JP2002158274A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スライダを高速駆動可能であり、かつ高精度
で省スペース化が達成された寿命の長い位置決め装置を
提供する。 【解決手段】 ベース１１に対し第１のスライダ１２を
第１の駆動装置１４によりＸ軸方向に位置決めする第１
の位置決め装置１０と、ベース１１に対し第２のスライ
ダ１３を第２の駆動装置３４によりＹ軸方向に位置決め
する第２の位置決め装置と２０を備え、第１の駆動装置
１４及び第２の駆動装置３４をベース１１に設け、第１
のスライダ１２及び第２のスライダ１３をＺ軸方向に重
なって配置し、ステージ３０を第１のスライダ１２及び
第２のスライダ１３の両者に係合させた位置決め装置で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ、液
晶パネル等の平板状基板にパターンを形成するための半
導体露光装置、組立・検査装置、精密工作機械等に用い
られる位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、半導体露光装置、組立・
検査装置、精密工作機械等に用いられる位置決め装置と
しては、下軸（例えばＸ軸）上を移動するスライダ（テ
ーブル）上に、下軸のスライダ（テーブル）をベースと
した上軸（例えばＹ軸）を構成したものがある。この種
の位置決め装置は、下軸上を移動するスライダを駆動さ
せる駆動装置に、上軸上を移動するスライダや、これを
駆動させる駆動装置等も含めた重量がかかる構成となっ
ている。したがって、スライダを十分に高速に動かすこ
とが困難であった。また、真空用途の場合、少なくとも
上側の駆動装置は、真空中に置かれるので、真空対応の
特殊な構成が必要である。

【０００３】さらにまた、前記位置決め装置の下側の駆
動装置や下軸にかかる負荷を低減させ、スライダを高速
で動かす目的で、例えば、Ｘ軸スライダとＹ軸スライダ
を同一平面上に配置し、一方のスライダ（例えば、Ｘ軸
スライダ）上に、これと直交する方向（この場合、Ｙ軸
方向）にスライド可能にステージを載置し、このステー
ジと他方のスライダ（この場合、Ｙ軸スライダ）とを、
互いのＸ軸方向の相対移動は許容し、互いのＹ軸方向の
相対移動は拘束するように接続した位置決め装置が提案
されている。この構成を備えた位置決め装置は、一方の
スライダの駆動装置が、他方のスライダを駆動させる駆
動装置等も含めた重量を受け止める必要がなく、前記の
例では、一方の駆動装置やスライダにかかっていた負荷
を低減させることができる。

【０００４】この位置決め装置では、通常、前記下軸上
を移動するスライダ上に、前記上軸上を移動するスライ
ダを案内するガイドレールが設けられている。この構成
の場合、主にバイメタル現象の発生を避けるため、通
常、スライダと、当該スライダ上に設けられたガイドレ
ールの材質を同一にすることが望まれており、例えば、
ガイドレールの加工性や剛性等の理由から、鉄系の材質
で、スライダ及びガイドレールを構成することが一般的
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記２
番目の位置決め装置は、平面的に２個のスライダを配置
した構成をとるため、装置が大型化し、省スペース化を
達成することが困難となる。

【０００６】また、軽量化を主な目的として、上軸を移
動するスライダをアルミニウムで構成し、加工性や剛性
を主な目的として、このスライダ上に設けられるガイド
レールを鉄系材料で構成すると、周辺温度の変化に伴っ
て両部材の熱膨張係数の違いからガイドレールとスライ
ダとの間にバイメタル現象（曲げ変形）が生じる。この
現象が生じると、上軸の真直度、ピッチング精度を悪化
させる原因となる他、下軸がボールねじ駆動の場合は、
軸心の偏心の原因にもなるため、高精度な位置決めを行
うことが困難となる虞れがある。この量は、前記周辺温
度の変化量や、ガイドレールとスライダの剛性バラン
ス、軸方向の長さ等から大きく異なるが、数十μｍから
百μｍ、もしくはそれ以上に及ぶ場合もある。特に、ス
ライダの軽量化のために薄肉化が進み、さらにストロー
クが大型化すればする程その量が大きくなる。

【０００７】また、前記アルミニウムの代わりにセラミ
ックを用いた場合は、鉄系材料との熱膨張係数の差は縮
まるが、バイメタル現象を無くすものではなかった。

【０００８】本発明は、このような従来の位置決め装置
を改良することを課題とするものであり、下側の駆動装
置や下軸にかかる負荷を低減させ、スライダを高速で動
かすことが可能であり、かつ高精度で省スペース化が達
成された寿命の長い位置決め装置を提供することを目的
とする。

【０００９】また、スライダと該スライダ上に設けられ
るガイドレールとの間にバイメタル現象が発生すること
を防止することができる位置決め装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、固定部と、前記固定部に対し第１のスライ
ダを第１の駆動装置により第１の方向に位置決めする第
１の位置決め装置と、前記固定部に対し第２のスライダ
を第２の駆動装置により前記第１の方向と直交する第２
の方向に位置決めする第２の位置決め装置と、を備え、
前記第１の方向及び第２の方向にステージを位置決めす
る位置決め装置であって、前記第１の駆動装置及び第２
の駆動装置は、前記固定部に設けられ、前記第１のスラ
イダ及び第２のスライダは、前記第１の方向及び第２の
方向と交差する第３の方向に重なって配置され、前記ス
テージは、前記第１のスライダ及び第２のスライダの両
者に係合してなる位置決め装置を提供するものである。

【００１１】この構成を備えた位置決め装置は、二つの
駆動装置が固定部に設けられているため、一方の駆動装
置に他方の駆動装置等の負荷がかかることを軽減するこ
とができる。また、ステージが第１のスライダ及び第２
のスライダの両者に係合してなるため、ステージの負荷
が、一つの部品に集中することを防止することができ
る。さらに、前記第１のスライダ及び第２のスライダ
は、前記第１の方向及び第２の方向と直交する第３の方
向に重なって配置されているため、これらのスライダの
配置面積を必要最低限に抑えることができる。

【００１２】前記第１のスライダ上には、前記第２の方
向に沿って延びた第１のステージ案内を設け、前記第２
のスライダ上には、前記第１の方向に沿って延びた第２
のステージ案内を設けることができる。

【００１３】前記第１の駆動装置及び第２の駆動装置
は、前記固定部に固定された回転モータを備えることが
できる。この構成にすることで、本発明に係る位置決め
装置を、例えば、真空用途としてさらに効果的に使用す
ることができる。また、磁場の変動も抑制することがで
きる。

【００１４】前記第１のステージ案内または第２のステ
ージ案内のいずれか一方は、テンション部材を介して、
案内すべきステージと連結することができる。この構成
により、上方に位置するステージと両スライダとの運動
精度の違いに起因するステージとスライダとの間の負荷
の変動を抑制することができる。すなわち、いずれか一
方のスライダを、上下方向に変動可能なテンション部材
で結合することで、ステージが第１の方向に移動する際
の、ステージと第１のスライダ及び、ステージが第２の
方向に移動する際の、ステージと第２のスライダが、そ
れぞれ上下方向に重なるように配置した場合に、上下方
向の真直度が相互に干渉し合うことを、テンション部材
の変形によって吸収することにより防止することができ
る。このように、負荷の変動が抑制されることにより、
位置決め精度も向上することができる。

【００１５】また、前記第１のスライダまたは第２のス
ライダのうち、テンション部材を介さずにステージに連
結されているスライダの、前記第１の方向及び第２の方
向を含む面外の曲げ剛性を、テンション部材を介してス
テージに連結されているスライダの曲げ剛性より大きく
することができる。これは、以下の理由による。

【００１６】本発明のような構成の位置決め装置の場
合、ステージの移動すべき方向に対する真直度誤差は、
水平方向よりも垂直方向が大きくなりやすい。これは、
自重による撓み等が加わるためである。したがって、真
直度誤差を小さくするためには、このような撓みを小さ
くすることが特に有効であり、そのためには、部材の垂
直方向の曲げ剛性（第１の方向と第２の方向を含む平面
の面外の曲げ剛性）を高めるのがよい。

【００１７】ところで、ステージを第１のスライダと第
２のスライダのうち、一方と直結し、他方とはテンショ
ン部材を介して連結した場合、ステージが第１の方向、
あるいは第２の方向に移動する場合の真直度誤差は、直
結されている方のスライダの真直度誤差の影響を受ける
ことになる。これは、他方のスライダの真直度誤差がテ
ンション部材により吸収さえるためである。したがっ
て、ステージと直結する方のスライダの曲げ剛性を高
め、真直度誤差を小さくすることにより、ステージの真
直度がより高くなるわけである。

【００１８】前記テンション部材としては、例えば、板
バネ等が挙げられる。板バネは、水平方向に剛性がある
ため、水平方向の真直度、ヨーイング精度を低下するこ
となく、前述した作用を得ることができる。

【００１９】また、本発明は、前記第２のスライダに、
前記ステージを案内する第２のガイドレールを設け、前
記第２のスライダを、前記第２のガイドレールの熱膨張
係数と同一の熱膨張係数となるよう調整した複合材料か
ら構成することができる。

【００２０】この構成により、第２のスライダと該第２
のスライダ上に設けられる第２のガイドレールとの間に
バイメタル現象が発生することを防止することができ、
温度変化があっても高精度を維持可能で、かつ可動部を
軽量、コンパクト化した位置決め装置を提供することが
できる。

【００２１】またさらに、前記第１のスライダに、前記
第２のスライダを案内する第１のガイドレールを設け、
前記第１のスライダを、前記第１のガイドレールの熱膨
張係数とほぼ同一の熱膨張係数となるよう調整した複合
材料から構成することで、第１のスライダと該第１のス
ライダ上に設けられる第１のガイドレールとの間にも、
バイメタル現象が発生することを防止することができ、
より一層高精度で軽量、コンパクト化した位置決め装置
を提供することができる。

【００２２】なお、本発明でいうほぼ同一の熱膨張係数
とは、例えば、ガイドレールが設けられたスライダの略
中央部分の変形量（真直度）が、約１μｍ程度を維持で
きるような値である。この変形量は、周辺温度の変化
や、スライダ及びガイドレールのサイズ（長さ、幅、厚
さ等）等によって決定される。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施形態に
係る位置決め装置について、図面を参照して説明する。 （実施の形態１）図１は、実施の形態１に係る位置決め
装置を示す平面図、図２は、図１に示す位置決め装置の
正面図、図３は、図１に示す位置決め装置の主要部分を
示す概略斜視図である。

【００２４】図１〜図３に示すように、実施の形態１に
係る位置決め装置１は、ベース１１と、ベース１１上に
設けられて第１のスライダ１２をＸ軸方向（第１の方
向）に位置決めする第１の位置決め装置１０と、ベース
１１上に設けられて第２のスライダ１３をＹ軸方向（第
２の方向）に位置決めする第２の位置決め装置２０と、
第１の位置決め装置１０及び第２の位置決め装置２０に
よって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に位置決めされるステー
ジ３０と、を備えて構成されている。

【００２５】第１の位置決め装置１０は、ベース１１に
対し第１のスライダ１２をＸ軸方向に移動させる第１の
駆動装置１４を備えている。第１の駆動装置１４は、第
１のスライダ１２の下面（裏面）に固定されたＸ軸ボー
ルネジナット１５と、Ｘ軸ボールネジナット１５に螺合
し、かつ回転することによってＸ軸ボールネジナット１
５をＸ軸方向に移動させるＸ軸ボールネジ軸１６と、Ｘ
軸ボールネジ軸１６を回転させるＸ軸モータ１７と、を
主構成要素としている。

【００２６】Ｘ軸モータ１７は、ベース１１に固定され
ていると共に、特に図示しないが、ベース１１が載置さ
れる床や土台等にも固定されている。Ｘ軸ボールネジ軸
１６とＸ軸モータ１７との間には、Ｘ軸カップリング１
８が介在されている。Ｘ軸ボールネジ軸１６のＸ軸カッ
プリング１８近傍及び反対側には、Ｘ軸ボールネジ軸１
６を回転可能にベース１１に支持するＸ軸ボールネジ軸
支持部１９及び２１が設けられている。この構成によ
り、第１の駆動装置１４は、ベース１１に固定される。

【００２７】第１のスライダ１２は、Ｙ軸方向に長い略
長方形の面を有し、その略中央部には、開口部２４が形
成されている。第１のスライダ１２のＹ軸方向両端部下
面には、ベース１１にＸ軸方向に沿って設けられたＸ軸
リニアガイドレール２２Ａ及び２２Ｂに係合するＸ軸リ
ニアガイドベアリング２３Ａ及び２３Ｂが各々２つずつ
設けられている。また、第１のスライダ１２のＸ軸方向
両端部上面には、開口部２４の縁に沿って、後に詳述す
るステージ３０のリニアガイドベアリング３１Ａ及び３
１ＢをＹ軸方向に案内するリニアガイドレール２５Ａ及
び２５Ｂが各々形成されている。

【００２８】第２の位置決め装置２０は、ベース１１に
対し第２のスライダ１３をＹ軸方向に移動させる第２の
駆動装置３４を備えている。第２の駆動装置３４は、第
２のスライダ１３の下面（裏面）に固定されたＹ軸ボー
ルネジナット３５と、Ｙ軸ボールネジナット３５に螺合
し、かつ回転することによってＹ軸ボールネジナット３
５をＹ軸方向に移動させるＹ軸ボールネジ軸３６と、Ｙ
軸ボールネジ軸３６を回転させるＹ軸モータ３７と、を
主構成要素としている。

【００２９】Ｙ軸モータ３７は、ベース１１に固定され
ていると共に、特に図示しないが、ベース１１が載置さ
れる床や土台等にも固定されている。Ｙ軸ボールネジ軸
３６とＹ軸モータ３７との間には、Ｙ軸カップリング３
８が介在されている。Ｙ軸ボールネジ軸３６のＹ軸カッ
プリング３８近傍及び反対側には、Ｙ軸ボールネジ軸３
６を回転可能にベース１１に支持するＹ軸ボールネジ軸
支持部３９及び４１が設けられている。この構成によ
り、第２の駆動装置３４は、ベース１１に固定される。

【００３０】第２のスライダ１３は、Ｘ軸方向に長い略
長方形の面を有し、その略中央部には、開口部４４が形
成されている。第２のスライダ１３のＸ軸方向両端部下
面には、ベース１１にＹ軸方向に沿って設けられたＹ軸
リニアガイドレール４２Ａ及び４２Ｂに係合するＹ軸リ
ニアガイドベアリング４３Ａ及び４３Ｂが各々２つずつ
設けられている。また、第２のスライダ１３のＹ軸方向
両端部上面には、開口部４４の縁に沿って、後に詳述す
るステージ３０のリニアガイドベアリング３２Ａ及び３
２ＢをＸ軸方向に案内するリニアガイドレール４５Ａ及
び４５Ｂが各々形成されている。なお、第２のスライダ
１３は、第１のスライダ１２に対し、上方向、すなわち
Ｚ軸方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向に直交する方向）に、互
いに干渉することなく重なった状態で配置されている。

【００３１】ステージ３０は、略正方形の面を有し、そ
の略中央部に開口部５４が開成されている。ステージ３
０のＹ軸方向両端部下面には、第２のスライダ１３に設
けられたリニアガイドレール４５Ａ及び４５Ｂと係合す
るリニアガイドベアリング３２Ａ及び３２Ｂが各々２つ
ずつ設けられている。また、ステージ３０のＸ軸方向両
端部下面には、第１のスライダ１２に設けられたリニア
ガイドレール２５Ａ及び２５Ｂと係合するリニアガイド
ベアリング３１Ａ及び３１Ｂが各々、連結部材５５Ａ及
び５５Ｂを介して設けられている。

【００３２】このように、ステージ３０は、第１のスラ
イダ１２及び第２のスライダ１３の両方に係合した構成
を備えている。

【００３３】次に、実施の形態１に係る位置決め装置１
の具体的動作について説明する。

【００３４】ステージ３０のＸ軸方向の位置決めを行う
場合、Ｘ軸モータ１７を駆動させてＸ軸ボールネジ軸１
６を回転させると、この回転に従ってＸ軸ボールネジナ
ット１５がＸ軸ボールネジ軸１６に沿って移動を開始す
る。この移動によってステージ３０は、Ｘ軸方向（例え
ば、図１の右方向）に移動する。ステージ３０が所定の
位置に到達したら、Ｘ軸モータ１７の駆動を停止し、ス
テージ３０をその位置に停止させる。また、ステージ３
０を図１に示す左方向に移動させたい場合は、Ｘ軸モー
タ１７を駆動させ、Ｘ軸ボールネジ軸１６を前記とは逆
の方向に回転させればよい。

【００３５】一方、ステージ３０をＹ軸方向に移動させ
る場合、Ｙ軸モータ３７を駆動させてＹ軸ボールネジ軸
３６を回転させると、前記と同様にＹ軸ボールネジナッ
ト３５がＹ軸ボールネジ軸３６に沿って移動を開始す
る。この移動によってステージ３０は、Ｙ軸方向（例え
ば、図１の上方向）に移動する。ステージ３０が所定の
位置に到達したら、Ｙ軸モータ３７の駆動を停止し、ス
テージ３０をその位置に停止させる。また、ステージ３
０を図１に示す下方向に移動させたい場合は、Ｙ軸モー
タ３７を駆動させ、Ｙ軸ボールネジ軸３６を前記とは逆
の方向に回転させればよい。

【００３６】ここで、実施の形態１に係る位置決め装置
１は、第１の駆動装置１４及び第２の駆動装置３４が、
ベース１１に固定されているため、これら駆動装置１４
及び３４の重量や駆動させた際にかかる負荷が、下側に
位置する第１のスライダ１２にかかることがない。ま
た、一方の駆動装置に他方の駆動装置の負荷がかかるこ
とを軽減することもできる。

【００３７】また、ステージ３０は、第１のスライダ１
２及び第２のスライダ１３の両者に係合しているため、
ステージ３０の負荷を、両スライダ１２及び１３で受け
ることができる結果、一つの部品に負荷が集中すること
がない。

【００３８】なお、実施の形態１では、第１の駆動装置
１４及び第２の駆動装置３４に、モータ、ボールネジナ
ット、ボールネジ軸を使用した場合について説明した
が、これに限らず、例えば、モータとベルト及びプーリ
を組み合わせたもの等、あるいはモータとしてリニアモ
ータを使用したもの等、種々の部材を採用することがで
きる。また、電子ビームを使用する用途等、磁場変動を
抑制したい場合は、第１の駆動装置１４及び第２の駆動
装置３４に、ボールネジナットとボールネジ軸を使用す
る、あるいはベルト等を使用すること、すなわち、リニ
アモータではなく、モータ自体が移動しない回転式モー
タを使用することが望ましい。

【００３９】そしてまた、実施の形態１では、ステージ
３０の移動を案内する部材として、転がり案内軸受の一
種であるリニアガイドを使用した場合について説明した
が、これに限らず、例えば、クロスローラガイド等の転
がり案内軸受や、静圧軸受や滑り案内等、所望の部材を
使用することができる。

【００４０】また、真空環境下においてステージ３０を
使用する場合、実施の形態１に係る位置決め装置１は、
Ｘ軸モータ１７及びＹ軸モータ３４がベース１１に固定
された構成を備えているため、真空内に回転を伝達する
磁性流体シール等を用いることで、Ｘ軸モータ１７及び
Ｙ軸モータ３７を真空環境外に設置することもできる。
このため、真空環境下で好適に使用することが可能であ
る。

【００４１】また、実施の形態１に係る位置決め装置１
は、第１のスライダ１２と第２のスライダ１３がＺ軸方
向に重なった状態で配置されているため、設置面積を少
なくすることができる。したがって、位置決め装置１を
真空環境下で使用する場合、真空領域を少なく設定する
ことができるため、これを収容する真空チャンバのサイ
ズを小さくすることができ、真空ポンプ等の周辺機器も
小型化することができる。

【００４２】さらに、第１の方向と第２の方向として、
互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向としたが、必ずしも
直交しなくてもよい。 （実施の形態２）次に、本発明の実施の形態２に係る位
置決め装置２について、図面を参照して説明する。

【００４３】図４は、実施の形態２に係る位置決め装置
のステージ付近を示す要部平面図、図５は、図４に示す
位置決め装置の右側面図、図６は、図４に示すVI−VI線
に沿った断面図である。

【００４４】なお、実施の形態２では、実施の形態１で
説明した位置決め装置１と同様の部材には、同一の符号
を付し、その詳細な説明は省略する。

【００４５】実施の形態２に係る位置決め装置２の、実
施の形態１に係る位置決め装置１との異なる点は、テン
ション部材６１Ａ及び６１Ｂを介して、ステージ３０を
第１のスライダ１２に取り付けた点である。なお、実施
の形態２では、テンション部材６１Ａ及び６１Ｂとし
て、水平方向に剛性があり、水平方向の真直度、ヨーイ
ング精度を低下することが少ない、板バネを使用した。

【００４６】すなわち、図４〜図６に示すように、実施
の形態２に係る位置決め装置２は、ステージ３０のＸ軸
方向両端部下面に、支持部材６２Ａ及び６２Ｂが設けら
れている。この支持部材６２Ａ及び６２Ｂの下端には、
これら及び補強部材６４Ａ及び６４Ｂに挟まれてテンシ
ョン部材６１Ａ及び６１Ｂが各々ボルトにより固定され
て設けられている。また、このテンション部材６１Ａ及
び６１Ｂは、支持部材６３Ａ及び６３Ｂ、及び補強部材
６４Ａ及び６４Ｂに挟まれてボルトにより固定され、支
持部材６３Ａ及び６３Ｂによって下から支持されてい
る。支持部材６３Ａ及び６３Ｂの下面には、リニアガイ
ドベアリング３１Ａ及び３１Ｂが各々設けられている。

【００４７】この構成により、ステージ３０は、第１の
スライダ１２に対して、テンション部材６１Ａ及び６１
Ｂを介して連結されることになる。したがって、ステー
ジ３０と、第２のスライダ１３からの負荷の変動をテン
ション部材６１Ａ及び６１Ｂによって吸収することがで
きる。したがって、ステージ３０と各スライダ１２及び
１３との垂直方向真直度誤差の違いに起因するステージ
３０と各スライダ１２及び１３との間の前記負荷の変動
を抑制することができ、位置決め精度を向上することが
できる。

【００４８】さらに詳しく述べると、第１の駆動装置を
駆動し、ステージ３０及び第１のスライダ１２がＸ軸方
向に移動する場合は、ステージ３０は、リニアガイドレ
ール４５Ａ及び４５Ｂに、第１のスライダ１２は、Ｘ軸
リニアガイドレール２２Ａ及び２２Ｂに、それぞれ案内
されることになる。ここで、ステージ３０及び第１のス
ライダ１２の移動方向がいずれも正確にＸ軸方向に一致
していれば問題はないが、実際にはそれぞれ真直度誤差
等を含むため、両者の移動方向は完全には一致しない。
特に、本発明の位置決め装置の構成の場合、垂直方向の
真直度の誤差の割合が高くなる。すなわち、Ｘ軸方向に
移動する際の両者の垂直方向の振れの違いが比較的大き
くなる。テンション部材を介さずに両者を連結した場
合、このような上下方向の真直度が相互に干渉し合い、
両者間に余分な力が作用し、また、そのような両者間に
かかる無駄な力が変動することにより、Ｘ軸方向の位置
決め精度低下にも影響する可能性もある。

【００４９】そこで、ステージ３０と第１のスライダ１
２とをテンション部材６１Ａ及び６１Ｂを介して連結す
ることにより、ステージ３０と第１のスライダ１２の前
記のような真直度誤差の差（特に垂直方向）をテンショ
ン部材６１Ａ及び６１Ｂにより吸収するようにした。こ
れにより、両者間にかかる余分な力は抑制され、両者が
Ｘ軸方向に移動する際、そのような負荷が変動すること
による位置決め精度低下も防止される。

【００５０】第２の駆動装置３４を駆動し、ステージ３
０及び第２のスライダ１３がＹ軸方向に移動する場合、
ステージ３０は、リニアガイドレール２５Ａ及び２５Ｂ
に、第２のスライダ１３は、Ｙ軸リニアガイドレール４
２Ａ及び４２Ｂに、それぞれ案内されることになる。こ
こで、ステージ３０は、第１のスライダ１２とテンショ
ン部材６１Ａ及び６１Ｂを介して連結されてなるため、
前述した場合と同様、ステージ３０と第２のスライダ１
３の真直度誤差の差は、テンション部材６１Ａ及び６１
Ｂにより吸収され、両者間にかかる余分な力が抑制さ
れ、両者がＹ軸方向に移動する際、そのような負荷が変
動することによる位置決め精度低下も防止される。

【００５１】また、好ましくは、テンション部材６１Ａ
及び６１Ｂを介してステージ３０に連結されていない第
２のスライダ１３の、Ｘ軸方向及びＹ軸方向を含む面外
の曲げ剛性を、第１のスライダ１２の曲げ剛性より大き
くすることが好ましい。

【００５２】ステージ３０がＸ軸方向に移動する場合
は、ステージ３０がテンション部材６１Ａ及び６１Ｂを
介さずに連結されている第２のスラーだ１３上のリニア
ガイドレール４５Ａ及び４５Ｂの真直度によりステージ
３０の移動の真直度は、決まることになる。したがっ
て、ステージ３０のＸ軸方向移動の真直度をよくするた
めには、リニアガイドレール４５Ａ及び４５Ｂの真直度
を高くするのが好ましい。そして、そのためには、リニ
アガイドレール４５Ａ及び４５Ｂの土台である第２のス
ライダ１３の垂直方向曲げ剛性を高くし、その垂直方向
の撓みを抑えることが有効である。したがって、この場
合、第１のスライダ１２と第２のスライダ１３のうち、
テンション部材６１Ａ及び６１Ｂを介さずにステージ３
０と連結されている第２のスライダ１３の方の垂直方向
曲げ剛性を高くするのが、ステージ３０のＸ軸方向移動
時の真直度向上に効果的である。

【００５３】ステージ３０がＹ軸方向に移動する際は、
その真直度はＹ軸リニアガイドレール４２Ａ及び４２Ｂ
の真直度の影響が大きくなる。Ｙ軸リニアガイドレール
４２Ａ及び４２Ｂは、ベース１１に直接固定されている
ので、真直度は高くしやすい。また、これらに直接案内
される第２のスライダ１３は、垂直方向曲げ剛性を高く
してあるので、Ｙ軸方向移動時の歪み等も生じ難い。し
たがって、その上に支持されているステージ３０のＹ軸
方向移動の真直度も高くすることができる。

【００５４】この第２のスライダ１３の曲げ剛性を第１
のスライダ１２の曲げ剛性より大きくする方法として
は、例えば、第２のスライダ１３の厚さを、第１のスラ
イダ１２の厚さより厚くすることや、厚さの増加による
重量増加を抑えるため、第２のスライダ１３にリブ等の
強化部材を設ける、あるいは第２のスライダ１３を剛性
／密度のより大きな素材で構成する等、種々の方法を採
用可能である。

【００５５】テンション部材６１Ａ、６１Ｂの働きによ
り、ステージ３０の移動の真直度に対する第１のスライ
ダ１２の撓みの影響は小さいので、第１のスライダ１２
は第２のスライダ１３と比べると薄く、すなわち、軽く
することができる。このことは、可動部全体としての軽
量化、ステージ３０の移動の真直度向上との両立という
観点から好ましい。

【００５６】なお、実施の形態２では、テンション部材
６１Ａ及び６１Ｂを介して、ステージ３０を第１のスラ
イダ１２に連結した場合について説明したが、これに限
らず、第２のスライダ１３にテンション部材６１Ａ及び
６１Ｂを介して連結してもよいことは勿論である。この
場合、前記曲げ剛性は、第１のスライダ１２の方が、第
２のスライダ１３より大きくすることが望ましい。

【００５７】また、実施の形態２では、テンション部材
６１Ａ及び６１Ｂとして板バネを使用した場合について
説明したが、これに限らず、テンション部材としては、
例えば、図７及び図８に示す構造のものを使用すること
もできる。

【００５８】図７は、本発明の他の実施の形態に係る位
置決め装置のステージ付近を示す要部右側面図、図８
は、図７に示すVIII−VIII線に沿った一部を示す拡大断
面図である。

【００５９】図７及び図８に示す位置決め装置のテンシ
ョン部材は、ステージ３０のＸ軸方向両端部下面に設け
られた連結部材５５Ａ及び５５Ｂを中空に構成し、それ
ぞれの中空部分の略中央部に、４本のワイヤ８１によっ
て棒８２を各々支持して配置し、棒８２の下端をリニア
ガイドベアリング３１Ａ及び３１Ｂにそれぞれ固定した
構造を有している。

【００６０】これら４本のワイヤ８１は、予圧ボルト８
３によって適度な予圧が加えられており、これによって
ステージ３０と、第２のスライダ１３からの負荷の変動
を吸収するテンション部材としての役割を果たすことが
できる。したがって、ステージ３０と各スライダ１２及
び１３との垂直方向真直度誤差の違いに起因するステー
ジ３０と各スライダ１２及び１３との間の前記負荷の変
動を抑制することができ、位置決め精度を向上すること
ができる。

【００６１】この構成のテンション部材は、板バネを使
用した場合と同様に、部材間の摩擦を伴わずに、変動を
吸収することができ、真空用途として特に好ましい。

【００６２】また、他の構造のテンション部材として
は、図９に示すように、４本のワイヤ８１の変わりに４
つの球９１によって棒９２を支持し、棒９２の下端をリ
ニアガイドベアリング３１Ａ及び３１Ｂにそれぞれ固定
した構造とすることもできる。

【００６３】これら４つの球９１は、球収納ケース９３
に収納され、この球収納ケース９３は、連結部材５５Ａ
及び５５Ｂの下面に各々取り付けられている。これらの
球９１は、特に図示しないが、外部から（例えば、予圧
ボルト等によって）適度な予圧がかけられており、これ
によってステージ３０と、第２のスライダ１３からの負
荷の変動を吸収するテンション部材としての役割を果た
すことができる。したがって、ステージ３０と各スライ
ダ１２及び１３との垂直方向真直度誤差の違いに起因す
るステージ３０と各スライダ１２及び１３との間の前記
負荷の変動を抑制することができ、位置決め精度を向上
することができる。また、ステージ３０の移動方向に対
し、特に良好な剛性を得ることができる。

【００６４】そしてまた、他の構造のテンション部材と
しては、図１０に示すように、リニアガイドベアリング
３１Ａ及び３１Ｂ上に、上面が円形の皿状に凹んでいる
台座９８が固定されている。そして、台座９８の凹んだ
部分は、内周面が円弧状に形成され、底部は水平面とな
っていて、その台座９８の凹んだ部分には、４つの球９
６が、三角錐状に積み上げられて配置されている。一
方、連結部材５５Ａ及び５５Ｂの下端には、弾性部材と
しての板バネ９７が取り付けられていて、その板バネ９
７の中央部には、三角錐の頂上に位置する球９６に係合
する穴が開口されている。

【００６５】この構成のテンション部材は、三角錐の底
辺に配置された３つの球９６が、頂上に位置する球９６
と台座９８との間で微小な遊星運動を行い、これによっ
て、駆動系の外乱を吸収し、ステージ３０のピッチン
グ、ヨーイング、ローリングを低減する。また、板バネ
９７は、連結部材５５Ａ及び５５Ｂの水平方向剛性を維
持すると共に、垂直方向の剛性を低くすることによって
駆動系の振れ回りを吸収する。したがって、この構成を
備えたテンション部材は、駆動系の回転誤差を吸収する
と共に、各々の球９６の接触点における微小滑りによる
振動減衰効果や熱流遮断効果、さらには、表面積の増加
による放熱効果等の機能を得ることができる。また、球
９６の交換により、この部分の静的及び動的な特性を変
化させることができる。

【００６６】なお、前記第２の実施の形態のように、テ
ンション部材を使用しない第１の実施の形態の構成の場
合であっても、両スライダ１２及び１３の一方の曲げ剛
性を他方に比べて大きくすることにより、ステージ３０
の移動の垂直方向真直度を向上させることができるの
で、そのようにしてもよい。 （実施の形態３）次に、本発明の実施の形態３にかかる
位置決め装置３について説明する。

【００６７】実施の形態３にかかる位置決め装置３は、
前述した実施の形態１にかかる位置決め装置１の第１の
スライダ１２を、第１のスライダ１２上に形成されたリ
ニアガイドレール２５Ａ及び２５Ｂの熱膨張係数と、ほ
ぼ同一の熱膨張係数となるよう調整した複合材料から構
成し、第２のスライダ１３を、第２のスライダ１３上に
形成されたリニアガイドレール４５Ａ及び４５Ｂの熱膨
張係数と、ほぼ同一の熱膨張係数となるよう調整した複
合材料から構成した構造を備えている。

【００６８】なお、実施の形態３では、リニアガイドレ
ール２５Ａ及び２５Ｂと、リニアガイドレール４５Ａ及
び４５Ｂをステンレス（ＳＵＳ４４０）で構成し、第１
のスライダ１２及び第２のスライダ１３を、金属基複合
材（ＭＭＣ ＰＳＩ−５５、セランクス株式会社製）で
構成した。これは、非加圧金属浸透法による金属がＡｌ
−Ｓｉ系、４５体積％、セラミックス（ＳｉＣ）、５５
体積％のものである。

【００６９】なお、ステンレス（ＳＵＳ４４０）と、使
用した金属基複合材（ＭＭＣ ＰＳＩ−５５、セランク
ス株式会社製）、アルミニウム（アルミ合金Ａ５０５
２）の特性を表１に示す。

【００７０】

【表１】 表１から、ＰＳＩ−５５は、ヤング率及び線膨張係数
が、ステンレス（ＳＵＳ４４０）とほぼ同一であること
が判る。しかも密度はアルミ合金とほぼ同等であるの
で、剛性／密度比がステンレスより高い。

【００７１】次に、図１〜図３に示す構成の位置決め装
置の第１のスライダ１３とリニアガイドレール２５Ａを
図１１及び図１２に示すようにモデル化した。すなわ
ち、第１のスライダ１３をモデル化した部材１００の形
状を、長さＬ＝６００ｍｍ、幅Ｗ＝４６ｍｍ、厚さＤ＝
２５ｍｍからなる板状に構成し、リニアガイドレール２
５Ａをモデル化した部材２００の形状を、長さｌ＝４６
５ｍｍ、幅ｗ＝１５ｍｍ、厚さｄ＝１２．５ｍｍからな
るレール状に構成した。

【００７２】なお、部材１００と部材２００との位置関
係は、図１１及び図１２に示すように、部材１００の一
端から距離ａ＝３５ｍｍ離した位置に部材２００の一端
を位置させ、部材１００の他端から距離ｂ＝１００ｍｍ
離した位置に部材２００の他端を位置させ、部材１００
の他の一端から距離ｃ＝１６．５ｍｍ離した位置に部材
２００の他の一端を位置させ、部材１００の他の他端か
ら距離ｅ＝１４．５ｍｍ離した位置に部材２００の他端
を位置させた。また、部材１００は、支柱３００に載置
されている状態となっている。

【００７３】このモデルにおいて、先ず、部材１００を
前記金属基複合材ＰＳＩ−５５から構成し、部材２００
をステンレス（ＳＵＳ４４０）から構成し、温度変化１
℃に対する変形を有限要素法により解析したところ、殆
ど変形がみられなかった。このモデルにおいて、部材１
００を１２．５ｍｍと半分の厚さにしても、また、５０
ｍｍと２倍の厚さにしても変形は殆ど発生しなかった。

【００７４】次に、このモデルにおいて、部材１００を
アルミニウム（アルミ合金Ａ５０５２）で構成し、同様
に解析したところ、温度変化１℃では、２０μｍ程度の
変形が生じた。この結果を図１３に示す。このモデルに
おいて、部材１００を１２．５ｍｍと半分の厚さにする
と、変形は３５ｍｍと大きくなった。一方、部材１００
を５０ｍｍと２倍の厚さにすると、変形は８．５μｍ程
度発生した。以上から真直度１μｍを目標とする高精度
な位置決め装置では、無視できない大きさであることが
判る。なお、これらの解析結果については、実験による
実測値ともよく一致することを確認した。

【００７５】以上から、第１のスライダ１２は、リニア
ガイドレール２５Ａ及び２５Ｂの熱膨張係数と同一の熱
膨張係数となるよう調整した複合材料から構成し、第２
のスライダ１３は、リニアガイドレール４５Ａ及び４５
Ｂの熱膨張係数と同一の熱膨張係数となるよう調整した
複合材料から構成することで、バイメタル現象の発生を
防止することができることが立証された。特に、ＰＳＩ
−５５の密度は、アルミ合金と同等で、ステンレスに比
べ大幅に小さく、第１及び第２のスライダ１２及び１３
の軽量化に寄与する。しかもＰＳＩ−５５は、ヤング率
（剛性）がステンレスと同等であり、スライダの中央
に、軸が貫通するよう開口部（貫通部）がある場合、ア
ルミ合金の場合だとスライダの厚さを薄くすると、剛性
を十分に得ることが困難となるが、実施の形態３にかか
るスライダは、十分な剛性を得ることができるので、さ
らなる軽量化と剛性との両立が可能となる。

【００７６】なお、実施の形態３は、実施の形態２で説
明した位置決め装置２にも適用することができる。この
場合は、第２のスライダ１３は、搭載物の重量を支持す
るため、搭載物の重量に見合った剛性を有することが必
要であることに加え、第２のスライダ１３は、リニアガ
イドレール４５Ａ及び４５Ｂの熱膨張係数と同一の熱膨
張係数となるよう調整した複合材料からなることが特に
望ましい点は、上述と同様である。一方、第１のスライ
ダ１２は、自重のみを支持すればよいため、必ずしもリ
ニアガイドレール２５Ａ及び２５Ｂの熱膨張係数と同一
の熱膨張係数となるよう調整した複合材料から構成しな
くてもよい。すなわち、第１のスライダ１２は、ステー
ジ３０にテンション部材を介して結合されているため、
第１のスライダ１２の変形がステージ３０の移動の真直
度の悪化に及ぼす影響は小さくてすむので、軽量化、省
スペース化のために、その厚さを極力薄くすることが可
能である。但し、薄肉化による変形や温度変化によるバ
イメタル現象等による第１のスライダ１２の真直度の悪
化は、第１の駆動装置１４に対する負荷の増加につなが
るので、好ましくは第１のスライダ１２についてもリニ
アガイドレール２５Ａ及び２５Ｂの熱膨張係数と同一の
熱膨張係数となるよう調整した複合材料から構成するこ
とが望ましい。

【００７７】なお、実施の形態３では、複合材料とし
て、金属基複合材（ＭＭＣ ＰＳＩ−５５、セランクス
株式会社製）を使用した場合について説明したが、これ
に限らず、繊維強化セラミック（ＣＭＣ）や、繊維強化
プラスチック（ＦＲＰ）等の複合材を使用する等、リニ
アガイド素材と比べ、剛性／密度比が大きく、成分調整
により、熱膨張係数がほぼ同一の値にできるものであれ
ばよい。

【００７８】また、本発明でいうほぼ同一の熱膨張係数
とは、例えば、ガイドレールが設けられたスライダの略
中央部分の変形量（真直度）が、約１μｍ程度を維持で
きるような値であるが、この変形量は、周辺温度の変化
や、スライダ及びガイドレールのサイズ（長さ、幅、厚
さ等）等によって決定される。例えば、図１１の場合、
１℃の温度変化にて１μｍ以下の変形に抑制するために
は、スライダの熱膨張係数は、ガイドレールの熱膨張係
数の±１０％程度、スライダの厚さを倍の５０ｍｍと
し、他は同じ条件とした場合は、スライダの熱膨張係数
は、ガイドレールの熱膨張係数の±３０％程度等、がほ
ぼ同一の範囲として挙げられる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る位置
決め装置は、第１の駆動装置及び第２の駆動装置を固定
部に設け、前記第１のスライダ及び第２のスライダを、
これらが移動する両方向と直交する方向に重なるよう配
置し、前記第１のスライダ及び第２のスライダの両者に
ステージを係合させた構成を備えているため、一方の駆
動装置に他方の駆動装置等の負荷がかかることを軽減す
ることができると共に、ステージの負荷が、一つの部品
に集中することを防止することができる。また、第１の
スライダ及び第２のスライダの配置面積を必要最低限に
抑えることができる。この結果、高精度かつ高速駆動が
可能であり、省スペース化が達成された寿命の長い位置
決め装置を提供することができる。

【００８０】さらにまた、少なくとも、前記第２のスラ
イダに、前記ステージを案内する第２のガイドレールを
設け、当該第２のスライダを、前記第２のガイドレール
の熱膨張係数と同一の熱膨張係数となるよう調整した複
合材料から構成すれば、少なくとも、第２のスライダと
該第２のスライダ上に設けられる第２のガイドレールと
の間にバイメタル現象が発生することを防止することが
でき、より高精度な位置決め装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る位置決め装置を示
す平面図である。

【図２】図１に示す位置決め装置の正面図である。

【図３】図１に示す位置決め装置の主要部分を示す概略
斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態２に係る位置決め装置のス
テージ付近を示す平面図である。

【図５】図４に示す位置決め装置の右側面図である。

【図６】図４に示すVI−VI線に沿った断面図である。

【図７】本発明の他の実施の形態に係る位置決め装置の
ステージ付近を示す要部右側面図である。

【図８】図７に示すVIII−VIII線に沿った一部を示す拡
大断面図である。

【図９】本発明の他の実施の形態に係る位置決め装置
の、図８に準じた拡大断面図である。

【図１０】本発明の他の実施の形態に係る位置決め装置
の、図８に準じた拡大断面図である。

【図１１】本発明の実施の形態３にかかるモデルを示す
平面図である。

【図１２】本発明の実施の形態３にかかるモデルを示す
側面図である。

【図１３】本発明の実施の形態３にかかるモデルに対す
る計算結果を示す側面図である。

【符号の説明】

１、２ 位置決め装置 １０ 第１の位置決め装置 １１ ベース １２ 第１のスライダ １３ 第２のスライダ １４ 第１の駆動装置 ２０ 第２の位置決め装置 ３０ ステージ ６１Ａ、６１Ｂ テンション部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F078 CA02 CA03 CA08 CB09 CB12 CC01 CC03 CC14 3C048 BB03 BB12 BC02 CC04 DD06 EE01 5F031 CA02 HA02 HA57 KA06 LA07 LA08 LA12 LA13 NA01 PA11 PA30 5F046 CC03 CC18

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部と、 前記固定部に対し第１のスライダを第１の駆動装置によ
   り第１の方向に位置決めする第１の位置決め装置と、 前記固定部に対し第２のスライダを第２の駆動装置によ
   り前記第１の方向と交差する第２の方向に位置決めする
   第２の位置決め装置と、 を備え、前記第１の方向及び第２の方向にステージを位
   置決めする位置決め装置であって、 前記第１の駆動装置及び第２の駆動装置は、前記固定部
   に設けられ、 前記第１のスライダ及び第２のスライダは、前記第１の
   方向及び第２の方向と直交する第３の方向に重なって配
   置され、 前記ステージは、前記第１のスライダ及び第２のスライ
   ダの両者に係合してなる位置決め装置。
2. 【請求項２】 前記いずれかのスライダが前記ステージ
   とテンション部材を介して係合してなる請求項１記載の
   位置決め装置。
3. 【請求項３】 前記第２のスライダに、前記ステージを
   前記第１の方向に案内する第２のガイドレールを設け、 前記第２のスライダは、前記第２のガイドレールの熱膨
   張係数と同一の熱膨張係数となるよう調整した複合材料
   からなる請求項１または請求項２記載の位置決め装置。
4. 【請求項４】 前記第１のスライダに、前記第２のスラ
   イダを前記第２の方向に案内する第１のガイドレールを
   設け、前記第１のスライダは、前記第１のガイドレール
   の熱膨張係数とほぼ同一の熱膨張係数となるよう調整し
   た複合材料からなる請求項３記載の位置決め装置。