JP4853836B2 - Precision fine positioning apparatus and fine positioning stage equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、半導体および液晶の製造装置において、特に露光装置や検査装置、でマスクや基板を精密に位置決めする装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor and liquid crystal manufacturing apparatus, and more particularly to an apparatus for accurately positioning a mask and a substrate using an exposure apparatus and an inspection apparatus.
従来の精密微動位置決め装置として特許文献1および特許文献2に記載の装置を説明する。
図10および図11は特許文献1の装置を説明する図である。ステージベース21はその中央に可動ステージ22を設置できるよう凹形状になっており、可動ステージ22はステージベース21の凹部の内壁に支持部材30で少なくともX軸、Y軸、Z軸の3軸方向に移動可能に支持されている。ステージベース21にはアクチュエータ4の一端が固定され、アクチュエータ4の他端は可動ステージ22に当接している。このようなアクチュエータ4は可動ステージ22のX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向に平行に少なくとも1個ずつ設けられている
このように構成される精密位置決め装置においてアクチュエータ4に電圧を印加して伸縮させると、ステージベース21に対して可動ステージ22は支持部材30を変形させながら移動する。
図12は特許文献2の装置を説明する図である。圧電素子31の上下に下板32と上板33が取り付けられており、下板32と上板33の間には、圧電素子31を包囲・密封するベローズ10がある。この装置において電極34に電圧を印加すると、圧電素子31が伸縮するが、この際、下板32・上板33およびベローズ10により圧電素子31が外気雰囲気と遮断された状態で推力を発生するものである。
10 and 11 are diagrams for explaining the apparatus of Patent Document 1. FIG. The
FIG. 12 is a diagram for explaining the apparatus of Patent Document 2. In FIG. A lower plate 32 and an upper plate 33 are attached above and below the piezoelectric element 31, and a bellows 10 that surrounds and seals the piezoelectric element 31 is between the lower plate 32 and the upper plate 33. When a voltage is applied to the electrode 34 in this device, the piezoelectric element 31 expands and contracts. At this time, the piezoelectric element 31 generates thrust in a state where the piezoelectric element 31 is blocked from the outside atmosphere by the lower plate 32, the upper plate 33 and the bellows 10. It is.
前記特許文献1で説明した精密位置決め装置は、可動ステージ22の横側面のみを支持部材30で支持しており、可動ステージ22の下側にはアクチュエータ4しか配置されておらず、可動ステージ22の全重量をアクチュエータ4で支持しているため、可動ステージ22を駆動する推力に加えて可動ステージ22の重量を支持する推力がアクチュエータ4に必要になりアクチュエータ4が大型になるという問題があった。また、特許文献1には可動ステージ22の位置を検出するセンサの記述が無いが、実際の精密微動位置決め装置には前記センサが必要であるため、特許文献1の場合には装置内にさらに前記センサを配置するスペースが必要になり、装置が大型化するという問題がある。
一方前記特許文献2は、もともと圧電素子31を外気と遮断することを目的としたものであるが、下板32・上板33およびベローズ10を組み合わせたものを支持部材と見なすと、ベローズ10内部にアクチュエータとしての圧電素子31を配置したことから、精密位置決め装置を小型にできるという効果もある。しかし特許文献2の構成においてベローズ10は圧電素子31の推力発生方向のみに伸縮するだけで、推力発生方向と直交する方向および推力発生方向と直交する軸まわりに回転する方向には変形できないため、精密微動位置決め装置としては自由度が制限されるという問題がある。
そこで、本発明は小型で多自由度を有する精密微動位置決め装置を提供することを目的とする。
The precision positioning apparatus described in Patent Document 1 supports only the lateral side surface of the
On the other hand, Patent Document 2 is originally intended to block the piezoelectric element 31 from the outside air, but if a combination of the lower plate 32, the upper plate 33 and the bellows 10 is regarded as a support member, Since the piezoelectric element 31 as an actuator is disposed on the actuator, there is an effect that the precision positioning device can be reduced in size. However, in the configuration of Patent Document 2, the bellows 10 only expands and contracts only in the thrust generation direction of the piezoelectric element 31, and cannot be deformed in a direction orthogonal to the thrust generation direction and a direction rotating around an axis orthogonal to the thrust generation direction. There is a problem that the degree of freedom is limited as a precision fine movement positioning device.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a precision fine movement positioning device that is small and has many degrees of freedom.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、固定ベースと、前記固定ベースに立設された一対の固定子と、前記一対の固定子に対してそれぞれ一定の空隙を介して対向し、前記固定子に対して上下に移動可能な可動子と、からなる電磁アクチュエータと、ベローズと、前記ベローズの上端及び下端をそれぞれ封止する上端及び下端フランジと、前記ベローズの内部に充填される所定圧力の作動流体と、からなり、前記下端フランジが前記固定ベースに取り付けられる弾性支持機構と、前記可動子と前記上端フランジとによって支持される可動ベースと、を備えた精密微動位置決め装置において、前記弾性支持機構が、前記ベローズ内に収容されるように前記下端フランジに設けられた変位センサと、前記上端フランジに設けられ、前記ベローズ内部へ貫通するネジ穴と、前記ネジ穴に挿入されるシャフトと、前記変位センサが検知可能なように前記シャフトに設けられた変位センサ検出体と、前記ネジ穴と前記シャフトとの隙間を塞ぐシール手段と、を備え、前記可動ベースには、前記シャフトに対応する位置に貫通穴が設けられたこと、を特徴とする精密微動位置決め装置とするものである。
請求項2に記載の発明は、前記シャフトにロックナットが設けられ、前記ロックナットによって前記シャフトが前記上端フランジに対して固定されること、を特徴とする請求項1記載の精密微動位置決め装置とするものである。
請求項3に記載の発明は、前記電磁アクチュエータにおける前記可動子と前記固定子との位置関係が逆になっていること、を特徴とする請求項1または2記載の精密微動位置決め装置とするものである。
請求項4に記載の発明は、少なくとも3台の請求項1または2または3記載の精密微動位置決め装置と、前記少なくとも3台の精密微動位置決め装置の各々の前記固定ベースを支持するステージベースと、前記少なくとも3台の精密微動位置決め装置の各々の前記可動ベースによって支持される可動ステージと、を備え、前記可動ステージには、前記少なくとも3台の精密微動位置決め装置の各々の前記シャフトに対応する位置に設けられた前記貫通穴に対応した位置にさらに貫通穴が設けられたこと、を特徴とする微動位置決めステージとするものである。
請求項5に記載の発明は、前記少なくとも3台の精密微動位置決め装置の各々の前記可動ベースが、上下に段差を有する板状のベースであって、前記段差の下段の下面に前記弾性支持機構の前記上端フランジが固定され、前記段差の上段の下面に前記可動子が固定され、前記段差の下段の上面で前記可動ステージが支持されたこと、を特徴とする請求項4記載の微動位置決めステージとするものである。
請求項6に記載の発明は、前記少なくとも3台の精密微動位置決め装置の各々の前記可動ベースと、前記可動ステージとの間に、球面支持部を設けたこと、を特徴とする請求項4または5記載の微動位置決めステージとするものである。
請求項7に記載の発明は、前記少なくとも3台の精密微動位置決め装置の各々の前記可動ベースと、前記可動ステージとの間に、金属丸棒の一部の直径が細くされた棒状の部材で形成された撓み支持部を設けたこと、を特徴とする請求項4または5記載の微動位置決めステージとするものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is opposed to the fixed base, the pair of stators erected on the fixed base, and the pair of stators through a certain gap, respectively. An electromagnetic actuator, a bellows, an upper end and a lower end flange for sealing the upper end and the lower end of the bellows, respectively, and a working fluid having a predetermined pressure filled in the bellows. The fine support positioning device comprises: an elastic support mechanism in which the lower end flange is attached to the fixed base; and a movable base supported by the mover and the upper end flange. A displacement sensor provided in the lower end flange so as to be accommodated in the bellows, and provided in the upper end flange, penetrating into the bellows. A screw hole, a shaft inserted into the screw hole, a displacement sensor detector provided on the shaft so that the displacement sensor can detect, and a sealing means for closing a gap between the screw hole and the shaft; And the movable base is provided with a through hole at a position corresponding to the shaft .
The invention according to claim 2 is characterized in that a lock nut is provided on the shaft, and the shaft is fixed to the upper end flange by the lock nut. To do.
According to a third aspect of the present invention, in the electromagnetic actuator, the positional relationship between the mover and the stator is reversed. It is.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided at least three precision fine positioning devices according to claim 1, 2 or 3, and a stage base that supports the fixed base of each of the at least three precision fine positioning devices; A movable stage supported by the movable base of each of the at least three precision fine positioning devices, and the movable stage has a position corresponding to the shaft of each of the at least three precision fine positioning devices. The fine movement positioning stage is characterized in that a through-hole is further provided at a position corresponding to the through-hole provided in the .
According to a fifth aspect of the present invention, the movable base of each of the at least three precision fine positioning devices is a plate-like base having a step in the vertical direction, and the elastic support mechanism is provided on the lower surface of the lower step of the step. 5. The fine movement positioning stage according to claim 4, wherein the upper end flange of the step is fixed, the movable element is fixed to the lower surface of the upper stage of the step, and the movable stage is supported on the upper surface of the lower stage of the step. It is what.
The invention described in claim 6 is characterized in that a spherical support portion is provided between the movable base of each of the at least three precision fine positioning devices and the movable stage. 5. The fine movement positioning stage described in 5 is used.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a rod-like member in which a diameter of a part of a metal round bar is thinned between the movable base of each of the at least three precision fine positioning devices and the movable stage. 6. The fine movement positioning stage according to claim 4, further comprising a formed bending support portion .
本発明によれば、変位センサを弾性支持機構の内部に設け、弾性支持機構とアクチュエータとを共通の固定ベース上に設けたので、精密微動位置決め装置を小さく構成することができる。また、固定子と可動子との間に空隙を有する電磁アクチュエータと、可動子側を3次元的に弾性支持する弾性支持機構とによって、多自由度の精密微動位置決め装置にできる。
本発明によれば、作動流体の圧力によってベローズを任意の位置に調節でき、弾性支持機構によって可動ベースを確実に支持するので電磁アクチュエータを小型にすることができる。
本発明によれば、固定側となる下端のフランジに作動流体供給口が設けられるので、供給口が可動しないので継ぎ手から流体が漏れる恐れを軽減できる。
本発明によれば、一般的な流体によって弾性支持機構を調節できる。
本発明によれば、一般的な変位センサによってセンサ部を構成できる。
本発明によれば、弾性支持機構の内部にあるにもかかわらず、センサ部の調整を行うことができ、かつ弾性支持機構の気密も保持できる。
本発明によれば、センサ部の調整後にシャフトを固定することができる。
本発明によれば、可動ベースの上からもセンサ部の調整ができる。
本発明によれば、可動ステージの重量は弾性支持機構により支持されるので、アクチュエータは可動ステージに加速度を発生し得るだけの推力を発生すればよく、またベローズ内部に変位センサを内蔵したので、コンパクトな微動位置決めステージが構成できる。
本発明によれば、ステージにアクチュエータの推力発生方向と直交する方向に外力を加えれば弾性支持機構のベローズが撓むので6自由度を有する微動位置決めステージが構成できる。
本発明によれば、Z軸アクチュエータの可動ベースが段差になっていて、その下段で可動ステージに潜り込んでこれを支持するので、コンパクトな微動位置決めステージが構成できる。
本発明によれば、X軸、Y軸方向に可動ステージを駆動する電磁アクチュエータも、その可動子と固定子との間に空隙があるものなので、可動ステージは電磁アクチュエータの推力発生方向と直交する方向に移動することができ、可動ステージは6自由度を有しながら電磁アクチュエータによって位置・姿勢が制御できる。
本発明によれば、コンパクトな微動位置決めステージが構成できる。
本発明によれば、作動流体の圧力によってベローズを任意の位置に調節でき、弾性支持機構によって可動ステージを確実に支持するので電磁アクチュエータを小型にすることができ、コンパクトな微動位置決めステージが構成できる。
本発明によれば、一般的な変位センサによってセンサ部を構成できる。
本発明によれば、弾性支持機構の内部にあるにもかかわらず、センサ部の調整を行うことができ、かつ弾性支持機構の気密も保持できる。
本発明によれば、可動ステージの上からもセンサ部の調整ができる。
本発明によれば、可動ステージの6自由度の姿勢を算出することができ、コンパクトな微動位置決めステージが構成できる。
本発明によれば、一般的な変位センサによってセンサ部を構成できる。
本発明によれば、弾性支持機構のベローズが撓んで可動ベースが傾いても、球面支持部または撓み支持部の作用により可動ステージを水平に保つことができる。
本発明によれば、コンパクトな半導体製造又は液晶製造の露光装置又は検査装置とすることができる。
According to the present invention, since the displacement sensor is provided inside the elastic support mechanism, and the elastic support mechanism and the actuator are provided on the common fixed base, the precision fine positioning device can be made small. Further, a multi-degree-of-freedom precision fine positioning device can be realized by an electromagnetic actuator having a gap between the stator and the mover and an elastic support mechanism that elastically supports the mover in a three-dimensional manner.
According to the present invention, the bellows can be adjusted to an arbitrary position by the pressure of the working fluid, and the movable base is reliably supported by the elastic support mechanism, so that the electromagnetic actuator can be made small.
According to the present invention, since the working fluid supply port is provided in the flange at the lower end on the fixed side, the supply port does not move, so that the risk of fluid leaking from the joint can be reduced.
According to the present invention, the elastic support mechanism can be adjusted by a general fluid.
According to the present invention, the sensor unit can be configured by a general displacement sensor.
According to the present invention, the sensor unit can be adjusted despite the presence of the elastic support mechanism, and the airtightness of the elastic support mechanism can be maintained.
According to the present invention, the shaft can be fixed after the sensor unit is adjusted.
According to the present invention, the sensor unit can be adjusted from above the movable base.
According to the present invention, since the weight of the movable stage is supported by the elastic support mechanism, the actuator only needs to generate a thrust force that can generate acceleration in the movable stage, and since the displacement sensor is built in the bellows, A compact fine positioning stage can be configured.
According to the present invention, if an external force is applied to the stage in a direction orthogonal to the thrust generation direction of the actuator, the bellows of the elastic support mechanism is bent, so that a fine movement positioning stage having six degrees of freedom can be configured.
According to the present invention, the movable base of the Z-axis actuator has a step, and the lower stage enters the movable stage to support it. Therefore, a compact fine movement positioning stage can be configured.
According to the present invention, since the electromagnetic actuator that drives the movable stage in the X-axis and Y-axis directions also has a gap between the movable element and the stator, the movable stage is orthogonal to the thrust generation direction of the electromagnetic actuator. The movable stage can be controlled in position and posture by an electromagnetic actuator while having 6 degrees of freedom.
According to the present invention, a compact fine movement positioning stage can be configured.
According to the present invention, the bellows can be adjusted to an arbitrary position by the pressure of the working fluid, and the movable stage is securely supported by the elastic support mechanism, so that the electromagnetic actuator can be made small, and a compact fine movement positioning stage can be configured. .
According to the present invention, the sensor unit can be configured by a general displacement sensor.
According to the present invention, the sensor unit can be adjusted despite the presence of the elastic support mechanism, and the airtightness of the elastic support mechanism can be maintained.
According to the present invention, the sensor unit can be adjusted from above the movable stage.
According to the present invention, the posture of the movable stage with six degrees of freedom can be calculated, and a compact fine movement positioning stage can be configured.
According to the present invention, the sensor unit can be configured by a general displacement sensor.
According to the present invention, even when the bellows of the elastic support mechanism is bent and the movable base is inclined, the movable stage can be kept horizontal by the action of the spherical support portion or the deflection support portion.
According to the present invention, a compact exposure apparatus or inspection apparatus for semiconductor manufacturing or liquid crystal manufacturing can be provided.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1および図2は、それぞれ本発明の精密微動位置決め装置の正面図および側面図である。精密微動位置決め装置は、概ね、固定ベース1の上にアクチュエータ4の固定子5と弾性支持機構3が取り付けられ、これらを固定ベース1とで狭持するように可動ベース2がアクチュエータ4と弾性支持機構3との上部に設けられている。
可動ベース2は、上下に段差のある板状のベースであって、その下段の下面が、後述する弾性支持機構3の上固定フランジ9に締結され支持されている。また、可動ベース2の上段の下面にはアクチュエータ4の可動子6の一端が固定されていて、可動子6は可動ベース2の下面から下垂するようになっている。アクチュエータ4の固定子5は、複数のマグネット5bが一方の面に貼り付けられた板状のヨーク5aが2枚あって、これらがマグネット5bが貼り付けられた面側で対向するよう構成されている。一方、可動子6は板状のコイルベース6aの両面にコイル6bを貼り付けた構造で、空隙m7を介して、コイル6bが固定子5のマグネット5bと対向するように配置されている。
1 and 2 are a front view and a side view, respectively, of the fine fine positioning device of the present invention. In the precision fine positioning apparatus, the stator 5 and the elastic support mechanism 3 of the actuator 4 are generally mounted on the fixed base 1, and the movable base 2 and the actuator 4 are elastically supported so as to be held between the fixed base 1. It is provided in the upper part with the mechanism 3.
The movable base 2 is a plate-like base having a level difference in the vertical direction, and the lower surface of the lower stage is fastened and supported by an upper fixed flange 9 of an elastic support mechanism 3 described later. One end of the movable element 6 of the actuator 4 is fixed to the upper lower surface of the movable base 2, and the movable element 6 hangs down from the lower surface of the movable base 2. The stator 5 of the actuator 4 includes two plate-like yokes 5a each having a plurality of magnets 5b attached to one surface, and these are opposed to each other on the surface side to which the magnets 5b are attached. Yes. On the other hand, the mover 6 has a structure in which the coil 6b is attached to both surfaces of the plate-like coil base 6a, and the coil 6b is disposed so as to face the magnet 5b of the stator 5 through the gap m7.
図3は、上記で説明した弾性支持機構3の拡大断面図である。弾性支持機構3は、ベローズ10の下側と上側にそれぞれ、下固定フランジ8と上固定フランジ9が取り付けられている。下固定フランジ8と上固定フランジ9の間にベローズ10があり、ベローズ10は内部の作動流体が外部に漏れないよう、全周溶接で下固定フランジ8および上固定フランジ9と固定されている。ベローズ10の内部において、下固定フランジ8の上には変位センサ11が固定されている。一方、上固定フランジ9の中心には穴が設けられており、その穴の上部はネジ加工が施され、その穴の下部の内周面にはOリング溝加工が施されている。この穴にはシャフト13が挿入されており、シャフト13の上部は位置調整ネジ13aが加工され、上固定フランジ9の穴のネジ部と係合している。シャフト13の上端にはロックナット14が挿入されていて、これにより上固定フランジ9に対してシャフト13を固定している。シャフト13の位置調整ネジ13aの下部は一様断面の円柱形になっており、上固定フランジ9の穴にはめあい勘合され案内部13bを構成するとともに、上固定フランジ9の穴下部のOリング溝に挿入されたOリング15に挿入されている。シャフト13の下端には変位センサ検出体12が取り付けられ、変位センサ検出体12は、変位センサ11と空隙s17を介して対向している。前記変位センサ11は静電容量式や渦電流式のように、空隙を介した検出体との距離を検出する方式のものである。前記下固定フランジ8の側面には継手16が取り付けられており、継手16とベローズ10の内部とが連通するように穴が形成されている。そして、図示しない配管を継手16に接続することでベローズ10内部に作動流体を導入することができる。ここで作動流体としては、空気、窒素や不活性ガスが適当である。 FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the elastic support mechanism 3 described above. The elastic support mechanism 3 has a lower fixing flange 8 and an upper fixing flange 9 attached to the lower side and the upper side of the bellows 10, respectively. There is a bellows 10 between the lower fixing flange 8 and the upper fixing flange 9, and the bellows 10 is fixed to the lower fixing flange 8 and the upper fixing flange 9 by welding all around so that the internal working fluid does not leak to the outside. A displacement sensor 11 is fixed on the lower fixing flange 8 inside the bellows 10. On the other hand, a hole is provided in the center of the upper fixing flange 9, and an upper portion of the hole is threaded, and an inner peripheral surface of the lower portion of the hole is subjected to O-ring groove processing. A shaft 13 is inserted into this hole, and an upper portion of the shaft 13 is processed with a position adjusting screw 13 a and engaged with a screw portion of the hole of the upper fixing flange 9. A lock nut 14 is inserted into the upper end of the shaft 13, thereby fixing the shaft 13 to the upper fixing flange 9. The lower part of the position adjusting screw 13a of the shaft 13 has a cylindrical shape with a uniform cross section, and is fitted into the hole of the upper fixing flange 9 to form a guide part 13b, and the O-ring groove in the lower part of the hole of the upper fixing flange 9 It is inserted in the O-ring 15 inserted in. A displacement sensor detection body 12 is attached to the lower end of the shaft 13, and the displacement sensor detection body 12 faces the displacement sensor 11 with a gap s17 interposed therebetween. The displacement sensor 11 is of a type that detects the distance to the detection body via a gap, such as a capacitance type or an eddy current type. A joint 16 is attached to the side surface of the lower fixing flange 8, and a hole is formed so that the joint 16 communicates with the inside of the bellows 10. A working fluid can be introduced into the bellows 10 by connecting a pipe (not shown) to the joint 16. Here, as the working fluid, air, nitrogen or inert gas is suitable.
以上のような精密微動位置決め装置において、弾性支持機構3のベローズ10内部に作動流体を導入するとベローズ10が伸びて可動ベース2を上方に押し上げる。ここで、図示しない圧力調整器で作動流体の圧力を調整すると可動ベース2の位置を調整することができる。このようにして可動ベース2は弾性支持機構3によりその重量を支持される。
作動流体によって可動ベース2を任意の位置に調整した時に、変位センサ11と変位センサ検出体12との距離が変位センサ11の検出範囲をはずれるなど適正でない場合には、変位センサ検出体12の位置を調整する必要がある。この場合は、シャフト13を回転させ、位置調整ネジ13aにより変位センサ検出体12の上下位置を調整する。なお、シャフト13の位置に対応する箇所に、可動ベース2には貫通穴が設けてあり、この貫通穴からシャフト13にアクセスできるようになっていて、ここでシャフト13を回転できるようになっている。この際、案内部13bの作用により変位センサ11と変位センサ検出体12を平行に保つことができる。またOリング15がシャフト13に勘合しているのでベローズ10内部の気密を保つことができ、作動流体が流出するのを防ぐ。
次に、アクチュエータ4のコイル6bに通電すると可動子6を上下方向に動作させる力が発生する。弾性支持機構3は可動ベース2を支持するとともに、作動流体の圧縮性とベローズ10の弾性により、上下方向に変位することもできるので、アクチュエータ4の推力により可動ベース2を上下動させることが可能になる。この時、可動ベース2の重量は弾性支持機構3により支持されているので、アクチュエータ4は可動ベース2が加速度を発生し得る推力のみ発生すれば良い。よって弾性支持機構3が無く可動ベース2の重量もアクチュエータ4の推力で支持する従来の場合と比較してアクチュエータ4を小型にすることができる。また、変位センサ11の情報を、図示しない精密微動位置決め装置のコントローラにフィードバックすることにより可動ベース2の位置および速度を制御することができる。
In the precision fine positioning apparatus as described above, when the working fluid is introduced into the bellows 10 of the elastic support mechanism 3, the bellows 10 extends to push the movable base 2 upward. Here, when the pressure of the working fluid is adjusted with a pressure regulator (not shown), the position of the movable base 2 can be adjusted. In this way, the movable base 2 is supported by its weight by the elastic support mechanism 3.
If the distance between the displacement sensor 11 and the displacement sensor detector 12 is not appropriate, for example, when the movable base 2 is adjusted to an arbitrary position by the working fluid, the position of the displacement sensor detector 12 is not suitable. Need to be adjusted. In this case, the shaft 13 is rotated and the vertical position of the displacement sensor detection body 12 is adjusted by the position adjusting screw 13a. The movable base 2 has a through hole at a position corresponding to the position of the shaft 13 so that the shaft 13 can be accessed from the through hole, and the shaft 13 can be rotated here. Yes. At this time, the displacement sensor 11 and the displacement sensor detector 12 can be kept parallel by the action of the guide portion 13b. Further, since the O-ring 15 is engaged with the shaft 13, the inside of the bellows 10 can be kept airtight and the working fluid is prevented from flowing out.
Next, when the coil 6b of the actuator 4 is energized, a force for moving the mover 6 in the vertical direction is generated. The elastic support mechanism 3 supports the movable base 2 and can be displaced in the vertical direction by the compressibility of the working fluid and the elasticity of the bellows 10, so that the movable base 2 can be moved up and down by the thrust of the actuator 4. become. At this time, since the weight of the movable base 2 is supported by the elastic support mechanism 3, the actuator 4 only needs to generate a thrust that the movable base 2 can generate acceleration. Therefore, the actuator 4 can be made smaller than the conventional case in which the elastic support mechanism 3 is not provided and the weight of the movable base 2 is supported by the thrust of the actuator 4. Further, the position and speed of the movable base 2 can be controlled by feeding back information from the displacement sensor 11 to a controller of a precision fine movement positioning device (not shown).
図6および図7は本発明の精密微動位置決め装置を複数台組み合わせて、微動位置決めステージを構成した例である。図6はその上面図、図7はその正面図である。このステージの用途としては、半導体や液晶の製造装置において露光装置や検査装置のレチクルやマスクを精密に微動位置決めするためのものである。
図において、微動位置決めステージは、X軸27、Y軸28およびZ軸29の各方向へ並進する自由度と、前記3軸の軸まわりに回転する自由度との合計6自由度を有するものである。板状のステージベース21の上に、第1実施例で説明した精密微動位置決め装置3台を、その推力発生方向をZ軸29方向と一致するよう配置している。そして、3台の精密微動位置決め装置のそれぞれの可動ベースに搭載されているのが板状の可動ステージ22である。3台の精密微動位置決め装置は、図6のように上から見て矩形の可動ステージ22の周辺において、一辺の略中央に1台の精密微動位置決め装置が配置され、これに対向する辺に2台の精密微動位置決め装置が配置されている。以下、説明の便宜上、一辺に1台配置されている精密微動位置決め装置を第1の精密微動位置決め装置40、これと対向する2台の精密微動位置決め装置をそれぞれ第2、第3の精密微動位置決め装置41、42とする。
6 and 7 show examples in which a fine movement positioning stage is configured by combining a plurality of precision fine movement positioning apparatuses of the present invention. 6 is a top view thereof, and FIG. 7 is a front view thereof. This stage is used for finely positioning a reticle or mask of an exposure apparatus or inspection apparatus in a semiconductor or liquid crystal manufacturing apparatus.
In the figure, the fine movement positioning stage has a total of six degrees of freedom, that is, the degree of freedom of translation in each direction of the
ここで、精密微動位置決め装置と可動ステージ22との接触部分について説明する。3台の精密微動位置決め装置の可動ステージとの接触部分は同一構成のため、1台の精密微動位置決め装置で説明する。
図4が精密微動位置決め装置と可動ステージとの接触部分を示す側面図である。図4が示す接触部は、精密微動位置決め装置の可動ベース2の上に球面支持部18を固定し、球面支持部18の上側に台座20を取り付けたものである。そして台座20の上面に可動ステージ22の下面が固定されている。球面支持部18は上方に突出する棒の先端が球面状に加工されている。一方これと接触する台座20の下面も、球面支持部18の先端を包むように球面状に凹加工されている。
接触部分をこのような構成にすると台座20は球面支持部18の作用により可動ベース2に対して回転自在に動くことができる。
Here, a contact portion between the precision fine movement positioning device and the
FIG. 4 is a side view showing a contact portion between the precision fine movement positioning device and the movable stage. The contact portion shown in FIG. 4 is obtained by fixing the spherical support portion 18 on the movable base 2 of the precision fine positioning device and attaching the pedestal 20 to the upper side of the spherical support portion 18. The lower surface of the
When the contact portion has such a configuration, the pedestal 20 can move freely with respect to the movable base 2 by the action of the spherical support portion 18.
以上のように微動位置決めステージは、図4で示す接触部を介して、3台の精密微動位置決め装置の球面支持部18の台座20のそれぞれの上に可動ステージ22が固定されている。
また、可動ステージ22の側面には、可動ステージ22をX軸27方向に駆動することができるX軸アクチュエータ23が1台と、Y軸28方向に駆動することができるY軸アクチュエータ24が2台取り付けられている。X軸アクチュエータ23は上記で説明した第2、第3の精密微動位置決め装置が取り付けられている辺であって、これら2台の間に位置するよう配置されている。また、Y軸アクチュエータ24は、X軸アクチュエータ23及び精密微動位置決め装置らが配置されていない辺に2台配置されている。このように配置すれば、上記で説明した6軸駆動を実現できると共に、微動位置決めステージ全体の構成が小さくできる。
ここで、X軸アクチュエータ23とY軸アクチュエータ24の構成は、第1実施例で説明したアクチュエータ4と同様な電磁アクチュエータを有するものであって、固定子と可動子との間に空隙mを有するものである。ただし、X軸、Y軸アクチュエータには弾性支持機構3のように可動ステージ22を弾性的に支持する部分は特に必要が無い。これは、Z軸アクチュエータとして機能する3台の精密微動位置決め装置の弾性支持機構3らが可動ステージ22を重力方向に支持するとともに、XYZの各方向に弾性的に支持しているからである。
なお、X、Y軸アクチュエータ及びZ軸方向から可動ステージ22を支持する精密微動位置決め装置らのアクチュエータ4は、当然ながら可動子と固定子の位置関係が逆になってもよい。
また、可動ステージ22の側面には、X軸27方向の変位を計測するX軸変位センサ25が2台と、Y軸28方向の変位を計測するY軸変位センサ26が1台取り付けられている。X軸変位センサ25はX軸アクチュエータ23を狭むように配置されている。Y軸変位センサ26は2台のY軸アクチュエータ24に挟まれるよう、辺の中央付近に配置されている。ここで、X軸変位センサ25とY軸変位センサ26の種類としては静電容量式、渦電流式、レーザ干渉計などが適用できる。
また、図7で示すように、上記で説明したシャフト13を調節するための可動ベース2の穴に対応した穴が可動ステージ22にも設けられている。
As described above, in the fine movement positioning stage, the
Further, on the side surface of the
Here, the configuration of the X-axis actuator 23 and the Y-axis actuator 24 includes an electromagnetic actuator similar to the actuator 4 described in the first embodiment, and has a gap m between the stator and the mover. Is. However, the X-axis and Y-axis actuators do not need a portion that elastically supports the
In addition, as for the actuator 4 of the precision fine movement positioning device which supports the
Further, two X-axis displacement sensors 25 that measure displacement in the
Further, as shown in FIG. 7, a hole corresponding to the hole of the movable base 2 for adjusting the shaft 13 described above is also provided in the
以上で構成される微動位置決めステージは、第1実施例での説明と同様に、弾性支持機構3のベローズ10に作動流体を導入しその圧力を調整することで、3台の弾性支持機構3により可動ステージ22が任意の位置および姿勢で支持される。この状態で弾性支持機構3内部の変位センサ11と変位センサ検出体12の位置が適正でない場合は、シャフト13を、上記穴を介して回転させて調整する。
次に3台の精密微動位置決め装置に内蔵される3台のアクチュエータ4を、同じ方向に同じ変位量だけ駆動すると可動ステージ22をZ軸29の並進方向に移動・位置決めすることができる。
また、例えば、第1の精密微動位置決め装置40の可動ベースを下方に、第2及び第3の精密微動位置決め装置の可動ベースを上方に、それぞれ駆動させると、可動ステージ22をY軸28まわりに回転させることができる。図8は可動ステージ22がY軸28まわりに回転した状態を示す図である。このようにベローズ10はその軸線方向すなわちZ軸29方向に伸縮するだけではなく、ベローズの軸線と直交する軸まわりに撓むことができるので、3台の微動位置決め装置の移動量を調整することにより可動ステージ22をX軸27およびY軸28まわりの回転方向に位置決めをすることもできる。この場合の可動ステージ22の回転角度は3台の変位センサ11の計測値と変位センサ11相互の距離とから算出することができる。
同様にして、X軸アクチュエータ23およびY軸アクチュエータ24の推力により可動ステージ22を、X軸27およびY軸28方向へ動作させることと、Z軸29まわりに回転させることが可能になる。
図9はX軸アクチュエータ23によって可動ステージ22をX軸27方向に移動させた状態を示す図である。X軸アクチュエータ23の推力により可動ステージ22がX軸27方向に移動するとベローズ10がX軸27方向に撓んでしまい、可動ステージ22の高さが変化したり傾いたりするが、アクチュエータ4を動作させZ軸29方向の位置を制御することにより、球面支持部18で可動ステージ22が回転自在に支持されているので、その位置を一定にかつ水平に保つことができる。
The fine movement positioning stage configured as described above is provided by three elastic support mechanisms 3 by introducing a working fluid into the bellows 10 of the elastic support mechanism 3 and adjusting the pressure thereof, as described in the first embodiment. The
Next, when the three actuators 4 built in the three precision fine positioning devices are driven by the same displacement amount in the same direction, the
For example, when the movable base of the first precision
Similarly, the
FIG. 9 is a view showing a state in which the
ここで、本実施例においてアクチュエータ4の固定子と可動子との間に空隙があることの効果を説明する。以上に説明したとおりに、可動ステージ22が、ある軸方向に移動した場合、移動方向に直交する他の2軸方向に動作させるアクチュエータの可動子を、その推力方向と直交する方向に移動させてしまう。しかし、本実施例で示す3台の精密微動位置決め装置、X軸アクチュエータ23およびY軸アクチュエータ24はともにその可動子と固定子との間に空隙mを有するので可動子と固定子が干渉して動作を制限するという問題を回避できる。本実施例の微動位置決めステージが使用される半導体や液晶用露光装置のレチクルやマスクを精密に微動位置決めする装置における必要な移動ストロークは、一般的には数十μm以下であるため、アクチュエータの動作特性が変化するおそれも無い。
Here, the effect of the presence of a gap between the stator and the mover of the actuator 4 in this embodiment will be described. As described above, when the
さらに、図4で説明した接触部の他の例を図5にて説明する。
図5は図4と同様、精密微動位置決め装置と可動ステージとの接触部分を示す側面図である。図5が示す接触部は、精密微動位置決め装置の可動ベース2の上に、撓み支持部19を固定し、撓み支持部19の上側に台座20を取り付けたものである。そして台座20の上面に可動ステージ22の下面が固定されている。撓み支持部19は、金属丸棒の一部の直径を細くしたものであって、その細くした部分が撓み、また捩れやすいように形成したものである。
このような構成にすると台座20は撓み支持部19が変形することにより可動ベース2に対して回転自在に動くことができる。上記微動位置決めステージの実施例では図4で説明した接触部を使って微動位置決めステージを構成した例を説明したが、図5で説明した接触部を使っても同様な効果がある。
Further, another example of the contact portion described in FIG. 4 will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a side view showing a contact portion between the precision fine movement positioning device and the movable stage, as in FIG. The contact portion shown in FIG. 5 is obtained by fixing a bending support portion 19 on the movable base 2 of the precision fine movement positioning device and attaching a pedestal 20 on the upper side of the bending support portion 19. The lower surface of the
With such a configuration, the pedestal 20 can move freely with respect to the movable base 2 by the deformation of the bending support portion 19. In the embodiment of the fine movement positioning stage, the example in which the fine movement positioning stage is configured using the contact portion described in FIG. 4 has been described. However, the same effect can be obtained by using the contact portion described in FIG.
1 固定ベース
2 可動ベース
3 弾性支持機構
4 アクチュエータ
5 固定子
5a ヨーク
5b マグネット
6 可動子
6a コイルベース
6b コイル
7 空隙m
8 下固定フランジ
9 上固定フランジ
10 ベローズ
11 変位センサ
12 変位センサ検出体
13 シャフト
13a 位置調整ネジ
13b 案内部
14 ロックナット
15 Oリング
16 継手
17 空隙s
18 球面支持部
19 撓み支持部
20 台座
21 ステージベース
22 可動ステージ
23 X軸アクチュエータ
24 Y軸アクチュエータ
25 X軸変位センサ
26 Y軸変位センサ
27 X軸
28 Y軸
29 Z軸
30 支持部材(弾性体)
31 圧電素子
32 下板
33 上板
34 電極
40 第1の精密微動位置決め装置
41 第2の精密微動位置決め装置
42 第3の精密微動位置決め装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed base 2 Movable base 3 Elastic support mechanism 4 Actuator 5 Stator 5a Yoke 5b Magnet 6 Movable element 6a Coil base 6b Coil 7 Gap m
8 Lower fixing flange 9 Upper fixing flange 10 Bellows 11 Displacement sensor 12 Displacement sensor detector 13 Shaft 13a Position adjusting screw 13b Guide portion 14 Lock nut 15 O-ring 16 Joint 17 Gap s
18 Spherical support portion 19 Deflection support portion 20
31 Piezoelectric Element 32 Lower Plate 33 Upper Plate 34
Claims (7)
前記固定ベースに立設された一対の固定子と、前記一対の固定子に対してそれぞれ一定の空隙を介して対向し、前記固定子に対して上下に移動可能な可動子と、からなる電磁アクチュエータと、
ベローズと、前記ベローズの上端及び下端をそれぞれ封止する上端及び下端フランジと、前記ベローズの内部に充填される所定圧力の作動流体と、からなり、前記下端フランジが前記固定ベースに取り付けられる弾性支持機構と、
前記可動子と前記上端フランジとによって支持される可動ベースと、
を備えた精密微動位置決め装置において、
前記弾性支持機構が、
前記ベローズ内に収容されるように前記下端フランジに設けられた変位センサと、
前記上端フランジに設けられ、前記ベローズ内部へ貫通するネジ穴と、
前記ネジ穴に挿入されるシャフトと、
前記変位センサが検知可能なように前記シャフトに設けられた変位センサ検出体と、
前記ネジ穴と前記シャフトとの隙間を塞ぐシール手段と、
を備え、
前記可動ベースには、
前記シャフトに対応する位置に貫通穴が設けられたこと、
を特徴とする精密微動位置決め装置。 A fixed base;
An electromagnetic comprising: a pair of stators erected on the fixed base; and a mover that is opposed to the pair of stators through a predetermined gap and is movable up and down with respect to the stator. An actuator,
An elastic support comprising a bellows, an upper end and a lower end flange for sealing the upper end and the lower end of the bellows, respectively, and a working fluid having a predetermined pressure filled in the bellows, and the lower end flange is attached to the fixed base Mechanism,
A movable base supported by the movable element and the upper end flange;
In the precision fine positioning device with
The elastic support mechanism is
A displacement sensor provided on the lower flange so as to be accommodated in the bellows;
A screw hole provided in the upper end flange and penetrating into the bellows;
A shaft inserted into the screw hole;
A displacement sensor detection body provided on the shaft so that the displacement sensor can be detected;
Sealing means for closing a gap between the screw hole and the shaft;
With
In the movable base,
A through hole was provided at a position corresponding to the shaft;
Precision fine positioning device characterized by.
を特徴とする請求項1記載の精密微動位置決め装置。The precision fine movement positioning device according to claim 1.
を特徴とする請求項1または2記載の精密微動位置決め装置。The fine fine positioning device according to claim 1 or 2, wherein
前記少なくとも3台の精密微動位置決め装置の各々の前記固定ベースを支持するステージベースと、A stage base that supports the fixed base of each of the at least three precision fine positioning devices;
前記少なくとも3台の精密微動位置決め装置の各々の前記可動ベースによって支持される可動ステージと、A movable stage supported by the movable base of each of the at least three precision fine positioning devices;
を備え、With
前記可動ステージには、In the movable stage,
前記少なくとも3台の精密微動位置決め装置の各々の前記シャフトに対応する位置に設けられた前記貫通穴に対応した位置にさらに貫通穴が設けられたこと、A through hole was further provided at a position corresponding to the through hole provided at a position corresponding to the shaft of each of the at least three precision fine positioning devices;
を特徴とする微動位置決めステージ。Fine movement positioning stage characterized by
上下に段差を有する板状のベースであって、前記段差の下段の下面に前記弾性支持機構の前記上端フランジが固定され、前記段差の上段の下面に前記可動子が固定され、前記段差の下段の上面で前記可動ステージが支持されたこと、A plate-like base having a step in the vertical direction, wherein the upper end flange of the elastic support mechanism is fixed to the lower surface of the lower step of the step, the mover is fixed to the lower surface of the upper step of the step, and the lower step of the step The movable stage is supported on the upper surface of
を特徴とする請求項4記載の微動位置決めステージ。The fine movement positioning stage according to claim 4.
を特徴とする請求項4または5記載の微動位置決めステージ。6. The fine movement positioning stage according to claim 4 or 5, wherein:
を特徴とする請求項4または5記載の微動位置決めステージ。6. The fine movement positioning stage according to claim 4 or 5, wherein:
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