JPH07219636A

JPH07219636A - ステージ装置

Info

Publication number: JPH07219636A
Application number: JP1363894A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Suzuki; 繁鈴木
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】ステージの熱伸縮に対して制御精度を損なう
ことなく、位置、回転量を簡単に制御できるステージ装
置を提供すること。【構成】ベース１５上にステージ１６が移動可能かつ
回転可能に支持されている。ステージ１６にはアーム４
１，４３，４２が取り付けられており、アームは駆動機
素２１，２２，２３により駆動される。各軸の駆動機素
２１，２２，２３はステージ１６の回転中心となる基準
軸から等距離の位置に設けられている。ステージ１６を
Ｘ方向に移動させる場合には、駆動機素２１，２２によ
りアーム４１，４２を等しい量移動させる。また、Ｙ方
向に移動させる場合には、駆動機素２３によりアーム４
３を移動させる。さらに、ステージ１６を回転させる場
合には、駆動機素２１，２２，２３により、アーム４
１，４２，４３をステージを回転させる方向に等しい量
移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＸＹθの３軸を移動する
ステージ装置に関し、特に本発明は、光学機械、測定
器、工作機械、スクリーン印刷機など、各種の機械、器
具に適用することができるステージ装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ワーク等を乗せたステージをＸ，Ｙ方向
に移動させるとともに、所定角度回転させ（これを以
下、θ方向に移動させると言う）、ステージ上に固定さ
れたワークをＸＹθの３軸について位置決めする技術
が、光学機械、測定器、工作機械、印刷機など各種の機
械、器具等で必要とされる。

【０００３】例えば、半導体装置やマイクロマシン等の
製造装置においては、上記のようにステージをＸＹθ軸
について位置決めし、ワークにマスク・パターンを露光
する等の処理を行っている。上記したＸＹθの３軸につ
いての位置決めを行うステージ装置は、通常、ステージ
を積み重ねて構成しているものが多い。

【０００４】ステージを積み重ねて構成した、比較的移
動ストロークが少ないステージ装置としては、従来から
図５に示すものが知られている。図５において、同図
（ａ）はステージ装置の平面図、（ｂ）は同図（ａ）の
Ａ−Ａ断面図を示しており、同図は、パターンが焼き付
けられたマスクを乗せたステージをＸＹθ方向に位置決
めする装置を示している。

【０００５】同図において、１１はマスクを保持するマ
スク・ホルダ、１２はマスク、１３はマスク上のマスク
・パターン、１４，１４’はマスク上に記された位置合
わせ用のアライメント・マーク、１５はステージを搭載
するベースである。１７はＸＹ方向〔同図（ａ）におい
て、右方向をＸ方向、上方向をＹ方向という〕に移動す
るＸＹステージであり、ＸＹステージ１７はベース１５
上に、平面案内部２８を介してＸ軸、Ｙ軸方向に移動可
能に取り付けられ、引っ張りバネ２７により同図（ａ）
の左下方向に付勢されている。

【０００６】１８はθステージであり、θステージ１８
はＸＹステージ１７上に、θ軸受２９を介して回転可能
に取り付けられており、ＸＹステージ１７に取り付けら
れた部材１７ａとθステージ１８に取り付けられた部材
１８ａの間に設けられた圧縮バネ２６により反時計方向
に回転するように付勢されている。また、２１はＸＹス
テージ１７をＸ方向に移動させるＸ軸駆動機素、２１ａ
はＸ軸駆動用モータ、２１ｂは駆動用モータ２１ａの回
転量を検出するエンコーダ、２１ｃはＸＹステージ１７
に接触するローラであり、ローラ２１ｃはＸ軸駆動機素
２１により同図（ａ）の左右方向に駆動され、ＸＹステ
ージ１７をＸ軸方向に移動させる。

【０００７】２３はＸＹステージをＹ方向に移動させる
Ｙ軸駆動機素、２３ａはＹ軸駆動用モータ、２３ｂは駆
動用モータ２３ａの回転量を検出するエンコーダ、２３
ｃはＸＹステージに接触するローラであり、ローラ２３
ｃはＹ軸駆動機素２３により同図（ａ）の上下方向に駆
動され、ＸＹステージ１７をＹ軸方向に移動させる。２
５はθステージを回転させるθ軸駆動機素、２５ａはθ
軸駆動用モータ、２５ｂは駆動用モータ２５ａの回転量
を検出するエンコーダ、２５ｃはθステージに接触する
ローラであり、ローラ２５ｃはθ軸駆動機素２５により
同図（ａ）の上下方向に駆動され、θステージ１８を回
転させる。

【０００８】また、Ｘ軸駆動機素２１、Ｙ軸駆動機素２
３、θ軸駆動機素２５に設けられたエンコーダ２１ｂ，
２３ｂ，２５ｂの出力は、図示しないコンピュータ等か
ら構成される制御装置に入力され、上記制御装置の出力
によりＸ軸駆動機素２１、Ｙ軸駆動機素２３、θ軸駆動
機素２５に設けられたモータ２１ａ，２３ａ，２５ａが
駆動される。

【０００９】なお、ローラ２１ｃ，２３ｃ，２５ｃを直
線的に駆動する手段としては、種々の手段を用いること
ができ、例えば、ネジやカムによりモータの回転運動を
直線運動に変換してローラ２１ｃ，２３ｃ，２５ｃを駆
動したり（必要に応じて減速ギヤを用いることもでき
る）、リニアモータを用いてローラ２１ｃ，２３ｃ，２
５ｃを駆動することができる。また、モータとしては、
ステッピング・モータやＤＣモータ等種々のモータを用
いることが可能である。さらに、精度の高い駆動が必要
な場合には、ピエゾ素子等を用いることもできる。

【００１０】図５において、マスク１２を所定の位置に
位置決めする際、作業者は、図示しない光学装置等によ
り、マスク１２上に記されたアライメメント・マーク１
４，１４’の位置を確認し、上記アライメント・マーク
１４，１４’が予め定められた目標位置に一致するよう
に指令信号を上記制御装置に入力する。制御装置は作業
者から指令信号が入力されると、エンコーダ２１ｂ，２
３ｂ，２５ｂから入力されるフィードバック信号と上記
指令信号を比較してモータ２１ａ，２３ａ，２５ａを駆
動し、ＸＹステージの位置およびθステージの回転角度
を、作業者が入力する指令信号に一致するように制御す
る。

【００１１】図５に示したステージ装置は、ＸＹステー
ジとθステージを積み重ねて構成しているため、ＸＹス
テージとθステージをそれぞれ独立して駆動することが
できる。このため、マスク１２を容易に位置決めするこ
とができるが、両ステージを積み重ねているため、高さ
が高くなりステージの重さが重くなるといった問題点が
ある。

【００１２】そこで、一つのステージでＸＹθ方向の移
動を行い、高さを低く重量を軽減したステージ装置とし
て、図６に示す装置が知られている。図６において、同
図（ａ）はステージ装置の平面図、（ｂ）は同図（ａ）
のＡ−Ａ断面図を示しており、図５と同様、同図はパタ
ーンが焼き付けられたマスクを乗せたステージをＸＹθ
方向に位置決めする装置を示している。

【００１３】同図において、図５に示したものと同一の
ものには同一の符号が付されており、１１はマスク・ホ
ルダ、１２はマスク、１３はマスク・パターン、１４，
１４’はアライメント・マーク、１５はステージを搭載
するベースである。また、１６はステージであり、ステ
ージ１６はベース１５上に平面案内部２８を介して取り
付けられ、平面案内部２８によりＸＹ軸方向に移動可能
に、かつ、θ方向に回転可能に支持されている。

【００１４】２１はステージ１６をＸ軸方向に駆動する
Ｘ軸駆動機素、２１ａはモータ、２１ｂはエンコーダ、
２１ｄはモータ２１ａにより同図（ａ）の左右方向に駆
動される駆動部であり、駆動部２１ｄはステージ１６に
対し首振り可能に、かつ、スライド可能に取り付けられ
ている。図７は上記駆動部２１ｄの構成を示す図であ
り、同図（ａ）は駆動部２１ｄの断面図、（ｂ）は駆動
部２１ｄのＡ−Ａ断面図を示している。

【００１５】同図において、１６はステージ、３０はネ
ジ等によりステージ１６に取り付けられたスライド軸固
定部、３１はスライド軸固定部３０に固定されたスライ
ド軸、３２はリニアベアリング、３３はスライド軸受ケ
ースであり、スライド軸３１はリニアベアリング３２に
より、同図（ａ）の左右方向にスライドする。３４はモ
ータ２１ｂにより同図の上下方向に駆動される駆動部
材、３５は回転軸であり、スライド軸受ケース３３は駆
動部材３４に設けられた回転軸３５にベアリング３６を
介して首振り可能に取り付けられている。このため、ス
テージ１６は駆動部材３４に対して、同図（ａ）の左右
方向に移動可能であるとともに、首振り可能である。

【００１６】図６に戻り、２２はステージ１６をＸ軸方
向に駆動するＸ’軸駆動機素、２２ａはモータ、２２ｂ
はエンコーダ、２２ｄは駆動部であり、駆動部２２ｄ
は、駆動部２１ｄと同様、ステージ１６に対し首振り可
能に、かつ、スライド可能に取り付けられている。ま
た、２３はステージ１６をＹ軸方向に駆動するＹ軸駆動
機素、２３ａはモータ、２３ｂはエンコーダ、２３ｄは
駆動部であり、上記と同様、駆動部２３ｄは、ステージ
１６に対し首振り可能に、かつ、スライド可能に取り付
けられている。

【００１７】また、Ｘ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機素
２２、Ｙ軸駆動機素２３に設けられたエンコーダ２１
ｂ，２２ｂ，２３ｂの出力は、図５と同様、図示しない
制御装置に入力され、上記制御装置の出力によりこれら
駆動機素のモータ２１ａ，２３ａ，２５ａが駆動され
る。図６において、マスク１２を所定の位置に位置決め
する場合、前記と同様、作業者は、アライメント・マー
ク１４，１４’が予め定められた目標位置に一致するよ
うに指令信号を上記制御装置に入力する。

【００１８】制御装置は作業者から指令信号が入力され
ると、モータ２１ａ，２２ａ，２３ａを駆動し、ステー
ジの位置およびθステージの回転角度を、作業者が入力
する指令信号に一致するように制御する。すなわち、制
御装置はＸ軸駆動機素２１とＸ’軸駆動機素２２を同時
に同方向に同量駆動してステージ１６をＸ軸方向に移動
させ、Ｘ軸方向の位置決めを行う、また、Ｙ軸駆動機素
２３を駆動してステージ１６をＹ軸方向に移動させＹ軸
方向に位置決めを行う。

【００１９】さらに、上記Ｘ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆
動機素２２、および、Ｙ軸駆動機素２３を同時にステー
ジを回転させる方向に駆動して、基準軸（例えば、アラ
イメント・マーク１４または１４’）を中心にして必要
角度だけ回転させ、θ方向の位置決めを行う。図８は上
記したステージの動作を示す図であり、同図（ａ）は各
駆動機素の作用点と回転中心となる基準軸Ｒ（この例で
は、アライメント・マーク１４’の位置を基準軸として
いる）を示し、（ｂ）はステージをＸ，Ｙ，θ方向に移
動させた際の各駆動機素によるアライメント・マークの
移動量を示している。

【００２０】同図に示すように、Ｘ軸駆動機素２１、
Ｘ’軸駆動機素２２を同方向に同量駆動し、それぞれの
作用点Ａ，Ｂをａだけ移動させ、マスク１２上のアライ
メント・マーク１４，１４’の位置をＸ軸方向にａ移動
させる。これにより、アライメント・マーク１４’のＸ
方向の位置はワーク上に記されたマークＷ１４’のＸ方
向の位置と一致する。

【００２１】また、Ｙ軸駆動機素２３をＹ軸方向に駆動
して、作用点Ｃをｂだけ移動させ、アライメント・マー
ク１４’の位置をＹ軸方向にｂ移動させる。これによ
り、アライメント・マーク１４’の位置はワーク上に記
されたマークＷ１４’の位置と一致する。さらに、アラ
イメント・マーク１４を基準軸Ｒ（アライメント・マー
ク１４’）を中心としてθ回転させる。すなわち、基準
軸Ｒの位置が移動しないように、Ｘ軸駆動機素２１を左
方向に駆動して作用点Ａをｃだけ移動させ、Ｘ’軸駆動
機素２２を右方向に駆動して、作用点Ｂをｄだけ移動さ
せ、また、Ｙ軸駆動機素２３を下方向に駆動して、作用
点Ｃをｅだけ移動させる。

【００２２】ここで、図８から明らかなように、ステー
ジを基準軸に対してθだけ回転させる際、制御装置がＸ
軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機素２２、および、Ｙ軸駆
動機素２３を駆動する量ｃ，ｄ，ｅは必ずしも一致しな
い。このため、ステージ１６を回転させる場合には、Ｘ
軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機素２２、および、Ｙ軸駆
動機素２３の駆動量ｃ，ｄ，ｅを演算する必要がある。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５、図６
に示したステージ装置においては、温度が上昇／下降す
る環境で使用される場合、熱伸縮によって、基準点（ア
ライメント・マーク）の位置が推移し制御精度が低下す
るという問題点があった。特に、上記ステージ装置を半
導体装置等の露光装置に適用した場合には、露光時、ス
テージに光が照射されることによりステージが熱膨張
し、基準点（アライメント・マーク）の位置が推移す
る。

【００２４】例えば、図６、図８に示したステージ装置
においては、温度が上昇すると、ステージ１６の位置を
拘束する作用点Ａ，Ｂに対して基準軸Ｒが同図の右方向
に移動し、また、作用点Ｃに対して基準軸Ｒが上方に移
動することになり、基準軸Ｒの位置が推移する。また、
前記したように、図５に示したステージ装置はＸＹステ
ージとθステージを積み重ねた構成であるので、位置決
めは容易であるが、構造が複雑であるとともに、高さが
高くなり重量が重くなるといった問題があった。

【００２５】このため、図５の装置においては、構造が
複雑化するのに加え、各駆動機素の出力を大きくしなけ
れば位置決め速度を早くすることができず、駆動装置が
大型になり、コストが高くなるといった欠点があった。
また、２段重ねのステージのため、高さも高くなり、移
動精度・耐振性を低下させるという欠点あった。一方、
図６に示したステージ装置においては、重量が比較的軽
く、各駆動機素の出力を図５に示したもの程、大きくす
る必要はなく、高さも低いため、性能上の問題点もあま
りないが、ステージを回転させるときの各駆動機素の駆
動ストロークが異なるため、制御が難しく、制御装置の
負担が大きくなるといった問題点があった。

【００２６】本発明は上記した従来技術の問題点を考慮
してなされたものであって、本発明の第１の目的は、ス
テージの温度が変化しても、制御精度を損なうことなく
ステージを制御することができるステージ装置を提供す
ることである。本発明の第２の目的は、一つのステージ
を用いて、容易にＸ，Ｙ，θ方向の制御を行うことがで
きるステージ装置を提供することである。

【００２７】本発明の第３の目的は、ステージの回転中
心となる基準軸の位置の変更に容易に対応することがで
きるステージ装置を提供することである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１の発明は、少なくとも３つの駆動
機素を備え、該駆動機素により、基準軸に対して垂直な
平面内で、ステージを直線移動、および／または、上記
基準軸を中心に回転させるステージ装置において、上記
基準軸を通る第１の平面上に、ステージに対してそれぞ
れ第１および第２の作用点を持つ第１および第２の駆動
機素を設け、また、基準軸を通り、第１の平面に交わる
第２の平面上に、ステージに対して第３の作用点を持つ
第３の駆動機素を設けたものである。

【００２９】本発明の請求項２の発明は、少なくとも３
つの駆動機素を備え、該駆動機素により、基準軸に対し
て垂直な平面内で、直交する２方向にステージを直線移
動させると共に、上記基準軸を中心に回転させるステー
ジ装置において、上記基準軸を通る第１の平面上で基準
軸に対して対称な位置に、ステージに対してそれぞれ第
１および第２の作用点を持つ第１および第２の駆動機素
を設け、また、基準軸を通り、第１の平面に直交する第
２の平面上に、ステージに対して第３の作用点を持つ第
３の駆動機素を設けたものである。

【００３０】本発明の請求項３の発明は、請求項２の発
明において、第３の作用点と基準軸間の距離を、第１、
第２の作用点と基準軸間の距離に等しくしたものであ
る。本発明の請求項４の発明は、請求項２または請求項
３の発明において、第１、第２および第３の駆動機素の
取り付け位置を平行移動させて固定する手段を設けたも
のである。

【００３１】

【作用】図３は本発明においてステージが熱膨張したと
きの状態を示す図である。同図に示すように、本発明の
請求項１の発明においては、ステージ１６の回転中心と
なる基準軸Ｒを通る第１の平面Ｐ１上に、ステージ１６
に対する第１の作用点Ａを持つ第１の駆動機素と、第２
の作用点Ｂを持つ第２の駆動機素を設け、また、基準軸
Ｒを通り第１の平面Ｐ１と交わる第２の平面Ｐ２上にス
テージ１６に対する第３の作用点Ｃを持つ第３の駆動機
素を設けている。

【００３２】すなわち、基準軸を含む２つの平面上にス
テージの位置を拘束する３つの作用点Ａ，Ｂ，Ｃがある
ので、図３の二点鎖線に示すようにステージが熱伸縮し
ても、原理的には、熱伸縮は基準点Ｒを中心とした伸縮
となり、基準軸は動かない。このため、ステージを熱的
に安定させることができ、温度が上昇／下降する環境下
で使用しても制御精度を損なうことがない。

【００３３】なお、基準軸を含む２つの平面が直交して
いなくても、熱伸縮は基準点Ｒを中心とした伸縮とな
り、直交している場合と同様の効果を得ることができ
る。図４は本発明においてステージの移動／回転時の動
作を示す図であり、同図（ａ）は各駆動機素の作用点と
回転中心となる基準軸を示し、（ｂ）はステージをＸ，
Ｙ，θ方向に移動させる際の各駆動機素によるアライメ
ント・マークの移動量を示している。

【００３４】同図に示すように、本発明の請求項２の発
明においては、ステージ１６の回転中心となる基準軸Ｒ
を通る第１の平面Ｐ１上に、ステージ１６に対する第１
の作用点Ａを持つ第１の駆動機素と、第２の作用点Ｂを
持つ第２の駆動機素を設け、また、基準軸Ｒを通り第１
の平面Ｐ１と直交する第２の平面Ｐ２上にステージ１６
に対する第３の作用点Ｃを持つ第３の駆動機素を設けて
いる。

【００３５】また、請求項３の発明においては、作用点
Ｃと基準軸Ｒの距離Ｌを、作用点Ａ、作用点Ｂと基準軸
Ｒ間の距離Ｌと等しくしている。このため、請求項２お
よび請求項３の発明においては、一つのステージを用い
て、容易にＸ，Ｙ，θ方向の制御を行うことができる。
すなわち、図４において、ステージ１６を移動および回
転させアライメント・マーク１４，１４’をワークに記
されたマークＷ１４，Ｗ１４’に一致させるには、ま
ず、図８の従来例と同様、Ｘ軸駆動機素、Ｘ’軸駆動機
素を同方向に同量駆動し、それぞれの作用点Ａ，Ｂをａ
だけ移動させ、マスク１２上のアライメント・マーク１
４，１４’の位置をＸ軸方向にａ移動させる。これによ
り、アライメント・マーク１４’のＸ方向の位置はワー
ク上に記されたマークＷ１４’のＸ方向の位置と一致す
る。

【００３６】次に、Ｙ軸駆動機素２３をＹ軸方向に駆動
して、作用点Ｃをｂだけ移動させ、アライメント・マー
ク１４’の位置をＹ軸方向にｂ移動させる。これによ
り、アライメント・マーク１４’の位置はワーク上に記
されたマークＷ１４’の位置と一致する。さらに、アラ
イメント・マーク１４を基準軸Ｒ（アライメント・マー
ク１４’）を中心にしてθ回転させるため、図４（ｂ）
に示すように、作用点Ａ，Ｂ，Ｃを移動させる。

【００３７】ここで、上記のように、作用点Ａ，Ｂ，Ｃ
は、基準軸Ｒを通る直交する平面上に配置されているの
で、各作用点Ａ，Ｂ，Ｃを、基準軸Ｒと各作用点間の距
離に比例した量だけ移動させれば、基準軸Ｒを移動させ
ることなく、ステージ１６を回転させることができる。
このため、簡単な演算により、各作用点の移動量を求め
ることができ、従来のものに較べ、制御を極めて簡単に
することができる。

【００３８】さらに、請求項３の発明のように、各作用
点Ａ，Ｂ，Ｃを基準軸Ｒから等距離Ｌに配置しておけ
ば、図４に示すように、作用点Ａ，Ｂ，Ｃを等量ｃ移動
させることにより、基準軸Ｒを移動させることなく、ス
テージ１６を回転させることができる。図６に示した従
来の装置においては、基準軸を中心に回動する場合、前
記したように、３つの駆動機素のストロークが異なるた
め、制御が非常に困難であったが、本発明の請求項２，
３の発明においては、上記のように、制御が非常に簡単
となる。

【００３９】本発明の請求項４の発明においては、請求
項２または請求項３の発明において、第１、第２および
第３の駆動機素の取り付け位置を平行移動させて固定す
る手段を設けたので、ステージの回転中心となる基準軸
の位置を容易に変更することができる。

【００４０】

【実施例】図１は本発明の実施例のステージ装置を示す
図であり、図１において、同図（ａ）はステージ装置の
平面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図を示してお
り、図５、図６と同様、同図はパターンが焼き付けられ
たマスクを乗せたステージをＸＹθ方向に位置決めする
装置を示している。

【００４１】同図において、図６に示したものと同一の
ものには同一の符号が付されており、１１はマスク・ホ
ルダ、１２はマスク、１３はマスク・パターン、１４，
１４’はアライメント・マーク、１５はステージを搭載
するベースである。また、１６はステージであり、ステ
ージ１６は、図６と同様、ベース１５上に平面案内部２
８を介して取り付けられ、平面案内部２８によりＸＹ軸
方向に移動可能に、かつ、θ方向に回転可能に支持され
ている。

【００４２】２１はステージ１６をＸ軸方向に駆動する
Ｘ軸駆動機素、２１ａはモータ、２１ｂはエンコーダ、
２１ｃはモータ２１ａにより同図（ａ）の左右方向に駆
動されるローラであり、ローラ２１ｃの先端は後述する
Ｘ軸アーム４１に接している。なお、駆動機素の先端に
ローラ２１ｃを取り付けておくことにより、ステージ１
６を移動、回転させる際、Ｘ軸アーム４１に沿って滑ら
かに移動させることができる。Ｘ軸アーム４１に沿って
滑らかに移動させる手段としては、ローラ以外に種々の
手段を用いることができ、例えば、図７に示した機構を
用いたり、駆動機素の先端を摩擦の少ない部材で球状、
もしくは、球に類似した形状にすることもできる。

【００４３】２１ｅは駆動機素取り付け部材であり、Ｘ
軸駆動機素２１は駆動機素取り付け部材２１ｅによりベ
ース１５上にネジ等で固定されている。２２はステージ
１６をＸ軸方向に駆動するＸ’軸駆動機素、２２ａはモ
ータ、２２ｂはエンコーダ、２２ｃはモータ２２ａによ
り同図（ａ）の左右方向に駆動されるローラ、２２ｅは
駆動機素取り付け部材であり、Ｘ’軸駆動機素２２は、
上記と同様、駆動機素取り付け部材２２ｅによりベース
１５上にネジ等で固定されている。

【００４４】また、２３はステージ１６をＹ軸方向に駆
動するＹ軸駆動機素、２３ａはモータ、２３ｂはエンコ
ーダ、２３ｃは同図（ａ）の上下方向に駆動されるロー
ラ、２３ｅは駆動機素取り付け部材であり、Ｙ軸駆動機
素２３は、上記と同様、駆動機素取り付け部材２３ｅに
よりベース１５上にネジ等で固定されている。なお、上
記ローラを駆動する手段としては、図５の説明で記した
種々の手段を用いることができ、必要に応じて、ピエゾ
素子等を用いることもできる。

【００４５】４１，４２，４３は、それぞれ、ステージ
１６にネジ等で取り付けられたＸ軸アーム、Ｘ’軸アー
ム、Ｙ軸アーム、４１ａ，４２ａ，４３ａは圧縮バネ、
４１ｂ，４２ｂ，４３ｂはベース１５にネジ等で固定さ
れたバネ支えであり、圧縮バネ４１ａ，４２ａ，４３ａ
は、それぞれ、Ｘ軸アーム４１、Ｘ’軸アーム４２、Ｙ
軸アーム４３とバネ支え４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ間に設
けられ、Ｘ軸アーム４１、Ｘ’軸アーム４２を同図
（ａ）の左方向に付勢し、Ｙ軸アーム４３を同図（ａ）
の下方向に付勢している。

【００４６】また、本実施例のＸ軸アーム４１、Ｘ’軸
アーム４２の作用点に接する平面は同図に示すように、
アライメント・マーク１４，１４’を結んだ直線上に配
置され、Ｘ軸アーム４１、Ｘ’軸アーム４２を結んだ線
とＹ軸アーム４３の作用点に接する平面を延長した線が
交わる点（この実施例ではアライメント・マーク１４’
に一致し、この点が回転させる際の基準軸となる）から
各アームを駆動するローラ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃまで
の距離は等しく設定されている。

【００４７】４４は予備タップであり、予備タップ４４
はＸ軸アーム、Ｘ’軸アーム、Ｙ軸アーム近傍のベース
１５上に設けられ、上記予備タップ４４を利用して、駆
動機素取り付け部材２１ｅ，２２ｅ，２３ｅおよびバネ
支え４１ｂ，４２ｂ，４２ｂの取り付け位置を変えるこ
とができる。４５はステージ１６のＸ軸アーム、Ｘ’軸
アーム、Ｙ軸アーム近傍に設けられた予備タップであ
り、上記と同様、予備タップ４５を利用してＸ軸アー
ム、Ｘ’軸アーム、Ｙ軸アームの取り付け位置を変える
ことができる。

【００４８】そして、上記予備タップ４４と４５を利用
することにより、基準軸から各ローラ２１ｃ，２２ｃ，
２３ｃまでの距離を一定に保ちながら、回転中心となる
基準軸の位置を変えることができる。図２は本実施例の
制御システムの構成を示す図であり、同図において、１
０は図１に示したステージ装置、２２はＸ’軸駆動機素
の一部を拡大して示した図であり、２２ａはモータ、２
２ｂはエンコーダを示している。

【００４９】５１はアライメント・マーク１４，１４’
の位置を光学的に検出するアライメント・マーク検出装
置、５２は入出力装置であり、入出力装置５２は、例え
ば、マウス、キーボード等の入力装置５２ａとＣＲＴあ
るいは液晶ディスプレイ等の表示装置５２ｂから構成さ
れる。また、５３，５７はインタフェース装置、５４は
ステージ装置の位置決め等を制御するプロセッサ、５５
はプログラム、データ等を格納した記憶装置、５６はプ
ロセッサ５４の出力に基づきＸ軸、Ｘ’軸、Ｙ軸の駆動
機素２１，２２，２３のモータ２１ａ，２２ａ，２３ａ
を駆動するドライバである。

【００５０】上記アライメント・マーク検出装置５１の
出力は、インタフェース装置５３を介してプロセッサ５
４に入力され、プロセッサ５４はアライメント・マーク
検出装置５１により検出されたアライメント・マーク１
４の位置と、例えば、ワーク上に記されたアライメント
・マークの目標位置とを表示装置５２ｂ上に表示する。

【００５１】また、各駆動機素２１，２２，２３のエン
コーダ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの出力および入力装置５
２ａの出力は、インタフェース装置５３を介してプロセ
ッサ５４に入力され、プロセッサ５４は上記入力情報に
基づき、ドライバ５６を介してモータ２１ａ，２２ａ，
２３ａを駆動して、ステージ１６の位置を制御する。次
に図１、図２の示した本実施例の動作を説明する。

【００５２】図１、図２において、マスク１２を所定の
位置に位置決めする際、作業者は、表示装置５２ｂ上で
アライメント・マーク１４，１４’の位置とその目標位
置を確認し、入力装置５２ａを操作し、上記アライメン
ト・マーク１４，１４’が予め定められた目標位置に一
致するように、入力装置５２ａから、指令信号をインタ
フェース装置５３を介してプロセッサ５４に入力する。

【００５３】プロセッサ５４は作業者から指令信号が入
力されると、エンコーダ２１ｂ，２３ｂ，２５ｂから入
力されるフィードバック信号に基づき、モータ２１ａ，
２３ａ，２５ａを駆動し、ＸＹステージの位置およびθ
ステージの回転角度が作業者の指令信号に一致するよう
に制御する。ここで、上記のように、基準軸からＸ軸駆
動機素２１、Ｘ’軸駆動機素２２、Ｙ軸駆動機素２３に
より駆動されるローラまでの距離は等しくＬに設定され
ているので、図４で説明したように、Ｘ軸駆動機素２
１、Ｘ’軸駆動機素２２をａだけ同時に駆動することに
より、ステージをＸ軸方向に移動させることができ、ま
た、Ｙ軸駆動機素２３をＹ軸方向にｂだけ駆動すること
により、ステージをＹ軸方向に移動させることができ
る。

【００５４】さらに、ステージ１６を基準軸に対してθ
回転させる場合には、Ｘ軸駆動機素２１を左方向にｃ駆
動し、Ｘ’軸駆動機素２２を右方向にｃ駆動し、また、
Ｙ軸駆動機素２３を下方向ｃに駆動すればよい。すなわ
ち、本実施例においては、基準軸から各駆動機素の作用
点までの距離が等しいので、ステージをθだけ回転させ
る際、Ｘ軸駆動機素２１、Ｘ’軸駆動機素２２、およ
び、Ｙ軸駆動機素２３を同量ｃだけ駆動すればよく、図
６の従来例のように、各駆動機素の駆動量を算出する必
要がないので、プロセッサ５４の負担を軽くすることが
できる。

【００５５】なお、上記のように、作業者が表示装置５
２ｂに表示されるアライメント・マーク１４，１４’の
位置とその目標位置を見ながら入力装置５２ａを操作
し、ＸＹ方向の位置およびθ方向の回転角度を制御する
代わりに、プロセッサ５４がアライメント・マーク１
４，１４’の位置とその目標位置との差を求め、ＸＹ方
向の位置およびθ方向の回転角度を自動的に制御するこ
ともできる。この場合は、入力装置５２ａより制御指令
をプロセッサ５４に入力し、表示装置５２ｂにより位置
決めの結果を確認するだけでよい。

【００５６】また、本実施例においては、一つのアライ
メント・マークの位置に基準点を一致させ、上記アライ
メント・マークを中心にステージを回転させているが、
２つのアライメント・マークを結ぶ線分の中点を基準軸
とし、該中点を中心として回転させることもできる。さ
らに、アライメント・マークの位置が変わった場合に
は、基準軸と各駆動機素のローラまでの距離を等しく保
ちながら、予備タップ４４，４５を利用して各軸のアー
ム４１，４２，４３の位置、各駆動機素２１，２２，２
３の位置、ばね支え４１ｂ，４２ｂ，４３ｂを平行に移
動して固定すれば、全く同様に制御することができる。

【００５７】本実施例においては、上記のように、Ｘ軸
アーム４１とＸ’軸アーム４２に対する駆動機素２１，
２２の作用点を基準軸を通る第１平面上に設け、また、
Ｙ軸アーム４３に対する駆動機素２３の作用点を基準軸
を通り第１の平面と交わる第２の平面上に設けているの
で、前記したように、温度変化等によりステージが伸縮
しても基準軸の位置は推移せず、制御精度が低下しない
という効果を得ることができる。

【００５８】特に、本実施例のステージ装置を半導体装
置等の露光装置に適用した場合には、露光時、ステージ
に光が照射され温度が上昇するが、上記構造とすること
により、基準軸は動かず、精度よく制御することができ
る。さらに、第１の平面と第２の平面を直交させ、基準
軸から各駆動機素の作用点までの距離を等しくしている
ので、ステージを回転させる場合の各駆動機素のストロ
ークを等しくすることができ、制御を非常に簡単とする
ことができる。

【００５９】なお、上記実施例においては、各軸アー
ム、駆動機素等を平行移動して固定する手段として、予
備タップを用いる例を示したが、各軸アーム、駆動機素
等を平行移動して固定する手段としては、予備タップ以
外に、周知な種々の手段を用いることができる。また、
アライメント・マークの位置が確定できない場合には、
各軸アーム、駆動機素等を任意の位置に固定できる手段
を設け、その近くに目盛り等を付して置くこともでき
る。各軸アーム、駆動機素等を任意の位置に固定する手
段としては、例えば、Ｘ方向、Ｙ方向のスライド機構と
位置固定用ねじ等から実現することができる。

【００６０】また、上記実施例においては、プロセッサ
によりステージを制御する例を示したが、本発明は、上
記実施例に限定されるものではなく、例えば、作業者が
アライメント・マークの拡大像を見ながら各軸の駆動機
素を操作してステージを位置決めしてもよい。さらに、
上記実施例においては、本発明をマスクパターンの位置
決めに適用した例を示したが、本発明の適用対象は上記
実施例に限定されるものではなく、例えば、顕微鏡等の
その他の光学装置、ステージ上のワークを加工する工作
機械、スクリーン印刷機等の印刷装置、各種測定装置
等、種々の装置に適用することができる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、次の効果を得ることができる。請求項１の発明においては、基準軸を通る第１の平
面上に、ステージに対してそれぞれ第１および第２の作
用点を持つ第１および第２の駆動機素を設け、また、基
準軸を通り、第１の平面に交わる第２の平面上に、ステ
ージに対して第３の作用点を持つ第３の駆動機素を設け
たので、熱伸縮は基準点Ｒを中心とした伸縮となり、基
準軸は動かない。

【００６２】このため、ステージを熱的に安定させるこ
とができ、温度が上昇／下降する環境下で使用しても制
御精度を損なうことがない。請求項２の発明においては、基準軸を通る第１の平
面上に、ステージに対してそれぞれ第１および第２の作
用点を持つ第１および第２の駆動機素を設け、また、基
準軸を通り、第１の平面に直交する第２の平面上に、ス
テージに対して第３の作用点を持つ第３の駆動機素を設
けたので、各作用点Ａ，Ｂ，Ｃを、基準軸Ｒから各作用
点までの距離に反比例した距離だけ移動させることによ
り、基準軸Ｒを移動させることなく、ステージを回転さ
せることができる。

【００６３】このため、簡単な演算により、各作用点の
移動量を求めることができ、従来のものに較べ、制御を
極めて簡単にすることができる。また、ＸＹステージと
θステージを重ねる必要がないので、装置を小型化する
ことができ、また、移動精度・耐振性を向上させること
ができる。請求項３の発明においては、請求項２の発明におい
て、各作用点Ａ，Ｂ，Ｃを基準軸Ｒから等距離Ｌに配置
したので、作用点Ａ，Ｂ，Ｃをステージを回転させる方
向に等量移動させることにより、基準軸Ｒを移動させる
ことなく、ステージ１６を回転させることができ、一層
制御を簡単にすることができる。請求項４の発明においては、請求項２または請求項
３の発明において、第１、第２および第３の駆動機素の
取り付け位置を平行移動させて固定する手段を設けたの
で、ステージの回転中心となる基準軸の位置を容易に変
更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】本発明の実施例の制御システムの構成を示す図
である。

【図３】本発明においてステージが熱伸縮したときの状
態を示す図である。

【図４】本発明においてステージの移動／回転時の動作
を示す図である。

【図５】第１の従来例を示す図である。

【図６】第２の従来例を示す図である。

【図７】第２の従来例の駆動部の構成を示す図である。

【図８】第２の従来例においてステージの移動／回転時
の動作を示す図である。

【符号の説明】

１０ステージ装置１１マスク・ホルダ１２マスク１３マスク・パターン１４，１４’ アライメント・マー
ク１５ベース１６ステージ２１Ｘ軸駆動機素２１ａ２２ａ２３ａモータ２１ｂ２２ｂ２３ｂエンコーダ２１ｃ２２ｃ２３ｃローラ２１ｅ２２ｅ２３ｅ駆動機素取り付け部
材２２Ｘ’軸駆動機素２３Ｙ軸駆動機素２４平面案内部４１Ｘ軸アーム４２Ｘ’軸アーム４３Ｙ軸アーム４１ａ，４２ａ，４３ａ圧縮バネ４１ｂ，４２ｂ，４３ｂバネ支え４４，４５予備タップ５１アライメント・マー
ク検出装置５２入出力装置５２ａ入力装置５２ｂ表示装置５３，５７インタフェース装置５４プロセッサ５５記憶装置５６ドライバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｂ 7/00 ＢＧ０３Ｂ 27/53 Ｇ０３Ｆ 9/00 Ｈ０１Ｌ 21/027 21/68 ＫＢ２３Ｑ 1/14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも３つの駆動機素を備え、該駆
動機素により、基準軸に対して垂直な平面内で、ステー
ジを直線移動、および／または、上記基準軸を中心に回
転させるステージ装置において、上記基準軸を通る第１の平面上に、ステージに対してそ
れぞれ第１および第２の作用点を持つ第１および第２の
駆動機素を設け、また、基準軸を通り、第１の平面に交わる第２の平面上
に、ステージに対して第３の作用点を持つ第３の駆動機
素を設けたことを特徴とするステージ装置。
【請求項２】少なくとも３つの駆動機素を備え、該駆
動機素により、基準軸に対して垂直な平面内で、ステー
ジを直交する２方向に直線移動させると共に、上記基準
軸を中心に回転させるステージ装置において、上記基準軸を通る第１の平面上に、ステージに対してそ
れぞれ第１および第２の作用点を持つ第１および第２の
駆動機素を設け、また、基準軸を通り、第１の平面に直交する第２の平面
上に、ステージに対して第３の作用点を持つ第３の駆動
機素を設けたことを特徴とするステージ装置。
【請求項３】第３の作用点と基準軸間の距離を、第
１、第２の作用点と基準軸間の距離に等しくしたことを
特徴とする請求項２のステージ装置。
【請求項４】第１、第２および第３の駆動機素の取り
付け位置を平行移動させて固定する手段を設けたことを
特徴とする請求項２または請求項３のステージ装置。