JP2004282061A - リニアモータ駆動ステージ、それを用いた液晶用装置及び半導体用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速、高精度、大推力及び長ストローク型の多極多相型リニアモータ駆動ステージ、それを用いた液晶用装置及び半導体用装置を安価に提供する。
【解決手段】 構造部材と非焼成セラミックスとからなる複合部材を用いて形成されたベースと、ベース上に載置されたリニアモータとを具備するリニアモータ駆動ステージであって、前記リニアモータの可動子は１２００ｍｍ以上の長いストロークを有するリニアモータ駆動ステージ、それを用いた液晶用装置及び半導体用装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等の各種ディスプレイの製造装置または検査装置等、あるいは半導体の製造装置または検査装置等、更には特に大型ガラス基板の製造装置または検査装置等に有用な高速、高精度、大推力及び長ストローク型のリニアモータ駆動ステージ、それを用いた液晶用装置及び半導体用装置に関する。

液晶ディスプレイはＰＣ用モニターや液晶テレビの需要拡大に伴い、生産ラインでの増産が急速に進んでいる。特に低価格の液晶ディスプレイを供給するため、高速かつ高品質で歩留まりの高い液晶の生産（液晶用製造装置）が求められており、また高速でかつ高精度の液晶用検査装置が求められている。同様に高速かつ高品質で歩留まりの高い半導体の生産（半導体用製造装置）が求められており、また高速でかつ高精度の半導体用検査装置が求められている。
例えばガラス基板に対する種々の検査ではガラス基板の全面を画像処理する検査が行なわれている。この検査用装置の駆動ステージとして、例えばカメラ等センシング機器の移動用やガラス基板の移動用等に、従来はボールネジ駆動ステージが採用されていた。最近では高精度でかつ高速処理に対応できる点からリニアモータ駆動ステージが多用されてきている。

液晶用装置または半導体用装置等は大型化・高性能化への技術志向が進んでいる。例えば液晶ディスプレイ等は量の拡大に加え、技術的にも大型化・高精細化へと進んでおり、より大型のガラス基板（長方形板状品）を使用した工業生産が指向されている。現在は第４世代と呼ばれているガラス基板（幅７３０ｍｍ×長さ９２０ｍｍ）や第５世代（幅１１５０ｍｍ×長さ１３００ｍｍ）のガラス基板が用いられてきているが、一層の生産性向上、低価格化を目指して第６世代（幅１５００ｍｍ×長さ１８００ｍｍ）、更には第７世代（幅１８００ｍｍ×長さ２０００ｍｍ）のガラス基板へと移行していくことは明白である。ガラス基板が大型化していくと検査装置あるいは製造装置等に用いられるリニアモータ駆動ステージのストロークは大きくなり、装置全体の大型化は避けられない。
また前記装置は通常クリーンルーム内で使用されるが、前記装置の大型化による質量増加が顕著になるとクリーンルームに敷設された床パネルの許容荷重を超えてしまい、クリーンルームに設置できないという問題を招来する。
このように、前記装置用リニアモータ駆動ステージとして高速、高精度、大推力及び長ストローク型のものが望まれている。更には高速、高精度、大推力及び長ストローク型でかつ長ストローク化による質量増加を抑制したものが望まれている。

特許文献１には、構造体の所要の骨部材を筒状部材となし、この筒状部材の内方にコンクリートを充填し固化させてなる工作機械などの制振形構造体が開示されている。この制振形構造体はたとえ大型の工作機械などであってもコンクリート打設用の囲いを形成する工事などを要することなく、コンクリートを都合のよいときに容易に充填でき、しかも少ないコンクリートで効果的な制振作用を得ることができるという効果を奏するものである。

特許文献２には、セラミックス粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリックスとする金属−セラミックス複合材料からなるステージ部材が開示されている。このステージ部材は剛性が高く、制振性が良好で、高速で正確に、しかも精度よく駆動できる可動ステージを提供できるという効果を奏するものである。

特許文献３には、被加工物が搭載される上テーブルと、該上テーブルを移動自在に支持する上レール群と、前記上レール群を載置した下テーブルと、前記上レール群と直交する方向に延びて前記下テーブルを移動自在に支持する下レール群とを備えたＸＹテーブルをベース盤上に設け、前記上テーブル等をなす石材としてインディアンブラック（グラナイト）を採用し、前記ベース盤の石材としてラステンバーグ（グラナイト）を採用してなるＸＹテーブル付き加工機が開示されている。このＸＹテーブル付き加工機は、長期間使用しても各テーブルや各レールに亀裂等を生じにくい。また耐久性や信頼性、加工精度を向上できるという効果を奏するものである。

特許文献４には、定盤（ベース）がセラミック製のステージ装置が開示されている。このセラミックスとしてはファインセラミックス、代表的にはアルミナセラミックスが用いられ、定盤及び他の部材（ガイドバー等）をセラミックス製にすることも記載されている。このステージ装置は移動体の移動性能を損なうことがないという効果を奏するものである。

特許文献５には、ベース１１０上にＸリニアモータ１０７Ｘが搭載され、その上にＹリニアモータ１０７Ｙが搭載された、所謂「ＸＹ十字組駆動型のリニアモータ駆動ステージ１００」（図７参照）が開示されている。このステージのベース１１０はアルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金、プラスチック樹脂あるいは鉄製等である。

特開平１０−１２２２９７（特許請求の範囲、段落３２） 特開２００２−１６７２９１（特許請求の範囲、段落２０） 特開平９−１３１６３２（特許請求の範囲、段落１１、２５及び２６） 特開平９−５４６３（特許請求の範囲、段落１９、５６） 特開２００２−３００７６６（図１、図７、段落４０）

特許文献１に記載の制振形構造体は、筒状部材にコンクリートを充填し固化することにより効果的な制振作用を得る点で本発明に使用する上記複合部材と類似する。しかしながら、本発明のリニアモータ駆動ステージにおいて、前記（下軸）ベースは少なくとも前記複合部材を前記（下軸）リニアモータの可動子の走行方向に沿って配設して構成することにより高速、高精度、大推力及び長ストローク型のリニアモータ駆動ステージを提供するものである。更には高速、高精度、大推力及び長ストローク型でかつ長ストローク化に伴う質量増加を抑制したリニアモータ駆動ステージを提供するものである。このことについて特許文献１には何ら記載は無く、示唆もされていない。
特許文献２に記載のステージ部材は金属−セラミックス複合材料を構成するセラミックスが成形体を１０００℃で加熱することにより得られたプリフォーム（焼成セラミックス）である点で本発明に使用する上記複合部材とは異なるものである。
特許文献３に記載のＸＹテーブル付き加工機は下軸用ベースに石材を採用している点で本発明とは異なる。
特許文献４に記載のステージ装置はベースが焼成セラミックス製である点で本発明とは異なる。
特許文献５に記載の「ＸＹ十字組駆動型のリニアモータ駆動ステージ」は長ストローク化による質量増加が顕著であり用途が制限されてしまう。例えばこのＸＹ十字組駆動型のリニアモータ駆動ステージ１００（図７参照）のＹリニアモータ１０７Ｙ上にガラス基板（図示省略）を載置し、前記ステージ１００の中心位置の上方にこのステージ１００とは別体の光学機器（図示省略）を配設したガラス基板検査装置について以下に説明する。Ｙリニアモータ１０７Ｙ上に載置されたガラス基板１枚（図示省略）を全面検査するために、前記光学機器（図示省略）に対向する前記ガラス基板位置（図示省略）を中心にして、Ｙリニアモータモータ１０７Ｙ上に載置したガラス基板（図示省略）の４枚分に相当するＸ方向及びＹ方向（十字方向）への走査が必要である。この十字走査を行う必要からステージ１００のＸ方向の長さ寸法（Ｌ）及びＹ方向の幅寸法（Ｗ）が共に大きくなり大型化及び大質量化を避けられない。即ちこのステージ１００のＷとＬとの比（Ｗ／Ｌ）は１．０以上になり、Ｘリニアモータ１０７Ｘを長ストロークにするとＹリニアモータ１０７Ｙを不可避に長ストロークにせざるを得ない。更にＹリニアモータ１０７Ｙの質量分がＸリニアモータ１０７Ｘに負荷されるのでＸ軸リニアモータ１０７Ｘの大容量化及び消費電力の増大化（コスト上昇）を招いてしまう。

従って本発明の目的は高速、高精度、大推力及び長ストローク型の多極多相型リニアモータ駆動ステージ、更には高速、高精度、大推力及び長ストローク型でかつ長ストローク化による質量増加を抑制した多極多相型リニアモータ駆動ステージ、それを用いた液晶用装置及び半導体用装置を安価に提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のリニアモータ駆動ステージは、構造部材と非焼成セラミックスとからなる複合部材を用いて形成されたベースと、ベース上に載置されたリニアモータとを具備し、前記リニアモータの可動子は１２００ｍｍ以上の長いストロークを有することを特徴とするものである。
前記ベースを前記複合部材を用いて形成したことにより、該ベースの初期設定寸法（最大撓み量等）の経時変化が抑制され、もって長期の使用にわたり高速、高精度及び大推力が保持され、かつ２０００ｍｍ以上、より好ましくは２５００ｍｍ以上、特に好ましくは３０００ｍｍ以上の長いストロークを駆動できるリニアモータ駆動ステージを提供することができた。
前記ベースを形成するに際し、少なくとも前記複合部材を前記可動子の走行方向に沿って配設することにより、該ベースは高剛性及び高制振性（高振動減衰性）を持つと共に、長ストローク化に伴う質量増加が抑制された構造部材になる。
本発明のリニアモータ駆動ステージは、液晶用装置または半導体用装置に極めて有用である。

また本発明のリニアモータ駆動ステージは、下軸ベースと下軸ベース上に載置された下軸リニアモータとを具備する下軸リニアモータ駆動ステージと、下軸ベース上に立設された支柱と前記支柱上に載置された上軸ベースと上軸ベース上に載置された上軸リニアモータとを具備する上軸リニアモータ駆動ステージ、とを具備し、下軸ベースは構造部材と非焼成セラミックスとからなる複合部材を用いて形成されていると共に、前記下軸リニアモータの可動子及び前記上軸リニアモータの可動子はいずれも１２００ｍｍ以上の長いストロークを有することを特徴とするものである。
前記下軸ベースを前記複合部材を用いて形成したことにより、該下軸ベースの初期設定寸法（最大撓み量等）の経時変化が抑制され、もって長期の使用にわたり高速、高精度及び大推力が保持され、かつ２０００ｍｍ以上、より好ましくは２５００ｍｍ以上、特に好ましくは３０００ｍｍ以上の長いストロークを駆動できるリニアモータ駆動ステージを提供することができた。
前記下軸ベースを形成するに際し、少なくとも前記複合部材を前記下軸リニアモータの可動子の走行方向に沿って配設することにより、該ベースは高剛性及び高制振性（高振動減衰性）を持つと共に、長ストローク化に伴う質量増加が抑制された構造部材になる。
また前記下軸リニアモータの可動子と前記上軸リニアモータの可動子とが立体交差して分離駆動する構成を採用したので 前記下軸ベースは幅寸法（Ｗ）と長さ寸法（Ｌ）との比（Ｗ／Ｌ）を０．９以下、好ましくは０．５〜０．８に、更に好ましくは０．５〜０．７に低減することができる。具体的には例えば第５世代〜第７世代のガラス基板を対象にした本発明の液晶用装置に搭載される前記分離駆動型のリニアモータ駆動ステージの幅寸法（Ｗ）は３０００ｍｍ以下、好ましくは２９００ｍｍ以下になり、長ストローク化に伴う質量増加を抑制できる。
前記支柱及び／または前記上軸ベースを前記複合部材で形成すると、下軸リニアモータの可動子と上軸リニアモータの可動子との間の初期設定寸法（平行度及び直交度等）及び／または上軸ベースの初期設定寸法（最大撓み量等）の経時変化を抑制することができる。
前記支柱及び／または前記上軸ベースを石材で形成すると、前記複合部材を使用した場合とほぼ同様に初期設定寸法が安定化する効果を得られる。
本発明のリニアモータ駆動ステージは、第５世代以降の大型ガラス基板を対象にした装置に有用であり、特に液晶用装置または半導体用装置に極めて有用である。

本発明のリニアモータ駆動ステージにおいて、前記リニアモータの走行路に沿うベースの側面にエンコーダのリニアスケール及びその読取部を付設するのが実用的である。
また前記分離駆動型のリニアモータ駆動ステージにおいて、上軸リニアモータは少なくとも２列のリニアモータが平行に配設されていると共に、前記２列のリニアモータの両駆動軸間に位置検出手段を配設するのが実用的である。

本発明のリニアモータ駆動ステージは長ストローク化による質量増加が抑制されているのでクリーンルームの床パネル上に設置し、駆動することができる。

本発明によれば、高速、高精度、大推力及び長ストローク型の多極多相型リニアモータ駆動ステージ、更には高速、高精度、大推力及び長ストローク型でかつ長ストローク化による質量増加を抑制した多極多相型リニアモータ駆動ステージを安価に提供できる。また前記ステージを用いた液晶用装置及び半導体用装置を安価に提供できる。

本発明に用いる複合部材及び石材は初期設定寸法の経時変化が抑制されたもの（寸法安定性の良好なもの）である必要がある。
初期設定寸法とは複合部材及び石材等の機械加工直後の寸法であり、事実上本発明のリニアモータ駆動ステージを組立てた直後の組立体各部の寸法に相当する。初期設定寸法のうち、ベースの最大撓み量、下軸及び上軸リニアモータの可動子間の平行度及び直交度が重要である。例えば、前記ベースの最大撓み量は５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下にする必要がある。下軸及び上軸リニアモータの可動子間の平行度及び直交度はいずれも５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下にする必要がある。
前記分離駆動型リニアモータ駆動ステージを機械加工するに際し、前記下軸ベースにおける下軸リニアモータガイドを設けるための凸部上面と前記支柱の上面とを同一工程で同時に機械加工（平面研削等）する方法を採用するのが好ましい。この加工方法により、両加工面同志の平行度を２０μｍ以下、好ましくは１５μｍに低減することができる。もって、前記分離駆動型リニアモータ駆動ステージの平行度及び直交度（初期設定寸法）を前記特定範囲内に調整することができる。

寸法安定性の阻害要因として含有水分及び環境温度の変動が挙げられるが、特に含有水分の影響が甚大である。
本発明のリニアモータ駆動ステージを組立てた直後の初期設定寸法（最大撓み量、平行度、直交度等）が良好であっても、該リニアモータ駆動ステージを構成する部品（ベース、支柱等）の含有水分が経時変動するとき、これら部品の初期設定寸法が経時変動して該リニアモータ駆動ステージの高精度仕様を維持できなくなる。
通常リニアモータ駆動ステージを搭載した装置は恒温恒湿条件（クリーンルーム内の室温、低湿度条件）に保持された状態で使用される。このため、予め本発明に用いる複合部材及び石材等の含有水分を極力低減し、寸法安定性を確保しておくのが好ましい。例えば下記の熱処理（寸法安定化処理）を施すのが実用的である。この熱処理条件は特に限定されないが、例えば大気開放型のヒートプレートまたはトンネル炉を使用し、本発明に用いる複合部材及び石材等を５０〜２００℃、好ましくは６０〜１２０℃、更に好ましくは７０〜１００℃で０．５〜１０時間加熱保持し、以後自然冷却する熱処理条件が有効である。前記加熱条件未満では含有水分の低減効果が事実上得られず、前記加熱条件を超えると酸化や加熱による材質劣化を招く。前記複合部材及び石材以外の他の構造部材も前記熱処理を施すのが好ましい。熱処理後の複合部材及び石材等は本発明のリニアモータ駆動ステージが搭載される装置と同様の恒温恒湿条件で保管し、組立作業に供するのが好ましい。

本発明に使用する非焼成セラミックスについて以下に説明する。
本発明に使用する非焼成セラミックスとは、焼成することなく化学結合によって形成されるセラミックス系の複合材料で、石灰（ＣａＯ）・シリカ（ＳｉＯ_２）・アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）・酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）と無水硫酸（ＳＯ_２）を主成分とするポルトランドセメント粒子と微粒子のシリカ系酸化物と水との化学反応による生成物を結合材としてフィラーを包み込んだ複合体材料（この複合体材料を後述の実施例等ではＮＦＣと記す場合がある。）をいう。この複合体材料は圧縮強度、引張強度及び曲げ強度は普通コンクリート対比で約２倍以上、吸水率は約１／４、縦弾性係数は約１．５倍である。特に吸水率が低く寸法安定性が良好であるという特徴を有する。また振動減衰率は鋳鉄対比で約６〜８倍であり、中空部材等への充填性は良好である。
なお、本発明のリニアモータ駆動ステージの要求仕様が比較的ゆるい場合は、前記複合部材の非焼成セラミックス用に汎用（普通コンクリート用）の水硬性セメント（ポルトランドセメント、シリカセメントまたはアルミナセメント等）あるいは気硬性セメント（キーンスセメントまたはマグネシアセメント等）を用いてもよい。しかし、この普通コンクリートを用いた複合部材は吸水率が高いので、前記熱処理を施した後、リニアモータ駆動ステージを組立し、製作したリニアモータ駆動ステージを各種装置に搭載し駆動する、全工程にわたり恒温恒湿条件に厳密に保持する煩雑さを伴う。

本発明の複合部材を構成する構造部材は金属（合金）またはＦＲＰ等の強化樹脂からなる。該構造部材として中空部材か、空隙を有する組立体か、あるいは板状の構造部材を使用するのが実用的である。

中空部材を使用した複合部材は以下のようにして製造することができる。
例えば中空部材として断面が角型パイプ状の鋼管（ＳＴＫＲ４９０製等）を所定長さに切断後、洗浄し、乾燥する。次にこの角型パイプ状鋼管片を非焼成セラミックス打ち込み用型にセット後、予め混練しておいた非焼成セラミックス用原料スラリーを型にセットされた角型パイプ状鋼管片の中空部に充填する。この中空部への充填が密に行われるように充填時に振動ミルによる振動（振幅：３ｍｍ，回転数：３０００ｒ．ｐ．ｍ．程度）を５〜１０分間程度加える。次に充填部分の表面仕上げを行う。次に蒸気養生処理（蒸気をあてながら２０℃から８０℃まで２０℃／時間の昇温速度で加熱し、更に８０℃で数時間保持後自然冷却することにより硬化させる処理）を行う。次に室温で自然養生（２日間程度放置）後、初期寸法精度を出すための仕上げ処理（後加工等）及び寸法安定化のための熱処理を施して本発明に使用する複合部材を得られる。
前記中空部材の形状は特に限定されず、例えば断面が丸型パイプ状、台形状または不定形状でもよい。

板状の構造部材を使用した複合部材は以下のようにして製造することができる。例えば所定寸法の鋼板片を洗浄し、乾燥する。次に前記鋼板片の必要枚数を非焼成セラミックス打ち込み用型にセット後、予め混練しておいた非焼成セラミックス用原料スラリーを型にセットされた前記鋼板片間、あるいは前記鋼板片と型枠との間に充填する。以降は前記複合部材の場合と同様にして板状の構造部材を使用した複合部材を製造できる。
空隙を有する組立体を使用した複合部材は以下のようにして製造することができる。例えば所定寸法の鋼材片を組み合わせて溶接することにより空隙を有する組立体を形成する。次にこの組立体を洗浄し、乾燥する。次に前記組立体を非焼成セラミックス打ち込み用型にセット後、予め混練しておいた非焼成セラミックス用原料スラリーを前記組立体の空隙に充填する。以降は前記複合部材の場合と同様にして板状の構造部材を使用した複合部材を製造できる。

石材は加工性が悪くしかも資源的な制約から大寸法品の入手が容易ではない。これに対し、前記複合部材は加工性が良く、かつ上記寸法安定化処理を施すことにより石材に相当する高い寸法安定性を得られるので本発明のリニアモータ駆動ステージの製造コストを低減することができる。

本発明の液晶用製造装置は、レジスト塗布装置、露光装置、現像装置、エッチング装置、スパッタリング装置、イオンドーピング装置、ＣＶＤ装置、配向膜塗布装置、ラビング装置、シール印刷機／ディスペンサー、スペーサ散布装置、貼り合せ装置、スクライバ／ブレーカ、液晶注入装置、偏向板貼り付け装置、ＴＡＢ実装装置及びＣＯＧ実装装置等に有用である。
本発明の液晶用検査装置は、異物検査装置、アレイ検査装置、カラーフィルター検査装置、点灯検査装置及びプローバ等に有用である。

以下、図面により本発明を詳しく説明する。
図１は本発明のリニアモータ駆動ステージ（Ｘ−Ｙ直交駆動型）を搭載した第５世代ガラス基板の外観検査装置の一実施形態を示す斜視図である。図２は下軸ベース２の構造を示す図であり、（ａ）は台板５を外して上から見たときの平面図、（ｂ）は図１のＡ方向から見たときの下軸ベース２及び支柱３の構造を説明する図である。
図１において、下軸（Ｘ軸）リニアモータ駆動ステージ１はＸ軸方向の長さ：Ｌ＝３２００ｍｍ、Ｙ軸方向の幅：Ｗ＝２０００ｍｍの下軸ベース２と下軸ベース２上に載置された下軸リニアモータ８（可動コイル型リニアモータ）とを有して構成されている。下軸リニアモータ８のＸ軸テーブル（可動子）９はガラス基板（図示せず）を載置してＸ方向に最大１７００ｍｍ走行できるストロークを有する。下軸リニアモータ８の走行路に沿って設けられたケーブルベアボックス２７（例えばＡｌ合金製）には図示省略のケーブル（信号線、電力線及び冷却用配管等）を収納した可撓性のキャタピラ型ケーブルベア２８が付設されている。
上軸用ベース１２，１２はいずれも花崗岩製で研磨加工により表面が仕上げてあり、Ｙ軸方向の幅は２０００ｍｍである。ベース１２の溝３５に上軸リニアモータ１３（可動コイル型リニアモータ）の固定子が載置されている。立設する支柱３の底面３ｂとベース２の上面とは図示省略のボルトを介して螺着されている。支柱３の上面３ａが当接するベース１２の下面と、上軸リニアモータ１３が載置されるベース１２の上面との平行度は５μｍになっている。支柱３，３上にそれぞれ載置された上軸リニアモータ１３，１３はＹ軸に平行に配設されている。上軸リニアモータ１３，１３のリニアモータガイド（図示省略）を介してＹ軸テーブル（可動子）１４がＹ軸方向に移動自在に架設されている。Ｙ軸テーブル１４の開口部に設置された画像検出器（光学機器）１５はＹ軸方向に１３００ｍｍ走行できるストロークを有する。Ｘ軸ステージ１及びＹ軸ステージ１１の各テーブル９，１４を所定動作モードで移動させることによりガラス基板（図示省略）の全面を撮像し、得られた画像を処理することにより高速、高精度で外観検査を行うようになっている。
本発明のリニアモータ駆動ステージ５０を搭載した外観検査装置６０は、Ｘ軸テーブル９にガラス基板（図示省略）を載置して所定動作モードでＸ方向に移動せしめ、かつＹ軸テーブル１４の画像検出器１５を所定動作モードでＹ方向に移動せしめるという、２つの可動子が立体交差する上下分離駆動型なので、リニアモータ駆動ステージ５０の幅寸法（Ｗ）と長さ寸法（Ｌ）との比（Ｗ／Ｌ）を０．６程度に抑制し、かつ長ストローク型で大推力のものになっている。高い検査精度を維持するために、使用期間の長期にわたり、Ｘ軸及びＹ軸の可動子間の平行度及び直交度は厳しく維持されている。例えばガラス基板の撮像走行範囲をＸ軸方向：１３５０ｍｍ×Ｙ軸方向：１２５０ｍｍの範囲としたとき、Ｘ軸及びＹ軸の可動子間の平行度及び直交度はいずれも５０μｍ以下になっており、好ましくは３０μｍ以下に、特に好ましくは２０μｍ以下に維持される。またベース２の最大撓み量は５０μｍ以下になっており、好ましくは３０μｍ以下に、特に好ましくは２０μｍ以下に維持される。

図１のリニアモータ駆動ステージ５０を構成する下軸ベース２及び支柱３について以下に説明する。
図２（ａ）、（ｂ）において、ベース２は、複合部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及び２１ｄを日の字状に配設すると共に断面が角型パイプ状の中空鋼管片２３ａ，２３ｂ，２３ｃ及び２３ｄ（いずれもＳＴＫＲ４９０製等）をＹ軸方向に配設して構成した基台４と、基台４上に敷設された台板５（例えば鋼製）と、基台４と螺着されていると共にＹ軸ステージ１１を載置するために設けた４本の支柱３（複合部材２５ａ，２５ｂ製）とを有して構成されている。６は構造部材製の据付け板（例えば鋼製）である。
図２（ａ）の複合部材２０ａのＢ−Ｂ線矢視断面図を図３に示す。図３より、複合部材２０ａは、断面が角型パイプ状の中空鋼管片３１（ＳＴＫＲ４９０製等）と、その中空部に非焼成セラミックスのバルク体３２を密に充填してなる構造体である。このため、複合部材２０ａは比較的軽量であり、剛性が高く、かつ良好な制振性を示す。図１、２における２０ａ以外の他の複合部材も同様の構造体である。このような構造を採用したことにより、下軸リニアモータの可動子９の走行路に沿って下軸ベース２の側面に設けたエンコーダのスケール及び該スケールの読取部（いずれも図示省略）の振動が抑制されて高速、高精度のリニアモータ駆動が可能になった。

下軸ベース２の基台４は下記の２つの製造方法のいずれかを採用して製造するのが実用的である。
１つめの方法は、図２の複合部材の配設箇所に予め所定長さの角型パイプ状鋼管片を配設後、相互に溶接して一体化しておく。次に一体化した前記角型パイプ状鋼管片の組立体に適宜充填用開口部（図示省略）を設け、該開口部から非焼成セラミックスの原料スラリーを充填し、表面仕上げ、充填物の硬化処理、自然養生、仕上げ処理及び寸法安定化処理を行うことにより図２の基台４を形成することができる。
２つめの方法は、予め所定長さの角型パイプ状鋼管片に非焼成セラミックスの原料スラリーを充填し、表面仕上げ、充填物の硬化処理、自然養生、仕上げ処理及び寸法安定化処理を行い、得られた複合部材を図２の状態に配置して螺着または溶接等により一体化して基台４を形成することができる。

Ｙ軸ステージ１１のベース１２用石材として、花崗岩以外では、大理石を使用するのが実用的である。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、それら実施例により本発明が限定されるものではない。

（実施例１〜４）
下軸ベース２、支柱３及び上軸ベース１２の材質を表１のように変更した以外は上記と同様にして図１のリニアモータ駆動ステージ５０を構成した。なお、該リニアモータ駆動ステージの初期設定寸法の長期安定性を出すために、該リニアモータ駆動ステージの組立作業の直前に使用する複合部材及び石材を大気中で８０℃×５時間加熱後自然冷却する熱処理を施した。表１において、ＮＦＣ充填鋼材とは、上記の非焼成セラミックス（前田製管（株）製、商品名：ＮＦセラミックス）を角型パイプ状の鋼管片（ＳＴＫＲ４９０製）の中空部に密に充填し、表面仕上げ、充填物の硬化処理、自然養生、仕上げ処理及び前記熱処理を施した複合部材をいう。熱処理後の複合部材及び石材の保管、組立作業、及び組立てられたリニアモータ駆動ステージの連続駆動試験はいずれも室温低湿度の恒温恒湿条件に保持されたクリーンルーム内で行った。連続駆動試験は、ガラス基板の検査を想定した動作モードで６ケ月間連続駆動後、下軸ベースの最大撓み量、下軸及び上軸リニアモータの可動子間の平行度と直交度及びリニアモータ性能の変動について測定する内容とした。得られた測定結果のうち、前記寸法の変動状況についての測定結果を表１に示す。
（実施例５）
使用する複合部材に対して大気中で８０℃×３時間の熱処理を行わなかった。これ以外は実施例３と同様にしてリニアモータ駆動ステージを製作し、連続６ケ月間駆動する試験を行った。試験結果を表１に示す。
（実施例６）
使用する複合部材及び石材に対して大気中で８０℃×３時間の熱処理を行わなかった。これ以外は実施例４と同様にしてリニアモータ駆動ステージを製作し、連続６ケ月間駆動する試験を行った。試験結果を表１に示す。

（従来例１）
下軸ベース、支柱及び上軸ベースを鋳鉄製とした以外は実施例１と同様にしてリニアモータ駆動ステージを製作し、連続６ケ月間駆動する試験を行った。試験結果を表１に示す。

（従来例２）
下軸ベース、支柱及び上軸ベースを花崗岩製とした以外は実施例１と同様にしてリニアモータ駆動ステージを製作し、連続６ケ月間駆動する試験を行った。試験結果を表１に示す。

表１の実施例１〜４から、ＮＦＣ充填鋼材を下軸ベースに用いると共に、支柱及び上軸ベースをそれぞれ花崗岩またはＮＦＣ充填鋼材で構成したとき、最大撓み量、平行度及び直交度がいずれも３０μｍ未満になり、良好な寸法安定性を有するのがわかる。この実施例１〜４のいずれの場合でも６ケ月間連続駆動後のリニアモータ性能は下記表２の厳しい仕様を満たしているのが確認された。
これに対し、実施例５、６では実施例１〜４に比べて寸法安定性がやや劣化したが、これは寸法安定化のための熱処理を施さなかったのが効いている。なお、実施例５、６の場合、６ケ月間連続駆動後のリニアモータ性能は実用上支障が無いレベルに維持されていた。
従来例１の場合は、最大撓み量、平行度及び直交度がいずれも５０μｍ超になり、同時に位置決め精度が悪化したので実用に供することができなくなった。
従来例２の場合は、実施例１〜４と同等の寸法安定性が得られたが、下軸ベースの質量が実施例１〜６に比べて大きくなっており、長ストローク化に伴う質量抑制の点から上記実施例より劣るのがわかる。

本発明の上下分離駆動型リニアモータ駆動ステージの長期寸法安定性に基づくリニアモータ性能は表２に限定されない。例えば上軸リニアモータの性能として、加減速度：０．０５〜１Ｇ、最大速度：５〜１０００ｍｍ／秒、絶対位置決め精度：±３０μｍ以下、好ましくは±１５μｍ以下、繰返し位置決め精度：±１μｍ以下、好ましくは±０．５μｍ以下、最大推力：３００Ｎ×２以上（上軸リニアモータ１台あたり３００Ｎ、もし３台ならば９００Ｎ以上。）、好ましくは５００Ｎ×２以上、を実現することができる，また例えば下軸リニアモータの性能として、加減速度：０．０５〜１Ｇ、最大速度：５〜１０００ｍｍ／秒、絶対位置決め精度：±３０μｍ以下、好ましくは±１５μｍ以下、繰返し位置決め精度：±１μｍ以下、好ましくは±０．５μｍ以下，最大推力：６００Ｎ以上、好ましくは８００Ｎ以上、を実現することができる，
上記の実施例１〜４の最大撓み量、平行度及び直交度はいずれも組み込み直後の初期設定寸法値とほぼ同等の良好なレベルに保持されており、もって高速、高精度、大推力及び長ストローク型でかつ長ストローク化による質量増加を抑制したものであるのがわかる。
前記絶対位置決め精度とは単に位置決め精度とも呼ばれるパラメータである。具体的には、図８に説明する通り、まず本発明のリニアモータ駆動ステージの可動子の走行路において、一定の向きで適当な位置決めをし、これを基準位置とする。次に同走行路において同じ向きで順次位置決めを行い、それぞれの位置で基準位置から実際に移動した距離と移動すべき距離との差を測定し、それらの基準長さ内における最大差を求める。この測定は可動子の全ストロークにわたり行う。これらの求めた最大差のうち、最大値を絶対位置決め精度と定義した。
前記繰返し位置決め精度について以下に説明する。具体的には、図９に説明する通り、まず本発明のリニアモータ駆動ステージの可動子の走行路において、任意の１点に同じ方向から位置決めを７回繰返して停止位置を測定し、読みの最大値の１／２を求める。この測定を原則として走行路の中央及びほぼ両端の位置で行い、求めた値のうちの最大値を繰返し位置決め精度と定義した。

図４は、複合部材として実施例１と同様のＮＦＣ充填鋼材を用いて下軸ベース２の基台４を構成する場合の新たな配設パターンを示している。なお、図４中の各部品間は溶接されて一体化している。
図４（ａ）はＮＦＣ充填鋼材４１ａ，４１ｂ，４１ｃをＸ軸に沿って配設すると共に、中空鋼管片（ＳＴＫＲ４９０製等）４２ａ，４２ｂ，４２ｃ及び４２ｄをそれらＮＦＣ充填鋼材間に配設した場合である。
図４（ｂ）はＮＦＣ充填鋼材４６ａ，４６ｂ，４６ｃ及び４６ｄにより枠を形成すると共に、その枠内に十字状にＮＦＣ充填鋼材４６ｅ，４６ｆ及び４６ｇを配設した場合である。
図４（ｃ）はＮＦＣ充填鋼材５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及び５１ｄにより枠を形成した場合である。
図４（ｄ）はＮＦＣ充填鋼材５６ａ，５６ｂ，５６ｃ及び５６ｄにより枠を形成すると共に、その枠内に十字状に配設されたＮＦＣ充填鋼材５６ｅと，ＮＦＣ充填鋼材５６ｆ，５６ｇとが立体交差して配設された場合である。前記立体交差部分は溶接してもよい。
これら図４の構成の基台４を用いて本発明のリニアモータ駆動ステージを製作すれば、上記実施例とほぼ同様の効果を奏することができる。

図５は下軸ベース２を台板（鋼製）とＮＦＣ充填硬化層とを積層してなる複合部材で形成するパターンを示している。台板、ＮＦＣ充填硬化層及び据付け板とは図示省略のボルト等を介して螺着されている。
図５（ａ）は、図１に示される下軸ベース２として、その（Ｌ）×（Ｗ）の全面積相当が台板６１，６３の間にＮＦＣ充填硬化層６２をサンドイッチして形成された場合である。６４は据付け板（鋼製）である。台板６３は省略してもよい。
図５（ｂ）は、台板６５の下側に、ＮＦＣ充填硬化層６６と台板６７と据付け板６８とからなる構造体の一対をＸ軸方向に長さ（Ｌ）延設して形成された下軸ベースの場合である。６８は据付け板（鋼製）である。この構造にすると図５（ａ）より軽量化できるという利点がある。台板６７は省略してもよい。
図５（ｃ）は、図１に示される下軸ベース２として、その（Ｌ）×（Ｗ）の全面積相当が台板７１，７３及び７５の間にＮＦＣ充填硬化層７２，７４をサンドイッチして形成された場合である。７６は据付け板（鋼製）である。台板７５は省略してもよい。
図５（ｄ）は、台板７７の下側に、ＮＦＣ充填硬化層７８と台板７９と据付け板８０とからなると共にＸ軸方向に長さ（Ｌ）延設して形成された３つの構造体をそれぞれＹ軸方向の左端位置、中央位置及び右端位置に配設した場合である。８０は据付け板（鋼製）である。この構造にすると図５（ｃ）より軽量化できるという利点がある。台板７９は省略してもよい。
これら図５の構成の下軸ベース２を用いて本発明のリニアモータ駆動ステージを製作すれば、上記実施例とほぼ同様の効果を奏することができる。

図６は下軸ベース２の基台４を、鋼材片を溶接または螺着して一体化した組立体とその組立体の間隙にＮＦＣを充填してなる複合部材により形成するパターンを示している。
図６（ａ）は日の字状に形成した鋼材片の組立体の間隙にＮＦＣ８２，８３を充填した場合である。
図６（ｂ）は田の字状に形成した鋼材片の組立体の間隙にＮＦＣ８７，８８，８９，及び９０を充填した場合である。
図６（ｃ）はロの字状に形成した鋼材片の組立体の間隙にＮＦＣ９２を充填した場合である。
これら図６の構成の基台４を用いて本発明のリニアモータ駆動ステージを製作すれば、上記実施例とほぼ同様の効果を奏することができる。

本発明のリニアモータ駆動ステージは第４世代までの小さなガラス基板に対しても適用できるが、第５世代以降の大きなガラス基板に対して非常に有効である。
上記実施の形態及び実施例では下軸リニアモータが１軸で、上軸リニアモータが２軸の場合を記載したが特に限定されない。例えば下軸リニアモータが２軸であり、上軸リニアモータが１軸または２軸でもよい。また下軸リニアモータが３軸以上でもよい。更には上軸リニアモータが３軸以上でもよい。
また上記実施の形態及び実施例ではガラス基板の検査装置の例を記載したが特に限定されない。例えば、露光装置用ステージまたはレジスト塗布用ステージなどにも有用である。
また上記実施の形態及び実施例では下軸及び上軸リニアモータがいずれも可動コイル型リニアモータの場合を記載したが特に限定されない。例えば、下軸及び上軸リニアモータがいずれも可動磁石型リニアモータの場合でもよい。あるいは下軸リニアモータ及び上軸リニアモータの一方が可動コイル型リニアモータであり他方が可動磁石型リニアモータの場合でもよい。
また上記実施の形態、実施例及び図面により本発明に使用する複合部材を例示したが特に限定されない。例えば前後左右の四方に構造部材製の枠を形成すると共に、それら枠の上面及び下面が前記四方の枠に連設する構造部材製のリブで形成された、空隙を有する組立体に、ＮＦＣを充填して構成した複合部材は有用である。

本発明のリニアモータ駆動ステージを搭載した外観検査装置の一実施形態を示す斜視図である。 下軸ベース２の構造を説明する図であり、（ａ）は台板を外して上から見たときの平面図、及び（ｂ）は図１のＡ方向から見た図である。 本発明に使用する複合部材の構造の一例を示す断面図である。 本発明のリニアモータ駆動ステージの下軸ベースを構成する複合部材の他の配設パターンを示す図であり、（ａ）はＸ軸方向に平行に３つの複合部材を配設した場合、（ｂ）は田の字状に複合部材を配設した場合、（ｃ）はロの字状に複合部材を配設した場合、（ｄ）は枠に複合部材を配設すると共に、枠内に十字状に立体交差させて複合部材を配設した場合である。 本発明のリニアモータ駆動ステージの下軸ベースを構成する複合部材の更に他の構造を示す図であり、（ａ）は２枚の台板の間にＮＦＣをサンドイッチした場合、（ｂ）は（ａ）の分割配置型、（ｃ）は３枚の台板の間にＮＦＣをサンドイッチした場合、（ｄ）は（ｃ）の分割配置型である。 本発明のリニアモータ駆動ステージの下軸ベースを構成する複合部材の更に他の構造を示す図であり、（ａ）は日の字状に組立てた組立体の間隙にＮＦＣを充填した場合、（ｂ）は田の字状に組立てた組立体の間隙にＮＦＣを充填した場合、（ｃ）はロの字状に組立てた組立体の間隙にＮＦＣを充填した場合である。 従来のリニアモータステージを示す斜視図である。 絶対位置決め精度を説明する図である。 繰返し位置決め精度を説明する図である。

符号の説明

１：Ｘ軸ステージ、
２：Ｘ軸ベース、
３：支柱、
３ａ：支柱上部、
３ｂ：支柱底部、
４：基台、
５，６１，６３，６５，６７，７１，７３，７５，７７、７９：台板、
６、６４，６８，７６，８０：据付け板、
７：Ｘ軸リニアモータガイド用凸部、
８：Ｘ軸リニアモータ、
９：Ｘ軸テーブル、
１１：Ｙ軸ステージ、
１２：Ｙ軸ベース、
１３：Ｙ軸リニアモータ、
１４：Ｙ軸テーブル、
１５：画像検出器（光学機器）、
１７：リニアモータガイド、
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２５ａ，２５ｂ，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅ，４６ｆ，４６ｇ，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ、５６ｇ：複合部材、
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ：中空部材、
２７：ケーブルベアボックス、
２８：ケーブルベア、
３１，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ：中空部材、
３２，６２，６６，７２，７４，７８，８２，８３，８７，８８，８９，９０，９２：非焼成セラミックス、
３５：溝、
５０：リニアモータ駆動ステージ、
６０：検査装置、
８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，８１ｅ，８１ｆ，８１ｇ，８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ，８６ｅ，８６ｆ，９１ａ，９１ｂ，９１ｃ，９１ｄ：鋼材。

Claims (12)

1. 構造部材と非焼成セラミックスとからなる複合部材を用いて形成されたベースと、ベース上に載置されたリニアモータとを具備するリニアモータ駆動ステージであって、前記リニアモータの可動子は１２００ｍｍ以上の長いストロークを有することを特徴とするリニアモータ駆動ステージ。
2. 前記ベースは少なくとも前記複合部材を前記可動子の走行方向に沿って配設したものである請求項１に記載のリニアモータ駆動ステージ。
3. 請求項１または２に記載のリニアモータ駆動ステージを用いたことを特徴とする液晶用装置。
4. 請求項１または２に記載のリニアモータ駆動ステージを用いたことを特徴とする半導体用装置。
5. 下軸ベースと下軸ベース上に載置された下軸リニアモータとを具備する下軸リニアモータ駆動ステージと、
   下軸ベース上に立設された支柱と前記支柱上に載置された上軸ベースと上軸ベース上に載置された上軸リニアモータとを具備する上軸リニアモータ駆動ステージ、とを具備するリニアモータ駆動ステージであって、
   下軸ベースは構造部材と非焼成セラミックスとからなる複合部材を用いて形成されていると共に、前記下軸リニアモータの可動子及び前記上軸リニアモータの可動子はいずれも１２００ｍｍ以上の長いストロークを有することを特徴とするリニアモータ駆動ステージ。
6. 前記下軸ベースは少なくとも前記複合部材を前記下軸リニアモータの可動子の走行方向に沿って配設したものであると共に、前記下軸リニアモータの可動子と前記上軸リニアモータの可動子とが立体交差して分離駆動されている請求項５に記載のリニアモータ駆動ステージ。
7. 前記下軸ベースは幅寸法（Ｗ）と長さ寸法（Ｌ）との比（Ｗ／Ｌ）が０．９以下に形成されている請求項５または６に記載のリニアモータ駆動ステージ。
8. 前記支柱及び／または前記上軸ベースは前記複合部材で形成されている請求項５乃至７のいずれかに記載のリニアモータ駆動ステージ。
9. 前記支柱及び／または前記上軸ベースは石材で形成されている請求項５乃至７のいずれかに記載のリニアモータ駆動ステージ。
10. 第５世代以降の大型ガラス基板を対象にした装置に用いられる請求項５乃至９のいずれかに記載のリニアモータ駆動ステージ。
11. 請求項５乃至１０のいずれかに記載のリニアモータ駆動ステージを用いたことを特徴とする液晶用装置。
12. 請求項５乃至１０のいずれかに記載のリニアモータ駆動ステージを用いたことを特徴とする半導体用装置。

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