JP2006339263A - Ｚ軸調整機構及び微動ステージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｚ軸方向の剛性の向上が図られたＺ軸調整機構及びそれを利用した微動ステージ装置を提供する。
【解決手段】Ｚ軸調整機構２２は、ベースプレート２１上に配置されるステージ２５を支持すると共に、ベースプレートの主面２１ａに直交するＺ軸方向でのステージのベースプレートに対する配置関係を調整するＺ軸調整機構であって、ベースプレートに縦置きされており、Ｚ軸方向に伸縮するピエゾアクチュエータＰ４と、Ｚ軸方向に延在するガイド部５２を有すると共に、主面に固定されるベース部材５０と、ピエゾアクチュエータの先端部に取り付けられステージを支持すると共に、ガイド部にＺ軸方向にスライド可能に取り付けられる支持部材８０と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、Ｚ軸調整機構及びそのＺ軸調整機構を利用した微動ステージ装置に関するものである。

半導体ウエハ等を加工する電子ビーム露光装置などでは、マスクに対するウエハの配置関係を３次元的に調整するためにステージ装置が採用されている。ステージ装置は、ウエハの位置決めをするための搬送やチップ間の移動時に動作する粗動ステージ装置上に、数ｎｍ〜１０ｎｍ程度の位置決めを行う微動ステージ装置が配設されて構成されている。この微動ステージ装置は、高真空（１０^―４Ｐａ）で動作し非磁性な材質のもので構成されている必要があるため、駆動機構としてピエゾアクチュエータが利用されている。

微動ステージ装置には、水平面内でのウエハの位置調整と共に、Ｚ軸方向でのウエハのマスクに対する位置調整の機能を要するが、電子ビーム露光装置では、マスクからウエハ間の距離が規定されているため、Ｚ軸方向の高さが制限されている一方、ウエハ位置の調整のために大きな変位量を要するためストローク長の長いアクチュエータが求められている。

このような要求を満たす微動ステージ装置として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。図６に示すように、特許文献１に記載のＺ軸調整機構１１１〜１１３では、ベースプレート１００上に横向きに配置されたピエゾアクチュエータＰ５の伸縮を直交変換機構１２０でＺ軸方向に変換している。これによって、ピエゾアクチュエータＰ５の伸縮に応じて、直交変換機構１２０上に設けられたチルトヒンジＨの高さを調整し、チルトヒンジＨで支持するステージの高さ及びあおりを調整する。このようにピエゾアクチュエータＰ５を横向きに置くことによって大きな移動ストロークを得られる一方、Ｚ軸方向の小型化を図っている。
特開２００４―３６３５５４号公報

ところで、微動ステージ装置では、ピエゾアクチュエータの駆動ストロークがステージに伝達される経路上の各要素の剛性が、微動ステージ装置のＺ軸方向の剛性に影響する。従来の微動ステージ装置では、図６に示すように、ベースプレート１００上にピエゾアクチュエータＰ５を横置きにして直交変換機構を介しているため、直交変換機構に含まれる構成要素（４５°の傾斜面を有する一対のガイド、コロ、及びそれらを収容する構造体など）がＺ軸方向の剛性に影響することになる。その結果として、Ｚ軸方向の剛性が低下し、ウエハ搭載用ステージの停止安定性も低下する虞がある。

そこで、本発明は、Ｚ軸方向の剛性の向上が図られたＺ軸調整機構及びそれを利用した微動ステージ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＺ軸調整機構は、ベースプレート上に配置されるステージを支持すると共に、ベースプレートの主面に直交するＺ軸方向でのステージのベースプレートに対する配置関係を調整するＺ軸調整機構であって、ベースプレートに縦置きされており、Ｚ軸方向に伸縮するピエゾアクチュエータと、Ｚ軸方向に延在するガイド部を有すると共に、主面に固定されるベース部材と、ピエゾアクチュエータの先端部に取り付けられステージを支持すると共に、ガイド部にＺ軸方向にスライド可能に取り付けられる支持部材と、を備えることを特徴とする。

上記構成では、ピエゾアクチュエータは、Ｚ軸方向に縦置きされておりＺ軸方向に伸縮することから、ピエゾアクチュエータの伸縮に応じて支持部材は、ガイド部に沿ってＺ軸方向にスライドする。これによって、支持部材によって支持されるステージのベースプレートの配置関係を調整することが可能である。このようにピエゾアクチュエータの伸縮方向とＺ軸方向とがほぼ一致するため、例えば、伸縮方向をＺ軸方向に変換する機構を要しない。その結果として、Ｚ軸調整機構におけるＺ軸方向の剛性の向上を図ることが可能である。

ところで、ピエゾアクチュエータを縦置きにし、ステージを支持することによって、ピエゾアクチュエータには、従来では生じなかったＺ軸に直交する方向への荷重がかかることになる。これに対して、上記構成のＺ軸調整機構では、支持部材がガイド部を介してベース部材に取り付けられているため、ガイド部及びベース部材もＺ軸に直交する方向に生じる荷重を受けることになる。その結果として、ピエゾアクチュエータへの上記荷重が低減され、ピエゾアクチュエータの保護が図られている。

更に、本発明に係るＺ軸調整機構では、ピエゾアクチュエータの先端部と支持部材とを連結する取付手段を更に備えることが好ましい。取付手段によってピエゾアクチュエータと支持部材とを連結しているため、支持部材がピエゾアクチュエータの伸縮に応じて確実に且つ応答性よくＺ軸方向に移動することになる。

また、本発明に係るＺ軸調整機構では、支持部材上に設けられるチルトヒンジを更に備え、支持部材は、チルトヒンジを介してステージを支持することも有効である。

更に、本発明に係るＺ軸調整機構では、ピエゾアクチュエータを保持すると共に、ピエゾアクチュエータのＺ軸方向の位置を調整する位置調整手段を更に備えることが好適である。

上記構成では、位置調整手段によってピエゾアクチュエータのＺ軸方向の位置を調整した後に、更にピエゾアクチュエータを伸縮させることで、支持部材の移動範囲をより広くすることができている。また、例えば、Ｚ軸調整機構がベースプレート上に複数設けられている場合には、位置調整手段を利用することによってステージをベースプレートに対して略平行にすることができる。

更にまた、本発明に係るＺ軸調整機構が有する位置調整手段は、ピエゾアクチュエータを保持するアジャスタプレートと、アジャスタプレートとベースプレートとの間に配置されると共に、アジャスタプレート及びベースプレートの一方に螺合する端部を有するアジャスタボルトと、を有することが好ましい。

この場合、アジャスタボルトを回転させることでアジャスタプレートとベースプレートとの間の距離を調整でき、その結果として、ピエゾアクチュエータのＺ軸方向の位置を調整できる。

このＺ軸調整機構では、ピエゾアクチュエータを収容する収容部とその収容部の先端部から外側に張り出している張出部とを有するピエゾケースを更に備え、アジャスタプレートは、ピエゾケースを介してピエゾアクチュエータを保持し、アジャスタプレートは、張出部とベースプレートとの間に配置されると共に、シムを介して張出部に固定されていることが好ましい。

上記のように、シムを介在させてピエゾケースとアジャスタプレートとを固定することによって、ピエゾアクチュエータを確実に保護できる。

更に、本発明に係る微動ステージ装置は、前述した本発明に係るＺ軸調整機構がベースプレート上に複数設けられていることを特徴とする。これにより、ステージのＺ軸方向の位置だけではなく、ステージのあおりを調整することが可能である。

更にまた、本発明に係る微動ステージ装置は、アジャスタボルトを有する本発明に係るＺ軸調整機構がベースプレート上に複数設けられており、複数のＺ軸調整機構のうち少なくとも１つのＺ軸調整機構が有するアジャスタボルトがベース部材に対してベースプレートの外側に向いていることが好適である。これにより、ステージのＺ軸方向の位置だけではなく、ステージのあおりを調整することが可能である。また、アジャスタボルトが外側を向いているため、アジャスタボルトを利用してピエゾアクチュエータのＺ軸方向の位置を調整し易い。

本発明によるＺ軸調整機構によれば、Ｚ軸方向の剛性の向上を図ることができる。また、このＺ軸調整機構を利用した微動ステージ装置によれば、Ｚ軸方向の剛性の向上が図られ、ステージのＺ軸方向に直交するＸ軸方向及びＹ軸方向の停止安定性の向上を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明に係るＺ軸調整機構及びそれを利用した微動ステージ装置の好適な実施形態について説明する。図の説明において、同一の構成要素には、同じ符合を付すものとし、重複する説明を省略する。

図１に示すように、ステージ装置１は、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という）Ｗを加工するための電子ビーム露光装置に適用されるものである。そのため、ステージ装置１を構成する各構成要素は、高真空（１０^―４Ｐａ）環境下に好適に適用でき非磁性な材質のものから構成されている。電子ビーム露光装置では、図示しないマスクを介して電子ビームをウエハＷに露光することによってウエハＷの加工を行う。所望の形状にウエハＷを加工するためにステージ装置１は、マスクに対してウエハＷの配置関係を調整する。

ステージ装置１は、図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向に大きなストロークでウエハＷの位置を調整する粗動ステージ装置１０を有する。粗動ステージ装置１０は、ベースプレート１１上に設けられＸ軸方向に延びる一対のガイド１２，１２に沿って可動するＸテーブル１３と、Ｘテーブル１３上に設けられＹ軸方向に延びる一対のガイド１４，１４に沿って可動するＹテーブル１５とを有する。粗動ステージ装置１０は、ベースプレート１１に対してＸテーブル１３をＸ軸方向に可動し、Ｘテーブル１３に対してＹテーブル１５をＹ軸方向に可動させることによって、ウエハＷのＸＹ平面内での位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に大きなストロークで調整する。なお、Ｘテーブル１３及びＹテーブル１５の位置関係は逆でも良い。また、粗動ステージ装置１０の各構成要素は、高真空環境に適しており比剛性の高い非磁性な材質から形成されている。

この粗動ステージ装置１０のＹテーブル１５上に、ステージ装置１の一部を構成しており、マスクに対するウエハＷの配置関係を微調整する微動ステージ装置２０が設けられている。

微動ステージ装置２０は、ベースプレート２１の主面２１ａ上に、３つのＺ軸調整機構２２，２３，２４を介してウエハ搭載用ステージ２５が配置されたものであり、ベースプレート２１がＹテーブル１５に固定されことで粗動ステージ装置１０上に搭載されている。ステージ２５は、ウエハＷをＸ軸方向及びＹ軸方向に並進運動させると共に、Ｚ軸の周りに回転させる。本実施形態では、ベースプレート２１におけるステージ２５側の面である主面２１ａに直交する方向をＺ軸方向として３次元座標系を設定している。

図１及び図２に示すように、ステージ２５は、中央部にＺ軸方向に貫通した開口部３１を有するチルトプレート３０と、開口部３１と同様の形状を有するＸＹプレート４１と、ウエハＷを載置するためのトップテーブル４２とを有する。ＸＹプレート４１は、トップテーブル４２の下面に固定されており、ＸＹプレート４１が開口部３１に挿入されてステージ２５が組み立てられている。

チルトプレート３０には、Ｙ軸方向に延在するピエゾアクチュエータＰ１、及び、Ｘ軸方向に延在するピエゾアクチュエータＰ２，Ｐ３が設けられており、開口部３１側のピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ３の端部をＸＹプレート４１に当接させることでＸＹプレート４１を保持している。

この構成では、ピエゾアクチュエータＰ１〜Ｐ３を駆動することによって、ＸＹプレート４１をＸ軸方向及びＹ軸方向へ並進運動させることが可能であり、更に、Ｚ軸周りに回転運動をさせることも可能である。その結果として、トップテーブル４２に搭載されるウエハＷのＸ軸方向及びＹ軸方向に対する位置の微調整及びＺ軸周りの位置の微調整が可能となっている。

このステージ２５を支持しているＺ軸調整機構２２〜２４は、マスクに対するウエハＷのＺ軸方向の配置関係を調整する。

図１、図３〜図５に示すように、Ｚ軸調整機構２２は、ベースプレート２１の主面２１ａに固定されたベース部材５０を有し、ベース部材５０は、ベースプレート２１に立設された板状のガイド部材５１を有する。ガイド部材５１には、段付凹部５１ａが形成されており、段付凹部５１ａ内には、Ｚ軸方向に延びておりベース部材５０の一部を構成するリニアガイド（ガイド部）５２が固定されている。

また、ベース部材５０は、ガイド部材５１のベースプレート２１側の２つの角部からベースプレート２１に沿ってガイド部材５１に直交する方向（図４では、Ｙ軸方向）に延びた一対の固定用アーム部５３，５３を有する。各固定用アーム部５３は、Ｚ軸方向の長さ（高さ）の異なる第１の部分５３ａと第２の部分５３ｂとを有し、第１の部分５３ａの壁面には、後述するアジャスタプレート７１を固定するための螺子穴が形成されている。この固定用アーム部５３とガイド部材５１とは、高真空環境に適しており比剛性の高い非磁性な材質（例えば、アルミナ）から一体的に成形されている。

一対の固定用アーム部５３，５３の間には、ピエゾケース６０に固定された円柱状のピエゾアクチュエータＰ４が配置されている。ピエゾアクチュエータＰ４は、その延在方向がＺ軸方向に一致するようにベースプレート２１に対して設けられており、ピエゾ効果によってＺ軸方向に伸縮する。このピエゾアクチュエータＰ４の最大ストローク長は、例えば、約１００μｍである。このように、延在方向がＺ軸方向に一致するようにベースプレート２１に対して設けられていることを、「縦置き」とも称す。

ピエゾケース６０は、例えば、高真空環境に適しており比剛性の高い非磁性な材質（例えば、アルミナ）から形成されており、ピエゾアクチュエータＰ４を収容するＺ軸方向に延在した収容部６１と、収容部６１の上端部から外側に張り出した板状の張出部６２とを有する。収容部６１において、ピエゾアクチュエータＰ４の収容空間を形成している内面６１ａの曲率はピエゾアクチュエータＰ４の外面の曲率とほぼ等しく、ピエゾアクチュエータＰ４の外面と収容部６１の内面６１ａとは接する。そして、ピエゾアクチュエータＰ４は、収容部６１の底部に、例えば、螺子止めされることでピエゾケース６０に固定される。

固定用アーム部５３，５３間のベースプレート２１には、Ｚ軸方向に貫通した開口部２１ｂが形成されており、ピエゾケース６０に収容されたピエゾアクチュエータＰ４は、開口部２１ｂ内に配置されている。これにより、約１００μｍ程度の最大ストローク長を有するピエゾアクチュエータＰ４を縦置きしてもベースプレート２１とチルトプレート３０間の距離を電子ビーム露光装置内で使用可能な範囲にすることができている。なお、ベースプレート２１の裏面側から突出するピエゾアクチュエータＰ４の長さは、Ｘテーブル１３に達しない程度であればよい。

ピエゾケース６０に固定されたピエゾアクチュエータＰ４は、ピエゾアクチュエータＰ４のＺ軸方向の位置を調整する位置調整手段７０及び固定用アーム部５３を介してベースプレート２１に固定されている。

位置調整手段７０は、ピエゾケース６０の張出部６２の裏面側（ベースプレート１１側）に螺子止めされるアジャスタプレート７１と、そのアジャスタプレート７１の高さ（Ｚ軸方向の位置）を調整するアジャスタボルト７２とを有する。

アジャスタプレート７１は、ベース部材５０の幅（図４でＸ軸方向の長さ）とほぼ同じ幅を有し、ピエゾケース６０の収容部６１を受ける凹部を備えた台部７１ａを有する。台部７１ａは、張出部６２の裏面側であって、固定用アーム部５３の第１の部分５３ａよりも外側（すなわち、第２の部分５３ｂ上）に配置されており、第１の部分５３ａの壁面に形成された螺子穴を利用してベース部材５０に螺子止めされている。このベース部材５０に固定されたアジャスタプレート７１に張出部６２を、例えば、螺子止めすることによってピエゾケース６０が台部７１ａに固定され、ピエゾアクチュエータＰ４がアジャスタプレート７１によって保持されることになる。

また、アジャスタプレート７１は、台部７１ａの中央部から外側に突出した突出部７１ｂを有する。この突出部７１ｂとベースプレート２１の主面２１ａとの間にアジャスタボルト７２が配置されている。アジャスタボルト７２の端部７２ａは、突出部７１ｂの裏面側に形成された穴部７１ｃに螺合しており、他端部７２ｂは、ベースプレート２１に当接している。従って、アジャスタボルト７２を回転させることで、アジャスタプレート７１のＺ軸方向の高さを変えられる。そして、所望の高さの位置で、アジャスタプレート７１をベース部材５０に固定することによって、ピエゾアクチュエータＰのＺ軸方向の高さを調整できる。

位置調整手段７０によってピエゾアクチュエータＰ４の位置をより正確に調整するために、台部７１ａと張出部６２とを、例えば、螺子を利用して固定する際には、台部７１ａと張出部６２との間に隙間調整用シムＣを挿入することが好ましい。調整用シムＣは薄い板状であって、例えば、リン青銅から形成されている。

ピエゾアクチュエータＰ４やピエゾケース６０の製造誤差により、ピエゾアクチュエータＰ４の中心線と収容部６１の中心線（内面の曲率中心を結んだ線）とが必ずしも一致していない場合、ピエゾアクチュエータＰ４の中心線をＺ軸に一致させるようにピエゾアクチュエータＰ４を配置するとピエゾケース６０がアジャスタプレート７１に対して傾斜し、張出部６２の下面と台部７１ａの上面との場合に隙間が生じる場合がある。このような場合、隙間を無理に埋めようとすると、ピエゾアクチュエータＰ４が破損する虞がある。

これに対して、上記のようにシムＣを利用することによって、ピエゾアクチュエータＰ４を保護することができる。

また、ピエゾアクチュエータＰ４の先端部には、ステージ２５を支持する支持部材としてのスライドブラケット８０がクランプ式の取付手段９０を利用して固定されている。スライドブラケット８０は、その上面に設けられたチルトヒンジＨを介してチルトプレート３０を支持する上壁部８１と、上壁部８１から下方に立設され互いに対向する一対の側壁部８２と、上壁部８１及び側壁部８２を連結するように下方に延びる後壁部８３を有する。

スライドブラケット８０の内側であって上壁部８１の内面には、取付部材受け９１が一体的に固定されている。取付部材受け９１は、対をなす取付部材９２と一緒に取付手段９０を構成している。取付部材受け９１及び取付部材９２は、例えば、リン青銅から形成されている。取付手段９０は、取付部材９２と取付部材受け９１とによってピエゾアクチュエータＰ４の先端部（可動部）を挟み込み、取付部材９２を取付部材受け９１に螺子止めすることによって、スライドブラケット８０にピエゾアクチュエータＰ４を固定する。

このように、取付部材９１を取付部材受け９２に螺子止めすることでピエゾアクチュエータＰ４を固定しているので、ピエゾアクチュエータＰ４の伸縮に応じて確実に且つ応答性よくスライドブラケット８０がＺ軸方向に上昇又は下降することになる。また、取付手段９０を利用することによって、ピエゾアクチュエータＰ４とスライドブラケット８０とは着脱自在となっているので、例えば、ピエゾアクチュエータＰ４が故障したときでもピエゾアクチュエータＰ４の取り替えが容易である。

また、後壁部８３の裏面側（ガイド部材５１側）には、スライダーＳが固定されている。スライダーＳは、例えば、コロなどを介することによってＺ軸方向にスライド可能にリニアガイド５２に取り付けられている。これにより、スライドブラケット８０は、ピエゾアクチュエータＰ４の伸縮に応じてリニアガイド５２にガイドされながらＺ軸方向にスライドする。

Ｚ軸調整機構２３，２４の構成は、Ｚ軸調整機構２２の構成と同様であるため説明を省略する。微動ステージ装置２０では、各Ｚ軸調整機構２２〜２４を図３に示すようにベースプレート２１の縁部において、アジャスタボルト７２が外側に向くように配設されている。これにより、アジャスタボルト７２を回転させ易いため、ピエゾアクチュエータＰ４のＺ軸方向の位置を容易に調整できる。

また、３つのＺ軸調整機構２２〜２４を利用して３箇所でチルトプレート３０を支持しているので、Ｚ軸調整機構２２〜２４のピエゾアクチュエータＰ４を同じストロークで駆動するとステージ２５がＺ軸方向に並進運動する。また、Ｚ軸調整機構２２〜２４の変位量を調整することでステージ２５は、Ｘ軸周りの回転運動、及び、Ｙ軸周りの回転運動をするので、ステージ２５のあおりを微調整できる。

次に、微動ステージ装置２０によるＺ軸方向のステージ調整方法について説明する。先ず、ベースプレート２１に設けられた３つのＺ軸調整機構２２〜２４が有するチルトヒンジＨ上にステージ２５を載置し、止め螺子によって固定する。

次に、各Ｚ軸調整機構２２〜２４が有するアジャスタボルト７２を回して、ステージ２５を水平（ＸＹ平面に平行な状態）にする。そして、ステージ２５が水平になった状態でアジャスタプレート７１を第１の部分５３ａに固定する。これにより、ピエゾアクチュエータＰ４がベースプレート２１に対して固定されることになる。なお、通常、この水平調整は、微動ステージ装置２０を組み立てたときに行えばよい。

そして、各Ｚ軸調整機構２２〜２４のピエゾアクチュエータＰ４に電圧を印加して伸縮させることでステージ２５がマスクに対して平行になるようにステージ２５のベースプレート２１に対する配置関係を微調整する。３つのＺ軸調整機構２２〜２４が設けられているので、各Ｚ軸調整機構２２〜２４によって高さ及びあおりを調整できることになる。

上記Ｚ軸調整機構２２〜２４を利用した微動ステージ装置２０では、Ｚ軸調整機構２２〜２４のピエゾアクチュエータＰ４は、ベースプレート２１に縦置きされておりＺ軸方向に伸縮する。そのため、図６に示した従来のＺ軸調整機構１１１〜１１３のようにピエゾアクチュエータＰ５の伸縮をＺ軸方向に変換する直交変換機構１２０を要しない。従って、従来のＺ軸調整機構の総合剛性に影響を与えていた直交変換機構を構成する各要素の剛性の影響がなくなることになる。その結果として、Ｚ軸調整機構２２〜２４のＺ軸方向の総合剛性が向上することになる。また、ステージ２５の荷重やピエゾアクチュエータＰ４の反力を受けるピエゾケース６０、ベース部材５０の材質を真空環境下で好適に利用でき非磁性で且つ比剛性の高い材質（例えば、アルミナ）を利用していることから、更に、総合剛性が向上している。

また、アジャスタプレート７１及びアジャスタボルト７２によってピエゾアクチュエータＰ４のＺ軸方向の位置を調整するため、チルトヒンジＨの高さを、例えば、調整範囲±約２ｍｍで、分解能±約２μｍの精度で調整することが可能である。

更に、ベースプレート２１に開口部２１ｂを設け、そこにピエゾアクチュエータＰ４をその底部がＹテーブル１５側に突出するように配置することによって、例えば、１００μｍという長いストローク長を有するピエゾアクチュエータＰ４を利用できており、その結果として、ウエハＷをマスクに対して適切に配置できることになる。

また、Ｚ軸調整機構２２〜２４では、ピエゾアクチュエータＰ４の端部にスライドブラケット８０を固定し、そのスライドブラケット８０をリニアガイド５２に取り付けることで、スライドブラケット８０に係る水平方向の荷重をリニアガイド５２に分散させている。その結果として、ピエゾアクチュエータＰ４を縦置きにし、ステージ２５を支持することによって生じるピエゾアクチュエータＰ４への水平方向の荷重が低減され、ピエゾアクチュエータＰ４の保護が図られている。

また、スライドブラケット８０がリニアガイド５２に取り付けられているため、スライドブラケット８０は確実にＺ軸方向にスライドすることになり、より正確な調整が可能である。

以下、Ｚ軸調整機構２２〜２４の作用効果について、解析結果及び実験結果に基づいてより具体的に説明する。

図１に示した微動ステージ装置２０において、ピエゾアクチュエータＰ４、チルトヒンジＨ、取付手段９０、リニアガイド５２及びベース部材５０の剛性に基づいて、トップテーブル４２のＺ軸方向の振動の固有値を計算すると２４３Ｈｚであった。また、実際に測定すると約２３０Ｈｚが実現できていた。

一方、比較のためにＺ軸調整機構２２〜２４の代わりに、図６に示した従来のＺ軸調整機構を利用した場合、直交変換機構１２０を構成する各構成要素を含めてトップテーブルのＺ軸方向の振動の固有値を計算すると１１３Ｈｚであり、実測値は約１２０Ｈｚであった。

すなわち、ピエゾアクチュエータＰ４を縦置きにしたＺ軸調整機構２２〜２４を使用することによって、トップテーブル４２の振動の固有値が、約１２０Ｈｚから約２３０Ｈｚへ改善されることが分かった。

また、図１に示した微動ステージ装置２０において、レーザ干渉計フィードバック制御を利用したトップテーブル４２の停止安定性の測定結果を図７に示す。図７の横軸は時間を表し、縦軸は変位量を示している。図７は、トップテーブル４２のＸ方向に延びる側面上及びＹ方向に延びる側面上にそれぞれミラーを配置し、ミラーにレーザ光を照射しその反射光を利用したレーザ干渉計測によって計測した結果である。図７に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向共に変動を３ｎｍの範囲に抑制することができた。一方、比較のためにＺ軸調整機構２２〜２４の代わりに、図６に示した従来のＺ軸調整機構を利用した場合、トップテーブルのＸ方向及びＹ方向の停止安定性は、約１０ｎｍであった。

すなわち、トップテーブル４２の停止安定性において、Ｚ軸調整機構２２〜２４を使用することによって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の停止安定性を従来の１／３まで改善することができた。

以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、位置調整手段７０は、ピエゾケース６０を介してピエゾアクチュエータＰ４を保持しているが、アジャスタプレート７１がピエゾケース６０の機能を有していても良い。更に、スライダーＳを介してスライドブラケット８０がリニアガイド５２に取り付けられているとしたが、スライダーＳの機能をスライドブラケット８０が有する場合は、スライドブラケット８０を直接リニアガイド５２に取り付けても良い。

更に、ベースプレート２１は開口部２１ｂを有しており、その開口部２１ｂにピエゾアクチュエータＰ４が落とし込まれた状態で縦置きされているとしたが、開口部２１ｂは必ずしも形成されていなくてもよい。

更に、Ｚ軸調整機構２２〜２４及びそれを利用した微動ステージ装置２０は、電子ビーム露光装置内の真空環境下で利用されるとしたが、大気や窒素雰囲気下でも動作可能である。従って、Ｚ軸調整機構２２〜２４及び微動ステージ装置２０は、電子ビーム露光装置以外にも、半導体製造装置や、液晶製造装置などにも適用可能であり、更には、レーザ加工装置、工作機械などの微小範囲での高精度位置決めを必要とするステージ装置全般に適用可能である。

更にまた、取付手段９０は、取付部材９２と取付部材受け９１とから構成されるとしたが、スライドブラケット８０にピエゾアクチュエータＰ４が確実に固定できれば特に限定されない。また、リニアガイド５２をガイド部材５１に固定しているとしたが、例えば、ガイド部材５１とリニアガイド５２とは一体に成形されたものでもよい。

また、アジャスタボルト７２は、アジャスタプレート７１に螺合するとしたが、例えば、アジャスタボルト７２の端部７２ｂとベースプレート２１とが螺合してもよい。

本発明に係る微動ステージ装置の一実施形態を適用したステージ装置の側面図である。 ステージの分解斜視図である。 Ｚ軸調整機構の配置を示す図である。 本発明に係るＺ軸調整機構の一実施形態の斜視図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 従来のＺ軸調整機構の斜視図である。 図１に示したステージのＸＹ方向の停止安定性を示す図である。

符号の説明

２０…微動ステージ装置、２１…ベースプレート、２１ａ…主面、２２，２３，２４…Ｚ軸調整機構、２５…ステージ、５０…ベース部材、５１…ガイド部材、
５２…リニアガイド（ガイド部）、６０…ピエゾケース、６１…収容部、６２…張出部、７０…位置調整手段、７１…アジャスタプレート、７２…アジャスタボルト、８０…スライドブラケット（支持部材）、９０…取付手段、Ｃ…隙間調整用シム、Ｈ…チルトヒンジ。

Claims (8)

1. ベースプレート上に配置されるステージを支持すると共に、前記ベースプレートの主面に直交するＺ軸方向での前記ステージの前記ベースプレートに対する配置関係を調整するＺ軸調整機構であって、
   前記ベースプレートに縦置きされており、前記Ｚ軸方向に伸縮するピエゾアクチュエータと、
   前記Ｚ軸方向に延在するガイド部を有すると共に、前記主面に固定されるベース部材と、
   前記ピエゾアクチュエータの先端部に取り付けられ前記ステージを支持すると共に、前記ガイド部に前記Ｚ軸方向にスライド可能に取り付けられる支持部材と、
   を備えることを特徴とするＺ軸調整機構。
2. 前記ピエゾアクチュエータの先端部と前記支持部材とを連結する取付手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＺ軸調整機構。
3. 前記支持部材上に設けられるチルトヒンジを更に備え、
   前記支持部材は、前記チルトヒンジを介して前記ステージを支持することを特徴とする請求項１又は２に記載のＺ軸調整機構。
4. 前記ピエゾアクチュエータを保持すると共に、前記ピエゾアクチュエータの前記Ｚ軸方向の位置を調整する位置調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のＺ軸調整機構。
5. 前記位置調整手段は、
   前記ピエゾアクチュエータを保持するアジャスタプレートと、
   前記アジャスタプレートと前記ベースプレートとの間に配置されると共に、前記アジャスタプレート及び前記ベースプレートの一方に螺合する端部を有するアジャスタボルトと、
   を有することを特徴とする請求項４に記載のＺ軸調整機構。
6. 前記ピエゾアクチュエータを収容する収容部と前記収容部の先端部から外側に張り出している張出部とを有するピエゾケースを更に備え、
   前記アジャスタプレートは、前記ピエゾケースを介して前記ピエゾアクチュエータを保持し、
   前記アジャスタプレートは、前記張出部と前記ベースプレートとの間に配置されると共に、シムを介して前記張出部に固定されていることを特徴とする請求項５に記載のＺ軸調整機構。
7. 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のＺ軸調整機構が前記ベースプレートに複数設けられることを特徴とする微動ステージ装置。
8. 請求項５又は６に記載の前記Ｚ軸調整機構が前記ベースプレートに複数設けられており、
   複数の前記Ｚ軸調整機構のうち少なくとも１つのＺ軸調整機構が有する前記アジャスタボルトが前記ベース部材に対して前記ベースプレートの外側に向いていることを特徴とする微動ステージ装置。

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