JP2008078409A - 基板用ステージ、直動モータの使用方法、及び位置決め治具 - Google Patents

基板用ステージ、直動モータの使用方法、及び位置決め治具 Download PDF

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明 早野
Yutaka Kumazawa
豊 熊沢
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Abstract

【課題】直動モータのシャフト部と移動部との接触を防止し、テーブル又は光学ユニットの移動を直動モータにより高速かつ高精度に行う。
【解決手段】直動モータは、円柱状の磁石を内蔵したシャフト部14aと、シャフト部14aを取り囲むコイルを内蔵し、シャフト部14aの外径より大きな内径の移動部14bとを有する。接触防止機構は、移動部14bの両端に取り付けられ、シャフト部14aが振動したとき、シャフト部14aと移動部14bとの接触を防止する。接触防止機構は、複数のローラ31と、各ローラ31を回転可能に保持する複数のローラ保持部材32と、各ローラ保持部材を案内する複数の案内溝33aを設けたローラ取り付け部材33とを有し、各ローラ31の表面がシャフト部14aの外径と移動部14bの内径との間に位置する様に、各ローラ保持部材32をローラ取り付け部材33の各案内溝33a内で位置決めしている。
【選択図】図3

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイ装置等の表示用パネル基板の処理、検査又は測定において、基板と基板の処理、検査又は測定を行う光学ユニットとを相対的に移動する基板用ステージ、該基板用ステージに好適な直動モータの使用方法、及び該使用方法に用いられる位置決め治具に関する。
表示用パネルとして用いられる液晶ディスプレイ装置のTFT(Thin Film Transistor)基板やカラーフィルタ基板、プラズマディスプレイパネル用基板、有機EL(Electroluminescence)表示パネル用基板等の製造は、露光装置を用いて、フォトリソグラフィー技術により基板上にパターンを形成して行われる。そして、パターン形成後、検査装置を用いて、基板の表面に異物や欠陥等が無いか検査が行われる。液晶ディスプレイ装置のTFT基板又はカラーフィルタ基板では、さらに、測定装置を用いて、基板の表面に形成されたフォトスペーサの高さの測定が行われる。
この様な基板の処理、検査又は測定において、基板用ステージは、基板を搭載するテーブル、基板の処理、検査又は測定を行う光学ユニット、あるいは両者を移動することにより、基板と光学ユニットとを相対的に移動する。従来、テーブル又は光学ユニットを移動する機構としては、ボールねじ等の送りねじが使用されていた。例えば、特許文献1及び特許文献2には、送りねじを使用した基板の検査装置が開示されている。
特開2004−279162号公報 特開2002−98641号公報
近年、表示用パネルの大画面化に伴って基板が大型化する程、基板の処理、検査又は測定において、テーブル又は光学ユニットの移動を高速かつ高精度に行いたいという要求が強くなって来た。しかしながら、ボールねじ等の送りねじを使用した従来の基板用ステージでは、テーブル又は光学ユニットを移動する速度及び精度の向上に限界があった。
送りねじに代わる新たな機構として、円柱状の磁石を内蔵したシャフト部と、シャフト部を取り囲むコイルを内蔵した移動部とを有する直動モータが開発されている。移動部の内径は、シャフト部の外径よりわずかに大きく、シャフト部と移動部は、わずかな隙間を介して接触しない様に設置される。コイルに電流を流すと、コイルの電流と磁石の磁界とから、フレミングの左手の法則によって、移動部に推力が発生する。シャフト部と移動部が非接触で摩擦が無いため、高速かつ高精度な移動が可能である。
しかしながら、直動モータを用いて、基板用ステージのテーブルや光学ユニットの様に質量の大きなものを急激に加速又は減速させると、シャフト部が振動を起こし、シャフト部と移動部とが接触して塵が発生し、発生した塵がコイルに付着してコイルが短絡するという問題があった。また、直動モータを用いて、質量の大きなものの移動を高速で繰り返すと、コイルが過度に高温となって焼き付く恐れがあった。
本発明の課題は、直動モータのシャフト部と移動部との接触を防止し、テーブル又は光学ユニットの移動を直動モータにより高速かつ高精度に行うことである。さらに、本発明の課題は、簡単な設備で直動モータのコイルを冷却することである。
本発明の基板用ステージは、基板を搭載するテーブルと、テーブルに搭載された基板の処理、検査又は測定を行う光学ユニットと、基板と光学ユニットとを相対的に移動する移動手段とを備えた基板用ステージであって、移動手段が、円柱状の磁石を内蔵したシャフト部と、シャフト部を取り囲むコイルを内蔵し、シャフト部の外径より大きな内径の移動部とを有する直動モータと、移動部の両端に取り付けられ、シャフト部が振動したとき、シャフト部と移動部との接触を防止する接触防止機構とを有するものである。
移動部がテーブル又は光学ユニットを急激に加速又は減速させることにより、シャフト部が振動を起こしても、移動部の両端に取り付けられた接触防止機構が、シャフト部と移動部との接触を防止するので、シャフト部と移動部が非接触で摩擦無く保たれ、テーブル又は光学ユニットを高速かつ高精度に移動することができる。
さらに、本発明の基板用ステージは、接触防止機構が、複数のローラと、各ローラを回転可能に保持する複数のローラ保持部材と、各ローラ保持部材を案内する複数の案内溝を設けたローラ取り付け部材とを有し、各ローラの表面がシャフト部の外径と移動部の内径との間に位置する様に、各ローラ保持部材をローラ取り付け部材の各案内溝内で位置決めしたものである。
また、本発明の直動モータの使用方法は、円柱状の磁石を内蔵したシャフト部と、シャフト部を取り囲むコイルを内蔵し、シャフト部の外径より大きな内径の移動部とを有する直動モータの使用方法であって、複数のローラと、各ローラを回転可能に保持する複数のローラ保持部材と、各ローラ保持部材を案内する複数の案内溝を設けたローラ取り付け部材とを有する接触防止機構を、移動部の両端に取り付け、各ローラの表面がシャフト部の外径と移動部の内径との間に位置する様に、各ローラ保持部材をローラ取り付け部材の各案内溝内で位置決めし、シャフト部が振動したとき、ローラがシャフト部に当たって、シャフト部と移動部との接触を防止するものである。
各ローラの表面をシャフト部の外径と移動部の内径との間に位置させるので、シャフト部が振動しない限り、ローラはシャフト部に当たらず、シャフト部とローラとの摩擦で塵が発生しない。シャフト部が振動したとき、ローラがシャフト部に当たって、シャフト部と移動部との接触を防止する。ローラ取り付け部材に各ローラ保持部材を案内する複数の案内溝が設けられているので、各ローラ保持部材の位置決めが容易となる。
さらに、本発明の直動モータの使用方法は、内径がシャフト部の外径とほぼ同じであり、シャフト部の外径より大きく移動部の内径より小さな外径の胴部と、移動部の内径より大きな外径の脚部と、脚部の端に設けられたテーパ部と、脚部の一部を削って設けられたローラ逃げ部とを有する位置決め治具を、シャフト部に装着し、各ローラを位置決め治具の胴部に突き当てて、各ローラ保持部材をローラ取り付け部材の各案内溝内で位置決めするものである。
また、本発明の位置決め治具は、内径がシャフト部の外径とほぼ同じであり、シャフト部の外径より大きく移動部の内径より小さな外径の胴部と、移動部の内径より大きな外径の脚部と、脚部の端に設けられたテーパ部と、脚部の一部を削って設けられたローラ逃げ部とを有し、上記直動モータの使用方法に用いられるものである。
位置決め治具をシャフト部に装着し、各ローラを位置決め治具の胴部に突き当てる簡単な作業で、各ローラの表面をシャフト部の外径と移動部の内径との間に位置させることができる。
さらに、本発明の基板用ステージは、移動部の側面に取り付けられ、移動部からの放熱を促進する放熱部材を備えたものである。放熱部材により、簡単な設備で直動モータのコイルの冷却が行われる。
さらに、本発明の基板用ステージは、放熱部材を覆うカバーと、カバーの一端に設けられ、カバー内へ空気を吸入する吸気口と、カバーの他端に設けられ、カバー内から空気を排出する排気口とを備えたものである。カバー内で吸気口から排気口へ流れる空気により、放熱部材が強制冷却されて放熱効果がさらに促進される。強制冷却のための空気はカバー外へ漏れず、塵が発生して基板に付着することが無い。
本発明の基板用ステージによれば、直動モータのシャフト部と移動部との接触を防止し、テーブル又は光学ユニットの移動を直動モータにより高速かつ高精度に行うことができる。
さらに、本発明の基板用ステージ及び直動モータの使用方法によれば、各ローラの表面をシャフト部の外径と移動部の内径との間に位置させることにより、シャフト部が振動しない限り、シャフト部とローラとの摩擦で塵が発生するのを防止することができる。また、ローラ取り付け部材に各ローラ保持部材を案内する複数の案内溝を設けることにより、各ローラ保持部材の位置決めを容易に行うことができる。
さらに、本発明の直動モータの使用方法及び位置決め治具によれば、位置決め治具をシャフト部に装着し、各ローラを位置決め治具の胴部に突き当てる簡単な作業で、各ローラの表面をシャフト部の外径と移動部の内径との間に位置させることができる。
さらに、本発明の基板用ステージによれば、放熱部材により、簡単な設備で直動モータのコイルを冷却することができる。
さらに、本発明の基板用ステージによれば、カバー内で吸気口から排気口へ流れる空気により、放熱部材を強制冷却して放熱効果をさらに促進させることができる。また、強制冷却のための空気がカバー外へ漏れないので、塵が発生して基板に付着するのを防止することができる。
図1は、本発明の一実施の形態による基板用ステージの上面図である。また、図2は、本発明の一実施の形態による基板用ステージの側面図である。本実施の形態は、基板用ステージを、基板の表面に形成されたフォトスペーサの高さを測定する高さ測定装置に適用した例を示している。基板用ステージは、テーブル10、ベース11、Xガイド12、X移動ベース13、X方向移動用の直動モータ、該直動モータの接触防止機構、Yガイド15、Y移動ベース16、Y方向移動用の直動モータ、該直動モータの接触防止機構、及び光学ユニット20を含んで構成されている。
図1及び図2において、表面に測定対象のフォトスペーサが形成された基板1が、ベース11上のテーブル10に搭載されている。テーブル10は、基板1を真空吸着して固定する。ベース11にはXガイド12が設けられ、Xガイド12にはテーブル10を跨ぐ門型のX移動ベース13が搭載されている。X移動ベース13の上面にはYガイド15が設けられ、Yガイド15にはY移動ベース16が搭載されている。Y移動ベース16には、フォトスペーサの高さ測定を行う光学ユニット20が搭載されている。
X移動ベース13には、X方向移動用の直動モータの移動部14bが連結されている。X移動ベース13は、シャフト部14a及び移動部14bから成るX方向移動用の直動モータにより、Xガイド12に沿ってX方向へ移動する。同様に、Y移動ベース16には、Y方向移動用の直動モータの移動部17bが連結されている。Y移動ベース16は、シャフト部17a及び移動部17bから成るY方向移動用の直動モータにより、Yガイド15に沿ってY方向へ移動する。X移動ベース13のX方向への移動及びY移動ベース16のY方向への移動によって、光学ユニット20がテーブル10に搭載された基板1の各測定点の上方へ移動する。
なお、本実施の形態では光学ユニットが1つだけ設けられているが、光学ユニットを複数設けてもよい。
以下、X方向移動用の直動モータ及び該直動モータの接触防止機構について説明する。Y方向移動用の直動モータ及び該直動モータの接触防止機構も、同様の構成である。
図3(a)は本発明の一実施の形態による直動モータ及び接触防止機構の側面図、図3(b)は同正面図である。X方向移動用の直動モータは、円柱状の磁石を内蔵したシャフト部14aと、シャフト部14aを取り囲むコイルを内蔵した移動部14bとを有する。移動部14bの内径は、シャフト部14aの外径よりわずかに大きく、シャフト部14aと移動部14bは、わずかな隙間を介して接触しない様に設置されている。ケーブル14cからコイルに電流を流すと、コイルの電流と磁石の磁界とから、フレミングの左手の法則によって、移動部14bに推力が発生する。シャフト部14aと移動部14bが非接触で摩擦が無いため、高速かつ高精度な移動が可能である。
接触防止機構は、移動部14bの両端に取り付けられ、複数のローラ31と、各ローラ31を回転可能に保持する複数のローラ保持部材32と、各ローラ保持部材32が固定されるローラ取り付け部材33とを含んで構成されている。
なお、本実施の形態では、移動部14bの外形が四角柱であり、それに合わせてローラ31を移動部14bの両端にそれぞれ4つ設けているが、ローラ31を移動部14bの両端にそれぞれ3つ又は5つ以上設けてもよい。
図4(a)は接触防止機構を直動モータの正面側から見た図、図4(b)は図4(a)に対応して接触防止機構を直動モータの側面側から見た図である。図4(a)に示す様に、ローラ保持部材32には、ボルト34を挿入する長穴32aが設けられている。図4(b)に示す様に、ローラ取り付け部材33には、各ローラ保持部材32を案内する複数の案内溝33aが設けられている。各ローラ保持部材32は、各ローラ31の表面がシャフト部14aの外径と移動部14bの内径との間に位置する様に、ローラ取り付け部材33の各案内溝33a内で位置決めされ、長穴32aへ挿入されたボルト34により、ローラ取り付け部材33に固定されている。
各ローラ31の表面をシャフト部14aの外径と移動部14bの内径との間に位置させるので、シャフト部14aが振動しない限り、ローラ31はシャフト部14aに当たらず、シャフト部14aとローラ31との摩擦で塵が発生しない。シャフト部14aが振動したとき、ローラ31がシャフト部14aに当たって、シャフト部14aと移動部14bとの接触を防止する。ローラ取り付け部材33に各ローラ保持部材32を案内する複数の案内溝33aが設けられているので、各ローラ保持部材32の位置決めが容易となる。
さらに、本実施の形態では、特殊な位置決め治具を用いて、各ローラ保持部材32の位置決めを行う。図5は、位置決め治具の斜視図である。また、図6(a)は位置決め治具の側面図、図6(b)は位置決め治具の底面図である。図5に示す様に、位置決め治具40は、同じ形状の2つの治具部品41を組み合わせて構成されている。2つの治具部品41を組み合わせた状態で、位置決め治具40は、その内径がシャフト部14aの外径とほぼ同じであり、シャフト部14aの外径より大きく移動部14bの内径より小さな外径の胴部40aと、移動部14bの内径より大きな外径の脚部40bと、脚部40bの端に設けられたテーパ部40cと、脚部40bの一部を削って設けられたローラ逃げ部40dとを有する。
まず、シャフト部14aを挟んで2つの治具部品41を組み合わせることにより、位置決め治具40をシャフト部14aに装着する。図7(a)は位置決め治具をシャフト部に装着した状態を示す図である。続いて、移動部14bを図7(a)の図面上方向へ移動し、移動部14bの内壁の縁を位置決め治具40のテーパ部40cに接触させる。そして、ローラ保持部材32をローラ取り付け部材33の案内溝33a内でスライドさせて、ローラ31を位置決め治具40の胴部40aに突き当てる。
図7(b)はローラを位置決め治具の胴部に突き当てた状態を示す図である。位置決め治具40の胴部40aに突き当てられたローラ31の表面は、シャフト部14aの外径と移動部14bの内径との間に位置する。この状態で、ローラ保持部材32をボルト34によりローラ取り付け部材33に固定する。ローラ保持部材32を固定した後は、ローラ31が位置決め治具40のローラ逃げ部40dに沿う様にしながら、移動部14bを図7(b)の図面下方向へ移動する。そして、2つの治具部品41を離して、位置決め治具40をシャフト部14aから外す。
以上説明した実施の形態によれば、移動部14bが光学ユニット20を急激に加速又は減速させることにより、シャフト部14aが振動を起こしても、移動部14bの両端に取り付けられた接触防止機構が、シャフト部14aと移動部14bとの接触を防止するので、シャフト部14aと移動部14bが非接触で摩擦無く保たれ、光学ユニット20を高速かつ高精度に移動することができる。なお、光学ユニット20を移動する代わりに、直動モータを用いてテーブル10をXY方向へ移動することにより、基板1と光学ユニット20とを相対的に移動してもよい。
さらに、以上説明した実施の形態によれば、各ローラ31の表面をシャフト部14aの外径と移動部14bの内径との間に位置させることにより、シャフト部14aが振動しない限り、シャフト部14aとローラ31との摩擦で塵が発生するのを防止することができる。また、ローラ取り付け部材33に各ローラ保持部材32を案内する複数の案内溝33aを設けることにより、各ローラ保持部材32の位置決めを容易に行うことができる。
さらに、以上説明した実施の形態によれば、位置決め治具40をシャフト部14aに装着し、各ローラ31を位置決め治具40の胴部40aに突き当てる簡単な作業で、各ローラ31の表面をシャフト部14aの外径と移動部14bの内径との間に位置させることができる。
図8(a)は本発明の他の実施の形態による直動モータ及び接触防止機構の側面図、図8(b)は同正面図である。本実施の形態は、図3に示した直動モータの移動部14bの側面に、放熱部材50を取り付けたものである。放熱部材50は、アルミニウム等の熱伝導率の良い材料で作られ、複数のフィン50aを有する。放熱部材50は、複数のフィン50aから周囲の空気へ熱を放出することにより、移動部14bからの放熱を促進する。放熱部材50が移動部14bからの放熱を促進することにより、移動部14bの内部のコイルが冷却される。
なお、図8に示した実施の形態では、放熱部材50が移動部14bの1つの側面だけに取り付けられているが、放熱部材50を移動部14bの2つ以上の側面に取り付けてもよい。
図9(a)は本発明のさらに他の実施の形態による直動モータ及び接触防止機構の側面図、図9(b)は同正面図である。本実施の形態は、図8に示した実施の形態に、さらに、放熱部材50を覆うカバー51を取り付け、カバー51内へ空気を吸入する吸気口52をカバー51の一端に設け、カバー51内から空気を排出する排気口53をカバー51の他端に設けたものである。
吸気口52には、空気供給設備から流量センサー54を介して、圧縮空気が供給される。吸気口52に供給された圧縮空気は、カバー51内を流れて排気口53から排出され、流量センサー55を介して、真空ポンプへ吸引される。カバー51内で吸気口52から排気口53へ流れる空気により、放熱部材51が強制冷却されて放熱効果がさらに促進される。強制冷却のための空気はカバー51外へ漏れず、塵が発生して基板1に付着することが無い。
流量センサー54は、吸気口52へ供給される圧縮空気の流量を測定する。流量センサー55は、排気口53から排出される空気の流量を測定する。流量センサー54,55の測定結果が所定値未満となった場合は、ケーブル14cへの給電を遮断して、直動モータを停止する。
図8及び図9に示した実施の形態によれば、放熱部材50により、簡単な設備で直動モータのコイルを冷却することができる。
さらに、図9に示した実施の形態によれば、カバー51内で吸気口52から排気口53へ流れる空気により、放熱部材50を強制冷却して放熱効果をさらに促進させることができる。また、強制冷却のための空気がカバー外へ漏れないので、塵が発生して基板に付着するのを防止することができる。
本発明の基板用ステージは、基板の測定装置に限らず、基板の露光を行う露光装置や基板の検査を行う検査装置等の様に、基板と光学ユニットとの相対的な移動が必要な装置に適用することができる。
本発明の一実施の形態による基板用ステージの上面図である。 本発明の一実施の形態による基板用ステージの側面図である。 図3(a)は本発明の一実施の形態による直動モータ及び接触防止機構の側面図、図3(b)は同正面図である。 図4(a)は接触防止機構を直動モータの正面側から見た図、図4(b)は図4(a)に対応して接触防止機構を直動モータの側面側から見た図である。 位置決め治具の斜視図である。 図6(a)は位置決め治具の側面図、図6(b)は位置決め治具の底面図である。 図7(a)は位置決め治具をシャフト部に装着した状態を示す図、図7(b)はローラを位置決め治具の胴部に突き当てた状態を示す図である。 図8(a)は本発明の他の実施の形態による直動モータ及び接触防止機構の側面図、図8(b)は同正面図である。 図9(a)は本発明のさらに他の実施の形態による直動モータ及び接触防止機構の側面図、図9(b)は同正面図である。
符号の説明
1 基板
10 テーブル
11 ベース
12 Xガイド
13 X移動ベース
14a,17a シャフト部
14b,17b 移動部
14c ケーブル
15 Yガイド
16 Y移動ベース
20 光学ユニット
31 ローラ
32 ローラ保持部材
32a 長穴
33 ローラ取り付け部材
33a 案内溝
34 ボルト
40 位置決め治具
40a 胴部
40b 脚部
40c テーパ部
40d ローラ逃げ部
41 治具部品
50 放熱部材
50a フィン
51 カバー
52 吸気口
53 排気口
54,55 流量センサー

Claims (7)

  1. 基板を搭載するテーブルと、
    前記テーブルに搭載された基板の処理、検査又は測定を行う光学ユニットと、
    基板と前記光学ユニットとを相対的に移動する移動手段とを備えた基板用ステージであって、
    前記移動手段は、
    円柱状の磁石を内蔵したシャフト部と、シャフト部を取り囲むコイルを内蔵し、シャフト部の外径より大きな内径の移動部とを有する直動モータと、
    前記移動部の両端に取り付けられ、前記シャフト部が振動したとき、前記シャフト部と前記移動部との接触を防止する接触防止機構とを有することを特徴とする基板用ステージ。
  2. 前記接触防止機構は、
    複数のローラと、
    各ローラを回転可能に保持する複数のローラ保持部材と、
    各ローラ保持部材を案内する複数の案内溝を設けたローラ取り付け部材とを有し、
    各ローラの表面が前記シャフト部の外径と前記移動部の内径との間に位置する様に、各ローラ保持部材を前記ローラ取り付け部材の各案内溝内で位置決めしたことを特徴とする請求項1に記載の基板用ステージ。
  3. 円柱状の磁石を内蔵したシャフト部と、シャフト部を取り囲むコイルを内蔵し、シャフト部の外径より大きな内径の移動部とを有する直動モータの使用方法であって、
    複数のローラと、各ローラを回転可能に保持する複数のローラ保持部材と、各ローラ保持部材を案内する複数の案内溝を設けたローラ取り付け部材とを有する接触防止機構を、移動部の両端に取り付け、
    各ローラの表面がシャフト部の外径と移動部の内径との間に位置する様に、各ローラ保持部材をローラ取り付け部材の各案内溝内で位置決めし、
    シャフト部が振動したとき、ローラがシャフト部に当たって、シャフト部と移動部との接触を防止することを特徴とする直動モータの使用方法。
  4. 内径がシャフト部の外径とほぼ同じであり、シャフト部の外径より大きく移動部の内径より小さな外径の胴部と、移動部の内径より大きな外径の脚部と、脚部の端に設けられたテーパ部と、脚部の一部を削って設けられたローラ逃げ部とを有する位置決め治具を、シャフト部に装着し、
    各ローラを位置決め治具の胴部に突き当てて、各ローラ保持部材をローラ取り付け部材の各案内溝内で位置決めすることを特徴とする請求項3に記載の直動モータの使用方法。
  5. 内径がシャフト部の外径とほぼ同じであり、シャフト部の外径より大きく移動部の内径より小さな外径の胴部と、移動部の内径より大きな外径の脚部と、脚部の端に設けられたテーパ部と、脚部の一部を削って設けられたローラ逃げ部とを有し、請求項4に記載の直動モータの使用方法に用いられる位置決め治具。
  6. 前記移動部の側面に取り付けられ、前記移動部からの放熱を促進する放熱部材を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の基板用ステージ。
  7. 前記放熱部材を覆うカバーと、
    前記カバーの一端に設けられ、前記カバー内へ空気を吸入する吸気口と、
    前記カバーの他端に設けられ、前記カバー内から空気を排出する排気口とを備えたことを特徴とする請求項6に記載の基板用ステージ。
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