JP2014006162A - XYθ STAGE MECHANISM - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＸＹθステージ機構に係り、半導体装置やプリント基板、液晶表示素子等の露光装置などで、ステージを移動して、ステージ上の対象を所定の位置に位置決めする装置に用いて好適な技術に関する。 The present invention relates to an XYθ stage mechanism, and is a technique suitable for use in an apparatus for moving a stage and positioning an object on a stage at a predetermined position in an exposure apparatus such as a semiconductor device, a printed circuit board, or a liquid crystal display element. About.
たとえばＦＰＤ（flat panel display, フラットパネルディスプレイ）製造装置においては、長方形の薄ガラス基板を、成膜や露光のために水平２自由度、および回転角度の精密アライメントを行うことが要求されている。このような位置制御の精密性を満たすために、ＸＹステージ、およびθステージを用いてこれらの位置決めが行われてきた。
最近では、特許文献１に示すように、ＵＶＷステージと呼ばれる、３個の駆動軸の干渉駆動を用いた装置も使われている。また、位置精度制御性の向上のために、４軸とすることが特許文献２に記載されている。
For example, in an FPD (flat panel display) manufacturing apparatus, a rectangular thin glass substrate is required to be precisely aligned with two horizontal degrees of freedom and a rotation angle for film formation and exposure. In order to satisfy such precision of position control, these positioning has been performed using an XY stage and a θ stage.
Recently, as shown in Patent Document 1, an apparatus using interference driving of three driving shafts, called a UVW stage, is also used. Further, Patent Document 2 describes that four axes are used in order to improve position accuracy controllability.
これらの駆動ステージ、および駆動モータは真空装置内に設置されることもあり、また大気側に部分的、または全体を設置することもある。 These drive stages and drive motors may be installed in the vacuum apparatus, and may be installed partially or wholly on the atmosphere side.
上記のようなステージ支持における精密位置決めにおいては、駆動伝達系の経路上の減速要素、軸受け要素が最小限、かつこれらによる損失が最小限であることが望ましい。しかし、上記のような直動駆動系の機構を採用した場合には、トルク伝達における損失が大きくこれを削減したいという要求があった。同時に、同程度の出力を得る場合に駆動系をなるべく小型化したいという要求があった。
さらに、駆動系およびステージ支持部分を小型化、特に、ステージ面と直交する方向における寸法を削減したいという要求があった。
In the precise positioning in the stage support as described above, it is desirable that the speed reduction element and the bearing element on the path of the drive transmission system are minimized, and the loss due to these is minimized. However, when the linear drive system mechanism as described above is employed, there is a large loss in torque transmission and there is a demand to reduce this. At the same time, there has been a demand for miniaturizing the drive system as much as possible when obtaining the same level of output.
Furthermore, there has been a demand to reduce the size of the drive system and the stage support portion, particularly in the direction perpendicular to the stage surface.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．部品点数が少なく簡単な構造で、駆動系を小型化したステージの実現を図ること。
２．重量物の載置にも対応して駆動系の損失を抑制可能とすること。
３．ステージ面と直交する方向における寸法の削減を測ること。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and intends to achieve the following object.
1. To realize a stage with a simple structure with a small number of parts and a compact drive system.
2. The loss of the drive system can be suppressed in response to the placement of heavy objects.
3. Measure the reduction in dimensions in the direction perpendicular to the stage surface.
本発明のＸＹθステージ機構は、一面内を移動可能とされるステージを有し、該ステージの面内方向内の位置および姿勢決め制御を可能とするＸＹθステージ機構であって、
前記ステージの位置および姿勢を設定する位置姿勢設定支持手段が３箇所以上設けられて前記ステージを支持し、
前記位置姿勢設定支持手段は、前記ステージ面に直交する駆動軸を有する回転駆動源と、前記駆動軸に固定されて回動する回転リンク部と、該回転リンク部と前記ステージとを接続する接続部と、を有するものとされ、
前記回転リンク部の角度調節によって前記ステージの位置および位置を設定することにより上記課題を解決した。
本発明において、前記位置姿勢設定支持手段は、前記ステージ面に直交する駆動軸を有する回転駆動源と、前記駆動軸から径方向長さ一定に固定されて回動する回転リンク部と、
前記駆動軸と平行な第１回転軸で一端側が前記回転リンク部に接続されるとともに前記駆動軸と平行な第２回転軸で他端側が前記ステージに接続される長さ一定の接続部と、
を有するものとされることがより好ましい。
本発明のＸＹθステージ機構には、前記位置姿勢設定支持手段においては、前記駆動軸と前記第２回転軸とが、前記ステージ面に対して互いに異なる高さ位置として前記ステージ面法線方向視して重なるように設けられる円柱部分を有し、これら前記駆動軸と前記第２回転軸とを貫通するように設けられる前記第１回転軸が円柱部分を有し、
前記第１回転軸と前記駆動軸、および前記第１回転軸と前記第２回転軸、における円柱部分の中心軸線がいずれも前記ステージ面内方向に離間することが可能である。
また、本発明において、前記位置姿勢設定支持手段が４箇所以上設けられる手段を採用することや、前記位置姿勢設定支持手段には、回転駆動されないものを有する手段を採用することもできる。
また、前記位置姿勢設定支持手段は、前記接続部が前記ステージ面内方向に直線方向動作可能な位置規制部で前記ステージに接続されることができる。
本発明においては、前記位置姿勢設定支持手段として、前記ステージ面内方向に直線動作のみの位置規制部であるステージ支持手段が設けられていることが望ましい。
さらに、 昇降１軸＋２軸のチルト機構を有するＺ方向制御機構を追加することで、４〜６自由度の動作が可能とされていることが可能である。
また、前記ステージが真空または減圧雰囲気下に設置されることがある。
本発明においては、前記駆動源が真空または減圧雰囲気下に設置されることが好ましい。
本発明においては、前記ステージが大気圧、および大気圧に対して陽圧の雰囲気下に設置されることがある。
また、前記駆動源が大気圧、および大気圧に対して陽圧の雰囲気下に設置されることができる。
本発明においては、前記駆動源が真空シール機構を介して大気側に設置されることか、または、前記駆動源が気密シール機構を介して大気側に設置されることができる。
The XYθ stage mechanism of the present invention is an XYθ stage mechanism that has a stage that can move in one plane, and that can control position and posture determination in the in-plane direction of the stage,
Three or more position and orientation setting support means for setting the position and orientation of the stage are provided to support the stage,
The position and orientation setting support means includes a rotation drive source having a drive shaft orthogonal to the stage surface, a rotation link portion fixed to the drive shaft and rotating, and a connection for connecting the rotation link portion and the stage. And having a part,
The above-described problem has been solved by setting the position and position of the stage by adjusting the angle of the rotary link portion.
In the present invention, the position and orientation setting support means includes a rotation drive source having a drive shaft orthogonal to the stage surface, a rotation link portion that rotates with a fixed radial length from the drive shaft,
A fixed-length connecting portion having one end side connected to the rotating link portion at a first rotating shaft parallel to the drive shaft and the other end side connected to the stage at a second rotating shaft parallel to the driving shaft;
It is more preferable to have the following.
In the XYθ stage mechanism of the present invention, in the position and orientation setting support means, the drive shaft and the second rotation shaft are viewed in the normal direction of the stage surface as different height positions with respect to the stage surface. And the first rotating shaft provided so as to pass through the drive shaft and the second rotating shaft has a cylindrical portion,
The central axis of the cylindrical portion of each of the first rotating shaft and the driving shaft, and the first rotating shaft and the second rotating shaft can be separated in the in-stage direction of the stage.
In the present invention, it is also possible to employ a means in which the position / orientation setting support means is provided at four or more positions, or a means having a mechanism that is not rotationally driven as the position / orientation setting support means.
Further, the position and orientation setting support means can be connected to the stage by a position restricting portion in which the connecting portion can move linearly in the in-stage direction of the stage.
In the present invention, it is desirable that stage support means, which is a position restricting portion only for linear motion, be provided in the stage in-plane direction as the position and orientation setting support means.
Further, by adding a Z-direction control mechanism having a tilt mechanism of lifting / lowering 1 axis + 2 axes, it is possible to operate with 4 to 6 degrees of freedom.
The stage may be installed in a vacuum or a reduced pressure atmosphere.
In the present invention, the drive source is preferably installed in a vacuum or a reduced pressure atmosphere.
In the present invention, the stage may be installed in an atmosphere having an atmospheric pressure and a positive pressure with respect to the atmospheric pressure.
The drive source may be installed in an atmosphere of atmospheric pressure and positive pressure with respect to atmospheric pressure.
In the present invention, the drive source may be installed on the atmosphere side via a vacuum seal mechanism, or the drive source may be installed on the atmosphere side via an airtight seal mechanism.
本発明のＸＹθステージ機構は、一面内を移動可能とされるステージを有し、該ステージの面内方向内の位置および姿勢決め制御を可能とするＸＹθステージ機構であって、前記ステージの位置および姿勢を設定する位置姿勢設定支持手段が３箇所以上設けられて前記ステージを支持し、前記位置姿勢設定支持手段は、前記ステージ面に直交する駆動軸を有する回転駆動源と、前記駆動軸に固定されて回動する回転リンク部と、該回転リンク部と前記ステージとを接続する接続部と、を有するものとされ、前記回転リンク部の角度調節によって前記ステージの位置および位置を設定することにより、直線駆動式の駆動源に比べてトルクが大きく出力に比して小型化が可能な回転駆動源を組み合わせることによって、ステージにおけるＸＹθ方向の位置設定及び角度（姿勢）制御を高い精度でおこなうことが可能となる。 An XYθ stage mechanism of the present invention is an XYθ stage mechanism that has a stage that is movable in one plane, and that can control position and posture determination in the in-plane direction of the stage, the position of the stage and Three or more position / orientation setting support means for setting the attitude are provided to support the stage, and the position / orientation setting support means is fixed to the drive shaft and a rotational drive source having a drive axis orthogonal to the stage surface. And a rotation link portion that rotates and a connection portion that connects the rotation link portion and the stage, and by setting the position and position of the stage by adjusting the angle of the rotation link portion XYθ direction on the stage by combining a rotary drive source that has a larger torque than the linear drive source and can be downsized compared to the output Can be performed at positioning and angle (attitude) control the high accuracy.
これにより、例えば、真空内に設置して被位置決め部材を積載するための座板を有し、その座板の水平面内の任意の位置決め制御を行うステージ機構として、その位置決めには、水平面内２自由度の位置、および座板の水平面内に直交する軸周りの回転角度の計３自由度を位置決め制御できるものであって、その駆動のために３個以上の駆動要素を有し、その駆動軸は水平面に対して直交して配置される構成を実現することが可能となる。 Thus, for example, as a stage mechanism that has a seat plate that is installed in a vacuum and on which a member to be positioned is stacked, and performs arbitrary positioning control within the horizontal plane of the seat plate, The position of the degree of freedom and the rotation degree of the rotation angle about the axis orthogonal to the horizontal plane of the seat plate can be controlled by positioning, and there are three or more driving elements for the driving. It becomes possible to implement | achieve the structure by which an axis | shaft is orthogonally arranged with respect to a horizontal surface.
本発明において、前記位置姿勢設定支持手段は、前記ステージ面に直交する駆動軸を有する回転駆動源と、前記駆動軸から径方向長さ一定に固定されて回動する回転リンク部と、前記駆動軸と平行な第１回転軸で一端側が前記回転リンク部に接続されるとともに前記駆動軸と平行な第２回転軸で他端側が前記ステージに接続される長さ一定の接続部と、を有するものとされることにより、駆動源によって回転リンク部の角度を設定するだけで、長さの固定された回転リンクと接続部との位置関係が決まり、ステージのＸＹθ姿勢制御及び位置制御をおこなうことが可能となる。なお、接続部は第１回転軸および第２回転軸のいずれにおいても、回動可能に接続されているだけである。 In the present invention, the position / orientation setting support means includes a rotation drive source having a drive shaft orthogonal to the stage surface, a rotation link portion that rotates with a fixed radial length from the drive shaft, and the drive A first rotation shaft parallel to the shaft, one end side of which is connected to the rotation link portion, and a second rotation shaft parallel to the drive shaft and the other end side of the first rotation shaft connected to the stage. As a result, the positional relationship between the rotary link with a fixed length and the connecting portion is determined simply by setting the angle of the rotary link portion by the drive source, and the XYθ attitude control and position control of the stage are performed. Is possible. In addition, the connection part is only connected so that rotation is possible also in any of a 1st rotating shaft and a 2nd rotating shaft.
このように本発明は、その各々の駆動軸には各々、第１のリンク（回転リンク部）が接続され、その回転角度が制御され、その第１のリンクの駆動軸反対側の端部に第２のリンク（接続部）が駆動軸と平行に回転自由で接続され、その第２のリンクの、第１リンクとの接続部反対側の端部に前述の座板（ステージ）が駆動軸と平行に回転自由で接続され、各々の駆動軸部、第２リンクと座板の接続部は同一軸上でない構成とすることができる。 As described above, according to the present invention, the first link (rotation link portion) is connected to each drive shaft, the rotation angle is controlled, and the end of the first link on the opposite side of the drive shaft is controlled. A second link (connecting portion) is rotatably connected in parallel with the drive shaft, and the above-mentioned seat plate (stage) is connected to the end of the second link on the opposite side of the connecting portion with the first link. The drive shaft portion, the second link and the seat plate connection portion may not be on the same axis.
本発明のＸＹθステージ機構の前記位置姿勢設定支持手段においては、前記駆動軸と前記第２回転軸とが、前記ステージ面に対して互いに異なる高さ位置として前記ステージ面法線方向視して重なるように設けられる円柱部分を有し、これら前記駆動軸と前記第２回転軸とを貫通するように設けられる前記第１回転軸が円柱部分を有し、前記第１回転軸と前記駆動軸、および前記第１回転軸と前記第２回転軸、における円柱部分の中心軸線がいずれも前記ステージ面内方向に離間するとともに、前記第１回転軸の円柱部分の長さが、前記駆動軸と前記第２回転軸との円柱部分の長さの和とほぼ等しく設定されてなることで、前記第２回転軸と前記駆動軸とを、ステージとこのステージを支持する基台とに回動可能に支持する高さ（軸方向長さ）のみの寸法とすることができるため、ステージ支持に必要な高さをほとんど設けない程度に小さくすることが可能となる。 In the position / orientation setting support means of the XYθ stage mechanism of the present invention, the drive shaft and the second rotation shaft overlap each other as viewed from the normal direction of the stage surface as different height positions with respect to the stage surface. The first rotating shaft provided to penetrate the drive shaft and the second rotating shaft has a cylindrical portion, the first rotating shaft and the driving shaft, And the central axis of the cylindrical portion of each of the first rotating shaft and the second rotating shaft is spaced apart in the in-stage direction of the stage, and the length of the cylindrical portion of the first rotating shaft is equal to the drive shaft and the By being set to be substantially equal to the sum of the lengths of the cylindrical portions with respect to the second rotation shaft, the second rotation shaft and the drive shaft can be rotated to a stage and a base supporting the stage. Supporting height (axial length It is possible to dimension only, it is possible to reduce the degree that hardly provided height required to stage support.
また、本発明において、前記位置姿勢設定支持手段が４箇所以上設けられる手段を採用
して、前述の３個の駆動軸に加え、冗長な働きをする駆動軸および各リンクを、１軸分以上加えた構成とすることで、ガタ成分の打ち消し削減、およびステージの安定性をより向上することができる。
この際、駆動源を備えた前記位置姿勢設定支持手段を４以上として例えば矩形のステージの四隅を支持することができる。
さらに、４箇所以上の前記位置姿勢設定支持手段には、回転駆動されないものを有する手段を採用し、ステージ支持の目的のため、駆動軸部および各リンクを加えたものから、駆動動力要素を省略した構成として、ステージの安定性は確保したまま、製造コストを抑制することも可能である。
Further, in the present invention, a means in which the position / orientation setting support means is provided at four or more positions is adopted, and in addition to the three driving shafts described above, the driving shaft and each link that perform redundant functions are provided for one or more axes. With the added configuration, it is possible to further cancel backlash components and improve the stability of the stage.
In this case, for example, four corners of a rectangular stage can be supported by setting the position / orientation setting support means including the drive source to four or more.
Furthermore, the position / orientation setting support means in four or more places employs means having non-rotating drive, and the drive power element is omitted from the addition of the drive shaft and each link for the purpose of stage support. With this configuration, it is possible to reduce the manufacturing cost while ensuring the stability of the stage.
また、前記位置姿勢設定支持手段は、前記接続部が前記ステージ面内方向に一方向動作可能な位置規制部で前記ステージに接続されることが可能である。
なお、回転リンク部の一端に固定された駆動軸が１自由度を有して摺動可能にステージに設けられたガイドレール等の接続部に接続されるとともに、回転リンク部の他端側が回転軸により基台に回転可能に設けられてなる構成、つまり、ステージ支持のために、直動のガイド機構、および、または直動ガイド機構＋回転支持機構を組み合わせた構成も可能である。この場合も、回転リンク部における駆動軸と回転軸との距離は不変（固定）とされている。これにより、上述した構成と同様に回転駆動源による回転リンクの角度設定をおこなうだけでステージの位置・姿勢制御を正確におこなうことが可能となる。
Further, the position and orientation setting support means can be connected to the stage by a position restricting portion in which the connecting portion can move in one direction in the in-stage direction of the stage.
The drive shaft fixed to one end of the rotation link portion is connected to a connection portion such as a guide rail provided on the stage so as to be slidable with one degree of freedom, and the other end side of the rotation link portion is rotated. A configuration in which the base is rotatably provided by the shaft, that is, a configuration in which a linear motion guide mechanism and / or a linear motion guide mechanism + rotation support mechanism are combined for stage support is also possible. Also in this case, the distance between the drive shaft and the rotation shaft in the rotation link portion is unchanged (fixed). As a result, the position / posture control of the stage can be accurately performed only by setting the angle of the rotation link by the rotation drive source in the same manner as described above.
本発明においては、前記位置姿勢設定支持手段とは異なるステージ支持手段が設けられていることにより、重量物であるステージの場合あるいは積載重量が大きく設定された場合にも、ステージ荷重を充分支持しつつ位置決め精度を維持することが可能となる。 In the present invention, the stage support means different from the position / orientation setting support means is provided, so that the stage load is sufficiently supported even when the stage is a heavy object or when the load weight is set large. It becomes possible to maintain positioning accuracy.
さらに、位置姿勢設定支持手段には、前記ステージ面と直交する方向に変位制御可能なＺ変位手段が設けられていることにより、ステージ面のチルト角を制御して、ステージ面方向維持あるいは所定角度へ傾ける制御が可能となる。なお、この場合、ステージ支持手段にも同様のＺ変位手段を設けることが好ましい。 Further, the position / orientation setting support means is provided with Z displacement means capable of displacement control in a direction orthogonal to the stage surface, thereby controlling the tilt angle of the stage surface to maintain the stage surface direction or a predetermined angle. It is possible to control the tilting. In this case, it is preferable to provide similar Z displacement means to the stage support means.
また、前記ステージが真空または減圧雰囲気下に設置されることがあり、この場合、前記駆動源が真空または減圧雰囲気下に設置されるか、あるいは、前記駆動源が真空シール機構を介して大気側に設置されることができる。
前記駆動源が真空または減圧雰囲気下に設置された場合には、直動駆動系を用いることなく、位置姿勢制御をおこなうことができるので、パーティクルあるいは潤滑剤等の真空度の低下要因となる物質を雰囲気中への放出を直動駆動系に比べて抑制することができる。この際、駆動軸の回転駆動のために、真空環境中で使用することができる電動機、および位置決め装置を用いること、具体的には、駆動状態によって真空等の雰囲気中に露出する面積が変化しない回転駆動系とされることが好ましい。これらの電動機およびステージ位置姿勢設定支持手段は、真空等の雰囲気中に露出した基台とされる移動しない固定部の台座に接続固定されることができる。
The stage may be installed in a vacuum or reduced pressure atmosphere. In this case, the drive source is installed in a vacuum or reduced pressure atmosphere, or the drive source is connected to the atmosphere side via a vacuum seal mechanism. Can be installed.
When the drive source is installed in a vacuum or a reduced-pressure atmosphere, the position and orientation can be controlled without using a linear drive system, so that a substance that causes a decrease in the degree of vacuum such as particles or lubricants. Can be suppressed as compared with the linear motion drive system. At this time, an electric motor that can be used in a vacuum environment and a positioning device are used for rotational driving of the drive shaft. Specifically, the exposed area in an atmosphere such as a vacuum does not change depending on the driving state. A rotation drive system is preferable. The electric motor and the stage position / posture setting support means can be connected and fixed to a base of a fixed portion that does not move and is a base exposed in an atmosphere such as a vacuum.
前記駆動源が真空または減圧雰囲気下に設置された場合には、前述の接続部、回転リンク部、およびこれらの支持軸受け部が、ステージおよび移動しない固定部の台座のそれぞれの固定厚さに対して、台１回転軸の高さの半分以上が重複した高さとなっていることができる。 When the drive source is installed in a vacuum or a reduced pressure atmosphere, the connection portion, the rotary link portion, and the support bearing portions described above are respectively fixed to the fixed thickness of the stage and the base of the fixed portion that does not move. Thus, more than half of the height of the rotation axis of the table 1 can be an overlapping height.
本発明においては、上記の構成として、一般的に不利な直動機構を全廃または削減することにより、位置姿勢設定支持手段を真空等の減圧雰囲気に載置する場合には、位置姿勢設定支持手段からの放出ガスを低く抑えること、長寿命であること、メンテナンスフリーに近いことを実現でき、真空特性を極めて向上することができる。同時に、ＦＰＤや半導体の製造装置では、ステージ支持・駆動系におけるパーティクルの発生を抑制して、被処理対象の基板にパーティクルが付着しないようにすることができる。
従って、本発明によれば、軸受け要素は全てを回転機構とすることができ、これら防塵シール機構が容易に装備できるため真空特性上とても有利である。
もちろん、ステージ設置部（雰囲気）は大気圧、および陽圧環境であっても良い。
In the present invention, as described above, when the position / orientation setting support means is placed in a reduced-pressure atmosphere such as a vacuum by eliminating or eliminating generally disadvantageous linear motion mechanisms, the position / orientation setting support means Therefore, it is possible to achieve a low release gas from the gas generator, a long service life, and near maintenance-free operation, and the vacuum characteristics can be greatly improved. At the same time, in an FPD or semiconductor manufacturing apparatus, the generation of particles in the stage support / drive system can be suppressed so that particles do not adhere to the substrate to be processed.
Therefore, according to the present invention, all the bearing elements can be rotating mechanisms, and these dustproof seal mechanisms can be easily equipped, which is very advantageous in terms of vacuum characteristics.
Of course, the stage installation part (atmosphere) may be an atmospheric pressure and a positive pressure environment.
本発明によれば、駆動伝達系は直動系の構成に対して精度が高い回転軸受けとリンク部材のみで構成されるため、高精度の位置伝達、低損失のトルク伝達が実現できるという効果を奏することができる。また、精密位置決めにおいては、駆動伝達系の経路上の減速要素、軸受け要素を最小限とするとともに、これらによる損失が最小限とすることができる。 According to the present invention, since the drive transmission system is composed of only a rotary bearing and a link member with high accuracy compared to the configuration of the linear motion system, it is possible to realize high-accuracy position transmission and low-loss torque transmission. Can play. In precision positioning, the speed reduction elements and bearing elements on the path of the drive transmission system can be minimized, and losses due to these can be minimized.
以下、本発明に係るＸＹθステージ機構の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態におけるＸＹθステージ機構を模式的に示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）であり、図において、符号１０は、ＸＹθステージ機構である。
Hereinafter, a first embodiment of an XYθ stage mechanism according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a plan view schematically showing an XYθ stage mechanism in the present embodiment, and FIG. 1B is a front view thereof. In the figure,
本実施形態におけるＸＹθステージ機構は、図１に示すように、平面視して略矩形のステージＬと、ステージＬをベース（基台）Ｂに支持する３つの位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３とが、減圧雰囲気とすることができるチャンバＣ内部に設けられたものとされている。位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３を制御することにより、ステージＬがその表面と平行な面内を移動し、かつ、この面内における傾きを変位させてＸＹθ位置設定可能とされている。 As shown in FIG. 1, the XYθ stage mechanism in the present embodiment has a substantially rectangular stage L in plan view, and three position / orientation setting support means 11, 12, which support the stage L on a base (base) B. 13 is provided in the chamber C which can be in a reduced pressure atmosphere. By controlling the position / orientation setting support means 11, 12, and 13, the stage L moves in a plane parallel to the surface thereof, and the XYθ position can be set by displacing the inclination in the plane.
位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３はいずれも略同等の構成とされており、ステージＬへの接続箇所およびベースＢへの接続箇所が異なるのみである。
以下、位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３について説明するが、符号の下一文字を１，２，３とした場合、位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３のそれぞれに対応するように読み替えるものとする。
The position and orientation setting support means 11, 12, and 13 all have substantially the same configuration, and only the connection location to the stage L and the connection location to the base B are different.
Hereinafter, the position / orientation setting support means 11, 12, and 13 will be described. However, when the first character of the reference numeral is 1, 2 and 3, they are read to correspond to the position / orientation setting support means 11, 12, and 13, respectively. And
位置姿勢設定支持手段１１は、ステージＬ表面に直交する駆動軸ｍ１を有するようにベースＢに固定されたモータ（回転駆動源）ｍと、駆動軸ｍ１から径方向長さ一定に固定されて回動可能な回転リンク部ｒｍ１と、駆動軸ｍ１と平行な第１回転軸ｘ１で一端側が回転リンク部ｒｍ１に接続されるとともに駆動軸ｍ１と平行な第２回転軸ｐ１で他端側がステージＬに接続される長さ一定の接続部ｒ１と、を有し、回転リンク部ｒｍ１と接続部ｒ１とが、ステージＬ表面に対して互いに異なる高さ位置として設けられる。ベースＢからステージＬに向かって、モータｍ、回転リンク部ｒｍ１、接続部ｒ１、第２回転軸ｐ１の順に位置するよう積み重ねられている。 The position / orientation setting support means 11 includes a motor (rotary drive source) m fixed to the base B so as to have a drive shaft m1 orthogonal to the surface of the stage L, and a radial length fixed from the drive shaft m1. One end side is connected to the rotation link part rm1 by the movable rotation link part rm1 and the first rotation axis x1 parallel to the drive axis m1, and the other end side is connected to the stage L by the second rotation axis p1 parallel to the drive axis m1. The rotation link portion rm1 and the connection portion r1 are provided as height positions different from each other with respect to the surface of the stage L. From the base B toward the stage L, the motor m, the rotating link part rm1, the connecting part r1, and the second rotating shaft p1 are stacked in this order.
位置姿勢設定支持手段１１は、第１回転軸ｘ１と第２回転軸ｐ１とにおいて、回転リンク部ｒｍ１と接続部ｒ１、および、接続部ｒ１とステージＬとが回転自在に接続されているので、モータｍによって駆動軸ｍ１を回転させることで、回転リンク部ｒｍ１が回動して所定の位置まで回転する。このとき、同時に、置姿勢設定支持手段１２，１３でも、同様に、回転リンク部ｒｍ１が回動して所定の位置まで回転する。これにより、ステージＬをＸＹθ方向へ移動させる。 In the position / orientation setting support means 11, the rotation link part rm1 and the connection part r1 and the connection part r1 and the stage L are rotatably connected to each other on the first rotation axis x1 and the second rotation axis p1. By rotating the drive shaft m1 by the motor m, the rotation link portion rm1 rotates and rotates to a predetermined position. At the same time, in the orientation setting support means 12 and 13 as well, similarly, the rotation link portion rm1 rotates and rotates to a predetermined position. Accordingly, the stage L is moved in the XYθ direction.
ステージＬの動作と位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３のモータｍの動作の関係は以下のようになっている。図２，図３に示すように、モータｍの設置座標としてそれぞれ（ｘｍ１，ｙｍ１）（ｘｍ２，ｙｍ２）（ｘｍ３，ｙｍ３）、回転リンク部ｒｍと接続部ｒとされるリンクの座標（ｘ１，ｙ１）（ｘ２，ｙ２）（ｘ３，ｙ３）（ｘｐ１，ｙｐ１）（ｘｐ２，ｙｐ２）（ｘｐ３，ｙｐ３）、リンク長さ寸法ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒｍ１，ｒｍ２，ｒｍ３、ステージＬ寸法Ｌ０１，Ｌ１２，Ｌ２３，Ｌ０３を定数として設定する。 The relationship between the operation of the stage L and the operation of the motor m of the position / orientation setting support means 11, 12, 13 is as follows. As shown in FIGS. 2 and 3, the installation coordinates of the motor m are (xm1, ym1) (xm2, ym2) (xm3, ym3), and the coordinates (x1, y1) (x2, y2) (x3, y3) (xp1, yp1) (xp2, yp2) (xp3, yp3), link length dimensions r1, r2, r3, rm1, rm2, rm3, stage L dimensions L01, L12 , L23, L03 are set as constants.
そして、まず初期状態として、ステージＬの座標として図示左下の頂点となる基準点（ｘｐ０，ｙｐ０）およびステージＬの設定角度ｓ０、モータ角度ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ３、を与えた後、移動後の条件として所望の点（ｘｐ０，ｙｐ０）および角度ｓ０の変化量（Δｘｐ０，Δｙｐ０）および角度Δｓ０を設定することで、この姿勢・位置とするモータ角度ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ３の値を算出する。
これにより、各モータ角度ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ３を設定するだけで、ＸＹ方向の並進移動（（Δｘｐ０，Δｙｐ０）に相当）、および、ＸＹ平面内での回転量θ（Δｓ０に相当）を制御して任意に動作させることができる。
First, as an initial state, a reference point (xp0, yp0) which is the lower left vertex in the figure as the coordinates of the stage L, the set angle s0 of the stage L, and the motor angles sm1, sm2, sm3 are given, and then the condition after the movement As described above, by setting the desired point (xp0, yp0), the change amount (Δxp0, Δyp0) of the angle s0, and the angle Δs0, the values of the motor angles sm1, sm2, and sm3 as the posture / position are calculated.
As a result, the translational movement in the XY direction (corresponding to (Δxp0, Δyp0)) and the rotation amount θ (corresponding to Δs0) in the XY plane can be controlled only by setting each motor angle sm1, sm2, sm3. Can be operated arbitrarily.
本実施形態においては、駆動時にチャンバＣ内に露出する面積が必然的に拡大せざるを得ない直動タイプのアクチュエータ機構を全く採用せずに回転モータのみでステージＬの位置・姿勢設定が可能となるので、位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３において真空度の低下要因となる放出ガスを低く抑えること、長寿命であること、メンテナンスフリーに近いことを実現するとともに、ステージ支持・駆動系におけるパーティクルの発生を抑制して真空特性を極めて向上させた状態を維持しつつ、精密な位置決めを簡単な構成でおこなうことが可能となる。 In this embodiment, the position and orientation of the stage L can be set only with a rotary motor without using a direct-acting actuator mechanism that inevitably increases the area exposed in the chamber C during driving. Therefore, in the position / orientation setting support means 11, 12 and 13, it is possible to suppress the released gas that causes a decrease in the degree of vacuum to be low, to have a long life, and to be nearly maintenance-free, and to support the stage and drive system. It is possible to perform precise positioning with a simple configuration while maintaining the state in which the vacuum characteristics are extremely improved by suppressing the generation of particles.
本実施形態においては、位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３を矩形状のステージＬの３箇所の角部分に接続したが、図４に示すように、位置姿勢設定支持手段１１をステージＬｎｏ辺の途中に設けることもできる。これにより、ステージＬからの荷重を分散して、より安定した状態でステージを支持することが可能となる。 In this embodiment, the position / orientation setting support means 11, 12, 13 are connected to the three corners of the rectangular stage L. However, as shown in FIG. 4, the position / orientation setting support means 11 is connected to the stage Lno side. It can also be provided in the middle. Thereby, the load from the stage L can be dispersed and the stage can be supported in a more stable state.
以下、本発明に係るＸＹθステージ機構の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
図５は、本実施形態におけるＸＹθステージ機構を模式的に示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）であり、図１〜図４に示す第１実施形態と異なるのは位置姿勢設定支持手段１４に関する点であり、それ以外で対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, a second embodiment of an XYθ stage mechanism according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a plan view (a) and a front view (b) schematically showing the XYθ stage mechanism in the present embodiment, which is different from the first embodiment shown in FIGS. 14, the same reference numerals are given to the corresponding components, and the description thereof is omitted.
本実施形態におけるＸＹθステージ機構は、図５に示すように、平面視して略矩形のステージＬの左下となる（ｘｐ０，ｙｐ０）となる点に、位置姿勢設定支持手段１４が設けられてベースＢに固定されている。この位置姿勢設定支持手段１４は、位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３と略同等の構成とされて、対応する構成には符号の下一文字を４として表記してある。 As shown in FIG. 5, the XYθ stage mechanism in the present embodiment is provided with a position / orientation setting support means 14 at a point that is (xp0, yp0) at the lower left of the substantially rectangular stage L in plan view. B is fixed. The position / orientation setting support means 14 has substantially the same configuration as the position / orientation setting support means 11, 12, and 13.
本実施形態においては、第１実施形態と同様に、ステージＬをベース（基台）Ｂに支持する４つの位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３，１４が設けられ、これら４つのモータ角度ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ３，ｓｍ４を設定するだけで、ＸＹ方向の並進移動（（Δｘｐ０，Δｙｐ０）に相当）、および、ＸＹ平面内での回転量θ（Δｓ０に相当）を制御してに任意に動作させることができる。同時に、例えば、第１実施形態における位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３でのステージＬの駆動に対し、位置姿勢設定支持手段１４によってステージＬを位置姿勢設定支持手段１４側に向けて引張するように制御することにより、ステージＬの支持における安定性が格段に向上する。 In the present embodiment, as in the first embodiment, four position / orientation setting support means 11, 12, 13, and 14 for supporting the stage L on the base (base) B are provided, and these four motor angles sm1 are provided. , Sm2, sm3, and sm4, set the XY translation (corresponding to (Δxp0, Δyp0)) and the rotation amount θ (corresponding to Δs0) in the XY plane. Can be made. At the same time, for example, with respect to the driving of the stage L by the position / orientation setting support means 11, 12, 13 in the first embodiment, the stage L is pulled toward the position / orientation setting support means 14 by the position / orientation setting support means 14. By controlling in this way, the stability in supporting the stage L is significantly improved.
以下、本発明に係るＸＹθステージ機構の第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
図６は、本実施形態におけるＸＹθステージ機構を模式的に示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）であり、図１〜図４に示す第１実施形態、図５に示す第２実施形態と異なるのは支持手段１５に関する点であり、それ以外で対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, a third embodiment of an XYθ stage mechanism according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a plan view (a) and a front view (b) schematically showing the XYθ stage mechanism in the present embodiment. The first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 and the second embodiment shown in FIG. The difference is in the point relating to the support means 15, and the corresponding components other than that are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態におけるＸＹθステージ機構は、図６に示すように、平面視して略矩形のステージＬの左下となる（ｘｐ０，ｙｐ０）となる点に、位置姿勢設定支持手段１４に変えて、支持手段１５が設けられてベースＢに固定されている。この支持手段１５は、位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３，１４と略同等のリンク機構を有する構成とされて、対応する構成には符号の下一文字を５として表記してある。
支持手段１５は、駆動モータを有せず、駆動軸ではなく、回転軸ｍｐ５によって、回転リンク部ｒｍ５がベースＢに接続されている。
As shown in FIG. 6, the XYθ stage mechanism in the present embodiment is supported in place of the position / orientation setting support means 14 at a point that is (xp0, yp0) at the lower left of the substantially rectangular stage L in plan view. Means 15 are provided and secured to the base B. The support means 15 has a link mechanism substantially equivalent to the position / orientation setting support means 11, 12, 13, and 14.
The support means 15 does not have a drive motor, and the rotation link part rm5 is connected to the base B not by the drive shaft but by the rotation shaft mp5.
本実施形態においては、第２実施形態と同様に、ステージＬをベース（基台）Ｂに支持する３つの位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３が設けられ、これら３つのモータ角度ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ３を設定するだけで、ＸＹ方向の並進移動（（Δｘｐ０，Δｙｐ０）に相当）、および、ＸＹ平面内での回転量θ（Δｓ０に相当）を制御して任意に動作させることができる。同時に、例えば、第１実施形態における位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３でのステージＬの駆動に対し、ステージ支持手段１５によってステージＬを安定的に支持することができる。
なお、第２実施形態において位置姿勢設定支持手段１４を設けた構成として、モータｍを駆動しない状態として対応することも可能である。
さらに、第２実施形態において位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３のうちどれか１つのモータｍを駆動しない状態とすることも可能である。
In the present embodiment, as in the second embodiment, three position / orientation setting support means 11, 12, and 13 for supporting the stage L on a base (base) B are provided, and these three motor angles sm1 and sm2 are provided. , Sm3 can be arbitrarily operated by controlling the translation in the XY direction (corresponding to (Δxp0, Δyp0)) and the rotation amount θ (corresponding to Δs0) in the XY plane. At the same time, for example, the stage L can be stably supported by the
In the second embodiment, the configuration in which the position / orientation setting support means 14 is provided can be handled as a state in which the motor m is not driven.
Further, in the second embodiment, any one of the position / orientation setting support means 11, 12, and 13 may not be driven.
以下、本発明に係るＸＹθステージ機構の第４実施形態を、図面に基づいて説明する。
図７は、本実施形態におけるＸＹθステージ機構を模式的に示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）であり、図５に示す第２実施形態と異なるのは真空シールｍａに関する点であり、それ以外で対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, a fourth embodiment of an XYθ stage mechanism according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a plan view (a) and a front view (b) schematically showing the XYθ stage mechanism in the present embodiment, which is different from the second embodiment shown in FIG. In other respects, the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態におけるＸＹθステージ機構は、図７に示すように、各駆動軸ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４がチャンバＣを貫通して外部に設けられたモータｍに接続されている。駆動軸ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４はいずれも、真空シールｍａでシール状態を維持されている。 In the XYθ stage mechanism in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the drive shafts m1, m2, m3, and m4 are connected to a motor m provided outside through the chamber C. The drive shafts m1, m2, m3, and m4 are all maintained in a sealed state by a vacuum seal ma.
本実施形態においては、第２実施形態と同様に、ステージＬをベース（基台）Ｂに支持する４つの位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３，１４が設けられ、これら４つのモータ角度ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ３，ｓｍ４を設定するだけで、ＸＹ方向の並進移動（（Δｘｐ０，Δｙｐ０）に相当）、および、ＸＹ平面内での回転量θ（Δｓ０に相当）を制御してに任意に動作させることができる。同時に、真空等の減厚雰囲気ではなく外部の大気中でモータｍを駆動させることができるので、真空用でないモータｍにも対応することができる。
なお、本実施形態において位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３，１４のうちどれか１つのモータｍを駆動しない状態とすることも可能である。
In the present embodiment, as in the second embodiment, four position / posture setting support means 11, 12, 13, and 14 for supporting the stage L on the base (base) B are provided, and these four motor angles sm1 are provided. , Sm2, sm3, and sm4, set the XY translation (corresponding to (Δxp0, Δyp0)) and the rotation amount θ (corresponding to Δs0) in the XY plane. Can be made. At the same time, since the motor m can be driven not in a reduced atmosphere such as a vacuum but in an external atmosphere, it is possible to deal with a motor m that is not for vacuum.
In the present embodiment, any one of the position / orientation setting support means 11, 12, 13, and 14 may not be driven.
以下、本発明に係るＸＹθステージ機構の第５実施形態を、図面に基づいて説明する。
図８は、本実施形態におけるＸＹθステージ機構を模式的に示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）であり、図５に示す第２実施形態と異なるのはステージ支持手段Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４に関する点であり、それ以外で対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, a fifth embodiment of an XYθ stage mechanism according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 8A is a plan view schematically showing the XYθ stage mechanism in this embodiment, and FIG. 8B is a front view thereof. The stage support means K1, K2, K3 is different from the second embodiment shown in FIG. , K4, and the corresponding components other than that are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態におけるＸＹθステージ機構は、図８に示すように、位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３，１４とは独立してステージＬの荷重を支持する各ステージ支持手段Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４が設けられている。
ステージ支持手段Ｋ１は、ガイドレールＫ１ａとこのガイドレールＫ１ａに沿って移動可能な観点支持軸Ｋ１ｂとを有する構成とされる。ステージ支持手段Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４、同様の構成とされるが、ステージ支持手段Ｋ１，Ｋ２は位置姿勢設定支持手段１１から位置姿勢設定支持手段１４に向かう方向（位置姿勢設定支持手段１２から位置姿勢設定支持手段１３に向かう方向）に並進可能に設けられ、ステージ支持手段Ｋ３，Ｋ４は位置姿勢設定支持手段１１から位置姿勢設定支持手段１２に向かう方向（位置姿勢設定支持手段１４から位置姿勢設定支持手段１３に向かう方向）に並進可能に設けられている。また、ステージ支持手段Ｋ１，Ｋ２はステージＬ下側に儲けられ、ステージ支持手段Ｋ３，Ｋ４はベースＢ上側に儲けられ、ステージ支持手段Ｋ１，Ｋ２とステージ支持手段Ｋ３，Ｋ４とは、ステージＬと平行な支持板体Ｋ０を介して接続されている。
As shown in FIG. 8, the XYθ stage mechanism in the present embodiment has each stage support means K 1, K 2, K 3 that supports the load of the stage L independently of the position / posture setting support means 11, 12, 13, 14. K4 is provided.
The stage support means K1 has a guide rail K1a and a viewpoint support shaft K1b that can move along the guide rail K1a. The stage support means K1, K2, K3, K4 have the same configuration, but the stage support means K1, K2 are directed from the position / orientation setting support means 11 toward the position / orientation setting support means 14 (from the position / orientation setting support means 12). The stage support means K3, K4 are provided so as to be able to translate in the direction toward the position / posture setting support means 13), and the stage support means K3, K4 are directed from the position / posture setting support means 11 toward the position / posture setting support means 12 (from the position / posture setting support means 14 to the position / posture). It is provided so as to be able to translate in the direction toward the setting support means 13. The stage support means K1 and K2 are disposed below the stage L, the stage support means K3 and K4 are disposed above the base B, and the stage support means K1 and K2 and the stage support means K3 and K4 are connected to the stage L. They are connected via a parallel support plate K0.
本実施形態においては、第２実施形態と同様に、ステージＬをベース（基台）Ｂに支持する４つの位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３，１４が設けられ、これら４つのモータ角度ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ３，ｓｍ４を設定するだけで、ＸＹ方向の並進移動（（Δｘｐ０，Δｙｐ０）に相当）、および、ＸＹ平面内での回転量θ（Δｓ０に相当）を制御してに任意に動作させることができる。同時に、ステージ支持手段Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４によりステージＬの荷重を支持してステージＬの位置・姿勢制御をおこなうことができ、大荷重に対応しつつステージＬの安定性を向上することができる。なお、ステージ支持手段の設置個数は４に限らず、ステージＬの荷重に応じて増減することが可能である。 In the present embodiment, as in the second embodiment, four position / posture setting support means 11, 12, 13, and 14 for supporting the stage L on the base (base) B are provided, and these four motor angles sm1 are provided. , Sm2, sm3, and sm4, set the XY translation (corresponding to (Δxp0, Δyp0)) and the rotation amount θ (corresponding to Δs0) in the XY plane. Can be made. At the same time, the stage support means K1, K2, K3, and K4 can support the load of the stage L to control the position and posture of the stage L, thereby improving the stability of the stage L while supporting a large load. it can. The number of stage support means installed is not limited to four, and can be increased or decreased according to the load of the stage L.
以下、本発明に係るＸＹθステージ機構の第６実施形態を、図面に基づいて説明する。
図９は、本実施形態におけるＸＹθステージ機構を模式的に示す斜視図であり、図１０は、本実施形態における位置姿勢設定支持手段示す拡大断面図であり、図５に示す第２実施形態と異なるのは位置姿勢設定支持手段２０に関する点であり、それ以外で対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, a sixth embodiment of the XYθ stage mechanism according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 9 is a perspective view schematically showing the XYθ stage mechanism in the present embodiment, and FIG. 10 is an enlarged sectional view showing the position / orientation setting support means in the present embodiment, which is the same as the second embodiment shown in FIG. The difference lies in the position / orientation setting support means 20, and the other components corresponding thereto are assigned the same reference numerals and the description thereof is omitted.
本実施形態におけるＸＹθステージ機構は、図９に示すように、位置姿勢設定支持手段２１，２２，２３，２４がステージＬの四隅に設けられている。 As shown in FIG. 9, the XYθ stage mechanism in the present embodiment is provided with position and orientation setting support means 21, 22, 23, and 24 at the four corners of the stage L.
本実施形態における位置姿勢設定支持手段２１，２２，２３，２４はいずれも略同等の構成とされており、ステージＬへの接続箇所およびベースＢへの接続箇所が異なるのみである。
以下、位置姿勢設定支持手段２１，２２，２３，２４について説明するが、図９に示すように、代表して位置姿勢設定支持手段２０について説明する。
The position and orientation setting support means 21, 22, 23, and 24 in the present embodiment are substantially the same in configuration, and only the connection location to the stage L and the connection location to the base B are different.
Hereinafter, the position / orientation setting support means 21, 22, 23, 24 will be described. As shown in FIG. 9, the position / orientation setting support means 20 will be described as a representative.
位置姿勢設定支持手段２０は、図１０に示すように、ステージＬに回動可能に埋め込まれた円柱部分２ｐと、ベースＢに回動可能に埋め込まれた円柱部分２ｍと、これらの円柱部分２ｐと２ｍとを貫通しつつそれぞれ回動可能に埋め込まれた円柱部分２ｘとを概略有する。
円柱部分２ｐは、図１０に示すように、ボールベアリング２ｐｂを介してステージＬに回動可能に埋め込まれ、円柱部分２ｍは、ボールベアリング２ｍｂを介してベースＢに回動可能に埋め込まれ、円柱部分２ｘは、ステージＬ側端部２ｒがボールベアリング２ｒｂを介して円柱部分２ｐに回動可能に埋め込まれ、ベースＢ側端部２ｒｍがボールベアリング２ｒｍｂを介して円柱部分２ｍに回動可能に埋め込まれている。また、円柱部分２ｘの中心軸線ｘ０と円柱部分２ｐの中心軸線ｐ０と円柱部分２ｍの中心軸線ｍ０とはいずれも平行でステージＬ表面に直交し、かつ、貫通する円柱部分２ｘの中心軸線ｘ０は、円柱部分２ｐの中心軸線ｐ０と距離ｒだけ離間するとともに、同時に円柱部分２ｘの中心軸線ｘ０は、円柱部分２ｍの中心軸線ｍ０と距離ｒｍだけ離間している。
As shown in FIG. 10, the position / posture setting support means 20 includes a
As shown in FIG. 10, the
つまり、位置姿勢設定支持手段２０は、図１０に示すように、ベースＢに固定されたモータ（回転駆動源）ｍに接続された駆動軸２ｍとこれに平行な第２回転軸２ｐとされ、かつ、ステージＬ表面に対して互いに異なる高さ位置としてステージＬ面法線方向視して重なるように設けられる円柱部分２ｍと円柱部分２ｐとを有するとともに、これら駆動軸２ｍと第２回転軸２ｐとを貫通するように設けられる第１回転軸２ｘとされる円柱部分２ｘを有する。さらに、これら第１回転軸２ｘの中心軸線ｘ０と駆動軸２ｍの中心軸線ｍ０、および、第１回転軸２ｘの中心軸線ｘ０と第２回転軸２ｐの中心軸線ｐ０が、それぞれステージＬ表面内方向に、それぞれ距離ｒｍ、距離ｒずつ離間して設けられる。同時に、第１回転軸ｘ０の円柱部分２ｘの軸方向長さＨ２ｘが、駆動軸ｍ０の円柱部分２ｍの長さＨ２ｍと第２回転軸ｐ０との円柱部分２ｐの長さＨ２ｐの和とほぼ等しくなるよう設定されている。
That is, as shown in FIG. 10, the position / orientation setting support means 20 includes a
これにより、位置姿勢設定支持手段２０では、図１０に示すように、ステージＬ表面に直交する駆動軸ｍ０を有するようにベースＢに固定されたモータ（回転駆動源）ｍと、駆動軸ｍ０から径方向長さｒｍが一定とされて回動可能な回転リンク部が、円柱部分２ｍ、ボールベアリング２ｒｍｂ、円柱部分２ｘの端部２ｒｍから構成される。同時に、位置姿勢設定支持手段２０では、駆動軸ｍ０と平行な第１回転軸ｘ０で一端側が回転リンク部に接続されるとともに駆動軸ｍ０と平行な第２回転軸ｐ０で他端側がステージＬに接続される長さｒが一定の接続部が、円柱部分２ｘの端部２ｒ、ボールベアリング２ｒｂ、円柱部分２ｐから構成される。
位置姿勢設定支持手段２０では、回転リンク部と接続部とが、ステージＬとベースＢとの高さ位置となるように設けられる。つまり、高さＨ２ｒおよび高さＨ２ｍの和はベースＢとステージＬとの厚さの和に等しく、高さＨ２ｒおよび高さＨ２ｍの和と高さＨ２ｘとの差は、ベースＢとステージＬとの隙間の寸法となっている。
Thereby, in the position and orientation setting support means 20, as shown in FIG. 10, the motor (rotary drive source) m fixed to the base B so as to have the drive shaft m0 orthogonal to the surface of the stage L, and the drive shaft m0. A rotatable link portion having a constant radial length rm is configured by a
In the position / orientation setting support means 20, the rotation link portion and the connection portion are provided so as to be at the height positions of the stage L and the base B. That is, the sum of the height H2r and the height H2m is equal to the sum of the thicknesses of the base B and the stage L, and the difference between the height H2r and the height H2m and the height H2x is the difference between the base B and the stage L. The size of the gap.
位置姿勢設定支持手段２０は、円柱部分２ｍをモータで回転駆動することで、駆動軸２ｍに接続された回転リンク部となる円柱部分２ｘの端部２ｒｍを駆動軸線ｘ０の周りで回転させ、同時に、円柱部分２ｘが回動することで、第１回転軸ｘ０と第２回転軸ｐ０とにおいて接続部となる円柱部分２ｘの端部２ｒと円柱部分２ｐが回動し、これに接続されたステージＬが回転することになる。したがって、位置姿勢設定支持手段１１，１２，１３，１４と同様に、ステージＬを支持しつつ、ステージＬをＸＹθ方向へ移動させて位置・姿勢制御をおこなうことができる。
The position / orientation setting support means 20 rotates the
本実施形態においては、第２実施形態と同様に、矩形のステージＬをベース（基台）Ｂに支持する４つの位置姿勢設定支持手段２１，２２，２３，２４がそれぞれ四隅に設けられ、これら４つのモータ角度ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ３，ｓｍ４を設定するだけで、ＸＹ方向の並進移動（（Δｘｐ０，Δｙｐ０）に相当）、および、ＸＹ平面内での回転量θ（Δｓ０に相当）を制御して任意に動作させることができる。また、極めて小型の位置姿勢設定支持手段２１，２２，２３，２４として、真空雰囲気とされるチャンバ（図示略）内での体積を削減し、特に、ステージＬの厚さ方向において、回転支持軸２ｘの長さ寸法Ｈ２ｘのみの構成とすることができるので、ステージＬとベースＢとの間隔を極めて小さくして省スペース化を図り、ステージ支持に必要な高さをほとんど設けない程度に小さくすることが可能となる。 In the present embodiment, as in the second embodiment, four position / orientation setting support means 21, 22, 23, and 24 for supporting a rectangular stage L on a base (base) B are provided at four corners, respectively. By simply setting four motor angles sm1, sm2, sm3, and sm4, the translation in the XY direction (corresponding to (Δxp0, Δyp0)) and the rotation amount θ (corresponding to Δs0) in the XY plane are controlled. Can be operated arbitrarily. Further, as the extremely small position / posture setting support means 21, 22, 23, 24, the volume in a chamber (not shown) in a vacuum atmosphere is reduced, and in particular, in the thickness direction of the stage L, the rotation support shaft Since only the 2x length dimension H2x can be adopted, the space between the stage L and the base B can be made extremely small to save space, and the height necessary for supporting the stage can be reduced to a small extent. It becomes possible.
具体的に、本実施形態におけるステージＬの移動状態とそのときのモータ回転状態を示す。 Specifically, the moving state of the stage L in this embodiment and the motor rotating state at that time are shown.
本実施形態においては、図１１に示すように、初期状態を中央位置、かつ傾き無し（ｓ０＝０）とする。
このときの、モータｍの回転角は、ステージLの一辺である位置姿勢設定支持手段２１から位置姿勢設定支持手段２２に向かう方向を基準とする、つまり、平面視して図１１の右向き方向となる位置を０度とし、反時計まわりに数えて、それぞれ（度）でおよそ、
モータ角度ｓｍ１；３１５度
モータ角度ｓｍ２；２２５度
モータ角度ｓｍ３；１３５度
モータ角度ｓｍ４；４５度
となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the initial state is set to the center position and no inclination (s0 = 0).
The rotation angle of the motor m at this time is based on the direction from the position / orientation setting support means 21 that is one side of the stage L to the position / orientation setting support means 22, that is, in the rightward direction in FIG. Is 0 degree, and counts counterclockwise.
Motor angle sm1; 315 degrees motor angle sm2; 225 degrees motor angle sm3; 135 degrees motor angle sm4; 45 degrees.
図１２に示すように、図の上側位置、かつ傾き無し（ｓ０＝０）とする場合には、モータｍの回転角は、それぞれ（度）でおよそ、
モータ角度ｓｍ１；３４５度
モータ角度ｓｍ２；２０５度
モータ角度ｓｍ３；１０５度
モータ角度ｓｍ４；７５度
となる。
As shown in FIG. 12, when the upper position in the figure and no inclination (s0 = 0), the rotation angle of the motor m is approximately (degrees), respectively.
Motor angle sm1; 345 degrees Motor angle sm2; 205 degrees Motor angle sm3; 105 degrees Motor angle sm4; 75 degrees
図１３に示すように、図の右側位置、かつ傾き無し（ｓ０＝０）とする場合には、モータｍの回転角は、それぞれ（度）でおよそ、
モータ角度ｓｍ１；３４５度
モータ角度ｓｍ２；２５５度
モータ角度ｓｍ３；１０５度
モータ角度ｓｍ４；１５度
となる。
As shown in FIG. 13, when the position on the right side of the figure and no tilt (s0 = 0), the rotation angle of the motor m is approximately (degrees), respectively.
Motor angle sm1; 345 degrees Motor angle sm2; 255 degrees Motor angle sm3; 105 degrees Motor angle sm4; 15 degrees
図１４に示すように、図の下側位置、かつ傾き有り（ｓ０＝１度）とする場合には、モータｍの回転角は、それぞれ（度）でおよそ、
モータ角度ｓｍ１；２８７度
モータ角度ｓｍ２；２５３度
モータ角度ｓｍ３；１６３度
モータ角度ｓｍ４；１７度
となる。
As shown in FIG. 14, in the case of the lower position in the figure and with inclination (s0 = 1 degree), the rotation angle of the motor m is approximately (degrees), respectively.
Motor angle sm1; 287 degrees Motor angle sm2; 253 degrees Motor angle sm3; 163 degrees Motor angle sm4; 17 degrees
以下、本発明に係るＸＹθステージ機構の第７実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１５は、本実施形態におけるＸＹθステージ機構を模式的に示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）であり、図５に示す第２実施形態と異なるのは位置姿勢設定支持手段３１，３２，３３，３４に関する点であり、それ以外で対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, a seventh embodiment of an XYθ stage mechanism according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 15A is a plan view schematically showing the XYθ stage mechanism in the present embodiment, and FIG. 15B is a front view. FIG. 15 is different from the second embodiment shown in FIG. , 33, and 34, the same reference numerals are assigned to the other components, and the description thereof is omitted.
本実施形態におけるＸＹθステージ機構は、図１５に示すように、位置姿勢設定支持手段３１，３２，３３，３４がステージＬの四辺中央付近に設けられている。 As shown in FIG. 15, the XYθ stage mechanism in the present embodiment is provided with position and orientation setting support means 31, 32, 33, and 34 near the center of the four sides of the stage L.
本実施形態における位置姿勢設定支持手段３１，３２，３３，３４はいずれも略同等の構成とされており、ステージＬへの接続箇所およびベースＢへの接続箇所が異なるのみである。
以下、位置姿勢設定支持手段３１，３２，３３，３４について説明するが、符号の下一文字を１，２，３，４とした場合、位置姿勢設定支持手段３１，３２，３３，３４のそれぞれに対応するように読み替えるものとする。
The position / orientation setting support means 31, 32, 33, and 34 in this embodiment all have substantially the same configuration, and only the connection location to the stage L and the connection location to the base B are different.
The position / orientation setting support means 31, 32, 33, and 34 will be described below. However, when the last character of the reference numeral is 1, 2, 3, and 4, the position / orientation setting support means 31, 32, 33, and 34 respectively. It shall be read as corresponding.
位置姿勢設定支持手段３１は、ステージＬ表面に直交する駆動軸３ｍ１を有するようにベースＢに回転可能に設けられた回転軸３ｒｘ１と、この回転軸３ｒｘ１から径方向長さ一定としてその一端が固定される回転リンク部３ｒｍ１と、回転リンク部３ｒｍ１の他端に設けられた駆動軸３ｍ１と、駆動軸３ｍ１を介して接続されたモータｍと、モータｍを並進可能にステージＬに接続する接続部３ｑ１とを有する。接続部３ｑ１は、ガイドレールとこのガイドレールに沿ってモータを移動可能に接続する回転支持軸とを有する構成とされる。また、ベースＢからステージＬに向かって、回転軸３ｒｘ１、回転リンク部３ｒｍ１、駆動軸３ｍ１（モータｍ）、接続部３ｑ１、の順に位置するよう積み重ねられている。
位置姿勢設定支持手段３１，３２，３３，３４は、同様の構成とされるが、位置姿勢設定支持手段３１，３３は図示上下方向に並進可能に設けられ、位置姿勢設定支持手段３２，３４は、これと直交する図示左右方向に並進可能に設けられている。
The position / orientation setting support means 31 has a rotation shaft 3rx1 rotatably provided on the base B so as to have a drive shaft 3m1 orthogonal to the surface of the stage L, and one end thereof is fixed with a constant radial length from the rotation shaft 3rx1. Rotating link portion 3rm1, the drive shaft 3m1 provided at the other end of the rotation link portion 3rm1, a motor m connected via the drive shaft 3m1, and a connection portion for connecting the motor m to the stage L so as to translate 3q1. The connecting portion 3q1 has a guide rail and a rotation support shaft that movably connects the motor along the guide rail. Further, the rotating shaft 3rx1, the rotating link portion 3rm1, the driving shaft 3m1 (motor m), and the connecting portion 3q1 are stacked in this order from the base B toward the stage L.
The position / orientation setting support means 31, 32, 33, and 34 have the same configuration, but the position / orientation setting support means 31 and 33 are provided so as to be able to translate in the vertical direction in the figure, and the position / orientation setting support means 32 and 34 are These are provided so as to be able to translate in the horizontal direction in the figure orthogonal to the above.
位置姿勢設定支持手段３１，３２，３３，３４は、第１回転軸３ｍｘ１と駆動軸３ｍ１とにおいて、回転リンク部３ｒｍ１とベースＢが接続され、接続部３ｑ１によりステージＬとリニアに移動可能かつ回転自在に接続されているので、モータｍによって駆動軸３ｍ１を回転させることで、回転リンク部３ｒｍ１が回動して所定の位置まで回転する。同時に、接続部３ｑ１が規制された線上で所定位置まで移動する。これにより、ステージＬをＸＹθ方向へ移動させる。 The position / orientation setting support means 31, 32, 33, 34 are connected to the rotation link portion 3rm1 and the base B on the first rotation shaft 3mx1 and the drive shaft 3m1, and can move linearly with the stage L by the connection portion 3q1 and rotate. Since the motor m is used to rotate the drive shaft 3m1, the rotary link portion 3rm1 rotates and rotates to a predetermined position. At the same time, the connecting portion 3q1 moves to a predetermined position on the regulated line. Accordingly, the stage L is moved in the XYθ direction.
本実施形態においては、第２実施形態と同様に、ステージＬをベース（基台）Ｂに支持する４つの位置姿勢設定支持手段３１，３２，３３，３４が設けられ、これら４つのモータ角度ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ３，ｓｍ４を設定するだけで、ＸＹ方向の並進移動（（Δｘｐ０，Δｙｐ０）に相当）、および、ＸＹ平面内での回転量θ（Δｓ０に相当）を制御してに任意に動作させることができる。 In the present embodiment, as in the second embodiment, four position / orientation setting support means 31, 32, 33, and 34 for supporting the stage L on the base (base) B are provided, and these four motor angles sm1 are provided. , Sm2, sm3, and sm4, set the XY translation (corresponding to (Δxp0, Δyp0)) and the rotation amount θ (corresponding to Δs0) in the XY plane. Can be made.
なお、本実施形態においては、モータｍの替わりに、接続部３ｑ１において直線駆動するリニアモータとすることも可能である。 In the present embodiment, instead of the motor m, a linear motor that linearly drives at the connecting portion 3q1 may be used.
以下、本発明に係るＸＹθステージ機構の第８実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１６は、本実施形態におけるＸＹθステージ機構を模式的に示す斜視図であり、図１７は、同平面図であり、図９，図１０に示す第６実施形態と異なるのは位置姿勢設定支持手段４２，４２，４３の配置に関する点であり、それ以外で対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, an eighth embodiment of an XYθ stage mechanism according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 16 is a perspective view schematically showing the XYθ stage mechanism in the present embodiment, FIG. 17 is a plan view thereof, and a position / posture setting support is different from the sixth embodiment shown in FIGS. 9 and 10. This is a point related to the arrangement of the
本実施形態における位置姿勢設定支持手段４１，４２，４３は図９，図１０に示す第６実施形態における位置姿勢設定支持手段２１，２２，２３，２４と同等の構成とされその説明は省略する。 The position / orientation setting support means 41, 42, and 43 in this embodiment have the same configuration as the position / orientation setting support means 21, 22, 23, and 24 in the sixth embodiment shown in FIGS. .
本実施形態におけるＸＹθステージ機構は、図１６，図１７に示すように、位置姿勢設定支持手段４１，４２，４３が平面視して正三角形となるようにステージＬの三方位置に設けられている。 As shown in FIGS. 16 and 17, the XYθ stage mechanism in the present embodiment is provided at the three-way position of the stage L so that the position and orientation setting support means 41, 42, and 43 are equilateral triangles in plan view. .
本実施形態によれば、３つの位置姿勢設定支持手段４１，４２，４３により効率的にかつ高精度に位置姿勢制御をおこなうことができる。これにより、例えば分析装置のステージ等、極めて精密な位置制御を要求されるＸＹθステージ機構に用いて好適である。 According to the present embodiment, the position / orientation control can be performed efficiently and with high accuracy by the three position / orientation setting support means 41, 42 and 43. Thus, it is suitable for use in an XYθ stage mechanism that requires extremely precise position control, such as a stage of an analyzer.
なお、本実施形態においては、図１８に示すように、位置姿勢設定支持手段４１，４２，４３には、Ｚ方向制御機構（Ｚ変位手段＋チルト手段）を載置することが可能である。Ｚ方向制御機構は、ステージＬのＺ方向位置制御およびステージ面の傾き２軸分、合計３自由度の駆動機構とされている。これによりステージの動作機構は最大６自由度の駆動が実現でき、適用範囲を広げることができる。
本実施形態におけるＺ方向制御機構５１，５２，５３は、図９，図１０に示す第６実施形態における位置姿勢設定支持手段２０の軸方向を水平方向（ステージ面内方向）としたものを、各々平行でない向きに載置した構成としている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 18, it is possible to place a Z-direction control mechanism (Z displacement means + tilt means) on the position / posture setting support means 41, 42, 43. The Z-direction control mechanism is a drive mechanism having a total of three degrees of freedom for the Z-direction position control of the stage L and the two tilts of the stage surface. As a result, the stage operating mechanism can be driven with a maximum of 6 degrees of freedom, and the applicable range can be expanded.
The Z
Ｚ方向制御機構５１，５２，５３は、図１８に示すように、モータの駆動回転軸をステージ面に平行に設置した形態となっている。上部のステージＬとは前述の位置姿勢設定支持手段２１，２２，２３，２４と同様に、各々２リンクを介して接続されている。これらの各々のリンク機構はステージ側から見たときに、ステージ面に対して垂直な軸まわりに回転する自由度、前述のステージ面に対して垂直な軸に交わり直交する軸に対する回転自由度、前述の２軸に各々直交する回転自由度、モータ軸に平行な２リンク機構、の自由度をもって接続されている。
As shown in FIG. 18, the Z
これにより、ステージ面のチルト角を制御して、ステージ面方向を維持し昇降、あるいは所定角度へ傾ける制御が可能となる。 Thus, it is possible to control the tilt angle of the stage surface to maintain the stage surface direction and to move up and down or to tilt to a predetermined angle.
１０…ＸＹθステージ機構、Ｌ…ステージ、Ｂ…ベース、Ｃ…チャンバ、１１，１２，１３，１４、２０，２１，２２，２３，２４，３１，３２，３３，３４，４１，４２，４３…位置姿勢設定支持手段、ｍ１…駆動軸、ｒｍ１…回転リンク部、ｍ…モータ、ｒ１…接続部、ｘ１…第１回転軸、ｐ１…第２回転軸、２ｍ，２ｘ，２ｐ…円柱部分、２ｒｍ，２ｒ…端部、ｍ０，ｐ０，ｘ０…中心軸線、ｓｍ１，ｓｍ２，ｓｍ３，ｓｍ４…モータ角度。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記ステージの位置および姿勢を設定する位置姿勢設定支持手段が３箇所以上設けられて前記ステージを支持し、
前記位置姿勢設定支持手段は、前記ステージ面に直交する駆動軸を有する回転駆動源と、前記駆動軸に固定されて回動する回転リンク部と、該回転リンク部と前記ステージとを接続する接続部と、を有するものとされ、
前記回転リンク部の角度調節によって前記ステージの位置および位置を設定することを特徴とするＸＹθステージ機構。 An XYθ stage mechanism that has a stage that can move in one plane, and that can control position and posture determination in the in-plane direction of the stage,
Three or more position and orientation setting support means for setting the position and orientation of the stage are provided to support the stage,
The position and orientation setting support means includes a rotation drive source having a drive shaft orthogonal to the stage surface, a rotation link portion fixed to the drive shaft and rotating, and a connection for connecting the rotation link portion and the stage. And having a part,
An XYθ stage mechanism characterized in that the position and position of the stage are set by adjusting the angle of the rotary link portion.
前記駆動軸と平行な第１回転軸で一端側が前記回転リンク部に接続されるとともに前記駆動軸と平行な第２回転軸で他端側が前記ステージに接続される長さ一定の接続部と、
を有するものとされることを特徴とする請求項１記載のＸＹθステージ機構。 The position and orientation setting support means includes a rotation drive source having a drive shaft orthogonal to the stage surface, a rotation link portion rotating from the drive shaft with a fixed radial length, and
A fixed-length connecting portion having one end side connected to the rotating link portion at a first rotating shaft parallel to the drive shaft and the other end side connected to the stage at a second rotating shaft parallel to the driving shaft;
The XYθ stage mechanism according to claim 1, wherein:
前記第１回転軸と前記駆動軸、および前記第１回転軸と前記第２回転軸、における円柱部分の中心軸線がいずれも前記ステージ面内方向に離間することを特徴とする請求項２記載のＸＹθステージ機構。 In the position / orientation setting support means, a cylindrical portion provided so that the drive shaft and the second rotation shaft overlap with each other at different height positions with respect to the stage surface when viewed in the normal direction of the stage surface. The first rotating shaft provided so as to penetrate the drive shaft and the second rotating shaft has a cylindrical portion,
The center axis of the cylindrical portion of each of the first rotating shaft and the driving shaft, and the first rotating shaft and the second rotating shaft is spaced apart in the in-stage direction of the stage. XYθ stage mechanism.
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2012
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