JP2005302838A - Positioning device - Google Patents

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Tei Goto
禎 後藤
Nobuhito Saji
伸仁 佐治
Takeshi Nakamura
中村  剛
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve stability by suppressing the rolling and pitching during a stage transfer by enhancing the dynamic stiffness of the stage. <P>SOLUTION: The straightness error of the positioning device can be reduced by the actions of tension members 61A and 61B, but, on the other side, the dynamic stiffness of the stage may be lowered. Therefore, a supporting member 63 to which the tension members 61A and 61B are attached is formed in a rectangular frame-like shape and left and right linear guide bearings 31A dn 31B are connected to the member 63 through the supporting member 63. Owing to the supporting member 63, the movement of the linear guide bearings 31A and 31B are interlocked with each other by means of the supporting member 63. When the bearings 31A and 31B are slid, the bearings 31A and 31B individually generate rolling and pitching. However, the movement of the rolling and pitching can be reduced by suppressing the rolling and pitching by means of the supporting member 63. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a semiconductor exposure apparatus, an assembly / inspection apparatus, a precision machine tool and the like for forming a pattern on a flat substrate such as a semiconductor wafer or a liquid crystal panel.

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、第1の方向としての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、第2の方向としての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。   Conventionally, as a positioning device used in, for example, a semiconductor exposure apparatus, an assembly / inspection apparatus, a precision machine tool, etc., on a slider (table) that moves on a lower axis (for example, the X axis as the first direction), There is an apparatus that constitutes an upper shaft (for example, a Y-axis as the second direction) based on a slider (table) of the lower shaft. This type of positioning device has a configuration in which a driving device that drives a slider that moves on a lower shaft takes a weight including a slider that moves on the upper shaft, a driving device that drives the slider, and the like. Therefore, it has been difficult to move the slider sufficiently fast.

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。   For the purpose of reducing the load applied to the lower drive device and the lower shaft of the positioning device and moving the slider at high speed, for example, an X-axis slider and a Y-axis slider are arranged on the same plane, and one slider ( For example, a stage is placed on an X-axis slider) so as to be slidable in a direction orthogonal to this (in this case, the Y-axis direction), and this stage and the other slider (in this case, the Y-axis slider) are mutually connected. There has been proposed a positioning device connected so as to allow relative movement in the X-axis direction and restrain relative movement in the Y-axis direction. In the positioning device having this configuration, it is not necessary for the driving device for one slider to receive the weight including the driving device for driving the other slider. Load can be reduced.

ところが、この位置決め装置は、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。   However, since this positioning device has a configuration in which two sliders are arranged in a plane, the size of the device increases and it is difficult to achieve space saving.

このため、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が提案されている(特許文献1参照)。   For this reason, a long-life positioning device has been proposed that can reduce the load on the lower drive device and the lower shaft, move the slider at high speed, and achieves high precision and space saving. (See Patent Document 1).

この特許文献1では、ベースに対して第1のスライダを第1の駆動装置によりX軸方向に位置決めする第1の位置決め装置と、ベースに対して第2のスライダを第2の駆動装置によりY軸方向に位置決めする第2の位置決め装置とを備え、第1の駆動装置及び第2の駆動装置をベースに設け、第1のスライダ及び第2のスライダをZ軸方向に重ねて配置し、ステージを第1のスライダ及び第2のスライダの両者に係合させた位置決め装置を提供している。   In this Patent Document 1, a first positioning device that positions a first slider with respect to a base in the X-axis direction by a first driving device, and a second slider with respect to the base that is Y by a second driving device. And a second positioning device for positioning in the axial direction, the first driving device and the second driving device are provided on the base, and the first slider and the second slider are arranged to overlap in the Z-axis direction, and the stage A positioning device is provided that engages both the first slider and the second slider.

また、特許文献1では、ステージが、第1のスライダに対して、テンション部材を介して連結されており、ステージと、第2のスライダからの負荷の変動をテンション部材によって吸収することができる。したがって、ステージと各スライダとの垂直方向真直度誤差の違いに起因するステージと各スライダ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。
特開2002−158274公報
Further, in Patent Document 1, the stage is connected to the first slider via a tension member, and fluctuations in load from the stage and the second slider can be absorbed by the tension member. Therefore, the variation in the load between the stage and each slider due to the difference in vertical straightness error between the stage and each slider can be suppressed, and the positioning accuracy can be improved.
JP 2002-158274 A

しかしながら、ステージは、上記第1のスライダ及び第2のスライダに対して、それぞれ複数の摺動部材によって、点在的に支持された構造となっているため、テンション部材によって、負荷の変動を吸収することができるものの、摺動時に個々の摺動部材に、それぞれローリングやピッチングが発生し、動剛性の低下を招いている。   However, since the stage has a structure in which the first slider and the second slider are interspersed by a plurality of sliding members, the variation in load is absorbed by the tension member. However, rolling and pitching occur in each sliding member at the time of sliding, leading to a decrease in dynamic rigidity.

本発明は上記事実を考慮し、ステージの動剛性を高めることで、ステージ移動中のローリングやピッチングを抑制し、安定性を向上することができる位置決め装置を得ることが目的である。   An object of the present invention is to obtain a positioning device that can suppress the rolling and pitching during the movement of the stage and improve the stability by considering the above facts and increasing the dynamic rigidity of the stage.

本発明は、第1の方向に沿って互いに平行に設けられた複数の第1のレール部材と、前記第1の方向と直交する方向に沿って互いに平行に設けられた複数の第2のレール部とを備えた固定部と、前記第1のレール部材にそれぞれ摺動可能に支持された第1のスライダと、前記固定部に対して、前記第1のスライダを前記第1のレール部材に沿って摺動させ、かつ位置決めする第1の位置決め手段と、前記第2のレール部材にそれぞれ摺動可能に支持された第2のスライダと、前記固定部に対して、前記第2のスライダを前記第2のレール部材に沿って摺動させ、かつ位置決めする第2の位置決め手段と、を備え、前記第1のスライダに対して第2の方向に複数の第1の摺動部材を介して、並びに第2のスライダに対して第1の方向に複数の第2の摺動部材を介して、それぞれ独立に移動可能に支持されるステージを位置決めするとともに、前記第1のスライダ又は第2のスライダのいずれか一方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位置決め装置であって、同一方向に摺動する複数の第1の摺動部材又は複数の第2の摺動部材の少なくとも一方に対して、三次元的な直線性を維持して摺動させるために連結された連結補強部材を有することを特徴としている。   The present invention includes a plurality of first rail members provided in parallel to each other along a first direction, and a plurality of second rails provided in parallel to each other along a direction orthogonal to the first direction. And a first slider that is slidably supported by the first rail member, and the first slider is used as the first rail member with respect to the fixed portion. First positioning means for sliding along and positioning, a second slider slidably supported by the second rail member, and the second slider with respect to the fixed portion. Second positioning means for sliding and positioning along the second rail member, and a plurality of first sliding members in a second direction with respect to the first slider , And a plurality of second sliders in the first direction relative to the second slider The stage supported by each of the first and second sliders is positioned through the sliding member, and either the first slider or the second slider is engaged with the stage via the tension member. The positioning device is configured to slide at least one of the plurality of first sliding members or the plurality of second sliding members sliding in the same direction while maintaining three-dimensional linearity. Therefore, it has the connection reinforcement member connected for this purpose.

本発明によれば、第1の位置決め手段及び第2の位置決め手段が共に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。   According to the present invention, since both the first positioning means and the second positioning means are provided in the fixed portion, it is possible to reduce the load on one driving device such as the other driving device.

また、連結補強部材は、同一方向に摺動する複数の第1の摺動部材又は複数の第2の摺動部材の少なくとも一方に対して、三次元的な直線性を維持して摺動させるために連結されているため、摺動部材の個々の非直線的な移動が抑制でき、動剛性を高めることができる。   The connection reinforcing member is slid while maintaining three-dimensional linearity with respect to at least one of the plurality of first sliding members or the plurality of second sliding members sliding in the same direction. For this reason, since they are connected, individual non-linear movement of the sliding member can be suppressed, and dynamic rigidity can be increased.

特に本発明では、第1のレールに支持される第1のスライダまたは第2のレールに支持される第2のスライダのいずれか一方は、同一方向へ摺動する摺動部材同士を連結補強部材で連結することで、テンション部材を介して支持されるために懸念される前記個々の摺動部材のローリングやピッチングの発生を抑制することができ、ステージの移動中も安定感を維持することができる。   Particularly, in the present invention, either the first slider supported by the first rail or the second slider supported by the second rail connects the sliding members that slide in the same direction to each other. By connecting with each other, it is possible to suppress the occurrence of rolling and pitching of the individual sliding members, which are feared to be supported through the tension member, and it is possible to maintain a sense of stability while the stage is moving. it can.

前記三次元的な直線性の維持とは、前記摺動時のローリング及びピッチングの抑制することを意味する。   The maintenance of the three-dimensional linearity means suppression of rolling and pitching during the sliding.

また、本発明において、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されており、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の方向の双方に直交する第3の方向に重なって配置されていることを特徴としている。   Further, in the present invention, the stage is engaged with both the first slider and the second slider, and the first slider and the second slider are in the first direction and the second slider. It is characterized by being arranged so as to overlap with a third direction orthogonal to both directions.

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。   Since the first slider and the second slider are arranged so as to overlap in the third direction orthogonal to the first direction and the second direction, the arrangement area of these sliders is minimized. be able to.

以上説明した如く本発明では、ステージの動剛性を高めることで、ステージ移動中のローリングやピッチングを抑制し、安定性を向上することができるという優れた効果を有する。   As described above, the present invention has an excellent effect that by increasing the dynamic rigidity of the stage, the rolling and pitching during the stage movement can be suppressed and the stability can be improved.

図1は、本実施の形態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。   FIG. 1 is a plan view showing a positioning device according to the present embodiment, FIG. 2 is a front view of the positioning device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a schematic perspective view showing a main part of the positioning device shown in FIG. is there.

図1乃至図3に示すように、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。   As shown in FIGS. 1 to 3, the positioning device 1 includes a base 11 and a first positioning device 10 that is provided on the base 11 and positions the first slider 12 in the X-axis direction (first direction). And a second positioning device 20 provided on the base 11 for positioning the second slider 13 in the Y-axis direction (second direction), the first positioning device 10 and the second positioning device 20, And a stage 30 positioned in the X-axis direction and the Y-axis direction.

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の位置決め手段としての第1の駆動装置14を備えている。   The first positioning device 10 includes a first driving device 14 as first positioning means for moving the first slider 12 in the X-axis direction with respect to the base 11.

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15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。   The first drive device 14 is engaged with the X-axis ball screw nut 15 fixed to the lower surface (back surface) of the first slider 12, and the X-axis ball screw nut 15, and rotates to rotate the X-axis ball screw nut 15. An X-axis ball screw shaft 16 that moves in the X-axis direction and an X-axis motor 17 that rotates the X-axis ball screw shaft 16 are main components.

X軸モータ17は、ベース11あるいは図示しない実質的に動くことがない部位に固定されている。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18が介在されている。   The X-axis motor 17 is fixed to the base 11 or a portion that does not substantially move (not shown). An X-axis coupling 18 is interposed between the X-axis ball screw shaft 16 and the X-axis motor 17.

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16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。   X-axis ball screw shaft support portions 19 and 21 for rotatably supporting the X-axis ball screw shaft 16 on the base 11 are provided near and opposite to the X-axis coupling 18 of the X-axis ball screw shaft 16.

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。   The first slider 12 has a substantially rectangular surface that is long in the Y-axis direction, and an opening 24 is formed at a substantially central portion thereof.

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の第1の摺動部材としてのリニアガイドベアリング31A及び31B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。   Two X-axis linear guide bearings 23A and 23B that engage with X-axis linear guide rails 22A and 22B provided on the base 11 along the X-axis direction are respectively provided on the lower surfaces of both ends in the Y-axis direction of the first slider 12. It is provided one by one. In addition, linear guide bearings 31A and 31B as first sliding members of the stage 30, which will be described in detail later, are provided on the upper surfaces of both ends in the X-axis direction of the first slider 12 along the edge of the opening 24. Linear guide rails 25A and 25B for guiding in the direction are formed.

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35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。   The second positioning device 20 includes a second driving device 34 that moves the second slider 13 in the Y-axis direction with respect to the base 11. The second drive device 34 is engaged with the Y-axis ball screw nut 35 fixed to the lower surface (back surface) of the second slider 13, and the Y-axis ball screw nut 35, thereby rotating the Y-axis ball screw nut 35. A main component is a Y-axis ball screw shaft 36 that is moved in the Y-axis direction and a Y-axis motor 37 that rotates the Y-axis ball screw shaft 36.

Y軸モータ37は、ベース11あるいは図示しない実質的に動くことのない部位に固定されている。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38が介在されている。   The Y-axis motor 37 is fixed to the base 11 or a portion (not shown) that does not substantially move. A Y-axis coupling 38 is interposed between the Y-axis ball screw shaft 36 and the Y-axis motor 37.

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36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。   Y-axis ball screw shaft support portions 39 and 41 for rotatably supporting the Y-axis ball screw shaft 36 on the base 11 are provided in the vicinity of and opposite to the Y-axis coupling 38 of the Y-axis ball screw shaft 36.

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。   The second slider 13 has a substantially rectangular surface that is long in the X-axis direction, and an opening 44 is formed at a substantially central portion thereof. Two Y-axis linear guide bearings 43A and 43B that engage with Y-axis linear guide rails 42A and 42B provided on the base 11 along the Y-axis direction are respectively provided on the lower surfaces of both ends of the second slider 13 in the X-axis direction. It is provided one by one.

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の第2の摺動部材としてのリニアガイドベアリング32A及び32B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。   In addition, linear guide bearings 32A and 32B as second sliding members of the stage 30, which will be described in detail later, are provided on the upper surfaces of both ends in the Y-axis direction of the second slider 13 along the edge of the opening 44. Linear guide rails 45A and 45B for guiding in the direction are formed.

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。   Note that the second slider 13 is arranged in a state of overlapping the first slider 12 in the upward direction, that is, in the Z-axis direction (direction perpendicular to the X-axis direction and the Y-axis direction) without interfering with each other. ing.

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30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、前述の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。   The stage 30 has a substantially square surface, and an opening 54 is formed at a substantially central portion thereof. Two linear guide bearings 32 </ b> A and 32 </ b> B described above that engage with linear guide rails 45 </ b> A and 45 </ b> B provided on the second slider 13 are provided on the lower surfaces of both ends in the Y-axis direction of the stage 30.

また、ステージ30のX軸方向両端部下面には、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、この支持部材62A、62B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の一端部が各々ボルト65により固定されて設けられている。なお、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、板バネを使用している。   Support members 62 </ b> A and 62 </ b> B are provided on the lower surfaces of both ends of the stage 30 in the X-axis direction. At the lower ends of the support members 62A and 62B, one end portions of tension members 61A and 61B are respectively fixed by bolts 65 between the support members 62A and 62B and the reinforcing members 64A and 64B. In addition, as the tension members 61A and 61B, plate springs are used that are rigid in the horizontal direction and hardly reduce the straightness in the horizontal direction and the yawing accuracy.

このテンション部材61A、61Bの他端部は、連結補強部材としての矩形枠状の支持部材63に固定される板バネ受け部63E、63E、及び補強部材64A、64Bに挟まれてボルト65により固定され、支持部材63によって下から支持されている。   The other end portions of the tension members 61A and 61B are fixed by bolts 65 sandwiched between leaf spring receiving portions 63E and 63E and reinforcing members 64A and 64B fixed to a rectangular frame-shaped support member 63 as a connection reinforcing member. And is supported from below by the support member 63.

上記構成により、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、61Bを介して連結されることになる。従って、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、61Bによって吸収することができる共に、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。   With the above configuration, the stage 30 is connected to the first slider 12 via the tension members 61A and 61B. Therefore, fluctuations in load from the stage 30 and the second slider 13 can be absorbed by the tension members 61A and 61B, and due to the difference in vertical straightness error between the stage 30 and the sliders 12 and 13. Variations in the load between the stage 30 and the sliders 12 and 13 can be suppressed, and positioning accuracy can be improved.

また、図4乃至図6に示される如く、前記支持部材63は、その一方の対辺の下面に、一対の脚部63Aが設けられている。   Also, as shown in FIGS. 4 to 6, the support member 63 is provided with a pair of leg portions 63A on the lower surface of one opposite side thereof.

脚部63Aは、角柱状で最下部は拡幅されてフランジ部63Bとなっている。このフランジ部63Bには、円孔63C(図5参照)が設けられ、当該円孔63Cにボルト67を貫通させ、前記リニアガイドベアリング31A、31Bに螺合されている。これにより、支持部材63は、前記リニアガイドベアリング31A、31Bに支持されると共に、他方の対辺によって、この2個のリニアガイドベアリング31A、31Bとの間を連結することになる。   The leg portion 63A has a prismatic shape and the lowermost portion is widened to form a flange portion 63B. The flange portion 63B is provided with a circular hole 63C (see FIG. 5). A bolt 67 is passed through the circular hole 63C and is screwed into the linear guide bearings 31A and 31B. Thus, the support member 63 is supported by the linear guide bearings 31A and 31B, and connects the two linear guide bearings 31A and 31B by the other opposite side.

この支持部材63により、リニアガイドベアリング31A、31Bの動きが支持部材63により互いに連動することになり、摺動時に個々のリニアガイドベアリング31A、31Bがローリング及びピッチングが起こり得る要素が存在しても、これを制限し、結果として、ローリング及びピッチングを抑制することができる。   With the support member 63, the movement of the linear guide bearings 31A and 31B is interlocked with each other by the support member 63. Even if there is an element in which the linear guide bearings 31A and 31B can roll and pitch when sliding. This can be limited, and as a result, rolling and pitching can be suppressed.

なお、支持部材63を枠状(中央部に開口63Dを形成)としたのは、ステージ30の形状に合わせたもので、これはステージ30に設置する装置がステージ30上面から下方に延出した形状のものである場合を想定し、これとの干渉を避けるためのものであり、このような必要がなければ開口63Dは必ずしも設けなくてもよい。   The support member 63 has a frame shape (the opening 63D is formed in the center) according to the shape of the stage 30, and this is an apparatus installed on the stage 30 extending downward from the upper surface of the stage 30. This is for the purpose of avoiding the interference with the shape, and the opening 63D is not necessarily provided if it is not necessary.

以下に、本実施の形態に係る位置決め装置1の具体的動作について説明する。   Below, the specific operation | movement of the positioning apparatus 1 which concerns on this Embodiment is demonstrated.

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16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30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。   When positioning the stage 30 in the X-axis direction, when the X-axis motor 17 is driven to rotate the X-axis ball screw shaft 16, the X-axis ball screw nut 15 starts moving along the X-axis ball screw shaft 16 according to this rotation. To do. By this movement, the stage 30 moves in the X-axis direction (for example, the right direction in FIG. 1). When the stage 30 reaches a predetermined position, the driving of the X-axis motor 17 is stopped and the stage 30 is stopped at that position. If it is desired to move the stage 30 leftward as shown in FIG. 1, the X-axis motor 17 may be driven to rotate the X-axis ball screw shaft 16 in the opposite direction.

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30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。   On the other hand, when the stage 30 is moved in the Y-axis direction, when the Y-axis motor 37 is driven to rotate the Y-axis ball screw shaft 36, the Y-axis ball screw nut 35 moves along the Y-axis ball screw shaft 36 as described above. To start. By this movement, the stage 30 moves in the Y-axis direction (for example, the upward direction in FIG. 1). When the stage 30 reaches a predetermined position, the drive of the Y-axis motor 37 is stopped, and the stage 30 is stopped at that position. If the stage 30 is to be moved downward as shown in FIG. 1, the Y-axis motor 37 may be driven to rotate the Y-axis ball screw shaft 36 in the opposite direction.

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。   Here, since the first driving device 14 and the second driving device 34 are fixed to the base 11 in the positioning device 1 according to the first embodiment, the weight and driving of the driving devices 14 and 34 are driven. The load applied at that time is not applied to the first slider 12 located on the lower side. Moreover, it can also reduce that the load of the other drive device is applied to one drive device.

また、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。   When the first drive device is driven and the stage 30 and the first slider 12 move in the X-axis direction, the stage 30 moves to the linear guide rails 45A and 45B, and the first slider 12 moves to the X-axis. They are guided by the linear guide rails 22A and 22B, respectively. Here, there is no problem as long as the moving directions of the stage 30 and the first slider 12 are exactly coincident with the X-axis direction. Does not match exactly. In particular, in the case of the configuration of the positioning device of the present invention, the rate of the straightness error in the vertical direction becomes high. That is, the difference between the vertical shakes when moving in the X-axis direction is relatively large. When both are connected without a tension member, such straightness in the vertical direction interferes with each other, an extra force acts between the two, and such a useless force between the two acts. The fluctuation may affect the decrease in positioning accuracy in the X-axis direction.

そこで、ステージ30と第1のスライダ12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。   Therefore, by connecting the stage 30 and the first slider 12 via the tension members 61A and 61B, the difference in straightness error between the stage 30 and the first slider 12 (particularly in the vertical direction) is tensioned. Absorption was performed by the members 61A and 61B. Thereby, an excessive force applied between the two is suppressed, and when both move in the X-axis direction, a decrease in positioning accuracy due to such a change in load is also prevented.

同様に、ステージ30と第1のスライダ12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2のスライダ13の真直度誤差の差もテンション部材61A及び61Bにより吸収される。これにより、ステージ30及び第2のスライダ13がY軸方向に移動する際にも、両者(ステージ30及び第2のスライダ13)間にかかる余分な力が抑制され、位置決め精度低下も防止される。   Similarly, by connecting the stage 30 and the first slider 12 via tension members 61A and 61B, the difference in straightness error between the stage 30 and the second slider 13 is also absorbed by the tension members 61A and 61B. . As a result, even when the stage 30 and the second slider 13 move in the Y-axis direction, an excessive force applied between both the stage 30 and the second slider 13 is suppressed, and a decrease in positioning accuracy is also prevented. .

さらに、上記テンション部材61A及び61Bの働きにより、真直度誤差を軽減することができるが、反面、動剛性が低下する可能性がある。そこで、このテンション部材61A及び61Bが取り付けられた支持部材63を矩形枠状として、左右のリニアガイドベアリング31A、31Bを支持部材63を介して連結した。   Further, although the straightness error can be reduced by the action of the tension members 61A and 61B, the dynamic rigidity may be lowered. Therefore, the support member 63 to which the tension members 61A and 61B are attached has a rectangular frame shape, and the left and right linear guide bearings 31A and 31B are connected via the support member 63.

この支持部材63により、リニアガイドベアリング31A、31Bの動きが支持部材63により互いに連動することになる。   With the support member 63, the movements of the linear guide bearings 31 </ b> A and 31 </ b> B are interlocked with each other by the support member 63.

すなわち、リニアガイドベアリング31A、31Bの摺動時には、当該リニアガイドベアリング31A、31Bが、個々にローリング及びピッチングを発生し、動剛性が低い。しかし、これを支持部材63によって抑制し、ローリング及びピッチングの動きを軽減することができる。   That is, when the linear guide bearings 31A and 31B slide, the linear guide bearings 31A and 31B individually generate rolling and pitching and have low dynamic rigidity. However, this can be suppressed by the support member 63, and the movement of rolling and pitching can be reduced.

実験によれば、支持部材63を矩形枠状として、リニアガイドベアリング31A、31Bを連結することで、個々のリニアガイドベアリング31A、31Bのローリングに起因する固有振動数が格段に向上することがわかった。なお、実験上は、周波数41Hzが200Hz以上へ向上することが確認できている。   According to experiments, it is found that the natural frequency due to rolling of the individual linear guide bearings 31A and 31B is remarkably improved by connecting the linear guide bearings 31A and 31B with the support member 63 having a rectangular frame shape. It was. In the experiment, it has been confirmed that the frequency 41 Hz is improved to 200 Hz or more.

なお、本実施の形態では、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。   In the present embodiment, a case where a motor, a ball screw nut, and a ball screw shaft are used for the first driving device 14 and the second driving device 34 has been described. Various members such as a combination of pulleys, a linear motor as a motor, and the like can be used. Further, when it is desired to suppress magnetic field fluctuations such as an application using an electron beam, a ball screw nut and a ball screw shaft or a belt or the like is used for the first driving device 14 and the second driving device 34. That is, it is desirable to use a rotary motor in which the motor itself does not move instead of a linear motor.

さらに、ガイドレールやこれに係合するリニアガイドベアリングの数等も適宜変更可能である。     Furthermore, the number of guide rails and the number of linear guide bearings engaged therewith can be appropriately changed.

本発明の実施の形態に係る位置きめ装置を示す平面図である。It is a top view which shows the positioning apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す位置きめ装置の正面図である。It is a front view of the positioning apparatus shown in FIG. 図1に示す位置きめ装置の主要部分を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the principal part of the positioning apparatus shown in FIG. 図1のIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. 本実施の形態に係る支持部材(連結補強部材)の平面図である。It is a top view of the supporting member (connection reinforcement member) concerning this embodiment. 本実施の形態に係る支持部材(連結補強部材)の斜視図である。It is a perspective view of the supporting member (connection reinforcement member) concerning this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 位置決め装置
11 ベース(固定部)
12 第1のスライダ
13 第2のスライダ
10 第1の位置決め装置(第1の位置決め手段)
20 第2の位置決め装置(第2の位置基め手段)
14 第1の駆動装置(第1の位置決め手段)
22A、22B X軸リニアガイドレール(第1のレール部材)
23A、23B X軸リニアガイドベアリング
30 ステージ30
31A、31B リニアガイドベアリング(第1の摺動部材)
25A、25B リニアガイドレール
34 第2の駆動装置(第2の位置決め手段)
42A、42B Y軸リニアガイドレール(第2のレール部材)
43A、43B Y軸リニアガイドベアリング
32A、32B リニアガイドベアリング(第2の摺動部材)
45A、45B リニアガイドレール
62A、62B 支持部材(連結補強部材)
64A、64B 補強部材
61A、61B テンション部材
63 支持部材
63A 脚部
63B フランジ部
63C 円孔
67 ボルト
1 Positioning device 11 Base (fixed part)
12 1st slider 13 2nd slider 10 1st positioning device (1st positioning means)
20 Second positioning device (second positioning means)
14 1st drive device (1st positioning means)
22A, 22B X-axis linear guide rail (first rail member)
23A, 23B X-axis linear guide bearing 30 Stage 30
31A, 31B Linear guide bearing (first sliding member)
25A, 25B Linear guide rail 34 Second driving device (second positioning means)
42A, 42B Y-axis linear guide rail (second rail member)
43A, 43B Y-axis linear guide bearing 32A, 32B Linear guide bearing (second sliding member)
45A, 45B Linear guide rail 62A, 62B Support member (connection reinforcement member)
64A, 64B Reinforcement member 61A, 61B Tension member 63 Support member 63A Leg part 63B Flange part 63C Circular hole 67 Bolt

Claims (3)

第1の方向に沿って互いに平行に設けられた複数の第1のレール部材と、前記第1の方向と直交する方向に沿って互いに平行に設けられた複数の第2のレール部とを備えた固定部と、
前記第1のレール部材にそれぞれ摺動可能に支持された第1のスライダと、
前記固定部に対して、前記第1のスライダを前記第1のレール部材に沿って摺動させ、かつ位置決めする第1の位置決め手段と、
前記第2のレール部材にそれぞれ摺動可能に支持された第2のスライダと、
前記固定部に対して、前記第2のスライダを前記第2のレール部材に沿って摺動させ、かつ位置決めする第2の位置決め手段と、を備え、
前記第1のスライダに対して第2の方向に複数の第1の摺動部材を介して、並びに第2のスライダに対して第1の方向に複数の第2の摺動部材を介して、それぞれ独立に移動可能に支持されるステージを位置決めするとともに、前記第1のスライダ又は第2のスライダのいずれか一方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位置決め装置であって、同一方向に摺動する複数の第1の摺動部材又は複数の第2の摺動部材の少なくとも一方に対して、三次元的な直線性を維持して摺動させるために連結された連結補強部材を有することを特徴とした位置決め装置。
A plurality of first rail members provided in parallel to each other along a first direction; and a plurality of second rail portions provided in parallel to each other along a direction orthogonal to the first direction. Fixing part,
A first slider slidably supported on each of the first rail members;
First positioning means for sliding and positioning the first slider along the first rail member with respect to the fixed portion;
A second slider slidably supported on each of the second rail members;
Second positioning means for sliding and positioning the second slider along the second rail member with respect to the fixed portion;
Via a plurality of first sliding members in a second direction with respect to the first slider, and via a plurality of second sliding members in a first direction with respect to the second slider, A positioning device that positions a stage that is supported so as to be independently movable, and in which either the first slider or the second slider is engaged with the stage via a tension member. A connecting reinforcing member connected to at least one of the plurality of first sliding members or the plurality of second sliding members sliding in the direction so as to maintain sliding in a three-dimensional linearity. A positioning device characterized by comprising:
前記三次元的な直線性の維持が、前記摺動時のローリング及びピッチングの抑制であることを特徴とする請求項1記載の位置決め装置。   2. The positioning apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional linearity is maintained by suppressing rolling and pitching during the sliding. 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されており、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の方向の双方に直交する第3の方向に重なって配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の位置決め装置。

The stage is engaged with both the first slider and the second slider, and the first slider and the second slider are orthogonal to both the first direction and the second direction. The positioning device according to claim 1, wherein the positioning device is disposed so as to overlap with the third direction.

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