JP2010253663A - 反力処理機構 - Google Patents

Abstract

【課題】定盤の振動を抑制すると共に、ステージ装置を小型化する。
【解決手段】機構５０では、フレーム２１でシャフト部１２ｘが架台２に連結固定されると共に、ガイド２２でシャフト部１２ｘが定盤４に対してＸ軸方向に相対移動可能とされ、定盤４とＸ軸シャフト部１２ｘとの間でＸ軸反力が逃がされる。よって、Ｘ軸反力がシャフト部１２ｘに加わると、このＸ軸反力は定盤４に伝達されることなく架台２に伝達される。また、Ｙ軸及びＺ軸方向におけるシャフト部１２ｘと定盤４との相対移動がガイド２２で規制されることから、これらの位置関係が保持される。さらに、シャフト部１２ｘが逃げ機構２４を介して架台２に連結固定されることから、例えば架台２に加わる外力でシャフト部１２ｘがズレることが抑制される。よって、シャフト部１２ｘとコイル部１３ｘとの間隔を大きくすることなくこれらの接触を抑制できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステージ装置に用いられる反力処理機構に関する。

従来の反力処理機構としては、除振ユニットを介して支持される定盤と、定盤上に支持され該定盤上を移動する移動体と、移動体を一方向に駆動するアクチュエータと、を具備するステージ装置に用いられるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような反力処理装置では、アクチュエータの固定子を支持手段で床に連結固定することにより、アクチュエータによる駆動で固定子に加わる反力を床に伝達させ、定盤の振動を抑制することが図られている。

特許第２７１４５０２号公報

しかしながら、上記の反力処理機構では、前述のように、アクチュエータの固定子を床に連結固定することから、ステージ装置のフットプリントが大きくなり、ステージ装置が大型化してしまうおそれがある。

また、上記のような反力処理機構においては、例えばアクチュエータとしてリニアモータを用いた場合、固定子（又は、その支持部）が定盤とは別に設けられる一方、定盤に支持された移動体にアクチュエータの可動子が設けられることから、外力などの影響により定盤と固定子との間に相対変位が生じると、可動子と固定子との間に相対変位が生じてしまい、これらが接触するおそれがある。よって、この場合、かかる接触を回避すべく固定子と可動子との間隔を大きくする必要があるため、アクチュエータが大型化し、ひいてはステージ装置が大型化してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、定盤の振動を抑制すると共に、ステージ装置を小型化することができる反力処理機構を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る反力処理機構は、架台と、架台に除振ユニットを介して支持される定盤と、定盤上に支持され該定盤上を移動する移動体と、移動体を一方向に駆動するアクチュエータと、を具備するステージ装置に用いられる反力処理機構であって、一方向とは異なる方向の変位を吸収する逃げ機構を介して、アクチュエータの固定子を架台に連結固定する連結部と、定盤に対するアクチュエータの固定子の相対移動を、一方向とは異なる方向に規制しつつ一方向にガイドするガイド部と、を備えたことを特徴とする。

この本発明の反力処理機構では、連結部によってアクチュエータの固定子（以下、単に「固定子」という）が架台に連結固定されている。また、ガイド部によって固定子が定盤に対して一方向に相対移動することから、定盤と固定子との間で一方向の力が逃がされるようになっている。よって、アクチュエータによる駆動でアクチュエータの固定子に一方向の反力が加わると、かかる反力が定盤に伝達されることなく架台に伝達されて処理される。すなわち、定盤の振動を抑制しながら、例えば固定子を床に連結固定することを不要にでき、ステージ装置のフットプリントを縮小することが可能となる。

ここで、本発明では、一方向とは異なる方向で固定子が定盤に固定されることとなり、定盤上を一方向に移動する可動子と固定子との相対変位が少なくなる。よって、固定子と可動子との接触を防止できる。さらに、固定子が逃げ機構を介して架台に連結固定されていることから、架台と固定子との間で一方向とは異なる方向の力が逃がされる。そのため、例えば架台に加わった外力によって、架台と架台に除振ユニットを介して支持された定盤とが一方向とは異なる方向にズレたとしても（変位したとしても）、このズレが逃げ機構で許容されて固定子に伝達され難い。そのため、固定子と可動子との接触を防止できる。つまり、固定子と可動子との間隔を大きくすることなく（つまり、アクチュエータを大型化することなく）固定子と可動子との接触を抑制することが可能となる。従って、本発明によれば、定盤の振動を抑制すると共に、ステージ装置を小型化することが可能となる。

また、架台と、該架台に除振ユニットを介して支持される定盤と、定盤上に支持され該定盤上を移動する第１及び第２移動体と、第１移動体を第１方向に駆動する第１アクチュエータと、第２移動体を第１方向と交差する第２方向に駆動する第２アクチュエータと、を具備するステージ装置に用いられる反力処理機構であって、第１方向とは異なる方向の変位を吸収する第１逃げ機構を介して、第１アクチュエータの固定子を架台に連結固定する第１連結部と、第２方向とは異なる方向の変位を吸収する第２逃げ機構を介して、第２アクチュエータの固定子を架台に連結固定する第２連結部と、定盤に対する第１アクチュエータの固定子の相対移動を、第１方向とは異なる方向に規制しつつ第１方向にガイドする第１ガイド部と、定盤に対する第２アクチュエータの固定子の相対移動を、第２方向とは異なる方向に規制しつつ第２方向にガイドする第２ガイド部と、を備えたことを特徴とする。

この本発明の反力処理機構では、上記反力処理機構と同様な次の作用効果を奏する。すなわち、第１及び第２アクチュエータの駆動によりこれらの各固定子に加わる反力のそれぞれが定盤に伝達されることなく架台に伝達されて処理されるため、定盤の振動を抑制しながらフットプリントを縮小することが可能となる。また、第１及び第２アクチュエータのそれぞれにおいて、固定子と可動子との間に相対変位が生じるのを抑制することができ、固定子と可動子との間隔を大きくすることなく固定子と可動子との接触を抑制することができる。従って、本発明においても、定盤の振動を抑制すると共に、ステージ装置を小型化することが可能となる。

また、第２移動体は、第１移動体上を移動するものであり、第２アクチュエータの固定子を支持する支持機構をさらに備え、支持機構は、第２方向における第２アクチュエータの固定子の第１移動体に対する相対移動を可能にすると共に、第１方向における該固定子と第１移動体との同期移動を可能にするよう構成されていることが好ましい。このように構成することで、本発明の反力処理機構をいわゆるスタック型ステージ装置に用いることができる。

このとき、支持機構は、定盤上に配置されたベース部と、ベース部上に配置され、第２アクチュエータの固定子が固定された固定ブロック部と、ベース部に対する固定ブロック部の相対移動を、第２方向に規制しつつ第１方向にガイドする第１支持機構ガイド部と、第１移動体に対する固定ブロック部の相対移動を、第１方向に規制しつつ第２方向にガイドする第２支持機構ガイド部と、を含み、第２連結部は、第２逃げ機構を介して架台とベース部とを連結固定し、第２ガイド部は、定盤とベース部との間に設けられている場合がある。

また、アクチュエータは、シャフトモータであることが好ましい。アクチュエータとしてシャフトモータを用いる場合、その固定子と可動子との間の間隔が小さいため、固定子と可動子との接触を抑制する上記作用効果は顕著となる。

また、本発明に係る反力処理機構は、架台と、架台に除振ユニットを介して支持される定盤と、定盤上に支持され該定盤上を移動する移動体と、移動体を一方向に駆動するアクチュエータと、を具備するステージ装置に用いられる反力処理機構であって、アクチュエータの固定子を架台に連結固定する連結部と、定盤に対するアクチュエータの固定子の相対移動を、一方向とは異なる方向に規制しつつ一方向に許容する固定子支持部と、を備え、固定子支持部は、アクチュエータの固定子が移動しようとする力を、一方向については架台に伝達させ、一方向と異なる方向については定盤に伝達させることを特徴とする。

この反力処理機構では、アクチュエータが移動体を一方向に移動させた場合に固定子に発生する反力を、架台に伝達させることによって定盤に反力が伝わることを低減することができる。また、移動体が一方向とは別の方向に移動した場合、及び外力の影響で定盤が振動した場合でも、一方向とは異なる方向に関して、固定子の定盤に対する相対移動を規制し、固定子が移動しようとする力を定盤で受けることができる。よって、定盤に設けられた可動子と固定子との相対変位を抑制することができ、これらの接触を防止することが可能となる。

また、連結部は、一方向と異なる方向の変位を吸収する逃げ機構を有し、アクチュエータの固定子と架台との間で発生する変位を許容することが好ましい。これにより、定盤と架台とが相対変位した場合、つまり、固定子と架台との間に相対変位があった場合でも、連結部に加わる応力を低減し、その上で、固定子にて発生する一方向に関する反力を架台に伝達し反力処理を行うことができる。

本発明によれば、定盤の振動を抑制すると共に、ステージ装置を小型化することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る反力処理機構が用いられたステージ装置を示す斜視図である。 図１のステージ装置を示す概略上面図である。 図１のステージ装置を示す側面図である。 図２のIV−IV線に沿っての断面図である。 本実施形態のＸ軸反力処理機構を示す斜視図である。 図５のＸ軸反力処理機構のＸ軸逃げ機構を示す斜視図である。 本実施形態のＹ軸反力処理機構を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は本発明の一実施形態に係る反力処理機構が用いられたステージ装置を示す斜視図、図２は図１のステージ装置を示す概略上面図、図３は図１のステージ装置を示す側面図、図４は図２のIV−IV線に沿っての断面図である。

図１〜４に示すように、ステージ装置１は、例えば半導体を検査・露光するための半導体検査・露光装置に組み込まれ、顕微鏡やカメラ等の光学系フレーム（不図示）と対向して配置される半導体ウェハの位置調整に利用されるＸＹステージ装置である。

このステージ装置１は、図１に示すように、架台２と、架台２に除振ユニット３を介して支持された定盤４と、定盤４上にて移動するＸ軸移動体（第１移動体）５及びＹ軸移動体（第２移動体）６と、を備え、Ｘ軸移動体５上にてＹ軸移動体６が支持され移動されるいわゆるスタック型ステージ装置である。

架台２は、ステージ装置１の基礎なる下部構造であり、例えば工場の床面Ｆ（図３参照）等に立脚する４本の足部２ａを有している。

除振ユニット３は、架台２と定盤４との間で伝播する振動を減衰して除去するものであり、例えば空気バネやゴム等の弾性材を含んで構成されている。この除振ユニット３は、架台２の足部２ａの上端部に固定されている。

定盤４は、例えば石材で形成された長方体状を呈し、除振ユニット３の上端部に固定されている。この定盤４の盤面４ａは、平面加工が施されてその平面度が高められている。

Ｘ軸移動体５は、定盤４上において水平方向の一方向である下軸方向としてのＸ軸方向（第１方向）に沿って移動するものである。図３に示すように、このＸ軸移動体５は、長尺板状を呈しており、その下面側に設けられた一対のＸ軸スライダ７ａ，７ａを有している。Ｘ軸スライダ７ａ,７ａは、定盤４上に設けられＸ軸方向に延在する一対のＸ軸ガイドレール７ｂ，７ｂに係合している。これにより、Ｘ軸移動体５にあっては、盤面４ａ上で鉛直方向であるＺ軸方向に支持されると共に、Ｘ軸ガイドレール７ｂに沿って滑走可能、つまりＸ軸方向に移動可能となっている。

図４に示すように、Ｙ軸移動体６は、Ｘ軸移動体５上において水平方向におけるＸ軸方向の直交方向である上軸方向としてのＹ軸方向（第２方向）に沿って移動するものである。このＹ軸移動体６は、矩形板状を呈しており、その下面側に設けられた一対のＹ軸スライダ８ａ，８ａを有している。Ｙ軸スライダ８ａ，８ａは、Ｘ軸移動体５上に設けられＹ軸方向に延在する一対のＹ軸ガイドレール８ｂ，８ｂに係合している。これにより、Ｙ軸移動体６にあっては、Ｘ軸移動体５上でＺ軸方向に支持されると共に、Ｙ軸ガイドレール８ｂに沿って滑走可能、つまりＹ軸方向に移動可能となっている。

また、図１に示すように、ステージ装置１は、Ｘ軸シャフトモータ（第１アクチュエータ）１１ｘと、Ｙ軸シャフトモータ（第２アクチュエータ）１１ｙと、を備えている。

図４に示すように、Ｘ軸シャフトモータ１１ｘは、Ｘ軸移動体をＸ軸方向に駆動するアクチュエータであり、固定子としてのＸ軸シャフト部１２ｘ及び可動子としてのＸ軸コイル部１３ｘを含んで構成されている。

Ｘ軸シャフト部１２ｘは、その内部に磁石を含み、定盤４上の中央位置にてＸ軸方向に沿って延在している。このＸ軸シャフト部１２ｘの両端部は、Ｘ軸リニアガイド（第１ガイド部，固定子支持部）２２でＸ軸方向の移動がガイドされたＸ軸固定ブロック２３に固定されていると共に、Ｘ軸リアクションフレーム（第１連結部）２１によって架台２にＸ軸逃げ機構（第１逃げ機構）２４を介して連結固定されている（詳しくは、後述）。

Ｘ軸コイル部１３ｘは、Ｘ軸シャフト部１２ｘに沿って可動するものであり、その内部にＸ軸シャフト部１２ｘを取り囲むコイルを含んでいる。このＸ軸コイル部１３ｘは、Ｘ軸シャフト部１２ｘに所定間隔を有して外挿されていると共に、Ｘ軸移動体５の下面側に固定されている。

これにより、Ｘ軸シャフトモータ１１ｘでは、Ｘ軸コイル部１３ｘに所定電流が印加されると、このＸ軸コイル部１３ｘが電磁相互作用によってＸ軸方向に移動され、その結果、Ｘ軸移動体５がＸ軸方向に駆動されることになる。

Ｙ軸シャフトモータ１１ｙは、Ｙ軸移動体６をＹ軸方向に駆動するアクチュエータであり、上記Ｘ軸シャフトモータ１１ｘと同様に、固定子としてのＹ軸シャフト部１２ｙ及び可動子としてのＹ軸コイル部１３ｙを含んで構成されている。

図１に示すように、Ｙ軸シャフト部１２ｙは、その内部に磁石を含み、Ｘ軸方向におけるＸ軸移動体５の一方側にてＹ軸方向に沿って延在している。このＹ軸シャフト部１２ｙの一端部（図中左端部）は、Ｙ軸リニアガイド（第２ガイド部，固定子支持部）３２でＹ軸方向の移動がガイドされたＹ軸シャフト部支持機構（支持機構）４０に支持されていると共に、Ｙ軸リアクションフレーム（第２連結部）３１によって架台２にＹ軸逃げ機構（第２逃げ機構）３４を介して連結固定されている（詳しくは、後述）。また、Ｙ軸シャフト部１２ｙの他端部（図中右側）は、Ｘ軸移動体５に固定されている。

Ｙ軸コイル部１３ｙは、Ｙ軸シャフト部１２ｙに沿って可動するものであり、その内部にＹ軸シャフト部１２ｙを取り囲むコイルを含んでいる。このＹ軸コイル部１３ｙは、Ｙ軸シャフト部１２ｙに所定間隔を有して外挿されていると共に、Ｙ軸移動体６においてＸ軸方向一方側の下面に固定されている。

これにより、Ｙ軸シャフトモータ１１ｙでは、Ｙ軸コイル部１３ｙに所定電流が印加されると、このＹ軸コイル部１３ｙが電磁相互作用によってＹ軸方向に移動され、その結果、Ｙ軸移動体６がＹ軸方向に駆動されることになる。

なお、ステージ装置１は、例えばレーザ光を利用して移動体５，６それぞれの位置を検出するリニアスケール（不図示）を備えている。

ここで、ステージ装置１においては、上述したように反力処理機構５０が用いられている。反力処理機構５０は、Ｘ軸シャフトモータ１１ｘの駆動でＸ軸シャフト部１２ｘに加わる反力（以下、「Ｘ軸反力」という）を処理するＸ軸反力処理機構２０を具備している。なお、ここでのＸ軸反力は、具体的には、Ｘ軸シャフトモータ１１ｘがＸ軸移動体５に与える推力の反作用としての力であって、Ｘ軸方向を力の向きとするものである。

図５は本実施形態のＸ軸反力処理機構を示す斜視図であり、図６は図５のＸ軸反力処理機構のＸ軸逃げ機構を示す斜視図である。図５に示すように、このＸ軸反力処理機構２０は、Ｘ軸シャフト部１２ｘの両端部それぞれに取り付けられており、Ｘ軸リアクションフレーム２１及びＸ軸リニアガイド２２を有している。

Ｘ軸リアクションフレーム２１は、図４に示すように、Ｘ軸シャフト部１２ｘに加わるＸ軸反力を架台２に伝達させるものである。このＸ軸リアクションフレーム２１は、Ｚ軸方向に延在する板状を呈しており、Ｘ軸シャフト部１２ｘの端部を架台２に連結し固定する。ここでは、Ｘ軸シャフト部１２ｘの両端部に取り付けられた各Ｘ軸反力処理機構２０，２０において、Ｘ軸リアクションフレーム２１，２１がＸ軸シャフト部１２ｘの両端部を挟持するよう構成されており、Ｘ軸リアクションフレーム２１，２１は、Ｘ軸方向の自由度を拘束するようＸ軸シャフト部１２ｘの両端部を架台２に連結固定する。

このＸ軸リアクションフレーム２１は、具体的には、その下端部が、架台２の足部２ａに架け渡すように設けられた反力受け部材２５を介して架台２に固定されている。反力受け部材２５は、伝達された反力を受けるために好ましいとして、Ｘ軸方向を法線方向とする反力受け面２５ａを有している（図１参照）。

一方、Ｘ軸リアクションフレーム２１の上端部は、Ｘ軸固定ブロック２３に固定されたステー２６に、Ｘ軸逃げ機構２４を介して固定されている。Ｘ軸逃げ機構２４は、Ｘ軸方向とは異なる方向の変位を吸収するものである。ここでは、Ｘ軸逃げ機構２４は、Ｘ軸方向以外の５自由度を有し、Ｘ軸方向以外の方向の変位を吸収する（つまり、定盤４及び架台２の相互位置変位を吸収する）。より具体的には、このＸ軸逃げ機構２４は、以下のように構成されている。

すなわち、図６に示すように、Ｘ軸逃げ機構２４では、一対のブロック部２４ａ，２４ｂがその間に球体２４ｃを介在させてＸ軸方向に並設されていると共に、ボルト２４ｄでブロック部２４ａ，２４ｂが互いに押さえつけられ、ブロック部２４ａ，２４ｂが球体２４ｃを中心としてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸回りの回転方向θｘ，θｙ，θｚに相対回転可能にされている。これにより、回転方向θｘ，θｙ，θｚの変位が吸収される。

また、ブロック部２４ａとＸ軸リアクションフレーム２１との間にＺ軸ガイド部２４ｅが設けられ、ブロック部２４ａがＸ軸リアクションフレーム２１に対しＺ軸方向に相対移動可能にして固定されている。これにより、Ｚ軸方向の変位が吸収される。さらにまた、ブロック部２４ｂとステー２６との間にＹ軸ガイド部２４ｆが設けられ、ブロック部２４ｂがステー２６に対しＹ軸方向に相対移動可能にして固定されている。これにより、Ｙ軸方向の変位が吸収される。

なお、Ｘ軸逃げ機構２４では、ブロック部２４ｂにおいてボルト２４ｄが挿通する貫通孔２４ｇの直径がボルト２４ｄの直径より大きくされており、これにより、ブロック部２４ａ，２４ｂの相対回転が阻害されるのを防止できる。また、バネ２４ｈによってブロック部２４ｂがブロック部２４ａに向けて付勢されており、これにより、ブロック部２４ａ，２４ｂの相対回転時において球体２４ｃの脱落を防止できる。

図５に示すように、Ｘ軸リニアガイド２２は、定盤４に対するＸ軸シャフト部１２ｘの相対移動を、Ｘ軸方向とは異なる方向に規制しつつＸ軸方向にガイドにするものである。このＸ軸リニアガイド２２は、定盤４に固定されＸ軸方向に沿って延在する一対のＸ軸ガイドレール２２ａ，２２ａと、Ｘ軸固定ブロック２３に固定され各Ｘ軸ガイドレール２２ａ，２２ａにＹ軸及びＺ軸方向に係合する一対のＸ軸スライダ２２ｂ，２２ｂと、を含んでいる。

これにより、Ｘ軸リニアガイド２２は、Ｘ軸固定ブロック２３をＸ軸方向のみ可動にする直動案内機構として機能し、Ｘ軸固定ブロック２３のＸ軸方向以外の方向（つまり、Ｙ軸及びＺ軸方向）の可動を規制する。換言すると、Ｘ軸リニアガイド２２は、Ｘ軸シャフト部１２ｘのＸ軸方向以外の自由度を拘束する。

図１に戻り、本実施形態の反力処理機構５０は、Ｙ軸シャフトモータ１１ｙの駆動でＹ軸シャフト部１２ｙに加わる反力（以下、「Ｙ軸反力」という）を処理するＹ軸反力処理機構３０をさらに具備している。なお、ここでのＹ軸反力は、具体的には、Ｙ軸シャフトモータ１１ｙがＹ軸移動体５に与える推力の反作用としての力であって、Ｙ軸方向を力の向きとするものである。

図７は、本実施形態のＹ軸反力処理機構を示す斜視図である。図７に示すように、Ｙ軸反力処理機構３０は、Ｙ軸リアクションフレーム３１及びＹ軸リニアガイド３２を有すると共に、Ｙ軸シャフト部１２ｙを支持するＹ軸シャフト部支持機構４０を有している。

Ｙ軸リアクションフレーム３１は、Ｙ軸シャフト部１２ｙに加わるＹ軸反力を架台２に伝達させるものである。このＹ軸リアクションフレーム３１は、図１に示すように、Ｚ軸方向に延在する板状を呈しており、Ｙ軸シャフト部１２ｙの一端部を架台２に連結し固定する。ここでは、Ｙ軸リアクションフレーム３１は、Ｙ軸方向の自由度を拘束するようＹ軸シャフト部支持機構４０を架台２に連結固定する。

このＹ軸リアクションフレーム３１は、具体的には、その下端部が、架台２の足部２ａに架け渡すように設けられた反力受け部材３５を介して架台２に固定されている。反力受け部材３５は、伝達されたＹ軸反力を受けるために好ましいとして、Ｙ軸方向を法線方向とする反力受け面３５ａを有している。

一方、図７に示すように、Ｙ軸リアクションフレーム３１の上端部は、Ｙ軸シャフト部支持機構４０にＹ軸逃げ機構３４を介して固定されている。Ｙ軸逃げ機構３４は、Ｙ軸方向とは異なる方向の変位を吸収するものである。ここでは、Ｙ軸逃げ機構３４は、上記Ｘ軸逃げ機構２４と同様に構成されており、Ｙ軸方向以外の方向の変位を吸収する、つまり、Ｙ軸方向以外の５自由度を有している。

Ｙ軸リニアガイド３２は、定盤４に対するＹ軸シャフト部１２ｙの相対移動を、Ｙ軸方向とは異なる方向に規制しつつＹ軸方向にガイドにするものである。このＹ軸リニアガイド３２は、定盤４に固定されＹ軸方向に沿って延在する一対のＹ軸ガイドレール３２ａ，３２ａと、Ｙ軸シャフト部支持機構４０に固定されＹ軸ガイドレール３２ａ，３２ａにＸ軸及びＺ軸方向に係合する一対のＹ軸スライダ３２ｂ，３２ｂと、を含んでいる。

これにより、Ｙ軸リニアガイド３２は、Ｙ軸シャフト部支持機構４０をＹ軸方向のみ可動にする直動案内機構として機能し、Ｙ軸シャフト部支持機構４０のＹ軸方向以外の方向（つまり、Ｙ軸及びＺ軸方向）の可動を規制する。換言すると、Ｙ軸リニアガイド３２は、Ｙ軸シャフト部１２ｙのＹ軸方向以外の自由度を拘束する。

Ｙ軸シャフト部支持機構４０は、Ｙ軸シャフト部１２ｙからＸ軸移動体５にＹ軸反力が伝達されないようこれらのＹ軸方向の相対移動を可能にしつつ、Ｙ軸シャフト部１２ｙとＸ軸移動体５とのＸ軸方向の同期移動を可能にしながら、Ｙ軸シャフト部１２ｙを支持するものである。このＹ軸シャフト部支持機構４０は、支持ベース（ベース部）４１、Ｙ軸固定ブロック（固定ブロック部）４２、Ｘ軸リニアガイド（第１支持機構ガイド部）４３及びＹ軸リニアガイド（第２支持機構ガイド部）４４を含んで構成されている。

支持ベース４１は、板状を呈し、定盤４上においてＹ軸方向の端部に配置されている。この支持ベース４１の下面には、上記Ｙ軸リニアガイド３２の上記Ｙ軸スライダ３２ｂが設けられている。また、支持ベース４１のステー４１ａには、上記Ｙ軸逃げ機構３４を介して上記Ｙ軸リアクションフレーム３１が固定されている。Ｙ軸固定ブロック４２は、支持ベース４１上に配置され、Ｙ軸シャフト部１２ｙに固定されている。

Ｘ軸リニアガイド４３は、支持ベース４１とＹ軸固定ブロック４２との間に設けられており、支持ベース４１に対するＹ軸固定ブロック４２の相対移動を、Ｙ軸方向に規制しつつＸ軸方向にガイドする。このＸ軸リニアガイド４３は、具体的には、支持ベース４１に設けられＸ軸方向に延在する一対のＸ軸ガイドレール４３ａ，４３ａと、Ｙ軸固定ブロック４２に設けられＸ軸ガイドレール４３ａ，４３ａにＹ軸及びＺ軸方向に係合する一対のＸ軸スライダ４３ｂ，４３ｂ（図３参照）と、を有している。

Ｙ軸リニアガイド４４は、Ｘ軸移動体５とＹ軸固定ブロック４２とを接続するよう設けられており、Ｘ軸移動体５に対するＹ軸固定ブロック４２の相対移動をＸ軸方向に規制しつつＹ軸方向にガイドする。このＹ軸リニアガイド４４は、具体的には、Ｘ軸移動体５の側面５ａ（図１参照）に設けられＹ軸方向に延在するＹ軸ガイドレール４４ａと、Ｙ軸固定ブロック４２の側面４２ａに固定されＹ軸ガイドレール４４ａにＸ軸及びＺ軸方向に係合するＹ軸スライダ４４ｂと、を有している。

以上のように構成されたステージ装置１では、Ｘ軸シャフトモータ１１ｘによりＸ軸移動体５に推力が負荷されると、Ｘ軸固定ブロック２３がＸ軸リニアガイド２２にガイドされつつ、Ｘ軸移動体５が定盤４上にてＸ軸方向に移動されると共に、Ｘ軸シャフト部１２ｘにおいてＸ軸反力が生じる。

このとき、上述したように、Ｘ軸シャフト部１２ｘがＸ軸リアクションフレーム２１によって架台２に連結固定されていると共に、Ｘ軸シャフト部１２ｘに固定されたＸ軸固定ブロック２３が、Ｘ軸リニアガイド２２で定盤４に対してＸ軸方向に相対移動可能とされ、定盤４とＸ軸シャフト部１２ｘとの間でＸ軸方向の力が逃がされる（力学的に切り離される）ようになっている。そのため、Ｘ軸シャフト部１２ｘのＸ軸反力は、定盤４に伝達されることなく、Ｘ軸固定ブロック２３、Ｘ軸逃げ機構２４、Ｘ軸リアクションフレーム２１及び受け部材２５をこの順に伝播し、架台２に伝達されて処理されることとなる。

その結果、Ｘ軸反力による定盤４の振動を抑制（定盤４の制振性を向上）できると共に、例えばＸ軸シャフト部１２ｘを床に連結固定したり反力処理モータを別途搭載したり等することを不要にでき、簡易な構成でステージ装置１のフットプリントを縮小することが可能となる。

ここで、本実施形態のＸ軸リニアガイド２２では、上述したように、そのＸ軸ガイドレール２２ａ及びＸ軸スライダ２２ｂがＹ軸及びＺ軸方向に互いに係合されているため、Ｙ軸及びＺ軸方向において、Ｘ軸固定ブロック２３の定盤４に対する相対移動が規制され、定盤４とＸ軸シャフト部１２ｘとの位置関係が保持される。よって、定盤４に支持されたＸ軸移動体５とＸ軸シャフト部１２ｘとの間に相対変位が生じることが抑制され、Ｘ軸移動体５に固定されたＸ軸コイル部１３ｘとＸ軸シャフト部１２ｘとの間に相対変位が生じることが抑制される。

さらに、上述したように、Ｘ軸固定ブロック２３とＸ軸リアクションフレーム２１との間にＸ軸逃げ機構２４が介在され、このＸ軸逃げ機構２４によってＸ軸方向以外の方向の変位が吸収される。具体的には、Ｘ軸逃げ機構２４では、Ｘ軸シャフト部１２ｘと架台２とがＹ軸及びＺ軸方向に相対変位すると、Ｙ軸及びＺ軸ガイド部２４ｆ，２４ｅでかかる相対変位がそれぞれ吸収され、Ｘ軸シャフト部１２ｘと架台２とが回転変位すると、ブロック部２４ａ，２４ｂが球体２４ｃを中心に回転することでかかる回転変位が吸収される一方、Ｘ軸シャフト部１２ｘと架台２とがＸ軸方向に変位すると、Ｘ軸シャフト部１２ｘの変位すなわち力が架台２に伝達される。よって、例えば架台２に加わった外力でＸ軸シャフト部１２ｘがＸ軸方向以外の方向にズレる（変位する）ことが抑制され、Ｘ軸シャフト部１２ｘとＸ軸コイル部１３ｘとの間に相対変位が生じることが一層抑制される。また、定盤４と架台２との相対位置のズレも許容するため、Ｘ軸リアクションフレーム２１に応力は集中し難い。

従って、Ｘ軸シャフトモータ１１ｘを大型化してＸ軸シャフト部１２ｘとＸ軸コイル部１３ｙとの間隔を大きくすることを不要としながら、これらの接触を抑制することが可能となる。

なお、定盤４とＸ軸シャフト部１２ｘとの位置関係を保持すべくこれらの相対移動をＸ軸リニアガイド２２で規制した場合において、反力処理の方向以外で定盤４が架台２に対して相対変位したとしても、本実施形態では、Ｘ軸逃げ機構２４によりＸ軸シャフト部１２ｘが架台２に対し５自由度を有して連結固定されるため、Ｘ軸リアクションフレーム２１に応力が加わることを変位を許容することで抑制し、その上でＸ軸反力を架台２に伝達させることができる。

ちなみに、Ｙ軸固定ブロック４２が、Ｘ軸リニアガイド４３によって支持ベース４１に対しＸ軸方向に相対移動可能とされ、且つ、Ｙ軸リニアガイド４４によってＸ軸移動体５に対しＸ軸方向に係合（相対移動規制）されているため、Ｙ軸シャフト部１２ｙをＸ軸移動体５と好適に同期移動させることができ、Ｘ軸移動体５の移動が阻害されるのを防止することが可能となる。

他方、本実施形態のステージ装置１においては、Ｙ軸シャフトモータ１１ｙによりＹ軸移動体６に推力が負荷されると、Ｙ軸移動体６がＸ軸移動体５上にてＹ軸方向に移動されると共に、Ｙ軸シャフト部１２ｙにおいてＹ軸反力が生じる。

このとき、上述したように、Ｙ軸シャフト部１２ｙを支持するＹ軸シャフト部支持機構４０が、Ｙ軸リアクションフレーム３１によって架台２に連結固定されていると共に、このＹ軸シャフト部支持機構４０が、Ｙ軸リニアガイド３２で定盤４に対してＹ軸方向に相対移動可能とされ、定盤４とＹ軸シャフト部支持機構４０との間でＹ軸方向の力が逃がされるようになっている。よって、Ｙ軸シャフト部１２ｙのＹ軸反力は、定盤４に伝達されることなく、Ｙ軸固定ブロック４２、Ｘ軸リニアガイド４３、支持ベース４１、Ｙ軸リアクションフレーム３１及び受け部材３５をこの順に伝播し、架台２に伝達されて処理されることとなる。

その結果、Ｙ軸反力による定盤４の振動を抑制できると共に、例えばＹ軸シャフト部１２ｙを床に連結固定したり反力処理モータを別途搭載したり等することを不要にでき、簡易な構成でステージ装置１のフットプリントを縮小することが可能となる。

ここで、本実施形態のＹ軸リニアガイド３２では、上述したように、そのＹ軸ガイドレール３２ａ及びＹ軸スライダ３２ｂがＸ軸及びＺ軸方向に互いに係合されているため、Ｘ軸及びＺ軸方向において、Ｙ軸シャフト部支持機構４０の定盤４に対する相対移動が規制され、定盤４とＹ軸シャフト部１２ｙとの位置関係が保持される。よって、定盤４にＸ軸移動体５を介して支持されたＹ軸移動体６とＹ軸シャフト部１２ｙとの間に相対変位が生じることが抑制され、Ｙ軸移動体６に固定されたＹ軸コイル部１３ｙとＹ軸シャフト部１２ｙとの間に相対変位が生じることが抑制される。

さらに、上述したように、Ｙ軸シャフト部支持機構４０とＹ軸リアクションフレーム３１との間にＹ軸逃げ機構３４が介在され、このＹ軸逃げ機構３４によってＹ軸方向以外の方向の変位が吸収されるため、例えば架台２に加わった外力でＹ軸シャフト部１２ｙがＹ軸方向以外の方向にズレることが抑制され、Ｙ軸シャフト部１２ｙとＹ軸コイル部１３ｙとの間に相対変位が生じることが一層抑制される。また、定盤４と架台２との相対位置のズレも許容するため、Ｙ軸リアクションフレーム３１に応力は集中し難い。

従って、Ｙ軸シャフトモータ１１ｙを大型化してＹ軸シャフト部１２ｙとＹ軸コイル部１３ｙとの間隔を大きくすることを不要としながら、これらの接触を抑制することが可能となる。

なお、定盤４とＹ軸シャフト部１２ｙとの位置関係を保持すべくこれらの相対移動をＹ軸リニアガイド３２で規制した場合において、反力処理の方向以外で定盤４と架台２との間に相対変位が生じたとしても、本実施形態では、Ｙ軸シャフト部１２ｙが架台２に対し５自由度を有して連結固定されるため、Ｙ軸リアクションフレーム３１に応力が加わることを変位を許容することで抑制し、その上でＹ軸反力を架台２に伝達させることができる。

ちなみに、Ｙ軸固定ブロック４２が、Ｙ軸リニアガイド４４によってＸ軸移動体５に対しＹ軸方向に相対移動可能とされていることから、Ｙ軸固定ブロック４２とＸ軸移動体５との間でＹ軸方向の力が逃がされるようになっている。そのため、Ｙ軸シャフト部１２ｙのＹ軸反力がＸ軸移動体５に伝達されるのを抑制することが可能となる。

以上、本実施形態の反力処理機構５０によれば、Ｘ軸反力及びＹ軸反力による定盤４の振動を抑制する共に、ステージ装置１を小型化することが可能となる。その結果、リニアスケールによる移動体５，６の位置検知精度ひいては移動体５，６の位置精度を向上することが可能となる。

また、本実施形態では、上述したように、アクチュエータとして、シャフトモータ１１ｘ，１１ｙを用いている。シャフトモータ１１ｘ，１１ｙを用いる場合、そのシャフト部１２ｘ，１２ｙとコイル部１３ｘ，１３ｙとの間の間隔が小さい（狭い）ため、これらの接触を抑制する上記作用効果は顕著となる。

また、本実施形態では、上述したように、逃げ機構２４，３４においてＸ軸及びＹ軸方向以外の方向の応力がそれぞれ逃がされるので、リアクションフレーム２１，３１のそれぞれに過大な負荷が加わることを回避することができる。よって、リアクションフレーム２１，３１の耐久性、ひいては、反力処理機構５０の耐久性向上が可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、反力処理機構５０を搭載するステージ装置１をいわゆるスタック型のＸＹステージとしたが、サーフェス型のＸＹステージとしてもよい。また、一方向に移動する移動体をのみ備えたＸ（Ｙ）ステージとしてもよく、ＸＺ（ＹＺ）ステージ、ＸＺθ（ＹＺθ）ステージ、ＸＹＺステージ、ＸＹＺθステージ、Ｘθ（Ｙθ）ステージとしてもよい。

また、Ｘ軸反力処理機構２０をＸ軸シャフト部１２ｘの両端側それぞれに配設したが、何れか一端側にのみ配設してもよい。また、逃げ機構２４，３４は、変位を吸収しない方向が存在するように構成されていてもよく、逃げ機構２４，３４の構成や配置は、上記実施形態に限られるものではない。例えば、必ずしも、固定子（固定ブロック）を逃げ機構に直接連結する必要がなく、連結部の中央や架台に近い位置に配置してもよい。さらに、連結部自体が、形状や材質等によって逃げ手段を有してもよい。

また、上記実施形態では、アクチュエータとしてシャフトモータ１１ｘ，１１ｙを採用したが、マグネット対向型のリニアモータ等を採用してもよい。なお、ガイド部、第１及び第２ガイド部、第１及び第２支持機構ガイド部としては、上記実施形態のようなリニアガイドに限定されるものではなく、例えば所定の方向にのみ変位可能な板バネや弾性体によって構成されたもの等であってもよい。

１…ステージ装置、２…架台、３…除振ユニット、４…定盤、５…Ｘ軸移動体（移動体，第１移動体）、６…Ｙ軸移動体（移動体，第２移動体）、１１ｘ…Ｘ軸シャフトモータ（アクチュエータ，第１アクチュエータ）、１１ｙ…Ｘ軸シャフトモータ（アクチュエータ，第２アクチュエータ）、１２ｘ…Ｘ軸シャフト部（固定子）、１２ｙ…Ｙ軸シャフト部（固定子）、２１…Ｘ軸リアクションフレーム（連結部，第１連結部）、２２…Ｘ軸リニアガイド（ガイド部，第１ガイド部，固定子支持部）、２４…Ｘ軸逃げ機構（逃げ機構，第１逃げ機構）、３１…Ｙ軸リアクションフレーム（連結部，第２連結部）、３２…Ｙ軸リニアガイド（ガイド部，第２ガイド部，固定子支持部）、３４…Ｙ軸逃げ機構（逃げ機構，第２逃げ機構）、４０…Ｙ軸シャフト部支持機構（支持機構）、４１…支持ベース（ベース部）、４２…Ｙ軸固定ブロック（固定ブロック部）、４３…Ｘ軸リニアガイド（第１支持機構ガイド部）、４４…Ｙ軸リニアガイド（第２支持機構ガイド部）、５０…反力処理機構。

Claims (7)

1. 架台と、前記架台に除振ユニットを介して支持される定盤と、前記定盤上に支持され該定盤上を移動する移動体と、前記移動体を一方向に駆動するアクチュエータと、を具備するステージ装置に用いられる反力処理機構であって、
   前記一方向とは異なる方向の変位を吸収する逃げ機構を介して、前記アクチュエータの固定子を前記架台に連結固定する連結部と、
   前記定盤に対する前記アクチュエータの固定子の相対移動を、前記一方向とは異なる方向に規制しつつ前記一方向にガイドするガイド部と、を備えたことを特徴とする反力処理機構。
2. 架台と、該架台に除振ユニットを介して支持される定盤と、前記定盤上に支持され該定盤上を移動する第１及び第２移動体と、前記第１移動体を第１方向に駆動する第１アクチュエータと、前記第２移動体を前記第１方向と交差する第２方向に駆動する第２アクチュエータと、を具備するステージ装置に用いられる反力処理機構であって、
   前記第１方向とは異なる方向の変位を吸収する第１逃げ機構を介して、前記第１アクチュエータの固定子を前記架台に連結固定する第１連結部と、
   前記第２方向とは異なる方向の変位を吸収する第２逃げ機構を介して、前記第２アクチュエータの固定子を前記架台に連結固定する第２連結部と、
   前記定盤に対する前記第１アクチュエータの固定子の相対移動を、前記第１方向とは異なる方向に規制しつつ前記第１方向にガイドする第１ガイド部と、
   前記定盤に対する前記第２アクチュエータの固定子の相対移動を、前記第２方向とは異なる方向に規制しつつ前記第２方向にガイドする第２ガイド部と、を備えたことを特徴とする反力処理機構。
3. 前記第２移動体は、前記第１移動体上を移動するものであり、
   前記第２アクチュエータの固定子を支持する支持機構をさらに備え、
   前記支持機構は、前記第２方向における前記第２アクチュエータの固定子の前記第１移動体に対する相対移動を可能にすると共に、前記第１方向における該固定子と前記第１移動体との同期移動を可能にするよう構成されていることを特徴とする請求項２記載の反力処理機構。
4. 前記支持機構は、
   前記定盤上に配置されたベース部と、
   前記ベース部上に配置され、前記第２アクチュエータの固定子に固定された固定ブロック部と、
   前記ベース部に対する前記固定ブロック部の相対移動を、前記第２方向に規制しつつ前記第１方向にガイドする第１支持機構ガイド部と、
   前記第１移動体に対する前記固定ブロック部の相対移動を、前記第１方向に規制しつつ前記第２方向にガイドする第２支持機構ガイド部と、を含み、
   前記第２連結部は、前記第２逃げ機構を介して前記架台と前記ベース部とを連結固定し、
   前記第２ガイド部は、前記定盤と前記ベース部との間に設けられていることを特徴とする請求項３記載の反力処理装置。
5. 前記アクチュエータは、シャフトモータであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の反力処理機構。
6. 架台と、前記架台に除振ユニットを介して支持される定盤と、前記定盤上に支持され該定盤上を移動する移動体と、前記移動体を一方向に駆動するアクチュエータと、を具備するステージ装置に用いられる反力処理機構であって、
   前記アクチュエータの固定子を前記架台に連結固定する連結部と、
   前記定盤に対する前記アクチュエータの固定子の相対移動を、前記一方向とは異なる方向に規制しつつ前記一方向に許容する固定子支持部と、を備え、
   前記固定子支持部は、前記アクチュエータの固定子が移動しようとする力を、前記一方向については前記架台に伝達させ、前記一方向と異なる方向については前記定盤に伝達させることを特徴とする反力処理機構。
7. 前記連結部は、前記一方向と異なる方向の変位を吸収する逃げ機構を有し、前記アクチュエータの固定子と前記架台との間で発生する変位を許容することを特徴とする請求項６記載の反力処理機構。

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