JPH06795Y2 - 微動回転ステージ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は微動回転ステージ、とくに、Ｘ線露光装置のマ
スクステージに適用可能な小型、高分解能、高剛性の微
動回転ステージに関する。

〔技術環境〕

近年の半導体製造用露光装置は高精度化する傾向にあ
る。とくにＸ線露光装置はマスクとウェハを10〜50μm
の微小なギャップを介して保持し、位置合わせマークを
用いて0.1μm以下の微小位置合わせを行って、0.5μm以
下の微細パタンを転写するものであり、最近とくに注目
されている。マスクを保持するマスクステージには中央
部の露光領域に穴を設けた形状の微動回転ステージが装
備されていて、0.5mrad程度にプリアライメントされた
マスクを５μrad程度の精度で微動回転ステーしなけれ
ばならない。したがって微動回転ステージは、大ストロ
ーク：１mradで高分解能１μrad、さらに高剛性、小型
であることが必要である。

〔従来の技術〕

従来の微動回転ステージは、実願昭60-039155号（実開
昭61-154322号公報参照）に示されているように、固定
部と可動部と両者を連結する４個の薄肉可撓部３と可動
部の突出し部に接触したピエゾ素子とを含んで構成され
る。

第２図は従来の微動回転ステージの一実施例を示す平面
図である。

第２図に示す微動回転ステージは、固定部１と可動部２
は４個の薄肉可撓部３で一体に形成されている。４個の
薄肉可撓部は円形の可動部の中心に対して回転対称に配
置され、可動部２の突出部５と固定部１の間にピエゾ素
子４が点接触で連結している。ピエゾ素子４に電圧を加
えるとΔの変位を発生し、作用点と回転中心との距離
をｒとすると可動部２は薄肉可撓部３を案内としてΔ
/ｒ radの回転変位を得ることができる。ピエゾ素子４
は固定部１と可動部２の突出部５に点接触する構造とな
っているので可動部２の突出部５とピエゾ素子４の端面
に角度変位が発生してもピエゾ素子４の微小直線変位を
スティックスリップのない滑らかな微小回転変位に変換
できる。ピエゾ素子４のストロークは１５μm程度であ
り、ｒ＝50mmとすると0.3mradの回転ストロークとな
る。したがって回転ストロークを大きくする場合、ピエ
ゾ素子４のストロークを大きくするか、直線変位の作用
点を回転中心に近ずけてｒを小さくする必要がある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上述した従来の微動回転ステージは、可動部２の突出部
５に直接ピエゾ素子４を点接触させているので、回転ス
トロークはピエゾ素子４の発生変位と作用点の回転中心
からの距離で決定されるので大きなストロークを得られ
ないという欠点があった。

Ｘ線露光装置のマスクステージに適用する場合、可動部
の中央部に露光用の穴が必要で、ピエゾ素子４の作用点
と回転中心までの距離が小さくできないので、0.3mrad
程度のスルトークしか得られず、これはマスクステージ
の回転ステージとしては十分ではなかった。

また、ピエゾ素子４の積層枚数を多くして発生変位を大
きくすると比較的大きなストロークは得られるが、ステ
ージが大きくなり、ステージ全体の剛性が高くできない
という欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の微動回転ステージは固定部と、該固定部から放
射状に突出した少なくとも３個以上の薄肉可撓部と、該
薄肉可撓部の他端で支持した可動部と、前記固定部と前
記可動部の間にあり前記可動部の求心方向に並んだ第１
と第２の弾性ヒンジを介して連結された入力アームと、
前記固定部と前記入力アームの間に第３の弾性ヒンジを
介して保持され前記可動部の求心方向と直角方向に変位
を発生するリニアアクチュエータ、あるいは圧入保持さ
れたピエゾ素子とを含んで構成される。

また、前記固定部と、前記可動部と、前記３個以上の薄
肉可撓部と、前記２個の弾性ヒンジを介して連結された
入力アームと、前記第３の弾性ヒンジとを一体で形成し
て構成される。

〔実施例〕

次に、本考案の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本考案の一実施例を示す平面図である。

第１図に示す微動回転ステージは中空の固定部１と固定
部１の内側にある中空円板状の可動部２とがあってこの
両部材を連結し放射状に配置した４個の薄肉可撓部３と
さらに固定部１と可動部２の隙間に第１の弾性ヒンジ６
と第２の弾性ヒンジ７とを介して連結した入力アーム８
と、これと固定部１の隙間に第３の弾性ヒンジ９を介し
て圧入されたピエゾ素子４とを含んで構成される。

薄肉可撓部３は可動部２の中心軸Ｚに対して回転対象に
配置され、入力アーム８は中心軸Ｚを通る直線状に配置
されている。また、ピエゾ素子４以外の部品はすべて一
体で形成される。ピエゾ素子４は可動部２の接線方向に
変位を発生する姿勢で隙間なく圧入保持されている。

ピエゾ素子４に電圧を加えると、Δの微小直線変位を
発生し、ピエゾ素子４の先端に設けた第３の弾性ヒンジ
９を介して入力アーム８に伝達される。入力アーム８と
固定部１は第１の弾性ヒンジ６で結合されているので、
第１の弾性ヒンジ６と第３の弾性ヒンジ９の距離をａと
すると、入力アーム８は第１の弾性ヒンジ６を支点とし
てΔ／aradの傾きを生じる。第１の弾性ヒンジ６と第
２の弾性ヒンジ７との距離をｂとすると、入力アーム８
の先端ではてこによる拡大作用でΔ×b/aの拡大変位
を発生することになる。可動部は４個の薄肉可撓部３に
よって固定部１に支持されているので、回転方向以外に
は拘束されていて、入力アーム８の拡大変位を変換して
Δb/arradの回転変位を得る。入力アーム８は回転に
ともない傾きながら引張り力を受けるが、回転変位１ｍ
rad程度ではきわめて小さい力であり、入力アーム８両
端の２つの弾性ヒンジ６，７によって傾きと伸びを許容
し薄肉可撓部３の回転案内による高精度な回転変位を得
ることができる。

また、ピエゾ素子４は弾性ヒンジ９を介して固定部１に
圧入保持されていて、回転運動にともなって入力アーム
８が傾いてもピエゾ素子４の両端には片当たりや隙間が
発生することがないので、バックラッシュやスティック
スリップのない滑らかで再現生の良い回転変位を得るこ
とができる。

さらに可動部２と薄肉可撓部３と入力アーム部を一体で
締結部なく形成しているので、ねじなどによる接合部の
ズレが発生せず、高剛性な動特性を得ることができる。

〔考案の効果〕

本考案の微動回転ステージは可動部に直接、円周方向の
変位で駆動する代わりに、入力アームの拡大変位で駆動
することにより、ピエゾ素子などのリニアアクチュエー
タの微動直線変位を比較的大きな回転変位に変換するこ
とができ、さらに入力アーム部も一体で形成することに
より、バックラッシュやスティックスリップのない滑ら
かな回転変位を得られ、しかも高剛性であるという効果
がある。さらに、リニアアクチュエータの作用点を回転
中心に近づける代わりに、入力アームを設けることによ
り、変位を拡大して１ｍrad程度の比較的大きな微動回
転変位を得ることができるので、Ｘ線露光装置のマスク
ステージなどを小型にでき、マスクのプリアライメント
精度をラフにできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す平面図、第２図は従来
の微動回転ステージの一例を示す平面図である。 １……固定部、２………可動部、３……薄肉可撓部、４
……ピエゾ素子（リニアアクチュエータ）、５……突出
部、6,7,9……弾性ヒンジ、８……入力アーム。

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】固定部と、該固定部から放射状に突出した
   少なくとも３個以上の薄肉可撓部と、該薄肉可撓部の他
   端で支持した可動部と、前記固定部と前記可動部の間に
   あり前記可動部の求心方向に並んだ第１と第２の弾性ヒ
   ンジを介して連結された入力アームと、前記固定部と前
   記入力アームの間に第３の弾性ヒンジを介して保持され
   前記可動部の求心方向と直角方向に変位を発生するリニ
   アアクチュエータとを含むことを特徴とする微動回転ス
   テージ。
2. 【請求項２】上記固定部と、薄肉可撓部と、可動部と、
   入力アーム部とを一体で形成しリニアアクチュエータが
   圧入されていることを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の微動回転ステージ。
3. 【請求項３】上記リニアアクチュエータがピエゾ素子で
   あることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の微動回転ステージ。