JP2010234498A

JP2010234498A - チルトステージ

Info

Publication number: JP2010234498A
Application number: JP2009087056A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kimura; 吉宏木村
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21

Abstract

【課題】
基台とステージの積み重ね方向における厚みを薄くして小型化を図ることが可能なチルトステージを提供する。
【解決手段】
第一プレートと、この第一プレート上に設けられた第一、第二及び第三の支持ユニットと、これら支持ユニットによって傾動自在に支持された第二プレートとから構成されており、前記三基の支持ユニットは第一プレート上の仮想点の周囲に配置され、各支持ユニットは、前記仮想点を通過する前記第一プレートの法線に対して放射状に設けられると共に当該法線に対して所定角度で傾斜した方向に沿って案内経路を有する第一案内手段と、この第一案内手段に案内されると共に当該第一案内手段の案内方向と直交する方向に沿って案内経路を有する第二案内手段と、この第二案内手段に案内されると共に当該第二案内手段に対して前記第二プレートを傾動自在に連結する球面軸受とから構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被対象物を保持したステージプレートをベースプレートに対して任意の角度で傾斜させて当該被対象物の位置決めを行うチルトステージに関する。

従来、この種のチルトステージとしては、基台と、位置決めが必要とされる被対象物を保持したステージと、このステージを前記基台に対して支持する三基の支持ユニットとから構成されるものが知られている。このような構成のチルトステージでは、各支持ユニットにおいて基台とステージとの距離を調整することにより、前記ステージに対して任意の傾斜を与えることが可能となっている。

前記支持ユニットとしては種々のものが提案されている。例えば、特許文献１に開示される支持ユニットは、モータの回転量に応じて進退する駆動軸を備えると共に前記基台に対して垂直に立設された電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動軸の先端を前記ステージと結合する球面軸受とから構成されている。基台とステージとの間に配置される三基の電動アクチュエータは当該基台上で三角形を形成するように配置されており、一基の支持ユニットにおいては前記球面軸受がステージに対して直接結合されているが、他の二基の支持ユニットにおいては前記球面軸受と前記ステージとの間に直線案内装置が介在しており、ステージ面に対する前記球面軸受の面方向への移動が許容されるように構成されている。

そして、この特許文献１に開示されるチルトステージでは、各支持ユニットにおける電動アクチュエータの駆動軸の進退量がそのまま前記基台とステージとの距離の変動量となり、各支持ユニットで駆動軸の進退量を異ならせることにより、前記ステージを基台に対して任意の角度で傾斜させることが可能となっている。

一方、特許文献２に開示される支持ユニットは、基台上の仮想点を中心として放射状に配置された電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの駆動軸に対して直交する回転軸を有すると共に当該駆動軸の先端に設けられた回転軸受と、この回転軸受を介して前記駆動軸に連結された揺動腕と、前記揺動腕の先端を前記ステージに結合する球面軸受とから構成されている。

このような支持ユニットを有する特許文献２のチルトステージでは、各電動アクチュエータの駆動軸を基台の面に沿って進退させると、この駆動軸と当該駆動軸の先端に連結された前記揺動腕との交差角度が変化し、前記ステージが駆動軸の進退量に応じて基台に対して昇降するように構成されている。すなわち、三基の支持ユニットにおいて電動アクチュエータの駆動軸に任意の進退量を与えることにより、前記ステージを基台に対して任意の角度で傾斜させることが可能となっている。

特開平１０−６４７８６号公報特開２００４−１５６６７９号公報

しかし、特許文献１に開示されるチルトステージでは、各支持ユニットの電動アクチュエータを基台に対して垂直に立設しているので、基台から電動アクチュエータが大きく突出してしまい、その分だけ前記ステージと基台の積み重ね方向におけるチルトステージの厚みが増してしまう。チルトステージはそれ単独で使用する場合もあるが、被対象物を基台に対してその面に沿って移動させるＸＹステージと積み重ねて使用される場合も多々あり、そのような使用例を想定すると、前述したチルトステージの厚みは薄い方が有利である。

一方、特許文献２に開示されるチルトステージでは、各支持ユニットの電動アクチュエータにおける駆動軸の進退方向が基台の面と平行なことから、特許文献１のチルトステージに比べて前記ステージと基台の積み重ね方向の厚みを抑えることが可能である。しかし、各支持ユニットにおいては前記揺動腕の長さと揺動角に応じて基台とステージの距離が決定されるので、ステージの傾斜角度を大きく調整するためには、前記揺動腕の長さを長く設定する必要があり、その分だけ前記ステージと基台の積み重ね方向の厚みが増してしまう。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、基台とステージの積み重ね方向における厚みを薄くして小型化を図ることが可能なチルトステージを提供することにある。

前記目的を達成する本発明のチルトステージは、第一プレートと、この第一プレート上に設けられた第一、第二及び第三の支持ユニットと、これら支持ユニットによって前記第一プレートに対して傾動自在に支持された第二プレートとから構成されており、前記三基の支持ユニットは第一プレート上の仮想点の周囲に配置されている。

また、各支持ユニットは、前記仮想点を通過する前記第一プレートの法線に対して放射状に設けられると共に当該法線に対して所定角度で傾斜した方向に沿って案内経路を有する第一案内手段と、この第一案内手段に案内されると共に当該第一案内手段の案内方向と直交する方向に沿って案内経路を有する第二案内手段と、この第二案内手段に案内されると共に当該第二案内手段に対して前記第二プレートを傾動自在に連結する球面軸受とから構成されている。

そして、前記第一支持ユニットは前記第一案内手段に対して所定の案内量を与える第一駆動手段を有する一方、前記第二支持ユニットは前記第二案内手段に対して所定の案内量を与える第二駆動手段を有し、更に、前記第三支持ユニットは前記第一案内手段又は第二案内手段のいずれか一方の案内手段に対して所定の案内量を与える第三駆動手段を有している。

以上のように構成された本発明のチルトステージでは、第一支持ユニットに設けられた第一駆動手段によって第一案内手段の案内経路上における第二案内手段の位置を任意に調整し、また、第二支持ユニットに設けられた第二駆動手段によって第二案内手段の案内経路上における球面軸受の位置を任意に調整し、更に、第三支持ユニットに設けられた第三駆動手段によって第一案内手段の案内経路上における第二案内手段の位置、あるいは第二案内手段の案内経路上における球面軸受の位置を任意に調整することにより、第一プレートに対する第二プレートの姿勢、すなわち第一プレートに対する第二プレートの傾斜角及びその方向を任意に決定することが可能となる。

各支持ユニットは第一案内手段、第二案内手段及び球面軸受を単に積み重ねた構造であり、第一案内手段又は第二案内手段に対して所定の案内量を与えるのみで第一プレートに対する第二プレートの傾きを調整することが可能なので、第一プレートと第二プレートの積み重ね方向における厚みを薄くし、チルトステージの小型化を図ることが可能である。

また、前記第一案内手段、第二案内手段としては、軌道レール及びこれに組み付けられたスライダからなる公知の直線案内装置を利用可能であり、特別な機構を必要としないことから、安価に且つ簡便に製作することも可能である。

本発明が適用されたチルトステージの一例を示す斜視図である。支持ユニットを構成する第一案内手段及び第二案内手段の一例を示す斜視図である。各支持ユニットのベースプレートに対する配置を示す平面図である。第一案内手段又は第二案内手段として利用可能なボールねじアクチュエータの一例を示す斜視図である。ステージプレートをベースプレートに対して傾斜させた例を示す平面図である。ステージプレートをベースプレートに対して傾斜させた他の例を示す平面図である。

以下、添付図面を用いながら本発明のチルトステージを詳細に説明する。

図１は本発明を適用したチルトステージの実施形態の一つを示すものである。このチルトステージ１は、第一のプレートとしてのベースプレート２と、このベースプレート２上に設けられた第一支持ユニット４、第二支持ユニット５及び第三支持ユニット６と、これら三基の支持ユニット４〜６によって前記ベースプレート２に対しての傾斜角を任意に設定可能なステージプレート３とから構成されている。

各支持ユニット４〜６は、前記ベースプレート２に固定されると共に直線状の案内経路を有する第一案内手段４０，５０，６０と、この第一案内手段４０，５０，６０の案内経路上を往復案内されると共に、当該第一案内手段４０，５０，６０の案内経路と直交する案内経路を有する第二案内手段４１，５１，６１と、この第二案内手段４１，５１，６１の案内経路上を往復案内されると共に当該第二案内手段４１，５１，６１と前記ステージプレート３を結合する球面軸受４２，５２，６２とを有している。

図２は、前記第一案内手段４０，５０，６０及び第二案内手段４１，５１，６１として利用可能な二次元案内装置７を示すものである。この二次元案内装置７は、第一軌道レール７０と、この第一軌道レール７０に直交して配置された第二軌道レール７１と、多数のボール７２を介して前記第一軌道レール７０及び第二軌道レール７１に組付けられたスライド部材７３とから構成されており、前記スライド部材７３が第一軌道レール７０及び第二軌道レール７１に沿って自在に移動することが可能となっている。すなわち、この二次元案内装置では、前記第一軌道レール７０及びスライド部材７３が前記第一案内手段４０，５０，６０を構成し、前記スライド部材７３及び第二軌道レール７１が前記第二案内手段４１，５１，６１を構成することになる。また、前記第一軌道レール７０が第一案内手段４０，５０，６０の案内経路を、前記第二軌道レール７１が第二案内手段４１，５１，６１の案内経路を構成する。従って、この二次元案内装置７を前記支持ユニット４〜６に適用する場合には、前記第一軌道レール７０がベースプレート２に固定される。

一方、前記球面軸受は、先端にボール部が形成されたボールスタッドと、このボールスタッドのボール部を包持するホルダとから構成されている。前記ボールスタッドはステージプレート３に固定される一方、前記ホルダは前記第二案内手段４１，５１，６１、例えば前記二次元案内装置７の第二軌道レール７１に固定される。これにより、ステージプレート３は各支持ユニット４，５，６の第二案内手段４１，５１，６１に対して自由に傾斜することが可能となっている。

図３は、前記ベースプレート２上における支持ユニット４，５，６の配置を示すものである。三基の支持ユニット４，５，６はベースプレート２上の仮想点Ｏを中心としてその周囲に１２０°の等間隔で配置されている。各支持ユニット４，５，６の第一案内手段４０，５０，６０は前記仮想点Ｏに対して放射状に配置されている。すなわち、前記第二案内手段４１，５１，６１は第一案内手段４０，５０，６０によって前記仮想点Ｏに接近する方向又は離間する方向へ案内されることになる。

図３に示される実施形態では、前記ベースプレート２がＸＹ平面内に位置しており、前記第一支持ユニット４の第一案内手段４０は当該ＸＹ平面のＹ方向に合致して配置されている。従って、第二支持ユニット５及び第三支持ユニット６の第一案内手段５０，６０は、ＸＹ平面のＸ方向に対して３０°の傾きをもって配置されていることになる。尚、ステージプレート３の中央に破線で描かれた十字マークは当該ステージプレート３の中心位置を示している。

また、図１に示すように、各支持ユニット４，５，６はベースプレート２上に設けられた三基の傾斜台２０の上に配置されている。各傾斜台２０はベースプレート２に対して同一の角度αで傾斜した取付面２１を有しており、前記第一案内手段４０，５０，６０はこの取付面２１に固定されている。前記取付面２１は前記仮想点Ｏに近接するにつれてその高さが高くなり、仮想点Ｏから離間するにつれてその高さが低くなるように傾斜しており、この取付面２１に第一案内手段４０，５０，６０を固定すると、かかる第一案内手段４０，５０，６０は前記仮想点Ｏを通過するベースプレート２の法線ｎに対して所定角度で傾斜した状態となる。このため、各支持ユニット４，５，６において第一案内手段４０，５０，６０が第二案内手段４１，５１，６１を移動させると、かかる第二案内手段４１，５１，６１が前記仮想点Ｏに近接するにつれて、ベースプレート２から前記球面軸受４２，５２，６２までの高さ、すなわちベースプレート２からステージプレート３までの距離が大きくなる。逆に、第二案内手段４１，５１，６１が前記仮想点Ｏから離間するにつれて、ベースプレート２からステージプレート３までの距離は小さくなる。

尚、この実施形態では前記傾斜台２０の取付面２１のベースプレート２に対する高さが前記仮想点Ｏに近接するにつれて高くなるように設定したが、これとは逆に前記仮想点Ｏに近接するにつれて低くなるように設定しても良い。また、前記取付面２１の傾斜角αは任意に設定することが可能であり、このθが大きい程、第二案内手段４１，５１，６１の移動量に対するステージプレート３の高さの変化量が大きくなる。

また、前記第一支持ユニット４には前記第一案内手段４０に対して所定の案内量を与え、かかる第一案内手段４０の案内経路内において第二案内手段４１を移動させる第一駆動手段が設けられている。この第一駆動手段としては、モータの回転を直線往復運動に変換する送りねじ機構やリニアモータを使用することが可能である。この第一駆動手段は前記第一案内手段４０と別個に設けても良いが、支持ユニット４の小型化を図るという観点からすれば、第一案内手段４０と第一駆動手段が一体化した電動アクチュエータを用いるのが好ましい。

図４は、前記第一案内手段４０の内部に第一駆動手段を組み込んだ電動アクチュエータ８の一例を示すものである。この電動アクチュエータ８は、チャネル状に形成された軌道レール８０と、前記軌道レール８０に対して回転自在に支承されたねじ軸８１と、前記軌道レール８０のチャネル溝内に多数のボール８２を介して組付けられると共に前記ねじ軸８１に螺合するスライダ８３と、ブラケット８４を介して前記軌道レール８０に固定されると共に前記ねじ軸８１を回転させるモータ（図示せず）とから構成されている。モータによって前記ねじ軸８１を回転させると、前記スライダ８３がモータの回転量に応じ軌道レール８０に沿って移動するようになっている。

この図４に示される電動アクチュエータ８を第一案内手段４０として使用する場合、第二案内手段４１としては、軌道レールとこれに沿って運動するスライダとから構成される公知の直線案内装置を利用することができ、前記電動アクチュエータ８のスライダ８３に対して第二案内手段４１のスライダを固定するように構成することができる。

更に、前記第二支持ユニット５においては、前記第二案内手段５１に対して所定の案内量を与え、かかる第二案内手段５１の案内経路内において前記球面軸受５２を移動させる第二駆動手段が設けられている。また、前記第三支持ユニット６においては、前記第一案内手段６０に対して所定の案内量を与え、かかる第一案内手段６０の案内経路内において前記第二案内手段６１を移動させる第三駆動手段が設けられている。これら第二駆動手段又は第三駆動手段としては、前記第一駆動手段と同一の構成を使用することができる。

このとき、前記第三支持ユニット６においては、前記第三駆動手段を前記第一案内手段６０に対して設けずに、第二案内手段６１に対して設けるようにしても良い。

次に、この実施形態のチルトステージ１の使用方法について説明する。このチルトステージ１は第一支持ユニット４の第一駆動手段、第二支持ユニット５の第二駆動手段及び第三支持ユニット６の第三駆動手段を動作させることにより、前記ステージプレート３に対して、Ｘ軸の周囲における傾斜角Ｘθと、Ｙ軸の周囲における傾斜角Ｙθを与えることが可能である。

図３はステージプレート３がベースプレート２に対して平行に設定された状態、すなわち前記Ｘθ及びＹθが０°の状態を示している。以下、この状態を中立状態という。この中立状態では、各支持ユニット３，４，５の第二案内手段４１，５１，６１が第一案内手段４０，５０，６０の案内経路の略中央に保持されており、また、球面軸受４２，５２，６２が第二案内手段４１，５１，６１の案内経路の略中央に保持されている。

図５は、Ｙ軸に沿ってステージプレート３を傾斜させた状態を示している。すなわち、この状態ではＹ軸の周囲における傾斜角Ｙθは与えられておらず、Ｘ軸の周囲における傾斜角Ｘθのみが与えられている。具体的には、ベースプレート２に対するステージプレート３の高さが、図５の紙面下方において低く、紙面上方において高くなっている。

このとき、第一支持ユニット４においては第一駆動手段を動作させ、図３に示す中立状態に比べて第二案内手段４１を仮想点Ｏから離間する方向へ移動させている。また、第三支持ユニット６においては、第三駆動手段を動作させ、図３に示す中立状態に比べて第二案内手段６１を仮想点Ｏに近接する方向へ移動させている。これと同時に、第二支持ユニット５においては、かかる第二支持ユニット５の球面軸受５２が第三支持ユニット６の球面軸受６２とＸ軸方向に関して直列に並ぶように、前記第二駆動手段を動作させている。また、このように各駆動手段を動作させた場合、ステージプレート３の中心位置は図３の中立状態に対してＹ軸方向へ移動する。

このとき、第二支持ユニット５の第一案内手段５０、及び第三支持ユニット６の第二案内手段６１は自由に動作し、中立状態に対するステージプレート３の移動を吸収する。また、各支持ユニット４，５，６の球面軸受４２，５２，６２は前記ステージプレートの傾斜を吸収する。

図６は、Ｙ軸に対して３０°の角度で交わる方向（図中の一点鎖線ｍと平行な方向）に沿ってステージプレート３を傾斜させた状態を示している。すなわち、この状態ではＸ軸の周囲における傾斜角Ｘθ、Ｙ軸の周囲における傾斜角Ｙθの双方が与えられている。具体的には、ベースプレート２に対するステージプレート３の高さが、図６の紙面右下方において低く、紙面左上方において高くなっている。

このとき、第一支持ユニット４においては第一駆動手段を動作させ、図３に示す中立状態に比べて第二案内手段４１を仮想点Ｏから離間する方向へ移動させている。また、第三支持ユニット６においては、第三駆動手段を動作させ、図３に示す中立状態に比べて第二案内手段６１を仮想点Ｏに近接する方向へ移動させている。これと同時に、第二支持ユニット５においては、かかる第二支持ユニット５の球面軸受５２が第一支持ユニット４の球面軸受４２と前記一点鎖線ｍと直交する方向に関して直列に並ぶように、前記第二駆動手段を動作させている。また、このように各駆動手段を動作させた場合、ステージプレート３の中心位置は図３の中立状態に対して一点鎖線ｍ上を図６の紙面右下方へ移動する。

以上説明してきたように、この実施形態のチルトステージでは、第一支持ユニット４の第一駆動手段によって第一案内手段４０に任意の案内量を与え、また第二支持ユニット５の第二駆動手段によって第二案内手段５１に任意の案内量を与え、更に第三支持ユニット６の第三駆動手段によって第一案内手段６０に任意の案内量を与えると、各支持ユニット４，５，６に与えられた案内量に応じ、前記ステージプレート３を前記ベースプレート２に対して任意の角度で傾斜させて位置決めすることが可能となる。これにより、ステージプレート上に保持された対象物に対して任意の姿勢を与えることができる。

このように構成された本実施形態のチルトステージ１では、各支持ユニット４，５，６の第一案内手段４０，５０，６０がベースプレート２に対して角度αで傾斜した傾斜台２０に固定されており、かかる第一案内手段４０，５０，６０の案内経路に沿って第二案内手段４１，５１，６１が移動すると、各支持ユニット３，４，５においてベースプレート２に対するステージプレート３の高さが変化し、ステージプレート３に傾斜角が与えられる。

このため、各支持ユニット４，５，６の小型化が可能であり、ベースプレート２からステージプレート３までの高さを抑え、チルトステージ１全体の小型化を図ることが可能となる。また、このチルトステージ１を二次元平面内で対象物の位置合わせに使用するＸＹテーブルと重ねて使用することにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対象物の位置合わせを行い、更にＸ軸の周囲における傾斜角Ｘθ及びＹ軸の周囲における傾斜角Ｙθの位置合わせを行うことが可能な多自由度の位置決め装置を、極めてコンパクトに構成することが可能となる。

尚、前述した実施形態のチルトステージ１では、前記ベースプレート２が本発明の第一プレートに、前記ステージプレート３が本発明の第二プレートに相当した。しかし、これとは逆に、前記ステージプレート３を本発明の第一プレートとし、前記ベースプレート２を本発明の第二プレートとしても良い。その場合は、支持ユニット４，５，６の球面軸受４２，５２，６２がベースプレート２と当該支持ユニット４，５，６とを結合し、傾斜台２０がステージプレート３の下面側に設けられて、当該傾斜台２０の取付面２１に支持ユニット４，５，６の第一案内手段４０，５０，６０が固定されることになる。

また、前述の実施形態では各支持ユニット４，５，６において前記球面軸受４２，５２，６２が第二案内手段４１，５１，６１とステージプレート３との間に設けられていたが、かかる球面軸受４２，５２，６２はステージプレート３の傾斜を吸収できるものであれば良く、例えば第一案内手段４０，５０，６０と第二案内手段４１，５１，６１との間に介装しても差し支えない。

１…チルトステージ、２…ベースプレート、３…ステージプレート、４…第一支持ユニット、５…第二支持ユニット、６…第三支持ユニット、４０，５０，６０…第一案内手段、４１，５１，６１…第二案内手段、４２，５２，６２…球面軸受

Claims

第一プレートと、この第一プレート上に設けられた第一、第二及び第三の支持ユニットと、これら支持ユニットによって前記第一プレートに対して傾動自在に支持された第二プレートとから構成されたチルトステージにおいて、
前記三基の支持ユニットは第一プレート上の仮想点の周囲に配置され、
各支持ユニットは、前記仮想点を通過する前記第一プレートの法線に対して放射状に設けられると共に当該法線に対して所定角度で傾斜した方向に沿って案内経路を有する第一案内手段と、この第一案内手段に案内されると共に当該第一案内手段の案内方向と直交する方向に沿って案内経路を有する第二案内手段と、この第二案内手段に案内されると共に当該第二案内手段に対して前記第二プレートを傾動自在に連結する球面軸受とから構成され、
前記第一支持ユニットは前記第一案内手段に対して所定の案内量を与える第一駆動手段を有する一方、前記第二支持ユニットは前記第二案内手段に対して所定の案内量を与える第二駆動手段を有し、更に、前記第三支持ユニットは前記第一案内手段又は第二案内手段のいずれか一方の案内手段に対して所定の案内量を与える第三駆動手段を有することを特徴とするチルトステージ。
前記第三駆動手段は、前記第一案内手段に対して所定の案内量を与えることを特徴とする請求項１記載のチルトステージ。
前記第一プレート上には各支持ユニットの第一案内手段を固定する傾斜台が設けられていることを特徴とする請求項１記載のチルトステージ。
前記三基の支持ユニットは、前記仮想点を中心とした同一円周上に等角度間隔で配置されていることを特徴とする請求項１記載のチルトステージ。