JP2006287098A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
簡素且つ軽量な構成でありながら、高精度な位置決めを実現できる位置決め装置を提供する。
【解決手段】
移動部材３は、定盤１上に配置されたガイドレール２、２に沿って移動可能なスライダ３ｄ、３ｄを取り付けた第１の脚部３ａと、定盤１に対して非接触状態で支持された第２の脚部３ｂとにより支持されているので、移動に際しての抵抗が少なく、リニアモータ５に大きな駆動力を必要としないためコンパクトな構成とできる。又、スライダ３ｄ、３ｄは、静圧軸受に比べ一般的に剛性や負荷容量が高い代わりに駆動抵抗が大きいという特徴があるので、スライダ３ｄ、３ｄ側をリニアモータ５によって駆動することにより、駆動時における移動部材３の姿勢変化を抑えることができ、ロストモーションを抑えることで高精度な位置決めを実現できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、位置決め装置に関し、例えば高精度な検査や処理に用いられると好適な位置決め装置に関する。

半導体ウェハや液晶パネルなどを製造する場合において、微細パターンを露光形成したり検査等を行ったりするために、計測器や工具を搭載して、被測定物やワークが載置された定盤（基台）上を移動する位置決め装置が知られている。特に２本の脚部を有し、被測定物やワークを跨いで移動するものを、ガントリ式の位置決め装置と呼んでいる。このようなガントリ式の位置決め装置が、特許文献１に開示されている。
実公平７−３２８３号公報

ところで、特許文献１の位置決め装置においては、定盤上を移動可能なスライダ装置が設けられ、その一つの脚部はエアベアリングで支持されており、別の脚部は定盤上を単に摺動する構成となっている。又、エアベアリングで支持された脚部側が、駆動装置によりベルト駆動されるようになっている。しかるに、かかる構成では、定盤上を単に摺動する脚部には比較的大きな摩擦力が付与されることになるので、エアベアリングで支持された脚部が駆動されたときに遅れ（ロストモーション）が生じ、スライダ装置の中央に保持された測定器を高精度に移動させることができないという問題がある。このようなロストモーションは、スライダ装置の剛性が低いと、より増幅される傾向がある。

ロストモーションを抑制するために、スライダ装置の剛性を高めることが考えられるが、それによりスライダ装置が重くなり大きな駆動力が必要となり、またスライダ装置を支持するエアベアリングの負担も増大するという問題が生じる。

そこで本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、簡素且つ軽量な構成でありながら、高精度な位置決めを実現できる位置決め装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の位置決め装置は、定盤に対して移動自在に配置された位置決め装置において、
前記定盤上に配置されたガイドレールに沿って移動可能なスライダと、前記定盤に対して非接触状態で支持された支持部とを有する移動部材と、
前記定盤に対して、前記移動部材のスライダ側を駆動する駆動手段とを有することを特徴とする。

本発明の位置決め装置によれば、前記移動部材は、前記定盤上に配置されたガイドレールに沿って移動可能なスライダと、前記定盤に対して非接触状態で支持された支持部とにより支持されているので、移動に際しての抵抗が少なく、前記駆動手段に大きな駆動力を必要としないためコンパクトな構成とできる。又、前記スライダは、非接触で支持される前記支持部に比べ一般的に剛性や負荷容量が高い代わりに駆動抵抗が大きいという特徴があるので、前記スライダ側を前記駆動手段によって駆動することにより、駆動時における前記移動部材の姿勢変化を抑えることができ、ロストモーションを抑えることで高精度な位置決めを実現できる。なお、「移動部材のスライダ側を駆動する」とは、その駆動点が支持部よりスライダに近いことをいうものとする。

更に、前記支持部は静圧軸受によって支持されていると、駆動抵抗が少ないので好ましいが、これに限らず磁気軸受等も用いることができる。

更に、前記スライダ側に位置検出器を設けると、その検出結果をフィードバックすることで、より高精度な位置決めを実現できる。

更に、前記スライダ側及び前記支持部側に位置検出器を設けると、その検出結果をフィードバックすることで、より高精度な位置決めを実現できる。たことを特徴とする。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。図１は、測定器に用いられる本実施の形態の位置決め装置の上面図であり、図２は、本実施の形態の駆動装置の正面図であり、図３は、図２の構成の矢印III部を拡大して示した図である。

図２に示すように、定盤１上には、断面がコ字状の移動部材３が配置されている。移動部材３は、定盤１に対して垂直に延在する第１の脚部３ａ及び第２の脚部３ｂと、第１の脚部３ａ及び第２の脚部３ｂの上端を連結してなる架橋部３ｃとを有している。架橋部３ｃには、定盤１上に載置されたワーク（不図示）の画像読み取って形状を求める画像読み取り装置Ｃが移動自在に配置されている。

図１において、矩形板状の定盤１上の端に、一対のガイドレール２、２がその長手方向（図１で上下方向）に延在している。第１の脚部３ａの下面には、ガイドレール２、２に沿って移動可能なスライダ３ｄ、３ｄが取り付けられている８図３参照）。ガイドレール２，２とスライダ３ｄ、３ｄとで、リニアガイドを構成する。一方、支持部である第２の脚部３ｂの下面には静圧軸受が配置されている。静圧軸受は良く知られているので詳細は記載しないが、第２の脚部３ｂの下面に設置された静圧パッドから空気を吹き出して、その静圧により定盤１から第２の脚部３ｂの下面を浮上させて支持するものである。静圧パッドへの気体は、第２の脚部３ｂと架橋部３ｃ内に形成された配管（不図示）を介して供給されると好ましい。なお、図示していないが、部品の平行度などの誤差や剛性不足に起因した偏荷重が静圧軸受に作用しないように、任意の調整機構が配置されていると好ましい。

図３において、一対のガイドレール２、２の間に、駆動手段であるリニアモータ５が配置されている。なお、リニアモータの例としては、リニア誘導モータ、リニア同期モータ、リニアパルスモータ、リニア直流モータ、リニアハイブリッドモータなどがあるが、いずれも用いることができ、ここではその一例を説明する。図４は、リニアモータ５の原理を説明するための図である。図４において、定盤１に取り付けられガイドレール２，２と平行に延在する磁性体ヨーク５ａは、長手方向に沿って多数のＮ極とＳ極（界磁磁石）とを等ピッチで交互に配置している。一方、移動部材３の第１の脚部３ａには、磁性体ヨーク５ａのＮ極とＳ極とに対向するようにしてコアを備えた電機子５ｂを取り付けている。リニアモータ５において、電機子５ｂのコアに三相交流電流を流すことで、磁性体ヨーク５ａの界磁磁石との間に磁力が発生し、それにより第１の脚部３ａは定盤１に対して駆動されるようになっている。なお、熱膨張による影響を回避するために、水平方向（定盤１の面方向）における拘束は行わないことが考えられる。

図３において、第１の脚部３ａの図で右側には、位置検出器６が配置されている。図５は、位置検出器６の原理を説明するための図である。図５において、位置検出器６は、定盤１に取り付けられガイドレール２，２と平行に延在し細かいピッチで目盛りが刻設されたメインスケール６ａと、第１の脚部３ａの側面に取り付けられて移動する細かいピッチで目盛りが刻設されたインデックススケール６ｂと、メインスケール６ａとインデックススケール６ｂに向かって光を照射する発光素子６ｃと、メインスケール６ａとインデックススケール６ｂを透過又は反射した光を受光する受光素子６ｄとから構成されている。発光素子６ｃから発光された光は、メインスケール６ａとインデックススケール６ｂの相対位置に応じて、それに刻設された目盛りに応じて遮光されるので、透過又は反射した光の量を受光素子６ｄによって検出することで、第１の脚部３ａの移動量を測定できる。なお、位置検出器（リニアエンコーダ）としては、以上の光電式に限られず、磁気式、電磁誘導式、静電容量式など各種のリニアエンコーダを用いることができる。

本実施の形態の位置決め装置の動作について説明する。図６は、位置決め装置における移動部材の速度と経過時間との関係を求めたグラフである。図６において、時刻０からリニアモータ５への電力供給（正側）を開始すると、移動部材３は加速し始め、時刻ｔ１で一定速度ｖ１に到達する。その後、摩擦力にうち勝つ程度の電力（正側）をリニアモータ５に供給することで、移動部材３は一定速で移動する。更に、時刻ｔ２でリニアモータ５への電力供給（負側）を開始すると、移動部材３は減速し始め、時刻ｔ３で停止する。このとき、移動部材３の移動距離は、図６に示すダイヤグラムの面積に相当するので、移動にあたっては、この面積が所定値となるように、リニアモータ５へ電力供給を行うことが望ましい。

本実施の形態の位置決め装置によれば、移動部材３は、定盤１上に配置されたガイドレール２、２に沿って移動可能なスライダ３ｄ、３ｄを取り付けた第１の脚部３ａと、定盤１に対して静圧軸受により非接触状態で支持された第２の脚部３ｂとにより支持されているので、移動に際しての抵抗が少なく、リニアモータ５に大きな駆動力を必要としないためコンパクトな構成とできる。又、スライダ３ｄ、３ｄは、静圧軸受に比べ一般的に剛性や負荷容量が高い代わりに駆動抵抗が大きいという特徴があるので、スライダ３ｄ、３ｄ側をリニアモータ５によって駆動することにより、駆動時における移動部材３の姿勢変化を抑えることができ、ロストモーションを抑えることで高精度な位置決めを実現できる。

図７は、変形例にかかる位置決め装置の図３と同様な断面図である。本変形例においては、図３に示す実施の形態に対して、位置検出器６を第１の脚部３ａの図で左側に配置した点のみが異なるので、共通する構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。一般的に位置検出器６の調整は、リニアモータ５の調整より難易度が高い。図３，７に示すごとき本実施の形態によれば、位置検出器６をガイドレール２，２の外側に配置しているので、その調整がしやすく、組付性に優れるという利点がある。

図８は、別な変形例にかかる位置決め装置の図３と同様な断面図である。本変形例においては、図３に示す実施の形態に対して、ガイドレール２，２の内側において、リニアモータ５を縦型に配置し、且つそれに隣接して位置検出器６を配置した点のみが異なるので、共通する構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。図３，７，８に示すごとき本実施の形態によれば、リニアモータ５を移動部材３の回転中心の近くに配置することで、駆動時に移動部材３の姿勢に影響を与えないようにできる。

図９は、別な変形例にかかる位置決め装置の図３と同様な断面図である。本変形例においては、図３に示す実施の形態に対して、ガイドレール２，２の内側に位置検出器６を配置し、ガイドレール２，２の外側にリニアモータ５を縦型に配置した点のみが異なるので、共通する構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。本変形例によれば、駆動時に発熱するリニアモータ５を冷却しやすいという利点がある。

図１０は、第２の実施の形態にかかる位置決め装置の上面図であり、図１１は、第２の実施の形態にかかる位置決め装置の正面図である。本実施の形態においては、図１，２に示す実施の形態に対して、第２の脚部３ｂ側にも位置検出器６を配置した点のみが異なるので、共通する構成については同じ符号を付すことで説明を省略する。

本実施の形態によれば、リニアモータ５により第１の脚部３ａのみを駆動することによって、簡素且つコンパクトな構成を実現できるが、各部の変形やガタなどによって、駆動時に第２の脚部３ｂが第１の脚部３ａより遅れる恐れがある。かかる遅れは微小なものであるが、高精度な位置決めを実現する場合には障害になる可能性がある。

そこで、本実施の形態では、第１の脚部３ａの位置検出と共に、第２の脚部３ｂにも位置検出を行い、リニアモータ５の駆動制御に用いている。具体的には、駆動時に２つの位置検出器６からの信号に基づいて、第２の脚部３ｂの遅れが判明したときは、第２の脚部３ｂが目標位置に静止するように、第１の脚部３ａを目標位置からオーバーシュートした位置へと移動させ、その後リニアモータ５を逆方向に駆動して、第１の脚部３ａを目標位置へと戻すことができる。

或いは、例えば第１の脚部３ａと第２の脚部３ｂとの中間に測定器Ｃが位置している場合には、駆動時に２つの位置検出器６からの信号に基づいて、第２の脚部３ｂの遅れが２Δであることが判明したとき、目標位置に対して、第１の脚部３ａを＋Δの位置に静止させ、且つ第２の脚部３ｂを−Δの位置に静止させても良い。かかる場合、その中間である測定器Ｃは目標位置に精度良く静止することとなる。なお、２軸型のＸＹテーブルに、本実施の形態を適用した場合には、下軸の位置決め完了後に、上軸の位置に応じて、第１の脚部３ａ側及び第２の脚部３ｂ側の位置から決まる差分量を微小移動させることで位置決め精度を高めることができる。なお、レーザスケール等を用いてヨーイング精度を求めても良い。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本発明はリペア装置等にも適用可能である。

測定器に用いられる本実施の形態の位置決め装置の上面図である。 本実施の形態の駆動装置の正面図である。 図２の構成の矢印III部を拡大して示した図である。 リニアモータ５の原理を説明するための図である。 位置検出器６の原理を説明するための図である。 位置決め装置における移動部材の速度と経過時間との関係を求めたグラフである。 変形例にかかる位置決め装置の図３と同様な断面図である。 変形例にかかる位置決め装置の図３と同様な断面図である。 変形例にかかる位置決め装置の図３と同様な断面図である。 第２の実施の形態にかかる位置決め装置の上面図である。 第２の実施の形態にかかる位置決め装置の正面図である。

符号の説明

１ 定盤
２，２ ガイドレール
２ｂ 脚部
３ 移動部材
３ａ 第１の脚部
３ｂ 第２の脚部
３ｃ 架橋部
３ｄ スライダ
５ リニアモータ
５ａ 磁性体ヨーク
５ｂ 電機子
６ 位置検出器
６ａ メインスケール
６ｂ インデックススケール
６ｃ 発光素子
６ｄ 受光素子
Ｃ 測定器

Claims (4)

1. 定盤に対して移動自在に配置された位置決め装置において、
   前記定盤上に配置されたガイドレールに沿って移動可能なスライダと、前記定盤に対して非接触状態で支持された支持部とを有する移動部材と、
   前記定盤に対して、前記移動部材のスライダ側を駆動する駆動手段とを有することを特徴とする位置決め装置。
2. 前記支持部は静圧軸受によって支持されていることを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記スライダ側に位置検出器を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め装置。
4. 前記スライダ側及び前記支持部側に位置検出器を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置決め装置。
   
   

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