JP2006020478A

JP2006020478A - ステージ装置

Info

Publication number: JP2006020478A
Application number: JP2004198390A
Authority: JP
Inventors: Eijiro Hirayanagi; 栄治郎平柳
Original assignee: Neomax Kiko Co Ltd; Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd; Neomax Kiko Co Ltd
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】調整スペースが不要でかつ調整作業を速やかに行えるステージ装置を提供する。
【解決手段】ステージ装置１００は、基準面１１ａ、１１ｂと案内面１２ａ、１２ｂを有する定盤１と、基準面１１ａ、１１ｂに対向する面と案内面１２ａ、１２ｂに対向する面を有するスライドテーブル２１を有するＸ軸ステージ２と、スライドテーブル２１を基準面１１ａ、１１ｂ及び案内面１２ａ、１２ｂに沿ってＸ軸方向に移動させるリニアモータ３と、スライドテーブル２１の基準面１１ａ、１１ｂ及び案内面１２ａ、１２ｂに対向する側に設けた複数のエアースライド部材４と、Ｙ軸方向に移動するスライドテーブル５１を有するＹ軸ステージ５を備え、エアースライド部材４はエアーを吹き出すエアーパッド４１ａ〜４１ｈと、これらのエアーパッドを基準面１１ａ、１１ｂ又は案内面１２ａ、１２ｂに向って移動させるエアーシリンダ４３と、連通孔４５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体デバイスなどの超精密部品や液晶ディスプレイなどの超精密機器の製造において部品の搬送手段として使用されるステージ装置に関する。

半導体デバイスや各種ディスプレイの製造設備においては、高精度の位置決めを必要とする部品の移動手段としてベースに対して所定方向に移動するＸステージとそのステージに対して別の方向に移動するＹステージを備えた２軸（Ｘ−Ｙ）ステージ装置が使用されている。各ステージの駆動手段としては、例えば、ステージの移動方向に交互に異極性の磁極が配列された磁石ユニット（固定子）と、前記磁石ユニットの磁気空隙内に配置される多相コイルを含むコイルユニット（可動子）とを有する多極多相リニアモータが使用されている。このリニアモータは、起動時には多相コイルに大電流を流して大きな推力を発生させ、所定速度まで加速された時には駆動電流を低減させて一定の速度で駆動し、目標位置に近づくと再び駆動電流を高めて減速させるような速度パターンで駆動される。

上記ステージ装置においては、高速かつ高精度で物品の移動・位置決めを行うために、空気軸受を介してステージをベースに対して支持することが行われている。例えば特許文献１には、定盤の基準面に、両側に駆動手段（例えばリニアモータ）を備えた第１の移動体（Ｙステージ）を載置し、Ｙステージの移動方向と直交する方向に移動する第２の移動体（Ｘステージ）をＹステージに跨設し、ＹステージにＸステージの駆動手段（例えばリニアモータ）を設けると共に、Ｙステージを基準面に対して支持する軸受とＸステージをＹステージに対して案内支持する軸受とＸステージを基準面に対して案内支持する軸受を多孔質の静圧空気軸受で構成することが記載されている。また特許文献１には、基準面に対する両移動体の不要な傾きを抑制するために、この両方の移動体に予圧機構（磁石ユニット）を設けることが記載されている。

特許文献２には、移動体が配管自体の屈曲や振動による力を回避するために、定盤に多孔質絞り型の静圧軸受パッドを固定し、その上面の案内面に沿って移動ステージ（Ｘステージ及びＹステージ）を案内することが記載されている。但し、特許文献２に記載の如く静圧軸受パッドを定盤に固定する構造であると、静圧軸受パッドを移動体の移動範囲の全長に亘って設けることが必要になるので、通常は、特許文献１に記載されているように移動体（ステージ）側に静圧軸受パッドを設けることが行われている。

通常の空気軸受は、固定側と可動側との間に円盤状または矩形状のエアーパッドを設け、そこから圧縮空気を吹き出すことにより、エアーパッドを固定側の表面（案内面）から浮上するように構成されている。この空気軸受（以下エアースライド部材という）においては、可動側に軸をネジ込みその先端でエアーパッドを案内面に向かって押し込むことにより、エアーパッドの下面と案内面との間隔が調整される（特許文献３参照）。その詳細を図４により説明する。図４に示すように、可動側部材（スライドテーブル２１）の内部にタップ穴４９が形成され、そこにエアーパッド４１を支持する調整ボルト４８がネジ込まれることにより、エアースライド部材４が形成される。このエアースライド部材４によれば、タップ穴４９に調整工具（不図示）を挿入し、その工具を回転させて調整ボルト４８のねじ込み量を変化させることにより、エアーパッド４１と定盤１との間隔ｇが定められる。

特許第２９２１７５０号公報（第３〜４頁、図１〜３）特開２００２−１４１８７号公報（第３〜４頁、図１〜４）特開平９−２６９００８号公報（第４頁、図４）

しかるに従来のエアースライド部材４によれば、定盤１の周囲に、調整工具を操作するためのスペースを必要とする。また圧縮空気供給時のエアーパッド４１と定盤１との間隔ｇはμｍオーダーの値に設定されるので、調整工具のねじ込み量のわずかな変動により、間隔ｇが大きく変化することから、調整作業に手間が掛かるという問題があった。

従って本発明の目的は、エアースライド部材とベース部材との間に形成される間隙を調整するためのスペースが不要で、しかもこの調整作業を速やかに行うことが可能なステージ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のステージ装置は、基準面とそれに対して直交する案内面を有するベース部材と、前記基準面に対向する面と前記案内面に対向する面を有する第１のスライドテーブルを有する第１のステージと、前記第１のスライドテーブルを前記基準面及び前記案内面に沿って所定方向に移動させる駆動手段と、前記第１のスライドテーブルの前記基準面及び前記案内面に対向する側に設けられた複数のエアースライド部材と、前記第１のスライドテーブルに対してその移動方向と交差する方向に移動する第２のスライドテーブルを有する第２のステージとを備え、前記エアースライド部材は、前記基準面又は前記案内面にエアーを吹き出すエアーパッドと、前記エアーパッドを前記基準面に向って移動させるエアーシリンダと、前記エアーパッドと前記エアーシリンダにエアーを供給するエアー通路と、を有することを特徴とするものである。

本発明のステージ装置においては、前記エアーシリンダと前記エアーパッドは、球体を介して接続されことが好ましい。

本発明のステージ装置においては、前記ベース部材及び第１のスライドテーブルはグラナイトで形成されることが好ましい。

本発明のステージ装置においては、前記駆動手段は、前記ベース部材に固着された、前記第１のスライドテーブルの移動方向に沿って正弦波状の磁界分布が現出する磁気空隙を有する磁石ユニットと、前記第１のステージに支持され、前記磁気空隙内に配置される多相コイルを含むコイルユニットを有するリニアモータからなることが好ましい。

本発明によれば、ベース部材の内部にエアーパッドを基準面（又は案内面）に向って近接もしくはその面から離間させるエアーシリンダを設けるので、エアーシリンダに供給する圧縮空気の圧力を調整することにより、エアーパッドと基準面（又は案内面）との間隔を速やかに所定の値に調整することができる。しかもエアーパッドにエアーを供給するエアーシリンダに同一の供給源から圧縮空気を供給できるので、エアーパッドを一定の圧力で基準面に押し付けることが可能となる。したがってエアーパッドの位置を調整するためのスペースが不要となりしかも調整作業を速やかに行うことができる。

以下本発明の詳細を添付図面により説明する。図１は本発明の実施の形態に係わるステージ装置の平面図、図２は図１をＡ方向から見た矢視図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。

図１及び図２において、１００は２軸ステージ（Ｘステージ及びＹステージ）を有するステージ装置であり、所定位置に設置されたベース部材（以下定盤という）１と、その上部に設置されたスライドテーブル２１を有するＸステージ２と、スライドテーブル２１を基準面１１ａ、１１ｂ及び案内面１２ａ、１２ｂの長辺方向（Ｘ軸方向）に移動させるリニアモータ３ａ、３ｂと、スライドテーブル２１を定盤１に対して移動可能に支持するエアースライド部材４と、スライドテーブル２１の移動方向と直交する方向（Ｙ軸方向）に移動するスライドテーブル５１を有するＹステージ５を備えている。なお、定盤１には、Ｘ軸方向に沿ってスライドテーブル２１の位置を検出する手段（例えばリニアエンコーダ）と、その位置検出手段から出力された信号に基づいて、リニアモータ３ａ、３ｂの駆動を制御する制御手段（いずれも図示せず）が設置されている。このステージ装置１００の各部の詳細は次の通りである。

定盤１は、長方形の基準面１１ａと同じく長方形の案内面１２ａを有するＸ軸ベース部１ａと、同じくＸ軸方向に伸長する基準面１１ｂと案内面１２ｂを有するＸ軸ベース部１ｂとＹ軸方向に伸長するＹ軸ベース部１ｃからなるＨ字形部を有する。一般に、案内面１２ａは、基準面１１ａに対して直交するように設けられるが、各ステージの円滑な移動が保証されれば、これ以外の位置関係でもよい。定盤１は、精密な駆動を実現するために、剛性が高くかつ周囲の温度及び湿度変化に対して影響を受けにくい材料（例えばグラナイトに代表される石材）で形成されると共に、上記基準面及び案内面は高い位置決め精度を実現するために、高い面精度と平面度を有するように加工されている。本発明において、定盤１は、基準面１１ａ及び案内面１２ａを有するものであれば、図１及び図２に示す以外の形状、例えばブロック形状（直方体形状等）のものでもよいことはもちろんである。

Ｘステージ２は、案内部２１ａ、２１ｂと両者間を連結する中間部２１ｃからなるスライドテーブル２１と、案内部２１ａ、２１ｂの裏面から垂下するサイド部材２２ａ、２２ｂを有する。スライドテーブル２１の周囲には、中間部２１ｃの表面側にＹ軸方向に移動するスライドテーブル５とそれを駆動するリニアモータ（不図示）が設置されるので、精密な駆動を実現するために、剛性が高い材料（例えば上記のグラナイト）で形成されると共に、中間部２１ｃの表面は案内面となるために、平滑な表面となるように加工されている。サイド部材２２ａ、２２ｂは、スライドテーブル２１の移動を容易に行えるようにするために、密度の低い非磁性材料（例えばアルミニウム合金）で形成することが好ましい。

リニアモータ３ａ（３ｂ）は、Ｘ軸ベース部１ａ（１ｂ）の側方に固設された磁石ユニット３１ａ（３１ｂ）と、スライドテーブル２１の案内部２１ａ（２１ｂ）の裏面に固定されたブラケット２３ａ（２３ｂ）に支持されたコイルユニット３２ａ（３２ｂ）を有する。磁石ユニット３１ａ（３１ｂ）は、強磁性体からなる断面コ字型のヨーク３１１ａ（３１１ｂ）の内面に固着された２列の永久磁石体３１２ａ（３１２ｂ）を含み、永久磁石体３１２ａ（３１２ｂ）は、相隣る磁極の極性が異なるようにＸ軸方向に配置された複数の永久磁石ブロックからなり、かつ永久磁石体３１２ａと永久磁石体３１２ｂは異極性の磁極が相対するように配置されている。従って永久磁石体３１２ａと永久磁石体３１２ｂとの間に形成された磁気空隙には、正弦波状の磁束密度分布を有する磁束が発生する。コイルユニット３２ａ（３２ｂ）は、コイルボビンとそこに装着された複数の偏平コイル（いずれも不図示）を含む多相コイルであり、各相のコイルに通電された時にＸ軸方向の推力が発生するように結線されている。

Ｙステージ５は、スライドテーブル５１とそれをＹ軸方向に駆動するリニアモータを備えている。このリニアモータは、図示を省略するが、上記リニアモータ３と同様に構成することができる。すなわちスライドテーブル２１の中間部２１ｃにＹ軸方向に沿って伸びる磁石ユニット３１ａ（３１ｂ）と同様の磁石ユニットを設け、一方スライドテーブル５１の裏面にコイルユニット３２ａ（３２ｂ）と同様のコイルユニットを固定すればよい。

エアースライド部材４は、図３に示すようにスライドテーブル２１（Ｘ軸ベース部２１ａ、２１ｂ）と定盤１との間に介装された、多孔質体からなるエアーパッド４１ｃ（エアーパッド４１ａ、４１ｂ、４１ｄも同様）と、スライドテーブル２に形成された通気穴４５に通ずるシリンダ収容穴４４に挿入されたエアーシリンダ４３と、その先端とエアーパッド４１ｃとの間に介装された調心球４２を含む。通気穴４５から供給された圧縮空気によりエアーシリンダ４３を確実に作動するために、エアーシリンダ４３とシリンダ収容穴４４との間はＯリング４６によりシールされている。調心球４２は、スライドテーブル２の荷重を支持できるようにするために、例えばボールベアリング用鋼球で形成することが好ましい。通気穴４５とエアーパッド４１は、開閉手段（例えば電磁バルブ）を備えた配管を介して同一の圧縮空気発生源（いずれも図示せず）に接続されている。またサイド部材２２ａ、２２ｂと定盤１との間に介装されたエアーパッド４１ｅ〜４１ｆも、図示を省略するが、エアーパッド４１ａ〜４１ｄと同様の構造を有するとともにサイド部材２２ａ、２２ｂに支持されている。

上記のステージ装置の動作を説明する。例えば図３に示す通気穴４５に圧縮空気（例えば０．４７ＭＰａ）を供給することにより、エアーシリンダ４３を下方に移動させる共に、エアーパッド４１ａ〜４１ｈに上記と同様の圧力を有する圧縮空気を給送することにより、エアーパッド４１ａ〜４１ｈと定盤１の基準面１１ａとの間に微小間隙（例えば５〜１０μｍ）が形成され、スライドテーブル２１は定盤１に対して非接触に保持される。この状態で、リニアモータ３ａ（３ｂ）の多相コイル３２ａ（３２ｂ）に通電すると、フレミングの左手の法則に基づいて多相コイル３２ａ（３２ｂ）はＸ軸方向に駆動されるので、スライドテーブル２１もそれと同方向に移動することができる。ここで、次いでスライドテーブル２１を所定位置で静止させた後、リニアモータを駆動してＹ軸ステージ５を構成するスライドテーブル５１を所定の位置まで移動させればよい。

図３に示す構成によれば、通気穴４５に供給する圧縮空気の圧力を変化させることにより、エアーパッド４１ｃと定盤１の間の微小間隙を調整することが可能となる。また同一面上にある複数のエアーパッド４１ａ〜４１ｄ（４１ｅ〜４１ｈ）に供給する圧縮空気の圧力を揃えることができるため、スライドテーブル２１の全面にわたってスライドテーブル２１と定盤１との間に一定の間隙を形成することができる。

本発明の実施の形態に係わるリニアモータの平面図である。図１をＡ方向から見た矢視図である。図１のＢ−Ｂ線断面図である。従来の静圧空気軸受の断面図である。

符号の説明

１００：ステージ装置、１：定盤、１ａ、１ｂ：Ｘ軸ベース部、１ｃ：Ｙ軸ベース部、１１ａ、１１ｂ：基準面、１２ａ、１２ｂ：案内面
２：Ｘ軸ステージ、２１：スライドテーブル、２１ａ、２１ｂ：案内部、２１ｃ：中間部、２２ａ、２２ｂ：サイド部材、２３ａ、２３ｂ：ブラケット、
３ａ、３ｂ：リニアモータ、３１ａ、３１ｂ：磁石ユニット、３１１ａ、３１１ｂ：ヨーク部、３１２ａ、３１２ｂ：永久磁石体、３２ａ、３２ｂ：コイルユニット、
４：エアースライド部材、４１ａ、４１ｂ・・・４１ｈ：エアーパッド、４２：球体、４３：エアーシリンダ、４４：シリンダ収容穴、４５：通気穴、４６：Ｏリング
５：Ｙ軸ステージ、５１：スライドテーブル

Claims

基準面及び案内面を有するベース部材と、前記基準面に対向する面と前記案内面に対向する面を有する第１のスライドテーブルを有する第１のステージと、前記第１のスライドテーブルを前記基準面及び前記案内面に沿って移動させる駆動手段と、前記第１のスライドテーブルの前記基準面及び前記案内面に対向する側に設けられた複数のエアースライド部材と、前記第１のスライドテーブルに対してその移動方向と交差する方向に移動する第２のスライドテーブルを有する第２のステージとを備え、前記エアースライド部材は、前記基準面又は前記案内面にエアーを吹き出すエアーパッドと、前記エアーパッドを前記基準面又は前記案内面に向って移動させるエアーシリンダと、前記エアーパッドと前記エアーシリンダにエアーを供給するエアー通路と、を有することを特徴とするステージ装置。
前記エアーシリンダと前記エアーパッドは、球体を介して接続されていることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記ベース部材及び前記第１のスライドテーブルは、グラナイトで形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のステージ装置。
前記駆動手段は、前記ベース部材に固着された、前記第１のスライドテーブルの移動方向に沿って正弦波状の磁界分布が現出する磁気空隙を有する磁石ユニットと、前記第１のスライドテーブルに支持され、前記磁気空隙内に配置される多相コイルを含むコイルユニットを有するリニアモータからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のステージ装置。