JP2011152590A

JP2011152590A - ステージ装置

Info

Publication number: JP2011152590A
Application number: JP2010013746A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Ennyu; 尚亮遠入
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】高品質のステージ装置を提供する。
【解決手段】基台と、基台上に、基台に対して第１の方向と平行な方向に移動可能に支持された被支持体と、被支持体上に、被支持体に対して、第１の方向と交差する第２の方向と平行な方向に移動可能に支持されたテーブルと、被支持体上に、被支持体に対して、第２の方向と平行な方向に移動可能に支持された錘とを有するステージ装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステージ装置に関する。たとえばレーザ加工を行う際に加工対象物を載置するステージ装置に関する。

ステージ装置、たとえばレーザ加工に使用されるＸＹステージにおいては、Ｘ方向、Ｙ方向へのステージの移動動作に伴って、各方向に振動が発生する。これらの振動を吸収する動吸振器を備えたステージ装置の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

図２（Ａ）及び（Ｂ）に、従来のステージ装置の概略を示す。図２（Ａ）は、従来のステージ装置の構成を示す概略的な斜視図であり、図２（Ｂ）は概略的な平面図である。

図２（Ａ）を参照する。ステージ装置は、固定ベース（基台）３０、固定ベース３０上に取り付けられたＸガイド３１に沿って、Ｘ軸方向に移動するＸテーブル３２、及びＸテーブル３２上に取り付けられたＹガイド３３に沿って、Ｙ軸方向に移動するＹテーブル３４を含んで構成される。Ｘガイド３１、Ｙガイド３３はそれぞれ、相互に平行に配設される２本のＬＭガイド(linear motion guide)からなる。

図２（Ｂ）を参照する。ステージ装置は、更に、Ｘリニアモータ３５及びＹリニアモータ３６を備える。Ｘリニアモータ３５は、固定ベース３０に取り付けられ、Ｘテーブル３２をＸガイド３１に沿って移動させる駆動力を発生する。Ｙリニアモータ３６は、Ｘテーブル３２に取り付けられ、Ｙテーブル３４をＹガイド３３に沿って移動させる駆動力を発生する。

本図に示す例においては、Ｘリニアモータ３５は、固定ベース３０のＹ軸方向に沿う中央位置（図２（Ｂ）においては、一点鎖線Ｌで示す位置）よりも左側（Ｙ軸負方向側）に配置されている。Ｘガイド３１を構成する２本のＬＭガイドは、一点鎖線Ｌの左右に１本ずつ、Ｌから等距離となる位置に設置されている。

図３は、ステージ速度と振れ量との関係を示すグラフである。横軸は、Ｘテーブル３２の速度を単位「ｍｍ／ｓ」で表し、縦軸は、Ｘテーブル３２を動かしたときのＹテーブル３４の振れ量（Ｘ軸方向の振れ量）を、単位「μｍ」で表す。曲線ａは、Ｙテーブル３４がＸリニアモータ３５側に位置する場合（図２（Ｂ）に示す場合）の両者の関係を示す。曲線ｂは、Ｙテーブル３４の重心が一点鎖線Ｌ上にある場合、曲線ｃは、Ｙテーブル３４がＸリニアモータ３５とは反対側に位置する場合の、ステージ速度と振れ量との関係を表示する。グラフより、Ｙテーブル３４の位置によって、振れ量が異なることが認められる。

たとえば図３に示す結果から、Ｙテーブル３４の位置が変わった際に、Ｘガイド３１の２本のＬＭガイドにかかる摺動抵抗のバランスが変化することにより、スティックスリップ（物体の滑り面で発生する振動現象）のような現象を引き起こし、Ｘテーブル３２の速度変動の悪化を招く可能性が高いと考えられる。

特開２００７−１２０６１４号公報

本発明の目的は、高品質のステージ装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、基台と、前記基台上に、前記基台に対して第１の方向と平行な方向に移動可能に支持された被支持体と、前記被支持体上に、前記被支持体に対して、前記第１の方向と交差する第２の方向と平行な方向に移動可能に支持されたテーブルと、前記被支持体上に、前記被支持体に対して、前記第２の方向と平行な方向に移動可能に支持された錘とを有するステージ装置が提供される。

本発明によれば、高品質のステージ装置を提供することができる。

（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、実施例によるステージ装置の構成を示す概略的な斜視図、平面図、断面図である。（Ａ）は、従来のステージ装置の構成を示す概略的な斜視図であり、（Ｂ）は概略的な平面図である。ステージ速度と振れ量との関係を示すグラフである。

図１（Ａ）〜（Ｃ）に、実施例によるステージ装置の概略を示す。図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、実施例によるステージ装置の構成を示す概略的な斜視図、平面図、断面図である。

図１（Ａ）を参照する。実施例によるステージ装置は、固定ベース（基台）１０、Ｘガイド１１、Ｘテーブル１２、Ｙガイド１３、Ｙテーブル１４、カウンターウェイト用ガイド１７、カウンターウェイト（錘）１８、及び制御装置２０を含んで構成される。説明の便宜上、図示するような右手系の直交座標系を画定する。

図１（Ａ）の概略的斜視図において、固定ベース１０、Ｘテーブル１２、及びＹテーブル１４は、たとえばＺ軸正方向から見たとき、隣り合う２辺がＸ軸方向、Ｙ軸方向にのびる矩形状を呈する。

固定ベース１０上にＸガイド１１が設置されている。Ｘガイド１１は、相互に平行に配置される２本のＬＭガイドからなる。２本のＬＭガイドは、Ｘ軸方向に延在している。Ｘテーブル１２は、固定ベース１０上をＸ軸方向に移動（摺動）可能に、Ｘガイド１１に支持されている。Ｘテーブル１２は、Ｘガイド１１に沿って、固定ベース１０のＸ軸方向に沿う一方の端部から他方の端部まで移動することができる。

Ｘテーブル１２上にＹガイド１３が設置されている。Ｙガイド１３は、相互に平行に配置される２本のＬＭガイドからなり、２本のＬＭガイドは、Ｙ軸方向に延在している。Ｙテーブル１４は、Ｘテーブル１２上をＹ軸方向に移動（摺動）可能に、Ｙガイド１３に支持されている。Ｙテーブル１４は、Ｙガイド１３に沿って、Ｘテーブル１２のＹ軸方向に沿う一方の端部から他方の端部まで移動することができる。実施例によるステージ装置は、たとえばレーザ加工に用いられ、Ｙテーブル１４上には加工対象物が載置される。

また、Ｘテーブル１２上には、カウンターウェイト用ガイド１７が設置されている。カウンターウェイト用ガイド１７は、Ｙ軸方向に延在し、相互に平行に配置される２本のＬＭガイドからなる。カウンターウェイト用ガイド１７は、Ｙガイド１３を構成する２本のＬＭガイドの間に配置される。カウンターウェイト１８が、Ｘテーブル１２上をＹ軸方向に移動（摺動）可能に、カウンターウェイト用ガイド１７に支持される。カウンターウェイト１８は、カウンターウェイト用ガイド１７に沿って、Ｘテーブル１２のＹ軸方向に沿う一方の端部から他方の端部まで移動することができる。カウンターウェイト１８の質量は、たとえばＹテーブル１４の質量と等しい。

制御装置２０は、Ｘガイド１１に沿うＸテーブル１２の移動、Ｙガイド１３に沿うＹテーブル１４の移動、及びカウンターウェイト用ガイド１７に沿うカウンターウェイト１８の移動を制御する。

図１（Ｂ）を参照する。実施例によるステージ装置は、更に、Ｘリニアモータ１５、Ｙリニアモータ１６、及びカウンターウェイト用リニアモータ１９を備える。

Ｘリニアモータ１５は、固定ベース１０に設置され、Ｘテーブル１２をＸガイド１１に沿って移動させる駆動力を発生する。Ｙリニアモータ１６は、Ｘテーブル１２に設置され、Ｙテーブル１４をＹガイド１３に沿って移動させる駆動力を発生する。カウンターウェイト用リニアモータ１９は、Ｘテーブル１２に設置され、カウンターウェイト１８をカウンターウェイト用ガイド１７に沿って移動させる駆動力を発生する。Ｙリニアモータ１６とカウンターウェイト用リニアモータ１９とは、たとえばＸテーブル１２の相互に対向する辺に設置される。

図１（Ｂ）には、固定ベース１０のＹ軸方向に沿う中央位置を一点鎖線Ｌ_１で示した。また、Ｘテーブル１２のＸ軸方向に沿う中央位置を一点鎖線Ｌ_２で示した。たとえばＸリニアモータ１５は、固定ベース１０の一点鎖線Ｌ_１上の位置に配置される。Ｙリニアモータ１６及びカウンターウェイト用リニアモータ１９は、Ｘテーブル１２の一点鎖線Ｌ_２上の位置に配置される。なお、Ｙテーブル１４の重心位置、及びカウンターウェイト１８の重心位置は、一点鎖線Ｌ_２上にある。

制御装置２０は、Ｘリニアモータ１５、Ｙリニアモータ１６、カウンターウェイト用リニアモータ１９に制御信号を送信することによって、Ｘテーブル１２、Ｙテーブル１４、カウンターウェイト１８の動作を制御する。

Ｘガイド１１を構成する２本のＬＭガイドは、一点鎖線Ｌ_１の左右に１本ずつ、Ｌ_１から等距離となる位置に設置される。また、Ｙガイド１３を構成する２本のＬＭガイドは、一点鎖線Ｌ_２の左右に１本ずつ、Ｌ_２から等距離となる位置に設置される。カウンターウェイト用ガイド１７を構成する２本のＬＭガイドも、一点鎖線Ｌ_２の左右に１本ずつ、Ｌ_２から等距離となる位置に設置される。Ｘガイド１１の重心位置は、たとえば固定ベース１０の中心（矩形の対角線の交点）である。また、Ｙガイド１３の重心位置、及びカウンターウェイト用ガイド１７の重心位置は、Ｘテーブル１２の中心である。

図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）の一点鎖線Ｌ_２に沿う概略的な断面図である。Ｙテーブル１４とカウンターウェイト１８とは、相互に異なる高さに、Ｘテーブル１２上に支持される。このため、Ｙテーブル１４の移動とカウンターウェイト１８の移動とは、互いに制約を与えない。

制御装置２０は、Ｙテーブル１４とカウンターウェイト１８とを同期させて移動させる。たとえばＹテーブル１４をＹ軸正方向に移動させるときには、カウンターウェイト１８をＹ軸負方向に移動させる。カウンターウェイト１８の移動は、２物体（Ｙテーブル１４及びカウンターウェイト１８）からなる系の重心位置（Ｘテーブル１２上における重心位置）の変動が、カウンターウェイト１８を移動させず、Ｙテーブル１４のみを移動させる場合よりも、小さくなるように行う。２物体からなる系の、Ｘテーブル１２上における重心位置が一定となるように、Ｙテーブル１４の移動とカウンターウェイト１８の移動とを同期させることが望ましい。２物体からなる系の重心が一定となる位置は、Ｘテーブル１２のＹ軸方向に沿う中央位置であることが望ましい。

実施例によるステージ装置は、Ｘテーブル１２上におけるＹテーブル１４の位置が変化した際、その影響を小さくするように、望ましくは相殺するように、カウンターウェイト１８を移動させることにより、Ｘガイド１１の２本のＬＭガイドにかかる摺動抵抗のバランスをとり、Ｘテーブル１２の速度変動の悪化を低減することができる、高品質のステージ装置である。実施例によるステージ装置を用いることで、たとえば良好な加工品質のレーザ加工を行うことが可能である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。

たとえば、実施例においては、それぞれ独立の動作が可能なＹテーブル１４とカウンターウェイト１８とを同期させて移動させる制御を行ったが、Ｙテーブル１４とカウンターウェイト１８とをワイヤー等で機械的に接続することにより同期させることもできる。

また、実施例においては、カウンターウェイト１８の質量をＹテーブル１４の質量と等しくしたが、両者を異ならせることもできる。カウンターウェイト１８の質量をＹテーブル１４の質量より大きくすると、カウンターウェイト１８の可動範囲を狭くすることができる。他方、カウンターウェイト１８の質量をＹテーブル１４の質量より小さくすると、両者からなる系の重心位置（Ｘテーブル１２上における重心位置）を一定に保つ制御の正確性を向上させることができる。ただし、この構成においては、カウンターウェイト１８の移動範囲が、Ｙテーブル１４のそれより広くなるため、Ｙテーブル１４の移動範囲が広くならない加工において好適に使用可能である。

更に、実施例においては、Ｙテーブル１４の重心位置、及びカウンターウェイト１８の重心位置を、ともに一点鎖線Ｌ_２上に配置し、Ｙテーブル１４とカウンターウェイト１８とを高さ方向に交差させて移動させたが、Ｙテーブル１４をＸテーブル１２のＸ軸方向の一方側、カウンターウェイト１８を他方側に配置してもよい。たとえばＹテーブル１４とカウンターウェイト１８とからなる系の重心位置がＸテーブル１２の中心となるように、両者を同期させて移動させる。

また、実施例においては、Ｘテーブル１２、Ｙテーブル１４を、それぞれ相互に直交する２方向に移動可能な被支持体としたが、直交する２方向に限らず、交差する２方向に移動可能な被支持体としてもよい。

更に、実施例においては、駆動装置としてリニアモータを用いたが駆動装置はこれに限られない。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

種々の加工、たとえばレーザ加工に利用することができる。

１０固定ベース
１１Ｘガイド
１２Ｘテーブル
１３Ｙガイド
１４Ｙテーブル
１５Ｘリニアモータ
１６Ｙリニアモータ
１７カウンターウェイト用ガイド
１８カウンターウェイト
１９カウンターウェイト用リニアモータ
２０制御装置
３０固定ベース
３１Ｘガイド
３２Ｘテーブル
３３Ｙガイド
３４Ｙテーブル
３５Ｘリニアモータ
３６Ｙリニアモータ

Claims

基台と、
前記基台上に、前記基台に対して第１の方向と平行な方向に移動可能に支持された被支持体と、
前記被支持体上に、前記被支持体に対して、前記第１の方向と交差する第２の方向と平行な方向に移動可能に支持されたテーブルと、
前記被支持体上に、前記被支持体に対して、前記第２の方向と平行な方向に移動可能に支持された錘と
を有するステージ装置。
更に、
前記被支持体、前記テーブル、及び前記錘の移動を制御する制御装置を含み、
前記制御装置は、前記テーブルと前記錘とからなる系の、前記被支持体上における重心位置の変動が、前記錘を移動させず、前記テーブルを移動させる場合よりも小さくなるように、前記錘を、前記テーブルと同期させて移動させる請求項１に記載のステージ装置。
前記制御装置は、前記テーブルと前記錘とからなる系の、前記被支持体上における重心位置が一定となるように、前記錘を、前記テーブルと同期させて移動させる請求項２に記載のステージ装置。
更に、
前記被支持体上に配置され、前記第２の方向と平行な方向に延在する第１のガイドと、
前記被支持体上に配置され、前記第２の方向と平行な方向に延在する前記第１のガイドとは異なる第２のガイドと
を含み、
前記テーブルは、前記第１のガイドに沿って、前記第２の方向と平行な方向に移動可能に支持され、
前記錘は、前記第２のガイドに沿って、前記第２の方向と平行な方向に移動可能に支持されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のステージ装置。
前記テーブルと前記錘とは機械的に接続されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のステージ装置。
前記第１の方向と前記第２の方向とは相互に直交する方向である請求項１〜５に記載のステージ装置。