hinge

본 발명의 제1 태양에 의하면, 베이스체 위에 구축된 틸트 스테이지, X-Y 스테이지를 포함하는 미동 스테이지장치로서, 상기 틸트 스테이지는, 틸트 플레이트를 가짐과 동시에, 제1 피에조 액츄에이터와 웨지 스테이지의 조합에 의해 상기 베이스체에 평행한 운동을 상기 베이스체에 수직인 Z축 방향의 운동으로 변환하는 변환기구를 상기 틸트 플레이트와 상기 베이스체의 사이에 적어도 3개 구비하고, 상기 X-Y 스체이지는, 상기 틸트 플레이트에 조합된 X-Y플레이트를 가짐과 동시에, X축 방향, Y축 방향의 일방으로 상호 평행하게 뻗어서 상기 X-Y 플레이트를 적어도 2점으로 구동하는 적어도 2개의 제2 피에조 액츄에이터와, X축 방향, Y축 방향의 타방으로 뻗어서 상기 X-Y 플레이트를 구동하는 제3 피에조 엑츄에이터를 가지는 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치가 제공된다.According to the first aspect of the present invention, there is provided a tilting stage device comprising a tilt stage and an XY stage built on a base, wherein the tilt stage has a tilt plate and a combination of a first piezo actuator and a wedge stage. At least three transducers for converting a motion parallel to the base body into a motion in a Z-axis direction perpendicular to the base body are provided between the tilt plate and the base body, and the XY switch is the tilt plate. At least two second piezo actuators having an XY plate combined with each other and extending in parallel to one of the X and Y axis directions to drive the XY plate to at least two points, and an X and Y axis directions A fine piezo actuator having a third piezo actuator extending in the other direction to drive the XY plate Kinds of apparatus.

제1 태양에 의한 미동 스테이지장치에 있어서는, 상기 적어도 3개의 변환기구를 동일 원주상에 등(等)각도 간격을 두고 배치함으로써, 상기 틸트 플레이트는 Z축 방향, X축 주위의 θx축 방향, Y축 주위의 θy축 방향으로 변위 가능하게 되고, 상기 X-Y 플레이트는 상기 틸트 플레이트와 함께 변위 가능하게 됨과 동시에, 상기 틸트 플레이트와는 독립하여 X축 방향, Y축 방향, Z축 주위의 θz축 방향으로 변위 가능하게 되어 있다.In the fine motion stage apparatus by a 1st aspect, the said tilt plate is arrange | positioned at equal angle intervals on the same circumference, and the said tilt plate is a Z-axis direction, (theta) x-axis direction about X-axis, and Y Displaceable in the θy-axis direction around the axis, the XY plate becomes displaceable together with the tilt plate, and in the θz-axis direction around the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis independently of the tilt plate. Displacement is enabled.

제1 태양에 의한 미동 스테이지장치에 있어서는 또한, 상기 틸트 플레이트와 상기 X-Y 플레이트의 사이에는, 이 X-Y 플레이트의 X-Y 평면 내에서의 운동을 가이드함과 동시에, 상기 베이스체에 수직인 방향으로는 높은 강성을 부여하는 링크 힌지가 복수 개소에 구비되어 있다.In the fine motion stage apparatus by a 1st aspect, further, between the said tilt plate and the said XY plate, it guides the movement in the XY plane of this XY plate, and is high rigidity in the direction perpendicular | vertical to the said base body. Link hinges for providing the are provided in plural places.

제1 태양에 의한 미동 스테이지장치에 있어서는 또한, 상기 틸트 플레이트와상기 베이스체의 사이에는, 이 틸트 플레이트의 X-Y 평면 내에서의 운동을 구속하기 위한 판스프링이 복수 개소에 구비되어 있다.In the fine motion stage apparatus by a 1st aspect, the leaf | plate spring for restraining the movement in the X-Y plane of this tilt plate is further provided between the said tilt plate and the said base body.

제1 태양에 의한 미동 스테이지장치에 있어서는 또한, 상기 변환기구에 있어서의 Z축 방향의 운동부의 상부와 상기 틸트 플레이트의 사이에는 틸트 힌지를 개재시키고 있다.In the fine motion stage apparatus by a 1st aspect, the tilt hinge is interposed between the upper part of the movement part of the Z-axis direction in the said converter mechanism, and the said tilt plate.

제1 태양에 의한 미동 스테이지장치에 있어서는 또한, 상기 제1 피에조 액츄에이터는, 상호 평행하게 뻗는 2개의 피에조 액츄에이터 소자가 2련(連) 스테이지에 의하여 그들의 스트로크가 가산되도록 조합된 것이라도 좋다.In the microscopic stage apparatus according to the first aspect, the first piezo actuator may be a combination of two piezo actuator elements extending in parallel to each other such that their strokes are added by two stages.

본 발명의 제2 태양에 의하면, 상기 X-Y 플레이트 위에 또한, 피탑재물을 탑재하기 위한 탑(top) 테이블이 장착되고, 상기 베이스체와 상기 탑 테이블의 사이에는, Z축 방향의 감쇠작용을 가지는 복수의 Z축 감쇠기를 배치한 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치가 제공된다.According to the second aspect of the present invention, a top table for mounting a mounted object is further mounted on the XY plate, and has a damping effect in the Z-axis direction between the base body and the top table. A fine moving stage apparatus is provided, comprising a plurality of Z-axis attenuators.

제2의 태양에 의한 미동 스테이지장치에 있어서는, 상기 베이스체와 상기 X-Y 플레이트의 사이에, X축 방향, Y축 방향의 감쇠작용을 가지는 적어도 3개의 감쇠기를 동일의 X-Y 평면 내에 있도록 배치된다.In the microscopic stage apparatus according to the second aspect, at least three attenuators having a damping action in the X-axis direction and the Y-axis direction are disposed between the base body and the X-Y plate in the same X-Y plane.

제2의 태양에 의한 미동 스테이지장치에 있어서는 또한, 상기 틸트 플레이트는 중앙부에 제1 개구를 가지고, 이 제1 개구에 이보다 작은 제2 개구를 가지는 상기 X-Y 플레이트가 조합되어 있고, 상기 제2 개구에 대응하는 상기 탑 테이블의 하면에는 상기 제2 개구에 대응하는 크기의 댐퍼 링(damper ring)이 구비되어 있고, 이 댐퍼 링 내에는 상기 베이스체에 구비된 스탠드를 통하여 상기 댐퍼 링의 내경보다 조금 작은 댐퍼 홀더가 구비되고, 이 댐퍼 홀더와 상기 댐퍼 링의 사이에는, X축 방향의 감쇠작용을 가지는 적어도 2개의 X축 감쇠기가 동축 상에서 상호 반대 방향으로 작용하도록 설치됨과 동시에, Y축 방향의 감쇠작용을 가지는 적어도 2개의 Y축 감쇠기가 동축 상에서 상호 반대 방향으로 작용하도록 설치된다.In the fine motion stage apparatus by a 2nd aspect, the said tilt plate has a 1st opening in a center part, The said XY plate which has a smaller 2nd opening in this 1st opening is combined, A lower surface of the corresponding top table is provided with a damper ring of a size corresponding to the second opening, and the damper ring is slightly smaller than the inner diameter of the damper ring through a stand provided in the base body. A damper holder is provided, and between the damper holder and the damper ring, at least two X-axis attenuators having a damping action in the X-axis direction are provided to act in opposite directions on the coaxial axis, and at the same time, a damping action in the Y-axis direction. At least two Y-axis attenuators having a structure are installed to act in opposite directions on the coaxial axis.

제2 태양에 의한 미동 스테이지장치에 있어서는 또한, 상기 X축 감쇠기, Y축 감쇠기, Z축 감쇠기는, 각각 감쇠용의 댐퍼 오일로서 진공용 그리스(grease) 기유(基油; base oil)를 내장하고, 복귀용의 스프링, 피스톤 로드를 포함하는 비(非)자성 재료에 의한 댐퍼로 구성되고, 상기 X축 감쇠기, Y축 감쇠기는 각각, 그 피스톤 로드의 선단이 상기 댐퍼 링에 접하도록 배치되고, 상기 Z축 감쇠기는, 그 피스톤 로드의 선단이 상기 탑 플레이트의 하면에 접하도록 배치된다.In the fine motion stage apparatus according to the second aspect, the X-axis damper, Y-axis damper, and Z-axis damper each contain a vacuum grease base oil as damper oil for damping. And a damper made of a non-magnetic material including a return spring and a piston rod, wherein the X-axis damper and the Y-axis damper are respectively disposed such that the tip of the piston rod contacts the damper ring. The Z-axis damper is disposed so that the tip of the piston rod is in contact with the bottom surface of the top plate.

(실시예)(Example)

도 1 ~ 도 8을 참조하여, 본 발명에 의한 미동 스테이지장치의 제1 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 의한 미동 스테이지장치는 단독으로 사용되어도 좋지만, 통상은, 조동 스테이지장치인 X-Y 스테이지장치에 조합된다. X-Y 스테이지장치는, X축 방향으로 가동(可動)인 X 테이블과 Y축 방향으로 가동인 Y 테이블을 구비하여, 예를들면 X 테이블이 Y 테이블 위에서 가동하도록 구성되어 있다. 물론, Y 테이블이 X 테이블위에서 가동하도록 구성되어 있어도 좋다. 본 미동 스테이지장치는 X-Y 스테이지장치에 있어서의 X 테이블 혹은 Y 테이블에 탑재된다.With reference to FIGS. 1-8, 1st Embodiment of the fine motion stage apparatus by this invention is demonstrated. Although the fine motion stage apparatus which concerns on this embodiment may be used independently, it is usually combined with the X-Y stage apparatus which is a coarse motion stage apparatus. The X-Y stage apparatus includes an X table movable in the X-axis direction and a Y table movable in the Y-axis direction, for example, so that the X table moves on the Y table. Of course, the Y table may be configured to operate on the X table. This fine motion stage apparatus is mounted on the X table or the Y table in the X-Y stage apparatus.

본 미동 스테이지장치는, 베이스 플레이트(100) 위에 구축된 Z-θx-θy축 스테이지(이하, 틸트 스테이지라 한다)에 X-Y-θz축 스테이지(이하, X-Y 스테이지로부르지만, 조동 스테이지장치인 X-Y 스테이지장치와는 다르다)가 조합되어 구성되어 있다.The microscopic stage device is referred to as an XY stage, hereinafter referred to as an XY stage, although the Z-θx-θy axis stage (hereinafter referred to as a tilt stage) built on the base plate 100 is referred to as an XY stage. Different from the device).

우선, 틸트 스테이지에 대해서 설명한다. 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같이, 틸트 스테이지는 틸트 플레이트(201)를 가진다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 틸트 플레이트(201)는, 베이스 플레이트(100) 위에 상호 평행하게 뻗도록 배치된 2개 3세트, 합계 6개의 피에조 액츄에이터(피에조 액츄에이터 소자)(Z1-1, Z1-2, Z2-1, Z2-2, Z3-1, Z3-2)와, 후술하는 웨지 스테이지에 의하여 베이스 플레이트(100)에 대하여 수직 방향(Z축 방향 혹은 상하 방향)으로 구동된다. 이하에서는, 피에조 액츄에이터(Z1-1, Z1-2)의 조합을 Z1축, 피에조 액츄에이터(Z2-1, Z2-2)의 조합을 Z2축, 피에조 액츄에이터(Z3-1, Z3-2)의 조합을 Z3축이라 한다.First, the tilt stage will be described. As shown in FIG. 1, FIG. 2, the tilt stage has the tilt plate 201. FIG. As shown in FIG. 4, the tilt plates 201 are two sets of six piezo actuators (piezo actuator elements) (Z1-1, Z1-2) arranged in total so as to extend parallel to each other on the base plate 100. , Z2-1, Z2-2, Z3-1, Z3-2 and the wedge stage described later are driven in the vertical direction (Z-axis direction or vertical direction) with respect to the base plate 100. Hereinafter, the combination of the piezo actuators Z1-1 and Z1-2 is the Z1 axis and the combination of the piezo actuators Z2-1 and Z2-2 is the Z2 axis and the combination of the piezo actuators Z3-1 and Z3-2. Is called the Z3 axis.

도 5 및 모식도인 도 6, 도 7도 참조하여, Z3축에 대해서 구조 및 동작의 상세를 설명한다. 베이스 플레이트(100)에 피에조 고정 블럭(223)이 설치되어 있다. 피에조 액츄에이터(Z3-2)는, 피에조 고정블럭(223)에 일단이 고정되며, 2련(連) 스테이지(224)를 통하여 피에조 액츄에이터(Z3-1)와 연결되어 있다. 이에 의하여 피에조 액츄에이터(Z3-2)의 구동 스트로크와 피에조 액츄에이터(Z3-1)의 구동 스트로크가 가산되도록 하여, 가산된 구동 스트로크로 웨지 스테이지(225)를 구동한다.With reference to FIG. 5 and FIG. 6 and FIG. 7 which are schematic diagrams, the structure and operation | movement detail about Z3 axis are demonstrated. The piezo fixing block 223 is provided in the base plate 100. One end of the piezo actuator Z3-2 is fixed to the piezo fixed block 223 and is connected to the piezo actuator Z3-1 through two stages 224. As a result, the drive stroke of the piezo actuator Z3-2 and the drive stroke of the piezo actuator Z3-1 are added to drive the wedge stage 225 with the added drive stroke.

웨지 스테이지라는 것은, 주지와 같이, 수평 방향의 운동을 수직 방향의 운동으로 변환하기 위한 것이다. 본 실시예에서는, 웨지 스테이지(225)는, 45도의 직교 변환기구를 구비하여, 2개의 피에조 액츄에이터(Z3-1, Z2-2)에 의한 수평 변위 입력과 웨지 스테이지(225)의 수직 변위출력이 1대 1이 되도록 구성되어 있다. 직교 변환기구는, 45도의 경사면을 상면측에 가지는 경사 블럭(225-1)과, 45도의 경사면을 하면측에 가지는 경사 블럭(225-2)의 조합체를 포함한다. 경사 블럭(225-1)은, 경사 블럭(225-2)을 가이드하기 위한 가이드부를 가진다. 경사 블럭(225-2)은, 그 경사면이 가이드부에 의해 가이드된 상태로 경사 블럭(225-1)의 경사면을 따라서 슬라이드 가능하다. 이에 의하여, 경사 블럭(225-1)이 수평 방향으로 변위하면, 경사 블럭(225-2)은 그에 따라서 슬라이드하여 수직 방향으로 변위한다.The wedge stage is for converting the motion in the horizontal direction into the motion in the vertical direction, as is well known. In the present embodiment, the wedge stage 225 is provided with a 45 degree orthogonal converter, so that the horizontal displacement input by the two piezo actuators Z3-1 and Z2-2 and the vertical displacement output of the wedge stage 225 are It is comprised so that it may be one to one. The orthogonal converter comprises a combination of an inclined block 225-1 having an inclined surface of 45 degrees on the upper surface side and an inclined block 225-2 having an inclined surface of 45 degrees on the lower surface side. The inclined block 225-1 has a guide part for guiding the inclined block 225-2. The inclined block 225-2 can slide along the inclined surface of the inclined block 225-1 with the inclined surface guided by the guide part. As a result, when the inclined block 225-1 is displaced in the horizontal direction, the inclined block 225-2 is slid accordingly and displaced in the vertical direction.

이와 같은 웨지 스테이지(225)에 의해, 그 수직 운동부에 고정된 틸트 힌지(226)가 Z축 방향으로 구동된다. 그리고, 틸트 힌지(226) 끝에 고정된 틸트 플레이트(201)를 Z축 방향으로 구동한다. 또한, 틸트 플레이트(201)는 중앙에 개구(201a)(도 7 참조)를 가진다. 개구(201a) 내에 X-Y 플레이트(301)(도 2 참조)가 조합된다. X-Y 플레이트(301)에는 탑 테이블(202)(도 5 참조)이 고정된다. X-Y 플레이트(301), 탑 테이블(202)에 대해서는, 후에 상술된다.By the wedge stage 225, the tilt hinge 226 fixed to the vertical motion part is driven to Z-axis direction. Then, the tilt plate 201 fixed to the tip of the tilt hinge 226 is driven in the Z-axis direction. In addition, the tilt plate 201 has an opening 201a (see FIG. 7) in the center. An X-Y plate 301 (see FIG. 2) is combined in the opening 201a. The top table 202 (see FIG. 5) is fixed to the X-Y plate 301. The X-Y plate 301 and the top table 202 will be described later.

Z1축, Z2축도 Z3축과 동일한 구성을 가진다. 즉, Z1축은 피에조 고정블럭(203), 2련(連) 스테이지(204), 웨지 스테이지(205)를 가지고, Z2축은 피에조 고정블럭(213), 2련 스테이지(214), 웨지 스테이지(215)를 가진다. 특히, Z1축의 웨지 스테이지(205), Z2축의 웨지 스테이지(215), Z3축의 웨지 스테이지(225)는, 각각 동일 원주상(도 4에 일점쇄선으로 표시)에 배치되어 있다. 특히, 본 실시예에서는 웨지 스테이지(205, 215, 225)는, 정삼각형의 정점에 대응하는 위치, 즉 120도의 각도 간격을 두고 배치되어 있다. 이들 3축의 수직 운동부는 동일 방향으로 변위 가능하다. 이에 의하여 틸트 플레이트(201)는 Z축 방향의 병진(竝進)운동을 하고, 차동(差動)적인 동작, 즉 각 축의 변위량에 차이를 주면 틸트 플레이트(201)는 θx축 방향, θy축 방향의 회전운동을 한다. 여기에서, θx축 방향의 회전운동은 X축 주위의 회전운동을 의미하고, θy축 방향의 회전운동은 Y축 주위의 회전운동을 의미하는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 후술되는 θz축 방향의 회전운동은 Z축 주위의 회전운동을 의미한다.Z1 axis and Z2 axis have the same configuration as Z3 axis. That is, the Z1 axis has a piezo fixed block 203, a double stage 204, and a wedge stage 205, and the Z2 axis has a piezo fixed block 213, a double stage 214, and a wedge stage 215. Has In particular, the wedge stage 205 of the Z1-axis, the wedge stage 215 of the Z2-axis, and the wedge stage 225 of the Z3-axis are arranged on the same circumference (indicated by a dashed-dotted line in FIG. 4), respectively. In particular, in the present embodiment, the wedge stages 205, 215, and 225 are arranged at positions corresponding to the vertices of the equilateral triangle, that is, at an angle interval of 120 degrees. These three axes of vertical movement are displaceable in the same direction. As a result, the tilt plate 201 performs the translational movement in the Z-axis direction, and the differential plate, i.e., the difference in the displacement amount of each axis, causes the tilt plate 201 to be in the θx-axis direction and the θy-axis direction. Rotation of Here, it goes without saying that the rotational motion in the θx-axis direction means the rotational motion around the X axis, and the rotational motion in the θy-axis direction means the rotational motion around the Y axis. In addition, the rotational motion in the θz-axis direction described later means a rotational motion around the Z-axis.

Z축 방향의 위치는, 여기에서는 정전용량 센서에 의해 계측된다. 정전용량 센서는, 틸트 플레이트(201)의 상방에 있는, 최종 가동부인 탑 테이블(202)과 베이스 플레이트(100)의 사이에 배치되어 있다. 이하에서는, Z1축용의 정전용량 센서를 Z1 센서(207), Z2축용의 정전용량 센서를 Z2 센서(217), Z3축용의 정전용량 센서를 Z3 센서(227)로 부른다. 각 센서(207, 217, 227)는, 각각 웨지 스테이지(205, 215, 225)에 인접한 위치에 설치되어 있다. 정전용량 센서의 측정원리는 주지이지만, 간단하게 설명하면, Z축 방향의 미소 변위를 정전용량의 변화로서 검출할 수 있도록 한 것이다.The position in the Z-axis direction is measured by the capacitive sensor here. The capacitive sensor is disposed between the base table 100 and the top table 202 which is the last movable part above the tilt plate 201. Hereinafter, the capacitive sensor for the Z1 axis is referred to as the Z1 sensor 207, the capacitive sensor for the Z2 axis is referred to as the Z2 sensor 217, and the capacitive sensor for the Z3 axis is referred to as the Z3 sensor 227. Each sensor 207, 217, 227 is provided at a position adjacent to the wedge stages 205, 215, 225, respectively. The measuring principle of the capacitive sensor is well known, but in brief, the microdisplacement in the Z-axis direction can be detected as a change in capacitance.

본 형태에서는, 이들 Z1 센서(207), Z2 센서(217), Z3 센서(227)에 의해 최종 가동부인 탑 테이블(202)의 높이를 계측하고, 계측결과에 기하여 탑 테이블(202)의 위치제어(풀 클로즈드(full closed) 제어)가 행해진다.In this embodiment, the height of the top table 202 which is the last movable part is measured by these Z1 sensor 207, Z2 sensor 217, and Z3 sensor 227, and position control of the top table 202 is based on a measurement result. (Full closed control) is performed.

통상, 틸트 스테이지에서는, 베이스 플레이트(100)로부터의 틸트 플레이트(201)의 높이 위치를 계측하고, 계측결과에 기하여 위치제어(세미 클로즈드 제어)가 행해진다. 그러나, 이 방식으로는 X-Y 스테이지가 이동했을 때의 Z축 방향의 위치오차를 계측할 수 없다. 이는, 탑 테이블(202)의 Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향의 위치를 제어할 수 없는 것을 의미한다. 그렇지만, 본 형태에 의한 Z축 방향 위치계측계의 배치는, 탑 테이블(202)의 Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향의 위치제어를 가능하게 한다.Usually, in the tilt stage, the height position of the tilt plate 201 from the base plate 100 is measured, and position control (semi-closed control) is performed based on the measurement result. However, this method cannot measure the positional error in the Z-axis direction when the X-Y stage is moved. This means that the positions of the Z-axis direction, the θx-axis direction, and the θy-axis direction of the top table 202 cannot be controlled. However, the arrangement of the Z-axis position measuring instrument according to this embodiment enables position control in the Z-axis direction, the θx-axis direction, and the θy-axis direction of the top table 202.

틸트 스테이지의 안내계는, 각 웨지 스테이지(205, 215, 225)에 장착된 틸트 힌지(206, 216, 226)와, 베이스 플레이트(100)와 틸트 플레이트(201)의 사이에 장착된 Z축 방향으로만 변위 가능한 판 스프링(208, 218, 228)(도 4, 도 7 참조)에 의해 구성된다. 이들의 판 스프링(208, 218, 228)에 의해, 웨지 스테이지의 가이드부만으로는 실현 불가능한, 틸트 플레이트(201)의 X-Y 평면 내의 운동을 구속하는 고강성 안내계가 구성된다. 또한, 판 스프링(208, 218, 228)은, 각각 베이스 플레이트(100)에 구비된 스프링 장착부(208-1, 218-1, 228-1)를 통하여 설치되어 있다.The guide system of the tilt stage includes a tilt hinge 206, 216, 226 mounted on each wedge stage 205, 215, 225, and a Z-axis direction mounted between the base plate 100 and the tilt plate 201. It is constituted by leaf springs 208, 218, 228 (see FIGS. 4, 7) which are only displaceable. These leaf springs 208, 218, and 228 constitute a highly rigid guide system that constrains the motion in the X-Y plane of the tilt plate 201, which is impossible to realize only by the guide portion of the wedge stage. In addition, the leaf springs 208, 218, and 228 are provided through the spring mounting parts 208-1, 218-1, and 228-1 provided in the base plate 100, respectively.

다음으로, 도 1 ~ 도 3 및 모식도인 도 8도 참조하여, X-Y 스테이지에 대해서 설명한다. 탑 테이블(202)은 X-Y 플레이트(301)에 고정되어 있다. X-Y 플레이트(301)는, 틸트 플레이트(201)의 중앙부의 개구(201a)에 조립되어 있다. X-Y 플레이트(301)는, 틸트 플레이트(201)와 함께 Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향으로 변위 가능하지만, 틸트 플레이트(201)와는 독립하여 X축 방향, Y축 방향, 및 θz축 방향으로 변위 가능하게 되어 있다. 즉, X-Y 플레이트(301)는, X축 방향에 대해서는 X축 방향으로 상호 평행하게 뻗는 2개의 X1 피에조 액츄에이터(302), X2 피에조 액츄에이터(303)로 구동된다. X1 피에조 액츄에이터(302), X2 피에조 액츄에이터(303)는 일정 간격을 두고 구비되어, 각각 일단측이 틸트 플레이트(201)에 고정되고, 타단이 X-Y 플레이트(301)에 연결되어 있다. 한편, X-Y 플레이트(301)는, Y축 방향에 대해서는 Y축 방향으로 뻗는 1개의 Y 피에조 액츄에이터(304)로 구동된다. Y 피에조 액츄에이터(304)도 일단측이 틸트 플레이트(201)에 고정되고, 타단이 X-Y 플레이트(301)에 연결되어 있다.Next, with reference to FIGS. 1-3 and FIG. 8 which is a schematic diagram, an X-Y stage is demonstrated. The top table 202 is fixed to the X-Y plate 301. The X-Y plate 301 is assembled to the opening 201a of the center portion of the tilt plate 201. The XY plate 301 can be displaced in the Z-axis direction, the θx-axis direction, and the θy-axis direction together with the tilt plate 201, but is independent of the tilt plate 201 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θz-axis direction. Displacement is enabled. That is, the X-Y plate 301 is driven by two X1 piezo actuators 302 and X2 piezo actuators 303 which extend in parallel to each other in the X axis direction with respect to the X axis direction. The X1 piezo actuator 302 and the X2 piezo actuator 303 are provided at regular intervals, and one end is fixed to the tilt plate 201, and the other end is connected to the X-Y plate 301. On the other hand, the X-Y plate 301 is driven by one Y piezo actuator 304 extending in the Y-axis direction with respect to the Y-axis direction. The Y piezo actuator 304 also has one end fixed to the tilt plate 201 and the other end connected to the X-Y plate 301.

X-Y 스테이지의 안내계는 이하와 같다. X-Y 평면 내의 안내계에 있어서는, X1 피에조 액츄에이터(302)의 일단에 고정된 X1 힌지(312)가 틸트 플레이트(201)에 고정되고, X1 피에조 액츄에이터(302)의 타단에 고정된 X1 힌지(311)가 X-Y 플레이트(301)에 연결되어 있다. 마찬가지로, X2 피에조 액츄에이터(303)의 일단에 고정된 X2 힌지(314)가 틸트 플레이트(201)에 고정되고, X2 피에조 액츄에이터(303)의 타단에 고정된 X2 힌지(313)가 X-Y 플레이트(301)에 연결되어 있다. 한편, Y 피에조 액츄에이터(304)의 일단에 고정된 Y 힌지(316)가 틸트 플레이트(201)에 고정되고, Y 피에조 액츄에이터(304)의 타단에 고정된 Y 힌지(315)가 X-Y 플레이트(301)에 연결되어 있다.The guide system of the X-Y stage is as follows. In the guide system in the XY plane, the X1 hinge 312 fixed to one end of the X1 piezo actuator 302 is fixed to the tilt plate 201 and the X1 hinge 311 fixed to the other end of the X1 piezo actuator 302. Is connected to the XY plate 301. Similarly, the X2 hinge 314 fixed to one end of the X2 piezo actuator 303 is fixed to the tilt plate 201, and the X2 hinge 313 fixed to the other end of the X2 piezo actuator 303 is the XY plate 301. Is connected to. Meanwhile, the Y hinge 316 fixed to one end of the Y piezo actuator 304 is fixed to the tilt plate 201, and the Y hinge 315 fixed to the other end of the Y piezo actuator 304 is the XY plate 301. Is connected to.

Z축 방향의 안내계는 X-Y 플레이트(301)와 틸트 플레이트(201) 사이에 설치된 3개의 주(主) 링크 힌지(321, 322, 323)와 2개의 부(副) 링크 힌지(324, 325)에 의해 실현된다. 도 5를 참조하여, 이들 링크 힌지의 1개, 예를들면 주 링크 힌지(321)에 대해서 설명한다. 틸트 플레이트(201)에 하방으로 수직으로 뻗도록 링크 힌지 블럭(321-1)이 구비되어 있다. 이 링크 힌지 블럭(321-1)에는 거기에서 상방으로 뻗어서 X-Y 플레이트(301)에 연결된 힌지(321-2)가 구비되어 있다. 힌지(321-2)는, 주지의 구(球)관절 커플링을 가져서, X-Y 플레이트(301)를 X-Y 평면 내에서는 변위 가능하지만, Z축 방향으로는 높은 강성을 부여하도록 지지하고있다. 주 링크 힌지(322, 323), 부 링크 힌지(324, 325)도 완전히 동일한 구조를 가진다. 또한, 도 8에는 링크 힌지 블럭(322-1)과 힌지(322-2)로 이루어지는 주 링크 힌지(322)가 나타나 있다.The guide system in the Z-axis direction includes three main link hinges 321, 322, and 323 and two secondary link hinges 324 and 325 provided between the XY plate 301 and the tilt plate 201. Is realized. 5, one of these link hinges, for example, the main link hinge 321, will be described. The link hinge block 321-1 is provided on the tilt plate 201 to vertically extend downward. The link hinge block 321-1 is provided with a hinge 321-2 extending upward therefrom and connected to the X-Y plate 301. The hinge 321-2 has a known spherical joint coupling and supports the X-Y plate 301 so as to be displaced in the X-Y plane, but to provide high rigidity in the Z-axis direction. The primary link hinges 322 and 323 and the secondary link hinges 324 and 325 have exactly the same structure. 8 shows a main link hinge 322 consisting of a link hinge block 322-1 and a hinge 322-2.

3개의 주 링크 힌지(321, 322, 323)는 삼각형, 여기에서는 이등변 삼각형의 정점에 대응하는 위치에 설치되고, 2개의 부 링크 힌지(324, 325)는 주 링크 힌지(321)의 양측에 설치되어 있다. 주 링크 힌지(321 ~ 323)와 부 링크 힌지(324, 325)는, X-Y 플레이트(301)의 X-Y 평면 내에서의 변위를 가능하게 하는 기능을 가짐과 동시에, Z축 방향으로는 큰 강성을 가진다. 이에 의하여, 종래의 미동 스테이지장치에 비교하여 대폭으로 강성이 향상한다.Three primary link hinges 321, 322, 323 are installed at positions corresponding to the vertices of a triangle, here an isosceles triangle, and two secondary link hinges 324, 325 are installed on both sides of the primary link hinge 321. It is. The main link hinges 321 to 323 and the sub link hinges 324 and 325 have a function of enabling displacement in the XY plane of the XY plate 301 and have great rigidity in the Z-axis direction. . Thereby, rigidity improves significantly compared with the conventional fine motion stage apparatus.

X-Y 스테이지의 동작에 대해서 설명한다. X1 피에조 액츄에이터(302)와 X2 피에조 액츄에이터(303)가 같은 방향으로 작동하면, X-Y 플레이트(301)는 X축 방향의 병진운동을 한다. X1 피에조 액츄에이터(302)와 X2 피에조 액츄에이터(303)가 차동적으로 동작, 즉 변위량에 차이를 가지게 하면, X-Y 플레이트(301)는 θz축 방향의 동작을 한다. 한편, Y 피에조 액츄에이터(304)가 작동하면, X-Y 플레이트(301)가 Y축 방향으로 병진운동한다.The operation of the X-Y stage will be described. When the X1 piezo actuator 302 and the X2 piezo actuator 303 operate in the same direction, the X-Y plate 301 performs translational movement in the X-axis direction. When the X1 piezo actuator 302 and the X2 piezo actuator 303 are differentially operated, i.e., have a difference in the displacement amount, the X-Y plate 301 operates in the? Z-axis direction. On the other hand, when the Y piezo actuator 304 is operated, the X-Y plate 301 translates in the Y axis direction.

X-Y 플레이트(301)의 X축 방향의 위치는 틸트 플레이트(201)와 X-Y 플레이트(301)의 사이에 배치된 2개의 정전용량 센서(326, 327)(이하, X1 센서, X2 센서라 한다)에서 계측된다. X-Y 플레이트(301)의 Y축 방향의 위치는 틸트 플레이트(201)와 X-Y 플레이트(301)의 사이에 배치된 1개의 정전용량 센서(328)(이하, Y센서라 한다)에서 계측된다. 이들 X1 센서(326), X2 센서(327), Y 센서(328)에 의해 계측되는 X-Y 평면 내의 위치정보에 기하여 탑 테이블(2-2)의 세미 클로즈드 위치제어가 행해진다.The position of the XY plate 301 in the X-axis direction is determined by two capacitive sensors 326 and 327 (hereinafter referred to as an X1 sensor and an X2 sensor) disposed between the tilt plate 201 and the XY plate 301. It is measured. The position in the Y-axis direction of the X-Y plate 301 is measured by one capacitance sensor 328 (hereinafter referred to as Y sensor) disposed between the tilt plate 201 and the X-Y plate 301. Semi-closed position control of the top table 2-2 is performed based on the positional information in the X-Y plane measured by these X1 sensor 326, X2 sensor 327, and Y sensor 328. FIG.

상기와 같이, 탑 테이블(202)이 X-Y 플레이트(301)에 고정되고, 틸트 스테이지에 있어서의 틸트 플레이트(201)는 Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향으로 변위가능하다. 게다가, X-Y 스테이지에 있어서의 X-Y 플레이트(301)는 틸트 플레이트(201)와 함께 변위 가능함과 동시에, 틸트 플레이트(201)와는 독립하여 X축 방향, Y축 방향, θz축 방향으로 변위 가능하다. 이에 의하여, 탑 테이블(202)은 6 자유도(X축 방향, Y축 방향, Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향, θz축 방향)의 운동이 가능하다.As described above, the top table 202 is fixed to the X-Y plate 301, and the tilt plate 201 in the tilt stage is displaceable in the Z-axis direction, the θx-axis direction, and the θy-axis direction. In addition, the X-Y plate 301 in the X-Y stage can be displaced together with the tilt plate 201 and can be displaced in the X-axis direction, Y-axis direction, and θz-axis direction independently of the tilt plate 201. As a result, the top table 202 can move in six degrees of freedom (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction, θx-axis direction, θy-axis direction, and θz-axis direction).

또한, X-Y 스테이지의 위치계측(X축 방향, Y축 방향, θz축 방향)은, 탑 테이블(202)에 장착된, Y축 방향으로 뻗어 있는 X 미러(325)(도 1) 및 X축 방향으로 뻗어 있는 Y 미러(326)(도 3)와 레이져 간섭계(미도시)에 의해 행해진다. 이 위치계측에 의해 얻어진 위치정보를 근거로, 6 자유도(X축 방향, Y축 방향, Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향, θz축 방향)의 풀 클로즈드 제어가 행해진다. 또한, θx축 방향, θy축 방향에 관해서도 레이져 간섭계로 위치를 계측하는 것이 가능하고, 이 계측값을 근거로 Z축 방향 이외는 전부 레이져 간섭계로부터의 위치정보로 위치제어를 행하는 것이 가능하다. 단, 이 경우, 미러가 대형화하고, 레이져 간섭계의 광학부품 등도 증가하기 때문에 코스트 업 등의 문제가 생기는 것을 고려할 필요가 있다.In addition, the position measurement (X-axis direction, Y-axis direction, (theta z-axis direction) of the XY stage is X mirror 325 (FIG. 1) and X-axis direction which are extended in the Y-axis direction attached to the top table 202. This is done by a Y mirror 326 (FIG. 3) and a laser interferometer (not shown) extending in the direction. Based on the positional information obtained by the position measurement, full closed control of six degrees of freedom (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction, θx-axis direction, θy-axis direction, and θz-axis direction) is performed. Further, the position can be measured by the laser interferometer in the θx-axis direction and the θy-axis direction, and position control can be performed by the positional information from the laser interferometer in all except the Z-axis direction based on this measured value. In this case, however, it is necessary to consider that a problem such as cost up occurs because the mirror is enlarged and the optical parts of the laser interferometer increase.

다음으로, 본 발명의 제2 실시형태에 의한 미동 스테이지장치에 대해서 설명한다. 제2 실시형태에 의한 미동 스테이지장치는, 제1 실시형태에 의한 미동 스테이지장치에 대해서 이하와 같은 개량을 가하고 있다.Next, the fine motion stage apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. The fine motion stage apparatus which concerns on 2nd Embodiment adds the following improvements with respect to the fine motion stage apparatus which concerns on 1st Embodiment.

제1 실시형태에 의한 미동 스테이지장치는, 틸트 스테이지 부분에 대해서 이동 스트로크가 크기 때문에, 피에조 액츄에이터의 특성상 높은 강성을 확보하는 것이 곤란하다. 이것은, 제1 실시형태에 의한 미동 스테이지장치에서는, 스트로크를 크게 하기 때문에 2개의 피에조 액츄에이터를 2련(連) 스테이지에 의해 연결한 구조로 하고 있기 때문이다. 즉, 2련 구조로 한 피에조 액츄에이터는, 강성 모델로서는 2개의 스프링이 직렬로 접속된 것이 되어, 스트로크가 커지는 만큼 구동 방향의 강성이 저하한다.Since the movement stroke is large with respect to the tilt stage part, the micro-movement stage apparatus which concerns on 1st Embodiment is difficult to ensure high rigidity by the characteristic of a piezo actuator. This is because the fine motion stage apparatus according to the first embodiment has a structure in which two piezo actuators are connected by two stages because the stroke is increased. That is, the piezo actuator having a double structure has two springs connected in series as the rigid model, and the rigidity of the driving direction decreases as the stroke increases.

또한, 제1 실시형태에 의한 미동 스테이지장치에서는, X-Y 스테이지 부분의 고강성화를 꾀하기 위하여 질량이 증가하고 있다. 이 때문에, 틸트 스테이지의 부하 질량은 증대하고, 결과로서 고유값이 내려가는 것이 되어 응답 성능이 저하하여, 수㎛의 스텝 응답시의 정정(整定)시간에 개선의 여지가 있다.In addition, in the fine motion stage apparatus according to the first embodiment, the mass is increased in order to achieve high rigidity of the X-Y stage portion. For this reason, the load mass of a tilt stage increases, and as a result, an intrinsic value falls, and response performance falls, and there exists room for improvement in the settling time at the step response of several micrometers.

또한, 제1 실시형태에 의한 미동 스테이지장치는, 진동에 대한 감쇠요소가 거의 없기 때문에 진동 감쇠성능에 개선의 여지가 있다. 즉, 스테이지의 이동 후 정정(整定)하기까지에 시간을 요하고, 외란(外亂)에 의한 진동이 정정하기까지에 시간을 요한다.In addition, the fine motion stage apparatus according to the first embodiment has room for improvement in vibration damping performance because there is almost no damping element against vibration. That is, it takes time to correct after the movement of the stage, and it takes time to correct the vibration due to disturbance.

그래서, 제2 실시형태에 의한 미동 스테이지장치는, 진동 감쇠성능을 높이기 위하여 진공·비(非)자성에 대응한 감쇠기를 구비한 점에 특징을 가진다.Therefore, the fine motion stage apparatus which concerns on 2nd Embodiment is characterized by providing the damper corresponding to a vacuum and non-magnetic in order to raise vibration damping performance.

도 9 ~ 도 19를 참조하여, 제2 실시형태에 의한 미동 스테이지장치에 대해서설명한다. 본 미동 스테이지장치도, 단독으로 사용되어도 좋지만, 통상은, 조동 스테이지장치인 X-Y 스테이지장치에 조합된다. 즉, 본 미동 스테이지장치도, 통상, X-Y 스테이지장치에 있어서의 X 테이블 혹은 Y 테이블에 탑재된다.9-19, the fine motion stage apparatus which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated. Although this fine motion stage apparatus may be used independently, it is usually combined with the X-Y stage apparatus which is a coarse motion stage apparatus. That is, this fine motion stage apparatus is also normally mounted in the X table or Y table in an X-Y stage apparatus.

본 형태에 의한 미동 스테이지장치의 기본구성은, 제1 실시형태에 의한 미동 스테이지장치와 마찬가지이지만, Z축 방향의 고강성화를 꾀하기 위하여, 스테이지 스트로크를 360㎛에서 180㎛로 변경하였다. 그 결과, 제1 실시형태에 의한 미동 스테이지장치에서는 Z축 구동용 피에조 액츄에이터를 2련(連) 스테이지에 의해 2개 직렬로 연결한 것을 사용하고 있는 것에 대해서, 제2 실시형태에서는 Z축 구동용 피에조 액츄에이터가 1개이면 된다.Although the basic structure of the fine motion stage apparatus which concerns on this form is the same as that of the fine motion stage apparatus which concerns on 1st Embodiment, in order to achieve high rigidity of a Z-axis direction, stage stroke was changed from 360 micrometers to 180 micrometers. As a result, in the micro-movement stage apparatus which concerns on 1st Embodiment, the thing which connected two series of piezoelectric actuators for Z-axis drive by two stages is used, In the 2nd Embodiment, it is Z-axis drive. One piezo actuator is required.

본 미동 스테이지장치는, 베이스체로서의 베이스 플레이트(100) 위에 구축된 Z-θx-θy축 스테이지(이하, 틸트 스테이지라 한다)에 X-Y-θz축 스테이지(이하, X-Y 스테이지라고 부르지만, 조동 스테이지장치인 X-Y 스테이지장치와는 다르다)가 조합되어 구성되어 있다.This fine motion stage apparatus is called a XY-θz-axis stage (hereinafter referred to as an XY stage) to a Z-θx-θy-axis stage (hereinafter referred to as a tilt stage) constructed on the base plate 100 as a base body. Is different from the XY stage device).

우선, 틸트 스테이지에 대해서 설명한다. 도 9 ~ 도 11에 나타내는 바와 같이, 틸트 스테이지는 틸트 플레이트(201)를 가진다. 틸트 플레이트(201)는, 베이스 플레이트(100) 위에 상호 평행하게 뻗도록 배치된 3개의 피에조 액츄에이터(피에조 액츄에이터 소자)(Z1, Z2, Z3)와, 후술하는 웨지 스테이지에 의하여, 베이스 플레이트(100)에 대하여 수직방향(Z축 방향 혹은 상하 방향)으로 구동된다. 이하에서는, 피에조 액츄에이터(Z1)에 의해 Z축 방향으로 구동되는 축을 Z1축, 피에조 액츄에이터(Z2)에 의해 Z축 방향으로 구동되는 축을 Z2축, 피에조 액츄에이터(Z3)에 의해 Z축 방향으로 구동되는 축을 Z3축이라 한다.First, the tilt stage will be described. 9 to 11, the tilt stage has a tilt plate 201. The tilt plate 201 includes three piezo actuators (piezo actuator elements) Z1, Z2, and Z3 arranged to extend in parallel to each other on the base plate 100, and the base plate 100 by a wedge stage described later. It is driven in the vertical direction (Z-axis direction or up-down direction) with respect to. Hereinafter, the axis driven in the Z-axis direction by the piezo actuator Z1 in the Z-axis direction and the axis driven in the Z-axis direction by the piezo actuator Z2 are driven in the Z-axis direction by the Z2 axis and the piezo actuator Z3. The axis is called Z3 axis.

Z3축에 대해서 구조 및 동작의 상세를 설명한다. 베이스 플레이트(100)에 피에조 고정 블럭(130)이 설치되어 있다. 피에조 액츄에이터(Z3)는, 피에조 고정 블럭(130)에 일단이 고정되어, 웨지 스테이지(135)를 구동한다. 웨지 스테이지라는 것은, 슬라이드 웨지라고도 불리우며, 앞에 기술한 바와 같이, 수평 방향의 운동을 수직 방향의 운동으로 변환하는 기구이다. 웨지 스테이지(135)는, 본 실시예에서는 45도의 직교 변환기구를 구비하여, 도 17에 나타내는 바와 같이, 피에조 액츄에이터(Z3)에 의한 수평 변위 입력과 웨지 스테이지(135)의 수직 변위출력이 1대 1이 되도록 구성되어 있다. 직교 변환기구는, 45도의 경사면을 상면측에 가지는 제1 경사 블럭(135-1)과, 45도의 경사면을 하면측에 가지는 제2 경사 블럭(135-2)의 조합체를 포함한다. 제1 경사 블럭(135-1)은, 제2 경사 블럭(135-2)을 가이드하기 위한 가이드부를 가진다. 제2 경사 블럭(135-2)은, 그 경사면이 제1 경사 블럭(135-1)의 가이드부에 의해 가이드된 상태로 제1 경사 블럭(135-1)의 경사면을 따라서 슬라이드 가능하다. 이에 의하여, 제1 경사 블럭(135-1)이 수평 방향으로 변위하면, 제2 경사 블럭(135-2)은 그에 따라서 슬라이드하여 수직 방향으로만 변위한다. 또한, 피에조 엑츄에이터(Z3)는, 베이스 플레이트(100)에 구비된 지지부재(131)에 의해 지지되어 있다.Details of the structure and operation of the Z3 axis will be described. The piezo fixing block 130 is installed on the base plate 100. One end of the piezo actuator Z3 is fixed to the piezo fixing block 130 to drive the wedge stage 135. The wedge stage, also called a slide wedge, is a mechanism for converting a horizontal motion into a vertical motion as described above. In this embodiment, the wedge stage 135 is provided with a 45 degree orthogonal converter, and as shown in FIG. 17, the horizontal displacement input by the piezo actuator Z3 and the vertical displacement output of the wedge stage 135 are 1 piece. It is configured to be 1. The orthogonal converter comprises a combination of a first inclined block 135-1 having an inclined surface of 45 degrees on the upper surface side and a second inclined block 135-2 having an inclined surface of 45 degrees on the lower surface side. The first inclined block 135-1 has a guide portion for guiding the second inclined block 135-2. The second inclined block 135-2 is slidable along the inclined surface of the first inclined block 135-1 with its inclined surface guided by the guide portion of the first inclined block 135-1. As a result, when the first inclined block 135-1 is displaced in the horizontal direction, the second inclined block 135-2 slides accordingly and is displaced only in the vertical direction. In addition, the piezo actuator Z3 is supported by the support member 131 provided in the base plate 100.

이와 같은 웨지 스테이지(135)에 의해, 그 수직 운동부에 고정된 틸트 힌지(137)가 Z축 방향으로 구동된다. 그리고, 틸트 힌지(137) 끝에 고정된 틸트 플레이트(201)를 Z1축 방향으로 구동한다. 또한, 틸트 플레이트(201)는 중앙에개구(201a)(도 11)를 가진다. 개구부(201a) 내에 X-Y 플레이트(301)(도 9)가 조합된다. X-Y 플레이트(301)에는 탑 테이블(202)(도 13)이 고정된다. X-Y 플레이트(301), 탑 테이블(202)에 대해서는, 후에 설명된다.By this wedge stage 135, the tilt hinge 137 fixed to the vertical movement part is driven to Z-axis direction. Then, the tilt plate 201 fixed to the tip of the tilt hinge 137 is driven in the Z1 axis direction. In addition, the tilt plate 201 has an opening 201a (FIG. 11) in the center. In the opening 201a, an X-Y plate 301 (Fig. 9) is combined. The top table 202 (FIG. 13) is fixed to the X-Y plate 301. The X-Y plate 301 and the top table 202 will be described later.

Z1축, Z2축도 Z3축과 마찬가지의 구성을 가지지만, Z3축과는 일정간격을 두고 역방향으로 뻗어 있도록 배치되어 있다. Z1축은 피에조 고정 블럭(110), 웨지 스테이지(115), 틸트 힌지(117)를 가지고, Z2축은 피에조 고정 블럭(120), 웨지 스테이지(125), 틸트 힌지(127)를 가진다. Z1축의 웨지 스테이지(115), Z2축의 웨지 스테이지(125), Z3축의 웨지 스테이지(135)는, 각각 동일 원주상에 배치되어 있다. 특히, 웨지 스테이지(115, 125, 135)는, 여기에서는 정삼각형의 정점에 대응하는 위치, 즉, 120도의 각도 간격을 두고 배치되어 있다. 이들 3축은 동일 방향(여기에서는 X축 방향)으로 변위 가능하고, 수직 운동부도 동일 방향(여기에서는 Z축 방향)으로 변위 가능하다. 이에 의하여 틸트 플레이트(201)는 Z축 방향의 병진(竝進)운동을 행한다. 한편, 차동적인 동작, 즉 Z1, Z2, Z3 각 축의 변위량에 차이를 주면 틸트 플레이트(201)는 θx축 방향, θy축 방향의 회전운동을 한다. 앞서 기술한 바와 같이, θx축 방향의 회전운동은 X축 주위의 회전운동을 의미하고, θy축 방향의 회전운동은 Y축 주위의 회전운동을 의미한다. 후술되는 θz축 방향의 회전운동은 Z축 주위의 회전운동을 의미한다.The Z1 axis and the Z2 axis have the same configuration as the Z3 axis, but are arranged so as to extend in the opposite direction with a predetermined interval from the Z3 axis. The Z1 axis has a piezo fixing block 110, a wedge stage 115, and a tilt hinge 117, and the Z2 axis has a piezo fixing block 120, a wedge stage 125, and a tilt hinge 127. The wedge stage 115 of the Z1-axis, the wedge stage 125 of the Z2-axis, and the wedge stage 135 of the Z3-axis are respectively arranged on the same circumference. In particular, the wedge stages 115, 125, 135 are disposed here at positions corresponding to the vertices of the equilateral triangle, that is, at an angle interval of 120 degrees. These three axes can be displaced in the same direction (here, the X axis direction), and the vertical movement portion can also be displaced in the same direction (here, the Z axis direction). As a result, the tilt plate 201 performs translational movement in the Z-axis direction. On the other hand, if the differential operation, that is, the difference in the displacement amount of each of the axes Z1, Z2, Z3, the tilt plate 201 is rotated in the θx axis direction, θy axis direction. As described above, the rotational motion in the θx-axis direction refers to the rotational motion around the X axis, and the rotational motion in the θy-axis direction means the rotational motion around the Y axis. Rotational motion in the θz-axis direction to be described later means rotational motion around the Z-axis.

Z축 방향의 위치는, 여기에서는 정전용량 센서에 의해 계측된다. 정전용량 센서는, 틸트 플레이트(201)의 상방에 있는, 최종 가동부인 탑 테이블(202)과 베이스 플레이트(100)의 사이에 배치되어 있다. 이하에서는, 도 9에 나타내는 Z1축용의정전용량 센서를 Z1 센서(207), Z2축용의 정전용량 센서를 Z2 센서(217), Z3축용의 정전용량 센서를 Z3 센서(227)라 한다. 각 센서(207, 217, 227)는, 각각 웨지 스테이지(115, 125, 135)에 인접한 위치에 설치되어 있다. 정전용량 센서의 측정원리는 앞서 기술한 바와 같다.The position in the Z-axis direction is measured by the capacitive sensor here. The capacitive sensor is disposed between the base table 100 and the top table 202 which is the last movable part above the tilt plate 201. Hereinafter, the Z1 axis capacitive sensor shown in FIG. 9 is referred to as Z1 sensor 207, the Z2 axis capacitive sensor is referred to as Z2 sensor 217, and the Z3 axis capacitive sensor is referred to as Z3 sensor 227. Each sensor 207, 217, 227 is provided in the position adjacent to the wedge stage 115, 125, 135, respectively. The measuring principle of the capacitive sensor is as described above.

본 형태에서는, 이들 Z1 센서(207), Z2 센서(217), Z3 센서(227)에 의해 최종 가동부인 탑 테이블(202)의 높이를 계측하고, 계측결과에 기하여 탑 테이블(202)의 위치제어(풀 클로즈드(full closed) 제어)가 행해진다.In this embodiment, the height of the top table 202 which is the last movable part is measured by these Z1 sensor 207, Z2 sensor 217, and Z3 sensor 227, and position control of the top table 202 is based on a measurement result. (Full closed control) is performed.

통상, 틸트 스테이지에서는, 베이스 플레이트(100)로부터 틸트 플레이트(201)의 높이 위치를 계측하고, 계측결과에 기하여 위치제어(세미 클로즈드 제어)가 행해진다. 그러나, 이 방식으로는 X-Y 플레이트(301)가 X-Y 방향으로 이동할 때의 Z축 방향의 위치오차를 계측할 수 없다. 이는, 탑 테이블(202)의 Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향의 위치를 제어할 수 없는 것을 의미한다. 그렇지만, 본 형태에 있어서의 Z축 방향 위치계측계의 배치는, 탑 테이블(202)의 Z축방향, θx축 방향, θy축 방향의 위치제어를 가능하게 한다.Usually, in the tilt stage, the height position of the tilt plate 201 is measured from the base plate 100, and position control (semi-closed control) is performed based on the measurement result. However, this method cannot measure the positional error in the Z-axis direction when the X-Y plate 301 moves in the X-Y direction. This means that the positions of the Z-axis direction, the θx-axis direction, and the θy-axis direction of the top table 202 cannot be controlled. However, the arrangement of the Z-axis position measuring instrument in this embodiment enables position control in the Z-axis direction, the θx-axis direction, and the θy-axis direction of the top table 202.

틸트 스테이지의 안내계는, 각 웨지 스테이지(115, 125, 135)에 장착된 틸트 힌지(117, 127, 137)와, 베이스 플레이트(100)와 틸트 플레이트(201)의 사이에 장착된 Z축 방향으로만 변위 가능한 판 스프링(208, 218, 228)(도 11 참조, 단, 208은 도 18 참조)에 의해 구성된다. 이들 판 스프링(208, 218, 228)에 의해, 웨지 스테이지의 가이드부만으로는 실현 불가능한, 틸트 플레이트(201)의 X-Y 평면 내의 운동을 구속하는 강성 안내계가 구성된다. 또한, 판 스프링(208, 218, 228)은, 각각 베이스 플레이트(100)에 구비된 스프링 장착부(208-1(도 18 참조), 218-1, 228-1)를 통하여 설치되어 있다.The guide system of the tilt stage includes a tilt hinge 117, 127, 137 attached to each wedge stage 115, 125, 135, and a Z-axis direction mounted between the base plate 100 and the tilt plate 201. It is constituted by leaf springs 208, 218 and 228 which are only displaceable (see Fig. 11, except 208 see Fig. 18). These leaf springs 208, 218, and 228 constitute a rigid guide system that constrains the motion in the X-Y plane of the tilt plate 201, which is impossible to realize only by the guide portion of the wedge stage. In addition, the leaf springs 208, 218, 228 are respectively provided through the spring mounting parts 208-1 (refer FIG. 18), 218-1, 228-1 with which the base plate 100 was equipped.

본 형태에서는 또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 베이스 플레이트(100)에 고정된 지지대(219-1, 229-1, 239-1, 249-1) 위에 Z축 감쇠기로서 댐퍼(219, 229, 239, 249)를 설치하고 있다. 각 댐퍼는 피스톤 로드를 가지며, 도 12에 나타내는 바와 같이, 피스톤 로드의 선단이 탑 테이블(202)의 하면에 접하도록 하고 있다. 여기에서는, 4개의 댐퍼(219, 229, 239, 249)를 탑 테이블(202)의 바깥 둘레에 가까운 위치에 설치하며, 특히, 웨지 스테이지(135)에 가까운 위치에 2개 설치하고 있다. 이것은 밸런스를 고려한 것으로서, 댐퍼는 적어도 3개 배치되면 좋고, 경우에 따라서는 5개 이상이라도 좋다.In this embodiment, as shown in FIG. 9, dampers 219, 229, and 239 are provided as Z-axis attenuators on the supports 219-1, 229-1, 239-1, and 249-1 fixed to the base plate 100. , 249). Each damper has a piston rod, and as shown in FIG. 12, the tip of a piston rod is made to contact the lower surface of the top table 202. As shown in FIG. Here, four dampers 219, 229, 239, and 249 are provided at positions close to the outer periphery of the top table 202, and two are particularly provided at positions close to the wedge stage 135. This is a balance consideration, and at least three dampers may be disposed, and in some cases, five or more dampers may be used.

상기와 같이, 댐퍼(219, 229, 239, 249)의 피스톤 로드의 선단이 탑 테이블(202)의 저면(底面)에 접하도록 하고 있다. 이와 같은 배치에 의해, 탑 테이블(202)이 θx축, θy축 방향으로 회전한 경우, 반드시 2개 이상의 댐퍼가 밀어 넣어지는 상태가 되어, 댐퍼에 의한 효과적인 감쇠작용이 얻어진다.As described above, the tips of the piston rods of the dampers 219, 229, 239, and 249 are in contact with the bottom surface of the top table 202. With this arrangement, when the top table 202 is rotated in the θx-axis and θy-axis directions, two or more dampers are necessarily pushed in, so that an effective damping action by the damper is obtained.

탑 테이블(202)의 Z축 방향의 운동에 관해서는, 하방은 모든 댐퍼(219, 229, 239, 249)가 감쇠성능을 발휘한다. 또한, 탑 테이블(202)이 수평상태로 상방으로 운동한 경우에는 효과적인 감쇠는 기대할 수 없다. 그러나, 탑 테이블(202)이 완전하게 수평상태로 Z축 방향으로 운동하는 경우는 없고, 반드시 θx축, θy축 방향의 동작을 수반한다. 그 때문에, 실제로는 탑 테이블(202)이 Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향의 어느 방향으로 운동하여도 효과적인 감쇠작용이 얻어진다.Regarding the movement in the Z-axis direction of the top table 202, all dampers 219, 229, 239, and 249 exhibit damping performances in the downward direction. In addition, when the top table 202 moves upward in a horizontal state, effective damping cannot be expected. However, the top table 202 does not move in the Z-axis direction in a completely horizontal state, and always involves operations in the θx-axis and θy-axis directions. Therefore, effectively the damping action is obtained even when the top table 202 moves in any of the Z-axis direction, the θx-axis direction, and the θy-axis direction.

다음으로, 도 13도 참조하여 X-Y 스테이지에 대해서 설명한다. 탑 테이블(202)은 X-Y 플레이트(301) 상면측에 고정되어 있다. X-Y 플레이트(301)는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 틸트 플레이트(201)의 중앙부의 개구(201a)에 조립되어 있다. X-Y 플레이트(301)는, 틸트 플레이트(201)와 함께 Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향으로 변위 가능하지만, 틸트 플레이트(201)와는 독립하여 X축 방향, Y축 방향, 및 θz축 방향으로 변위 가능하게 되어 있다. 즉, X-Y 플레이트(301)는, X축 방향에 대해서는 X축 방향으로 상호 평행하게 뻗는 2개의 X1 피에조 액츄에이터(302), X2 피에조 액츄에이터(303)로 구동된다. 도 9에 나타내는 바와 같이, X1 피에조 액츄에이터(302), X2 피에조 액츄에이터(303)는 일정 간격을 두고 구비되어, 각각 일단측이 장착판(302-1, 303-1)을 통하여 틸트 플레이트(201)에 고정되고, 타단이 X-Y 플레이트(301)에 연결되어 있다. 한편, X-Y 플레이트(301)는, Y축 방향에 대해서는 Y축 방향으로 뻗는 1개의 Y 피에조 액츄에이터(304)로 구동된다. Y 피에조 액츄에이터(304)도 일단측이 장착판(304-1)을 통하여 틸트 플레이트(201)에 고정되고, 타단이 X-Y 플레이트(301)에 연결되어 있다.Next, with reference to FIG. 13, the X-Y stage is demonstrated. The top table 202 is fixed to the upper surface side of the X-Y plate 301. As shown in FIG. 13, the X-Y plate 301 is assembled to the opening 201a of the center part of the tilt plate 201. As shown in FIG. The XY plate 301 can be displaced in the Z-axis direction, the θx-axis direction, and the θy-axis direction together with the tilt plate 201, but is independent of the tilt plate 201 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θz-axis direction. Displacement is enabled. That is, the X-Y plate 301 is driven by two X1 piezo actuators 302 and X2 piezo actuators 303 which extend in parallel to each other in the X axis direction with respect to the X axis direction. As shown in FIG. 9, the X1 piezo actuator 302 and the X2 piezo actuator 303 are provided at regular intervals, and one end side thereof is tilt plate 201 through the mounting plates 302-1 and 303-1, respectively. Is fixed to the other end and is connected to the XY plate 301. On the other hand, the X-Y plate 301 is driven by one Y piezo actuator 304 extending in the Y-axis direction with respect to the Y-axis direction. The Y piezo actuator 304 is also fixed at one end to the tilt plate 201 via the mounting plate 304-1, and the other end thereof is connected to the X-Y plate 301.

X-Y 스테이지의 안내계는 이하와 같다. 도 15에 나타내는 바와 같이, X-Y 평면 내의 안내계에 있어서는, X1 피에조 액츄에이터(302)의 일단에 고정된 X1 힌지(312)가 장착판(302-1)에 고정되고, X1 피에조 액츄에이터(302)의 타단에 고정된 X1 힌지(311)가 X-Y 플레이트(301)에 연결되어 있다. 마찬가지로, X2 피에조 액츄에이터(303)의 일단에 고정된 X2 힌지(314, 미도시)가 장착판(303-1)에 고정되고, X2 피에조 액츄에이터(303)의 타단에 고정된 X2 힌지(313, 미도시)가 X-Y 플레이트(301)에 연결되어 있다. 한편, Y 피에조 액츄에이터(304)의 일단에 고정된 Y 힌지(316, 미도시)가 장착판(304-1)에 고정되고, Y 피에조 액츄에이터(304)의 타단에 고정된 Y 힌지(315, 미도시)가 X-Y 플레이트(301)에 연결되어 있다.The guide system of the X-Y stage is as follows. As shown in FIG. 15, in the guide system in the XY plane, the X1 hinge 312 fixed to one end of the X1 piezo actuator 302 is fixed to the mounting plate 302-1 and the X1 piezo actuator 302 An X1 hinge 311 fixed to the other end is connected to the XY plate 301. Similarly, an X2 hinge 314 (not shown) fixed to one end of the X2 piezo actuator 303 is fixed to the mounting plate 303-1, and an X2 hinge 313 (mido) fixed to the other end of the X2 piezo actuator 303. Is connected to the XY plate 301. On the other hand, the Y hinge 316 (not shown) fixed to one end of the Y piezo actuator 304 is fixed to the mounting plate 304-1, and the Y hinge 315 (mido fixed to the other end of the Y piezo actuator 304). Is connected to the XY plate 301.

도 13에 나타내는 바와 같이, Z축 방향의 안내계는 X-Y 플레이트(301)와 틸트 플레이트(201)의 사이에 설치된 3개의 주(主) 링크 힌지(321, 322, 323)와 2개의 부(副) 링크 힌지(324, 325)에 의해 실현된다. 도 17을 참조하여, 이들 링크 힌지의 1개, 예를들면 주 링크 힌지(321)에 대해서 설명한다. 틸트 플레이트(201)에 하방으로 수직으로 뻗도록 링크 힌지 블럭(321-1)이 구비되어 있다. 이 링크 힌지 블럭(321-1)에는 거기에서 상방으로 뻗어서 X-Y 플레이트(301)에 연결된 힌지(321-2)가 구비되어 있다. 힌지(321-2)는, 주지의 구(球)관절 커플링을 가져서, X-Y 플레이트(301)를 X-Y 평면 내에서는 변위 가능하지만, Z축 방향으로는 높은 강성을 부여하도록 지지하고 있다. 주 링크 힌지(322, 323), 부 링크 힌지(324, 325)도 완전히 동일한 구조를 갖는다. 또한, 도 17은, 설명에 필요한 구성요소만을 나타내고 있다. 또한 도 9에는 링크 힌지 블럭(322-1)과 힌지(322-2)로 이루어지는 주 링크 힌지(322)가 나타내어져 있다.As shown in FIG. 13, the guide system in the Z-axis direction includes three main link hinges 321, 322, and 323 and two portions provided between the XY plate 301 and the tilt plate 201. ) Is realized by the link hinges 324 and 325. Referring to Fig. 17, one of these link hinges, for example, the main link hinge 321, will be described. The link hinge block 321-1 is provided on the tilt plate 201 to vertically extend downward. The link hinge block 321-1 is provided with a hinge 321-2 extending upward therefrom and connected to the X-Y plate 301. The hinge 321-2 has a known spherical joint coupling and supports the X-Y plate 301 so as to be displaced in the X-Y plane, but to provide high rigidity in the Z-axis direction. The primary link hinges 322 and 323 and the secondary link hinges 324 and 325 also have exactly the same structure. 17 shows only the components required for explanation. 9, the main link hinge 322 which consists of the link hinge block 322-1 and the hinge 322-2 is shown.

도 13에 나타내는 바와 같이, 3개의 주 링크 힌지(321, 322, 323)는 삼각형, 여기에서는 이등변 삼각형의 정점에 대응하는 위치에 설치되고, 2개의 부 링크 힌지(324, 325)는 주 링크 힌지(321)의 양측에 설치되어 있다. 주 링크 힌지(321 ~ 323)와 부 링크 힌지(324, 325)는, X-Y 플레이트(301)의 X-Y 평면 내에서의 변위를 가능하게 하는 기능을 가짐과 동시에, Z축 방향으로는 큰 강성을 가진다. 이에 의하여, 종래의 미동 스테이지장치에 비교하여 대폭으로 강성이 향상한다.As shown in FIG. 13, the three main link hinges 321, 322, 323 are provided at positions corresponding to the vertices of a triangle, here an isosceles triangle, and the two sub link hinges 324, 325 are the main link hinges. 321 is provided on both sides. The main link hinges 321 to 323 and the sub link hinges 324 and 325 have a function of enabling displacement in the XY plane of the XY plate 301 and have great rigidity in the Z-axis direction. . Thereby, rigidity improves significantly compared with the conventional fine motion stage apparatus.

X-Y 스테이지의 동작에 대해서 설명한다. X1 피에조 액츄에이터(302)와 X2 피에조 액츄에이터(303)가 같은 방향으로 작동하면, X-Y 플레이트(301)는 X축 방향의 병진운동을 한다. X1 피에조 액츄에이터(302)와 X2 피에조 액츄에이터(303)가 차동적으로 동작, 즉 변위량에 차이를 갖게 하면, X-Y 플레이트(301)는 θz축 방향의 동작을 한다. 한편, Y 피에조 액츄에이터(304)가 작동하면, X-Y 플레이트(301)가 Y축 방향으로 병진운동한다.The operation of the X-Y stage will be described. When the X1 piezo actuator 302 and the X2 piezo actuator 303 operate in the same direction, the X-Y plate 301 performs translational movement in the X-axis direction. When the X1 piezo actuator 302 and the X2 piezo actuator 303 are differentially operated, i.e., have a difference in displacement amount, the X-Y plate 301 operates in the? Z-axis direction. On the other hand, when the Y piezo actuator 304 is operated, the X-Y plate 301 translates in the Y axis direction.

도 13을 참조하여, X-Y 플레이트(301)의 X축 방향의 위치는 틸트 플레이트(201)와 X-Y 플레이트(301)의 사이에 배치된 2개의 정전용량 센서(326, 327)(이하, X1 센서, X2 센서라 한다)로 계측된다. X-Y 플레이트(301)의 Y축 방향의 위치는 틸트 플레이트(201)와 X-Y 플레이트(301)의 사이에 배치된 1개의 정전용량 센서(328)(이하, Y센서라 한다)로 계측된다. 이들 X1 센서(326), X2 센서(327), Y 센서(328)에 의해 계측되는 X-Y 평면 내의 위치정보에 기하여 탑 테이블(2-2)의 세미 클로즈드 위치제어가 행해진다.Referring to FIG. 13, the position in the X-axis direction of the XY plate 301 may include two capacitive sensors 326 and 327 (hereinafter referred to as X1 sensor, disposed between the tilt plate 201 and the XY plate 301). X2 sensor). The position in the Y-axis direction of the X-Y plate 301 is measured by one capacitance sensor 328 (hereinafter referred to as Y sensor) disposed between the tilt plate 201 and the X-Y plate 301. Semi-closed position control of the top table 2-2 is performed based on the positional information in the X-Y plane measured by these X1 sensor 326, X2 sensor 327, and Y sensor 328. FIG.

다음으로, 도 13에 더하여, 도 14도 참조하여, X축 방향, Y축 방향의 감쇠기에 대해서 설명한다. 베이스 플레이트(100) 위에 간격을 두고 2개의 홀더 스탠드(251, 252)가 고정 배치되어 있다. 이들 홀더 스탠드(251, 252) 위에는 사각형 프레임형상의 댐퍼 홀더(260)가 고정되어 있다. 홀더 스탠드(251, 252)가 간격을 두고 배치되는 것은, 이들 사이를 피에조 액츄에이터(Z3)가 지나가기 때문이다. 한편, X-Y 플레이트(301)는 중앙에 개구(301a, 도 9 참조)를 가지고 있다.개구(301a)에 대응하는 탑 플레이트(202)에도 개구(202a, 도 13)가 구비되어 있다. 개구(202a)의 내벽에는 이것보다 조금 작고 댐퍼 홀더(260)보다 조금 큰 내경을 가지는 댐퍼 링(270)이 장착되어 있다. 댐퍼 홀더(260)에는, X축 방향 감쇠기로서 2개의 댐퍼(261, 262)가 X축 방향의 동축 상에 상호 반대 방향으로 장착되어 있다. 댐퍼 홀더(260)에는 또한, Y축 방향 감쇠기로서 2개의 댐퍼(263, 264)가 Y축 방향의 동축 상에 상호 반대 방향으로 장착되어 있다. 각 댐퍼(261 ~ 264)의 피스톤 로드는 댐퍼 링(270)의 내경면에 접하도록 되어 있다.Next, in addition to FIG. 13, the attenuator of an X-axis direction and a Y-axis direction is demonstrated with reference also to FIG. Two holder stands 251 and 252 are fixedly arranged on the base plate 100 at intervals. On these holder stands 251 and 252, a damper holder 260 having a rectangular frame shape is fixed. The holder stands 251 and 252 are arranged at intervals because the piezo actuator Z3 passes between them. On the other hand, the X-Y plate 301 has an opening 301a (see Fig. 9) at the center. The top plate 202 corresponding to the opening 301a is also provided with an opening 202a (Fig. 13). On the inner wall of the opening 202a, a damper ring 270 having an inner diameter that is slightly smaller than this and slightly larger than the damper holder 260 is mounted. In the damper holder 260, two dampers 261 and 262 are attached to the damper holder 260 in the opposite direction on the coaxial in the X-axis direction. In the damper holder 260, two dampers 263 and 264 are mounted on the coaxial in the Y-axis direction in opposite directions as the Y-axis direction attenuators. The piston rods of the dampers 261 to 264 are in contact with the inner diameter surface of the damper ring 270.

동일의 X-Y 평면 내에서의 상기와 같은 4개의 댐퍼(261 ~ 264)의 배치에 의해, X축 방향, Y축 방향으로 탑 테이블(202)이 운동한 경우, 반드시 1개 이상의 댐퍼가 밀어 넣어진 상태가 되어, 효과적인 감쇠가 얻어진다. 또한, 탑 테이블(202)의 θz축 방향의 회전운동에 대해서도, 댐퍼 홀더(260)의 중심과 부하(탑 테이블, 미러 등의 가동부의 부하)의 중심(重心)이 일치하지 않기 때문에, 댐퍼(261 ~264)와의 접촉점에서는 병진 변위로서 작용하여, 감쇠성능을 발휘하는 배치·구성으로 되어 있다.When the top table 202 is moved in the X axis direction and the Y axis direction by the arrangement of the four dampers 261 to 264 as described above in the same XY plane, at least one damper must be pushed in. State, and effective attenuation is obtained. Also, the center of the damper holder 260 and the center of the load (load of movable parts such as the top table and the mirror) do not coincide with the rotational movement in the θz-axis direction of the top table 202. 261 to 264), it is arranged and configured to act as a translational displacement and exhibit damping performance.

또한, X축 방향, Y축 방향의 감쇠기에 대해서는, 적어도 3개 배치되면 좋다. 즉, 상기의 예에서는 90도의 각도 간격을 두고 4개의 댐퍼를 동일 평면 내에 배치하고 있다. 그러나, 3개의 댐퍼를 동일 평면 내에 배치(바람직하게는 120도의 각도 간격)한 경우에 있어서도 X축 방향, Y축 방향에 관한 감쇠성능을 발휘하는 것이 가능하다.Moreover, what is necessary is just to arrange | position at least three about the dampers of an X-axis direction and a Y-axis direction. That is, in the above example, four dampers are arranged in the same plane at an angular interval of 90 degrees. However, even when three dampers are disposed in the same plane (preferably at an angle interval of 120 degrees), it is possible to exhibit damping performance in the X-axis direction and the Y-axis direction.

댐퍼(219, 229, 239, 249, 261 ~ 264)는 모두 동일한 것을 사용하고 있다.댐퍼의 구조는 일반적으로 쇼크 업소버(shock absorber)라고 불리워서 다양한 타입의 것이 시판되고 있다. 도 16에 그 일례를 나타낸다.The dampers 219, 229, 239, 249, and 261 to 264 all use the same thing. The structure of the damper is generally called a shock absorber, and various types are commercially available. An example is shown in FIG.

도 16에 있어서, 401은 피스톤 로드, 402는 슬리브(sleeve), 403은 플러그(plug), 404는 어큐뮬레이터(accumulator), 405는 스프링, 406은 오일, 407은 피스톤 링, 408은 칼라(collar), 409는 로드 패킹, 410은 O-링, 411은 작은 나사, 412는 육각 너트이다. 통상, 이 종류의 것을 쇼크 업소버로서 사용하는 경우에는, 피스톤 로드의 선단은, 피(被)감쇠요소에 리지드(ligid)로 고정된다. 그러나, 본 발명에서는 피스톤 로드의 선단을 리지드로 고정하지 않는 것이 특징이다.In FIG. 16, 401 is a piston rod, 402 is a sleeve, 403 is a plug, 404 is an accumulator, 405 is a spring, 406 is an oil, 407 is a piston ring, 408 is a collar 409 is a rod packing, 410 is an O-ring, 411 is a small screw and 412 is a hex nut. Usually, when using this kind of shock absorber, the tip of the piston rod is rigidly fixed to the attenuated element. However, the present invention is characterized in that the tip of the piston rod is not rigidly fixed.

본 발명에서는 또한, 진공, 비(非)자성 환경에 대응하기 위하여 구조용의 재질로서 티타늄, 인 청동(燐靑銅), 베릴륨 동(beryllium 銅) 등의 비자성 재료를 사용하고 있다. 또한, 감쇠용의 오일에는 진공용 그리스의 기유(基油)를 사용하고 있다. 이에 의하여, 벨로즈(bellows)로 진공 씰하는 등의 구조변경을 하지 않고, 최소의 코스트로 진공·비자성 대응을 실현하고 있다.In the present invention, nonmagnetic materials such as titanium, phosphorus bronze and beryllium copper are used as structural materials in order to cope with vacuum and nonmagnetic environments. In addition, the base oil of vacuum grease is used for the damping oil. As a result, vacuum and nonmagnetic correspondence are realized at a minimum cost without changing the structure such as vacuum sealing by bellows.

참고를 위하여, 도 18에는 Z1축 ~ Z3축용의 피에조 액츄에이터(Z1 ~ Z3)와 그 관련요소, 주 링크 힌지(321 ~ 323) 및 부 링크 힌지(324, 325), 댐퍼(219, 229, 239, 249) 및 댐퍼(261 ~ 264) 등의 배치관계를 평면도로 나타낸다. 또한, 도 19에는 댐퍼(261 ~ 264)의 지지구조를 측면 단면도로 나타낸다. 단, 도 18, 도 19에 나타낸 각 요소는, 도 9에서 도 17에 나타낸 각 요소와는 반드시 대응하고 있지는 않다. 탑 테이블(202)의 개구(202a)는 없어도 좋다.For reference, Fig. 18 shows piezo actuators Z1-Z3 for the Z1-axis Z3-axis and its related elements, main link hinges 321-323 and sub-link hinges 324, 325, dampers 219, 229, 239. 249 and dampers 261 to 264 are shown in plan view. 19, the support structure of the dampers 261-264 is shown by side sectional drawing. However, each element shown in FIG. 18, FIG. 19 does not necessarily correspond to each element shown in FIG. The opening 202a of the top table 202 may not be provided.

상기와 같이, 탑 테이블(202)이 X-Y 플레이트(301)에 고정되고, 틸트 스테이지에 있어서의 틸트 플레이트(201)는 Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향으로 변위 가능하다. 게다가, X-Y 스테이지에 있어서의 X-Y 플레이트(301)는 틸트 플레이트(201)와 함께 변위 가능함과 동시에, 틸트 플레이트(201)와는 독립하여 X축 방향, Y축 방향, θz축 방향으로 변위 가능하다. 이에 의하여, 탑 테이블(202)은 6 자유도(X축 방향, Y축 방향, Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향, θz축 방향)의 운동이 가능해진다.As described above, the top table 202 is fixed to the X-Y plate 301, and the tilt plate 201 in the tilt stage is displaceable in the Z-axis direction, the θx-axis direction, and the θy-axis direction. In addition, the X-Y plate 301 in the X-Y stage can be displaced together with the tilt plate 201 and can be displaced in the X-axis direction, Y-axis direction, and θz-axis direction independently of the tilt plate 201. As a result, the top table 202 can move in six degrees of freedom (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction, θx-axis direction, θy-axis direction, and θz-axis direction).

또한, X-Y 스테이지의 위치계측(X축 방향, Y축 방향, θz축 방향)은, 탑 테이블(202)에 장착된, Y축 방향으로 뻗어 있는 X 미러(331) 및 X축 방향으로 뻗어 있는 Y 미러(332)(도 13 참조)와 레이져 간섭계(미도시)에 의해 행해진다. 이 위치계측에 의해 얻어진 위치정보를 근거로, 6 자유도(X축 방향, Y축 방향, Z축 방향, θx축 방향, θy축 방향, θz축 방향)의 풀 클로즈드 제어가 행해진다. 또한, θx축 방향, θy축 방향에 관해서도 레이져 간섭계로 위치를 계측하는 것이 가능하고, 이 계측값을 근거로 Z축 방향 이외는 전부 레이져 간섭계로부터의 위치정보로 위치제어를 행하는 것이 가능하다. 단, 이 경우, 미러가 대형화하고, 레이져 간섭계의 광학부품 등도 증가하기 때문에 코스트 업 등의 문제가 생기는 것을 고려할 필요가 있다.The position measurement (X-axis direction, Y-axis direction, θz-axis direction) of the XY stage is Y mirror extending in the Y-axis direction and Y-axis extending in the Y-axis direction mounted on the top table 202. The mirror 332 (see FIG. 13) and a laser interferometer (not shown) are used. Based on the positional information obtained by the position measurement, full closed control of six degrees of freedom (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction, θx-axis direction, θy-axis direction, and θz-axis direction) is performed. Further, the position can be measured by the laser interferometer in the θx-axis direction and the θy-axis direction, and position control can be performed by the positional information from the laser interferometer in all except the Z-axis direction based on this measured value. In this case, however, it is necessary to consider that a problem such as cost up occurs because the mirror is enlarged and the optical parts of the laser interferometer increase.

이상, 본 발명을 2개의 실시형태에 대해서 설명하였는데, 상기의 각 구성요소는, 비자성 재료로 만들어진다. 또한, 상기 미동 스테이지장치는, 상술한 바와 같이, 조동 스테이지장치와 함께 10-4(Pa) 정도의 진공도의 진공용기 내에 배치되어사용되는 것에 적용하고 있지만, 대기 중에서의 사용도 가능한 것은 말할 필요도 없다. 즉, 본 발명에 의한 미동 스테이지장치의 동작 환경은, 진공환경 하에 한정되지 않고, 대기, N2등의 분위기 하에서도 동작 가능하다. 이 때문에, 본 발명에 의한 미동 스테이지장치의 응용분야는, 반도체 제조장치, 액정 제조장치에도 적용가능하고, 또한, 레이저 가공기, 공작기계 등의 미소범위에서의 고 정밀도 위치결정을 필요로 하는 스테이지장치 전반에 적용가능하다.As mentioned above, although two embodiment of this invention was described, each said component is made from a nonmagnetic material. In addition, although the said fine motion stage apparatus is applied to what is arrange | positioned and used in the vacuum container of about 10-4 (Pa) degree vacuum degree with a coarse motion stage apparatus, it cannot be overemphasized that it can also be used in air | atmosphere. none. That is, the operating environment of the fine movement stage apparatus according to the present invention is not limited under a vacuum environment, it is also operable in an atmosphere such as air, N 2. For this reason, the application field of the micro-movement stage apparatus by this invention is applicable also to a semiconductor manufacturing apparatus and a liquid crystal manufacturing apparatus, and is a stage apparatus which requires high-precision positioning in the micro range of a laser processing machine, a machine tool, etc. Applicable to the first half.

본 발명의 제1 태양에 의하면, 가동부에 5kg을 넘는, 예컨대 25kg의 부하를 탑재한 경우에도, 높은 정지 안정성과 높은 응답성을 실현할 수 있는 6 자유도 미동 스테이지를 제공하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 제1 태양에 의한 미동 스테이지장치는, 탑재 부하를 25kg으로 상정하고, 고(高)강성의 안내계 설계를 실시함으로써, X-Y 스테이지 부분에 있어서는, 고유값으로 150Hz(종래의 5배)를 확보하는 것이 가능하다. 이로써, 정지 안정성은 5 ~ 6nm(3δ값)로 향상하였다. 또한, 수㎛의 스텝 응답에 있어서는, 정정(整定)시간 21 ~ 35msec를 실현하였다.According to the first aspect of the present invention, even when a load of more than 5 kg, for example 25 kg, is mounted on the movable part, it is possible to provide a six-degree-of-freedom fine motion stage that can realize high stopping stability and high responsiveness. Specifically, the fine motion stage apparatus according to the first aspect assumes a load of 25 kg and designs a high rigidity guide system so that in the XY stage part, 150 Hz (5 times as conventional) is used. It is possible to secure. Thereby, static stability improved to 5-6 nm (3delta value). Moreover, in the step response of several micrometers, the settling time 21-35 msec was implement | achieved.

본 발명의 제2 태양에 의하면, 제1 태양에 의한 미동 스테이지장치의 효과에 더하여, 이하의 효과가 얻어진다. 즉, 종래의 미동 스테이지장치에서는, 진동에 대한 감쇠요소가 거의 없기 때문에, 위치제어를 하고 있지 않는 상태에 있어서 외란(外亂)에 의한 진동이 감쇠하기까지에 800 ~ 1200msec 정도 걸렸다. 이에 대하여, 제2 태양에 의한 미동 스테이지장치에서는, 감쇠기를 탑재함으로써, 약 1/10인 70~ 115msec로 진동이 감쇠하였다. 이와 같은 효과에 의해, 틸트 스테이지의 정지 안정성이 종래의 1/6 이하인 9nm(3δ)가 되고, 수 ㎛ 스텝 이동시의 정정시간도 15 ~ 30msec를 실현하였다. 또한, X-Y 스테이지 부분에 대해서도 정지 안정성 3.5 ~ 4.5nm(3δ)로 향상하였다.According to the 2nd aspect of this invention, in addition to the effect of the fine motion stage apparatus by a 1st aspect, the following effects are acquired. That is, in the conventional micro-movement stage apparatus, since there is almost no attenuation element with respect to vibration, it took about 800-1200 msec until the vibration by the disturbance attenuated in the state which does not perform position control. In contrast, in the fine motion stage apparatus according to the second aspect, vibration was attenuated at 70 to 115 msec which is about 1/10 by mounting the attenuator. By this effect, the stop stability of the tilt stage became 9 nm (3δ) which is 1/6 or less of the conventional one, and the settling time at the time of several micrometer step movement also realized 15-30 msec. The X-Y stage portion was also improved to 3.5-4.5 nm (3δ) of static stability.

미동 스테이지장치는, X-Y 방향으로 커다란 스트로크를 가지고, 높은 가감속의 스텝 앤드 리피트(step and repeat) 운동을 행하는 조동 스테이지장치에 탑재되는 경우가 많다. 조동 스테이지장치의 높은 가감속 운동은 미동 스테이지장치에 있어서는, 외란 그 자체이다. 이와 같은 외란에 대한 감쇠성능이 향상함으로써, 높은 스루풋화를 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 진공 배기계로부터 진동이나, 게이트 밸브 개폐시의 진동 등에 대한 안정성도 대폭으로 향상하였다.The fine motion stage device is often mounted in a coarse motion stage device having a large stroke in the X-Y direction and performing a step and repeat motion of high acceleration and deceleration. The high acceleration / deceleration motion of the coarse motion stage device is disturbance itself in the fine motion stage device. By improving the damping performance against such disturbances, it is possible to achieve high throughput. In addition, stability against vibrations from the vacuum exhaust system, vibrations when opening and closing the gate valve, and the like are greatly improved.

Claims (13)

베이스체 위에 구축된 틸트 스테이지, X-Y 스테이지를 포함하는 미동 스테이지장치로서,A fine motion stage device comprising a tilt stage and an X-Y stage constructed on a base body, 상기 틸트 스테이지는, 틸트 플레이트를 가짐과 동시에, 제1 피에조 액츄에이터와 웨지 스테이지의 조합에 의해 상기 베이스체에 평행한 운동을 상기 베이스체에 수직인 Z축 방향의 운동으로 변환하는 변환기구를 상기 틸트 플레이트와 상기 베이스체의 사이에 적어도 3개 구비하고,The tilt stage has a tilt plate and a transducer mechanism for converting a motion parallel to the base body into a motion in the Z-axis direction perpendicular to the base body by a combination of a first piezo actuator and a wedge stage. At least three are provided between a plate and the said base body, 상기 X-Y 스테이지는, 상기 틸트 플레이트에 조합된 X-Y 플레이트를 가짐과 동시에, X축 방향, Y축 방향의 일방으로 상호 평행하게 뻗어서 상기 X-Y 플레이트를 적어도 2점에서 구동하는 적어도 2개의 제2 피에조 액츄에이터와, X축 방향, Y축 방향의 타방으로 뻗어서 X-Y 플레이트를 구동하는 제3 피에조 액츄에이터를 가지는 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.The XY stage includes at least two second piezo actuators having an XY plate coupled to the tilt plate and extending in parallel to one of the X and Y axis directions to drive the XY plate at at least two points. And a third piezo actuator extending in the other direction in the X-axis direction and the Y-axis direction to drive the XY plate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적어도 3개의 변환기구를 동일 원주상에 등각도 간격을 두고 배치함으로써, 상기 틸트 플레이트는 Z축 방향, X축 주위의 θx축 방향, Y축 주위의 θy축 방향으로 변위 가능하게 되고,By arranging the at least three transducer spheres at equal angle intervals on the same circumference, the tilt plate can be displaced in the Z-axis direction, in the θx-axis direction around the X-axis, in the θy-axis direction around the Y-axis, 상기 X-Y 플레이트는 상기 틸트 플레이트와 함께 변위 가능하게 됨과 동시에, 상기 틸트 플레이트와는 독립하여 X축 방향, Y축 방향, Z축 주위의 θz축 방향으로 변위 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.The XY plate can be displaced together with the tilt plate and can be displaced in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the θz-axis direction around the Z-axis independently of the tilt plate. . 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 틸트 플레이트와 상기 X-Y 플레이트의 사이에는, 이 X-Y 플레이트의 X-Y 평면 내에서의 운동을 가이드함과 동시에, 상기 베이스체에 수직인 방향으로는 높은 강성을 부여하는 링크 힌지가 복수 개소에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.Between the said tilt plate and the said XY plate, the link hinge which guides the movement in the XY plane of this XY plate, and gives high rigidity to the direction perpendicular | vertical to the said base body is provided in several places. Fine moving stage device, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 틸트 플레이트와 상기 베이스체의 사이에는, 이 틸트 플레이트의 X-Y 평면 내에서의 운동을 구속하기 위한 판 스프링이 복수 개소에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.A fine movement stage apparatus is provided between the said tilt plate and the said base body in the several place to restrain the movement in the X-Y plane of this tilt plate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 변환기구에 있어서의 Z축 방향의 운동부의 상부와 상기 틸트 플레이트의 사이에는 틸트 힌지를 개재시키고 있는 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.A fine motion stage apparatus, wherein a tilt hinge is interposed between an upper portion of the moving part in the Z-axis direction and the tilt plate in the transducer tool. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 피에조 액츄에이터는, 상호 평행하게 뻗는 2개의 피에조 액츄에이터 소자가 2련(連) 스테이지에 의해 그들의 스트로크가 가산되도록 조합된 것인 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.The first piezo actuator is a micro-movement stage device characterized in that two piezo actuator elements extending in parallel to each other are combined so that their strokes are added by two stages. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 X-Y 플레이트 위에는 또한, 피탑재물을 탑재하기 위한 탑(top) 테이블이 설치되는 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.On the X-Y plate, a fine table apparatus, characterized in that a top table for mounting the workpiece. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 베이스체와 상기 탑 테이블의 사이에는, Z축 방향의 감쇠작용을 가지는 복수의 Z축 감쇠기를 배치한 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.And a plurality of Z-axis attenuators having a damping effect in the Z-axis direction between the base body and the top table. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 베이스체와 상기 X-Y 플레이트의 사이에는, X축 방향, Y축 방향의 감쇠작용을 가지는 적어도 3개의 감쇠기를 동일의 X-Y 평면 내에 있도록 배치한 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.And between said base body and said X-Y plate at least three attenuators having a damping action in the X-axis direction and in the Y-axis direction so as to be in the same X-Y plane. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 틸트 플레이트는 중앙부에 제1 개구를 가지고, 이 제1 개구에 이보다 작은 제2 개구를 가지는 상기 X-Y 플레이트가 조합되어 있고,The tilt plate has a first opening in a central portion thereof, and the X-Y plate having a second opening smaller in this first opening is combined; 상기 제2 개구에 대응하는 상기 탑 테이블의 하면에는 상기 제2 개구에 대응 하는 크기의 댐퍼 링이 구비되어 있고,The lower surface of the top table corresponding to the second opening is provided with a damper ring having a size corresponding to the second opening, 이 댐퍼 링 내에는 상기 베이스체에 구비된 스탠드를 통하여 상기 댐퍼 링의 내경보다 조금 작은 댐퍼 홀더가 구비되고,The damper ring is provided with a damper holder which is slightly smaller than the inner diameter of the damper ring through a stand provided in the base body. 이 댐퍼 홀더와 상기 댐퍼 링의 사이에는, X축 방향의 감쇠작용을 가지는 적어도 2개의 X축 감쇠기를 동축 상에서 상호 반대 방향으로 작용하도록 설치함과 동시에, Y축 방향의 감쇠작용을 가지는 적어도 2개의 Y축 감쇠기를 동축 상에서 상호 반대 방향으로 작용하도록 설치한 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.Between the damper holder and the damper ring, at least two X-axis attenuators having a damping action in the X-axis direction are provided to act in opposite directions on the same axis and at least two having a damping action in the Y-axis direction. A fine motion stage device comprising: a Y-axis attenuator mounted on a coaxial axis in opposite directions. 제8항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 8 to 10, 상기 감쇠기는, 감쇠용의 댐퍼 오일로서 진공용 그리스(grease)의 기유(基油)를 내장하고, 복귀용의 스프링, 피스톤 로드를 포함하는 비자성 재료에 의한 댐퍼로 구성되는 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.The damper comprises a damper made of a nonmagnetic material containing a base oil of vacuum grease as a damper oil for damping, and including a return spring and a piston rod. Stage device. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 Z축 감쇠기는, 그 피스톤 로드의 선단이 상기 탑 플레이트의 하면에 접하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.And the Z-axis damper is disposed so that the tip of the piston rod is in contact with the bottom surface of the top plate. 제9항 또는 제10항에 있어서,The method of claim 9 or 10, 상기 X축 감쇠기, Y축 감쇠기는 각각, 그 피스톤 로드의 선단이 상기 댐퍼 링에 접하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 미동 스테이지장치.And the X-axis damper and Y-axis damper are arranged so that the tip of the piston rod is in contact with the damper ring.
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