JP2014006162A - ＸＹθステージ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が要求されていた。
【解決手段】一面内を移動可能とされるステージＬと、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１１，１２，１３がステージを支持し、
位置姿勢設定支持手段は、ステージ面に直交する駆動軸ｍ１を有する回転駆動源ｍと、駆動軸に固定されて回動する回転リンク部ｒｍ１と、回転リンク部とステージとを接続する接続部ｒ１と、を有するものとされ、
回転リンク部の角度調節によってステージの位置および位置を設定する。
【選択図】図１

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。

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。

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。

特開２００５−１８９０７５公報 特開２００５−１４８０４５公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明に係るＸＹθステージ機構の第１実施形態を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第１実施形態における動作を示す模式平面図である。 図１におけるパラメータを示す表である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第１実施形態の他の例を示す斜視図である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第２実施形態を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第３実施形態を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第４実施形態を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第５実施形態を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第６実施形態を示す斜視である。 図９における位置姿勢設定支持手段を示す拡大断面図である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第６実施形態における中央位置とされた初期状態を示す平面図である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第６実施形態における上側位置とされた移動状態を示す平面図である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第６実施形態における右側位置とされた移動状態を示す平面図である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第６実施形態における下側位置とされた移動状態を示す平面図である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第７実施形態を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第８実施形態を示す斜視図である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第８実施形態を示す平面図である。 本発明に係るＸＹθステージ機構の第８実施形態の他の例を示す斜視図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (14)

1. 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を特徴とするＸＹθステージ機構。
2. 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を特徴とする請求項１記載のＸＹθステージ機構。
3. 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を特徴とする請求項２記載のＸＹθステージ機構。
4. 前記位置姿勢設定支持手段が４箇所以上設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＸＹθステージ機構。
5. 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ことを特徴とする請求項４に記載のＸＹθステージ機構。
6. 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を特徴とする請求項１記載のＸＹθステージ機構。
7. 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を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のＸＹθステージ機構。
8. 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を特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のＸＹθステージ機構。
9. 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を特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のＸＹθステージ機構。
10. 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を特徴とする請求項９記載のＸＹθステージ機構。
11. 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を特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のＸＹθステージ機構。
12. 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を特徴とする請求項１１記載のＸＹθステージ機構。
13. 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を特徴とする請求項９記載のＸＹθステージ機構。
14. 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を特徴とする請求項１１記載のＸＹθステージ機構。

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