(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動方向が平行な２個以上の駆動機素と、駆動方向がその駆動機素の駆動方向と直交する１個以上の駆動機素と、
上記駆動機素により駆動され、２方向に直線移動するとともに、設定された基準軸を中心として回転するステージとから構成されるステージ装置の駆動機構であって、
上記駆動機素の駆動部には作動部材が設けられ、上記ステージには、上記作動部材により押される従動部材が設けられ、
上記作動部材、従動部材の何れか一方は、回転軸を介して上記駆動機素の駆動部もしくは上記ステージに対して揺動可能に取り付けられ、
上記作動部材と従動部材は、少なくとも２個のボールと該ボールを回転自在に収納するリテーナを介して当接しており、上記作動部材、従動部材のいずれか一方は、該リテーナの周囲を囲むリテーナ枠を備えている
ことを特徴とするステージ装置の駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置などの光学機械、測定器、工作機械、スクリーン印刷機など、各種の機械、器具に適用できるＸＹθの３軸を移動するステージ装置の駆動機構に関し、特に、精密なＸＹθ方向の微小移動が必要とされる露光装置に適用するのに好適なステージ装置の駆動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一つのステージを用いて、容易にＸＹθ方向の制御を行なうことができるステージ装置として、例えば特開平８−２５１６３号公報に記載されるステージ装置が提案されている。
図６に上記公報の図１に記載のステージ装置を示す。同図において、基台２１の上に平面ガイド２２を介してステージ２０がＸＹθ方向に移動可能に載置されている。なお、以下では、図示のようにＸ方向を同図左右方向、Ｙ方向を同図の上下方向とし、「θ方向に移動する」とはＸＹ平面に垂直な軸を中心として回転することを言う。
ステージ２０と基台２１の中央部分には貫通窓が設けられており、例えばステージ２０上にマスクを載置して図示しない光源からマスクに光を照射して図示しないワークステージ上に載置されたワークの露光処理等を行う。
２３，２４，２５は第１〜第３の駆動機素であり、駆動機素２３，２４，２５はモータ等のアクチュエータを備え、駆動部２３ａ，２５ａをＸ方向、駆動部２４ａをＹ方向に駆動する。駆動部２３ａ，２４ａ，２５ａの先端は、平板状のガイドから構成され、ステージ２０のアーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃに取り付けられた被駆動機素と当接している。この例では被駆動機素は、ローラ２３ｂ，２４ｂ，２５ｂである。
２６はばねであり、ばね２６の一方端は固定され、他方端はステージ２０のアーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃを駆動機素２３，２４，２５方向に押しつけるように付勢している。
【０００３】
図６において、ステージ２０は次のように駆動される。
ステージ２０をＸ方向に移動させる場合には、第１、第３の駆動機素２３，２５を駆動して駆動部２３ａ，２５ａを等しい量だけＸ方向に移動させる。これにより、ステージ２０のアーム２０ｂに取り付けられたローラ２４ｂは駆動部２４ａに沿って移動し、ステージ２０はＸ方向に移動する。
ステージ２０をＹ方向に移動させるには、第１，第３の駆動機素２３，２５を駆動せず、第２の駆動機素２４を駆動して駆動部２４ａを移動させる。これにより、ステージ２０のアーム２０ａ，２０ｃに取り付けられたローラ２３ｂ，２５ｂは駆動部２３ａ，２５ａに沿って移動し、ステージ２０はＹ方向に移動する。
【０００４】
また、ステージ２０をθ方向に移動させる（回転させる）場合には、第２，第３の駆動機素２４，２５により駆動部２４ａ，２５ａをそれぞれ第１の方向（例えば駆動部２４ａ，２５ａがステージ２０のアーム２０ｂ，２０ｃを押す方向）に駆動し、第１の駆動機素２３により駆動部２３ａを上記第１の方向とは反対方向（例えば駆動部２３ａがステージ２０のアーム２０ａを引く方向）に駆動する。例えば、ステージを時計方向に回転させる場合には、駆動部がアームを押す方向を＋方向、引く方向を−方向とした時、駆動部２４ａを＋Ｘ方向、駆動部２５ａを＋Ｙ方向に駆動し、駆動部２３ａを−Ｘ方向に駆動する。これにより、ステージ２０は、ローラ２３ｂ，２５ｂの軸２３ｄ，２５ｄを結ぶ線Ａ１と、ローラ２４ｃの軸２４ｄを通り駆動部２４ａの移動方向と直交する線Ａ２の交点を中心として回転する（この回転中心を基準軸という）。
【０００５】
図７に前記特開平８−２５１６３号公報の図６に示されるステージ装置の別の構成例を示す。
同図において、図６と同様、基台２１の上に平面ガイド２２を介してステージ２０がＸＹθ方向に移動可能に載置されている。
２３，２４，２５は第１〜第３の駆動機素であり、駆動部２３ａ，２５ａをＸ方向、駆動部２４ａをＹ方向に駆動する。駆動部２３ａ，２４ａ，２５ａの先端には、スライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅが取り付けられ、ステージ２０のアーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃには、被駆動機素として回転およびスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆが取り付けられている。回転およびスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆは、アーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃに対して回転軸２３ｇ，２４ｇ，２５ｇを中心に回転可能に取り付けられ、また、スライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅに対してスライド可能である（なお、図７の回転及びスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆは、スライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅが貫通する部分の断面を示している）。図７には図示していないが図６と同様、ステージ２０のアーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、図示しないばねにより駆動部２３ａ，２４ａ，２５ａ方向に付勢されている。
【０００６】
図７に示したものにおいても図６と同様、ステージ２０をＸ方向に移動させる場合には、第１、第３の駆動機素２３，２５を駆動して駆動部２３ａ，２５ａを等しい量だけ同図の矢印方向に移動させる。また、ステージ２０をＹ方向に移動させるには、第１，第３の駆動機素２３，２５を駆動せず、第２の駆動機素２４を駆動して駆動部２４ａを移動させる。
さらに、ステージ２０をθ方向に移動させる（回転させる）場合には、第２，第３の駆動機素２４，２５により駆動部２４ａ，２５ａをそれぞれ第１の方向（例えば駆動部２４ａ，２５ａがステージ２０のアーム２０ｂ，２０ｃを押す方向）に駆動し、第１の駆動機素２３により駆動部２３ａを上記第１の方向とは反対方向（例えば駆動部２３ａがステージ２０のアーム２０ａを引く方向）に駆動する。これにより、ステージ２０は、前記した基準軸を中心に回転する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した図６、図７に示すステージ装置は以下の問題点を有している。
（１）図６に示すように、被駆動機素がステージに回転軸を介して取り付けたローラである場合には、以下の問題が生ずる。
▲１▼  ローラの中心に対する回転軸の偏心。
図８（ａ）に示すようにローラ２３ｂ，２４ｂ，２５ｂの真の中心位置に対して、回転軸２３ｄ，２４ｄ，２５ｄを通す孔の加工位置がずれていると、ステージ２０が蛇行して移動する。
▲２▼  駆動機素の平面内におけるローラの回転軸の傾き。
図８（ｂ）に示すように、ローラ２３ｂ，２４ｂ，２５ｂの回転軸２３ｄ，２４ｄ，２５ｄが、平面ガイド２２によるステージ２０の移動平面に垂直な軸に対して、ローラの転がり方向に傾くと、ステージ２０が水平移動する時に、ステージ２０を平面ガイド２２に押し付けたり、ステージ２０を平面ガイド２２から浮き上がらせる力が働き、滑らかなステージ２０の移動を阻害する。
▲３▼  ローラ側面と駆動機素の平面部との平行度の違い。
図８（ｃ）のようにローラ２３ｂ，２４ｂ，２５ｂのコーナと駆動部２３ａ，２４ａ，２５ａの平面部とが接するので、ローラ２３ｂ，２４ｂ，２５ｂの面取り加工の状態により、ステージ２０の直線移動が損なわれる。
上記の問題を防ぐために、ローラの中心に対してローラの回転軸が偏心しないように加工すること、ローラの回転軸が平面ガイドによるステージの移動平面に垂直であるように、更に駆動機素の平面とローラの側面との平行度を正確に合わせるように組み立てることは、高い加工、組み立て精度が必要であり、ステージ装置のコストアップになる。
【０００８】
（２）図７に示すように、駆動機素と被駆動機素とを、スライド軸と回転及びスライド部材で構成した場合には、ローラの偏心の問題は解決できる。しかし、以下に説明するように加工及び組み立てが難しい。
▲１▼  図７において、被駆動機素である回転及びスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆの回転軸２３ｇ，２４ｇ，２５ｇは、ステージ２０の移動平面に対し垂直でなければならない。
▲２▼  また、駆動機素であるスライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅは、ステージ２０の移動平面に対し平行でなければならない。
上記▲１▼または▲２▼にずれがあると、回転及びスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆとスライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅとのスライド移動が妨げられるので、ステージ２０は滑らかに移動することができず、極端な場合は移動できなくなる。このことを、以下に図９を用いて説明する。
図９（ａ）は、スライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅと回転及びスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆの部分の斜視図であり、図９（ｂ）はスライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅと回転及びスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆの係合部分の拡大図である。同図に示すように、回転及びスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆに円筒状の貫通孔が設けられており、スライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅが該貫通孔を通っている。
【０００９】
ここで、上記▲１▼または▲２▼にずれがあるということは、スライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅと、回転及びスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆの回転軸２３ｇ，２４ｇ，２５ｇとが直角の関係ではないということである。したがって、ステージ２０が移動するにつれて、図９（ｂ）に示すようにスライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅが上記貫通孔の内壁に接触して摩擦が生じ滑らかな移動が阻害され、極端な場合は移動できなくなる。
しかし、「回転及びスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆの回転軸の孔を、ステージ２０の移動平面に対し垂直になるように組み付けること」、「スライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅが移動平面に対し平行になるように、各スライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅが取りつく部材を組み付けること」は「回転及びスライド部材２３ｆ，２４ｆ，２５ｆの回転軸の孔に対し、スライド軸２３ｅ，２４ｅ，２５ｅに係合する貫通孔が高い直行度を持つように加工すること」と共に高度で熟練した技術が必要であり難しい。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、ステージに設けられた被駆動機素を駆動機素が押すことにより、ステージをＸＹθ方向に移動するステージ装置の駆動機構において、部品を高い精度で加工する必要がなく、また装置の組み立てにおいても、高度で熟練した技術を必要としないステージ装置の駆動機構を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を次のようにして解決する。
駆動方向が平行な２個以上の駆動機素と、駆動方向がその駆動機素の駆動方向と直交する１個以上の駆動機素と、上記駆動機素により駆動され、２方向に直線移動するとともに、設定された基準軸を中心として回転するステージとから構成されるステージ装置において、その駆動機構を以下のように構成する。
上記駆動機素の駆動部に作動部材を設け、上記ステージに該作動部材により押される従動部材を設け、上記作動部材、従動部材の何れか一方を、回転軸により上記駆動機素の駆動部もしくは上記ステージに対して揺動可能に取り付ける。そして、上記作動部材と従動部材は少なくとも２個のボールと該ボールを回転自在に収納するリテーナを介して当接し、上記作動部材、従動部材のいずれか一方には、該リテーナの周囲を囲むリテーナ枠を設ける。
本発明は上記のように作動部材と従動部材を２個のボールを介して接するような構成としたので、ステージの移動平面に対し、上記揺動可能に取り付けられた作動部材もしくは従動部材の回転軸が厳密に垂直でなくても、駆動機素に沿ってステージをＸＹθ方向に移動させることができる。したがって、装置の組み立てにおいて、高度で熟練した技術を必要としない。
また、被駆動機素と駆動機素とが接触する点を６カ所以上にすることができるため、ステージ装置の剛性を増すことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１の本発明の実施例のステージ装置の構成を示す。同図において、基台２１の上に平面ガイド２２を介してステージ２０がＸＹθ方向に移動可能に載置されている。
ステージ２０と基台２１の中央部分には前記したように貫通窓が設けられており、前記したように例えばステージ２０上にマスクを載置して図示しない光源からマスクに光を照射して図示しないワークステージ上に載置されたワークの露光処理等を行う。
２３，２４，２５は第１〜第３の駆動機素であり、駆動機素２３，２４，２５はモータ等のアクチュエータを備え、駆動部２３ａ，２５ａをＸ方向、駆動部２４ａをＹ方向に駆動する。駆動部２３ａ，２４ａ，２５ａの先端は、駆動方向に垂直な平板１ａ，１ｂ，１ｃ（これを作動部材という）から構成される。また、ステージ２０のアーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃには、被駆動機素である回転部材２３ｈ，２４ｈ，２５ｈが取り付けられている。回転部材２３ｈ，２４ｈ，２５ｈは、回転軸２３ｉ，２４ｉ，２５ｉを介してアーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃに取り付けられており、該回転軸を軸として回転可能である。
また、ばね２６がステージ２０に取り付けられ、ばね２６の他端は基台２１に固定され、ステージ２０のアーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃはばね２６により第１〜第３の駆動機素２３，２４，２５に押しつける方向に付勢されている。
被駆動機素である回転部材２３ｈ，２４ｈ，２５ｈの、上記駆動部２３ａ，２４ａ，２５ａの平板１ａ，１ｂ，１ｃ（作動部材）と当接する部分は、図２に示すように構成されている。
【００１３】
図２において、同図（ａ）は図１の回転部材２３ｈ，２４ｈ，２５ｈの拡大図、同図（ｂ）は上記（ａ）をＡ方向から見た図、（ｃ）はＢ方向から見た図である。
同図に示すように、回転部材２３ｈ，２４ｈ，２５ｈの駆動機素側の面は、ステージ２０の移動平面に対して垂直な長方形の平板２ａ，２ｂ，２ｃ（これを従動部材という）であり、該平板２ａ，２ｂ，２ｃの周辺部には、該平板２ａ，２ｂ，２ｃの面よりやや突起したリテーナ枠３が設けられる。
リテーナ枠３の中に、ステージ２０の移動平面に対してほぼ平行に配置した２個の同じ直径のボール４が収納され、２個のボール４はリテーナ５により回転可能に、また互いに接触しないように保持されており、上記平板１ａ，１ｂ，１ｃ（作動部材）と平板２ａ，２ｂ，２ｃ（従動部材）は、該ボール４とリテーナ５を介して当接している。また、ボール４の直径はリテーナ枠３の高さよりもやや大きい。
【００１４】
リテーナ５とリテーナ枠３の大きさの関係は図２（ｂ）に示すように設定される。すなわち、ステージ２０の移動方向に対しては、リテーナ５の両側にステージ２０の移動量（例えば、ＸＹ方向±７ｍｍ、θ方向±２°）に対応するだけの隙間αを設け、ステージの移動方向に対して直角方向には、両側にδの隙間を設ける。
なお、ボール４が当接する駆動機素側の部分（作動部材）は、前記したようステージ２０の移動平面に対して垂直な長方形の平板である。
【００１５】
以上の構成とすることにより以下の利点がある。
駆動機素の作動部材（平板１ａ，１ｂ，１ｃ）と被駆動機素の従動部材（平板２ａ，２ｂ，２ｃ）とは、それぞれステージ２０の移動平面にほぼ平行に配置された２個のボール４を介して接している。
したがって、回転部材２３ｈ，２４ｈ，２５ｈの回転軸２３ｉ，２４ｉ，２５ｉがステージ２０の移動平面に対して厳密に直角でなくても良い。またボール４ａ，４ｂの接する面は平面度を保っていれば、多少の傾きが合っても良い。
このため、組み立てに高度な熟練技術が不要である。このことを以下に説明する。
【００１６】
図３、図４に、回転部材２３ｈ，２４ｈ，２５ｈの回転軸２３ｉ，２４ｉ，２５ｉが、ステージ２０の移動平面に対してやや斜めに取り付けられている場合を示す。
図３の場合、ステージ２０が駆動機素２３，２４，２５により駆動され移動する時、リテーナ５に対してリテーナ枠３が斜めに移動する。しかし、リテーナ５はリテーナ枠３の中を自由に移動できるので、ステージ２０の移動が阻害されない。
図４の場合、被駆動機素の従動部材（平板２ａ，２ｂ，２ｃ）と駆動機素２３，２４，２５の作動部材（平板１ａ，１ｂ，１ｃ）との平行度が多少悪くても、両者はボール４によって接触しているので、平行度の悪さは吸収され、機能的に支障がない。したがって、ステージ２０の正確なＸＹθ移動が可能である。
【００１７】
なお、正確なＸＹθ移動をするためには、ボール４の真球度が良い必要があるが、真球度の良いボールは比較的容易に入手できるし、球径をそれほど精度良くそろえる必要もないので、コストアップにはならない。
また、本実施例では被駆動機素と駆動機素とが接触する点が６カ所になる。従来例（例えば特開平８−２５１６３公報の図１）で示したローラを被駆動機素とした場合は該接触点が３個所であるが、本実施例においては６カ所であるので、ボールに加わる力が分散されてボールの歪みも少なくなり、接触面の剛性を高めることができる。
大型の液晶基板やプリント基板の露光装置のステージ装置に用いる場合、ステージ装置自体が大型で重くなるので、剛性を高める必要があるが、本実施例によれば、従来に比べ接触点を増加させることができるので、剛性を高める上で有効である。さらに剛性が必要であれば、ボールの数を増やし上記接触する点を６カ所以上にすればよい。例えば一つのリテーナ枠内に３個のボールを設ければ、全体で接触点が９箇所となり、一層剛性を高めることができる。
【００１８】
なお、上記実施例では、リテーナ枠、リテーナ、ボールを従動部材側に設けた場合について説明したが、リテーナ枠、リテーナ、ボールを作動部材側に取付けてもよい。
また、上記実施例では、ステージのアーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃに回転部材２３ｈ，２４ｈ，２５ｈを取り付けた場合について説明したが、回転部材２３ｈ，２４ｈ，２５ｈを駆動機素２３，２４，２５側に取り付けてもよい。
すなわち、図５に示すように、リテーナ枠３を備えた前記回転部材２３ｈ，２４ｈ，２５ｈを駆動機素側に取り付けて、ステージのアーム２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端部をステージの移動平面に対して垂直な長方形の平板２ａ，２ｂ，２ｃで構成してもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）駆動機素と被駆動機素を、それぞれステージの移動平面にほぼ平行に配置された２個のボールを介して接するような構成としたので、ステージの移動平面に対し、被駆動機素の回転軸が厳密に垂直でなくても、駆動機素に沿ったステージのＸＹθ移動が行なえる。したがって、部品の直行度等の加工や装置の組み立てにおいて、高度で熟練した技術を必要としない。
（２）被駆動機素と駆動機素とが接触する点を６カ所以上にすることができる。このため、ステージ装置の剛性を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のステージ装置に構成を示す図である。
【図２】回転部材に設けられたリテーナ枠、リテーナ、ボールの構成を示す図である。
【図３】回転部材の回転軸がステージの移動平面に対してやや斜めに取り付けられている場合（１）を示す図である。
【図４】回転部材の回転軸がステージの移動平面に対してやや斜めに取り付けられている場合（２）を示す図である。
【図５】回転部材を駆動機素側に取り付けた他の構成例を示す図である。
【図６】従来例に示されるステージ装置の構成例（１）を示す図である。
【図７】従来例に示されるステージ装置の構成例（２）を示す図である。
【図８】図６に示す従来のステージ装置の問題点を説明する図である。
【図９】図７に示す従来のステージ装置の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ        平板（作動部材）
２ａ，２ｂ，２ｃ        平板（従動部材）
３                      リテーナ枠
４                      ボール
５                      リテーナ
２０                    ステージ
２１                    基台
２２                    平面ガイド
２３，２４，２５        第１〜第３の駆動機素
２３ａ，２４ａ，２５ａ  駆動部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  アーム
２３ｈ，２４ｈ，２５ｈ  回転部材
２３ｉ，２４ｉ，２５ｉ  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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