JP2017181141A - 接続ユニットおよびステージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スライダがガイドに接触するかじりが生じるのを抑止できる技術を提供する。【解決手段】接続ユニット５０は、Ｘ軸方向に移動するＸ軸スライダをガイドするＸ軸ガイドと、Ｙ軸方向に移動するＹ軸スライダと、を接続する。Ｘ軸ガイドは、Ｙ軸スライダに荷重を支持される。接続ユニット５０は、Ｘ軸ガイドに接続される第１ベース５２と、Ｙ軸スライダに接続される第２ベース６０と、第１ベース５２と第２ベース６０との間に直列に設けられる第１弾性ヒンジ５４、第２弾性ヒンジ５８と、を備える。第１弾性ヒンジ５４は、板状の弾性ヒンジであり、Ｙ軸方向に平行な軸周りに弾性変形可能に構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、接続ユニットおよびステージ装置に関する。

対象物をＸ軸方向、Ｙ軸方向に位置決めするためのステージ装置が知られている（例えば特許文献１）。ステージ装置は、平行に設けられた２つのＹ軸ガイドと、２つのＹ軸ガイドのそれぞれに沿って移動する２つのＹ軸スライダと、２つのＹ軸スライダの間に接続されるＸ軸ガイドと、対象物が載せられるテーブルが固定され、Ｘ軸ガイドに沿って移動するＸ軸スライダと、を備える。２つのスライダをＹ軸方向に移動させ、ＸスライダをＸ軸方向に移動させることにより、テーブルをＸＹ方向に移動させ、対象物をＸＹ方向に位置決めできる。

特開２００２−１８９０９０号公報

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、スライダがガイドに接触するかじりが生じるのを抑止できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の接続ユニットは、Ｘ軸方向に移動するＸ軸スライダをガイドするＸ軸ガイドと、Ｙ軸方向に移動するＹ軸スライダと、を接続する接続ユニットであって、Ｘ軸ガイドは、Ｙ軸スライダに荷重を支持され、Ｘ軸ガイドに接続される第１ベースと、Ｙ軸スライダに接続される第２ベースと、第１ベースと第２ベースとの間に直列に設けられる複数の弾性ヒンジと、を備える。複数の弾性ヒンジは、ＸＹ平面内の一方向の周りに弾性変形可能な板状の弾性ヒンジを含む。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、スライダがガイドに接触するかじりが生じるのを抑止できる。

図１（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係るステージ装置を示す図である。 図１の接続ユニットとその周辺を示す斜視図である。 図１の接続ユニットを示す平面図である。 図１の接続ユニットを示す側面図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

まず、実施の形態に係る発明を得るに至った経緯を説明する。
平行に設けられた２つのＹ軸ガイドと、２つのＹ軸ガイドのそれぞれに沿って移動する２つのＹ軸スライダと、２つのＹ軸スライダの間に接続されるＸ軸ガイドと、Ｘ軸ガイドに沿って移動するＸ軸スライダと、を備えるステージ装置が知られている。このステージ装置では、Ｙ軸スライダにＸ軸ガイドが接続されるため、Ｙ軸スライダにはＸ軸ガイドの荷重がかかる。ここで、Ｙ軸スライダにＹ軸ガイド周りのモーメントが生じると、Ｙ軸スライダがＹ軸ガイドと接触してかじる場合がある。そのため、Ｘ軸ガイドとＹ軸スライダの接続方法として、Ｘ軸ガイドの荷重によってＹ軸スライダに生じるモーメントを低減または無くすべく、Ｘ軸ガイドの荷重がＹ軸スライダの上方からスライダ重心に加わるようＸ軸ガイドをＹ軸スライダによりピボット支持するとともに、ＸＹ平面上でＸ軸ガイドとＹ軸スライダがずれないようにそれらを接続ユニットにより接続することが考えられる。

また、Ｘ軸スライダが移動すると、Ｘ軸ガイドには荷重変動が生じる。接続ユニットがＺ軸方向に剛性を有すると、Ｘ軸ガイドに生じた荷重変動が接続ユニットを介してＹ軸スライダにも伝達する。すなわち、Ｙ軸スライダにＹ軸ガイド周りのモーメントが生じてしまう。したがって、接続ユニットは、Ｚ軸方向には実質的に剛性を有しないよう構成される必要がある。

また、Ｘ軸ガイド、Ｙ軸ガイド、Ｙ軸スライダには、製造誤差が不可避的に含まれる。
そのため、接続ユニットは、これらの製造誤差を吸収できるよう構成される必要もある。

以上の知見から、本発明者は、実施の形態に係る発明を得るに至った。以下、具体的に説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係るステージ装置１００を示す図である。図１（ａ）は、ステージ装置１００の上面図である。図１（ｂ）は、ステージ装置１００の側面図である。ステージ装置１００は、ＸＹステージと称され、対象物をＸ軸方向（第１方向）、Ｙ軸方向（第１方向に直交する第２方向）に位置決めする。

ステージ装置１００は、定盤１０と、４つの支持部材１２と、Ｘ軸ユニット２０と、第１Ｙ軸ユニット３０と、第２Ｙ軸ユニット４０と、４つの接続ユニット５０と、を備える。

定盤１０は、平面視で矩形状の板状の部材である。定盤１０の上面である盤面１０ａは平坦に形成される。盤面１０ａの四隅には、それぞれ支持部材１２が設けられる。

第１Ｙ軸ユニット３０は、第１Ｙ軸ガイド３２と、第１Ｙ軸スライダ３４と、第１載置部材３６と、２つの第１球面支持部材３８と、を含む。第１Ｙ軸ガイド３２は、四角柱状の部材である。第１Ｙ軸ガイド３２は、その長手方向がＹ軸方向と一致するよう配置され、定盤１０上に設けられた支持部材１２により両端が支持される。

第１Ｙ軸スライダ３４は、断面が四角形の筒状体であり、第１Ｙ軸ガイド３２が挿通される。第１Ｙ軸スライダ３４は、第１Ｙ軸ガイド３２に沿ってＹ軸方向に移動可能に構成される。本実施の形態では、第１Ｙ軸スライダ３４は、第１Ｙ軸ガイド３２とともにエアスライドを構成し、第１Ｙ軸ガイド３２と非接触状態で第１Ｙ軸ガイド３２に沿って移動する。

第１載置部材３６は、平面視で矩形状の細長い板状の部材である。第１載置部材３６は、その長手方向が第１Ｙ軸スライダ３４の長手方向と一致するように、第１Ｙ軸スライダ３４の上面の略中央に固定される。第１載置部材３６には、２つの第１球面支持部材３８が互いにＹ軸方向に離間して載置される。第１球面支持部材３８は、Ｚ軸方向以外は拘束しないように球面で支持する部材であり、例えばボール状に形成される。２つの第１球面支持部材３８は特に、第１Ｙ軸ガイド３２および第１Ｙ軸スライダ３４の中心軸の鉛直上方に位置するように載置される。

第２Ｙ軸ユニット４０は、第２Ｙ軸ガイド４２と、第２Ｙ軸スライダ４４と、第２載置部材４６と、２つの第２球面支持部材４８と、を含む。第２Ｙ軸ガイド４２、第２Ｙ軸スライダ４４、第２載置部材４６、２つの第２球面支持部材４８は、第１Ｙ軸ガイド３２、第１Ｙ軸スライダ３４、第１載置部材３６、２つの第１球面支持部材３８と同様に構成される。なお、第２Ｙ軸ガイド４２は、その長手方向がＹ軸方向と一致し、かつ、第１Ｙ軸ガイド３２と平行に並ぶよう配置される。

Ｘ軸ユニット２０は、Ｘ軸ガイド２２と、Ｘ軸スライダ２４と、２つの第１アーム２６と、２つの第２アーム２８と、を含む。Ｘ軸ガイド２２は、接続ユニット５０により、その長手方向がＸ軸方向と一致するよう第１Ｙ軸スライダ３４および第２Ｙ軸スライダ４４に連結される。Ｘ軸ガイド２２は特に、低重心化のために、第１端面２２ａが第１Ｙ軸スライダ３４の側面（第２Ｙ軸スライダ４４と対向する側面）３４ａに対向し、第２端面２２ｂが第２Ｙ軸スライダ４４の側面（第１Ｙ軸スライダ３４と対向する側面）４４ａに対向するよう連結される。接続ユニット５０の構成については、図２〜４で後述する。

２つの第１アーム２６は、Ｘ軸ガイド２２の第１Ｙ軸スライダ３４側の端部に、Ｘ軸ガイド２２を挟んでＹ軸方向に対向するようＸ軸ガイド２２の側面２２ｃに固定される。第１アーム２６は、逆Ｌ字状の部材であり、第１部分２６ａと、第１部分２６ａから第１部分２６ａと直交する方向に延びる第２部分２６ｂと、を含む。第１部分２６ａは、その長手方向がＺ軸方向（第１方向および第２方向に直交する方向）と一致し、第２部分２６ｂの長手方向がＸ軸方向と一致するように、Ｘ軸ガイド２２の側面２２ｃに固定される。第２部分２６ｂは、第１球面支持部材３８の上方まで延びる。

第２アーム２８は、第１アーム２６と同様に逆Ｌ字状の部材であり、第１部分２８ａと、第２部分２８ｂと、を含む。第１部分２８ａ、第２部分２８ｂは、第１アーム２６の第１部分２６ａ、第２部分２６ｂと同様に構成される。

Ｘ軸ユニット２０は、２つの第１アーム２６の第２部分２６ｂが第１球面支持部材３８に支持され、２つの第２アーム２８の第２部分２８ｂが第２球面支持部材４８に支持されることにより、第１Ｙ軸ユニット３０および第２Ｙ軸ユニット４０に支持される。

Ｘ軸スライダ２４は、断面が四角形の筒状体であり、第２Ｙ軸ガイド４２が挿通される。Ｘ軸スライダ２４は、第１Ｙ軸スライダ３４や第２Ｙ軸スライダ４４と同様にして、第２Ｙ軸ガイド４２と非接触状体で支持される。

Ｘ軸スライダ２４には、不図示のテーブルが固定される。テーブルには、例えば、半導体ウェハなどの加工対象物等が載せられる。第１Ｙ軸スライダ３４および第２Ｙ軸スライダ４４をＹ軸方向に移動させ、Ｘ軸スライダ２４をＸ軸方向に移動させることにより、テーブルをＸＹ方向に移動させ、対象物をＸＹ方向に位置決めできる。

図２は、接続ユニット５０とその周辺を示す斜視図である。図３は、接続ユニット５０を示す上面図である。図４は、接続ユニット５０を示す側面図である。図２〜４では、４つの接続ユニット５０のうちの１つを示す。他の３つの接続ユニット５０も図２〜４の接続ユニット５０と同様に構成される。

接続ユニット５０は、第１ベース５２と、第１弾性ヒンジ５４と、中間部材５６と、第２弾性ヒンジ５８と、第２ベース６０と、を含む。本実施の形態では、第１ベース５２、第１弾性ヒンジ５４、中間部材５６、第２弾性ヒンジ５８、第２ベース６０は、この順に直列に接続されている。

第１ベース５２は、基部６２と、突出部６４と、を含む。基部６２は、本実施の形態では、比較的厚い板状に形成される。基部６２は、一方の主面が第１アーム２６の第１部分２６ａに接触した状態で第１アーム２６に固定される。すなわち、基部６２は、第１アーム２６を介してＸ軸ガイド２２に固定される。なお、基部６２は、Ｘ軸ガイド２２に直接固定されてもよい。突出部６４は、基部６２の他方の主面からＹ軸方向に突出する。突出部６４は、本実施の形態では、直方体状に形成される。

第２ベース６０は、本実施の形態では、比較的厚い板状に形成される。第２ベース６０は、一方の主面が第１Ｙ軸スライダ３４の側面３４ａに接触した状態で第１Ｙ軸スライダ３４に固定される。第２ベース６０は、第１弾性ヒンジ５４、中間部材５６、および第２弾性ヒンジ５８を挟んで第１ベース５２の突出部６４とＸ軸方向に対向する。

中間部材５６は、本実施の形態では、直方体状に形成される。中間部材５６は、第１弾性ヒンジ５４と第２弾性ヒンジ５８とを連結する。

第１弾性ヒンジ５４は、中間部材５６や第２ベース６０と比べて断面積が小さい柱状の弾性ヒンジであり、第１ベース５２の突出部６４と中間部材５６との間に設けられる。第１弾性ヒンジ５４は、Ｘ軸方向に平行な軸周り、Ｙ軸方向に平行な軸周り、およびＺ軸方向に平行な軸周り（すなわちすべての軸周り）に弾性変形可能に構成される。具体的には、第１弾性ヒンジ５４は、それらいずれの軸周りにも弾性変形可能なように、Ｘ軸方向にもＹ軸方向にもＺ軸方向にも幅が薄くなるよう形成される。これらの幅は、実験により定めればよい。

第２弾性ヒンジ５８は、中間部材５６や第２ベース６０と比べて断面積が小さい板状の弾性ヒンジであり、その２つの主面がＸＹ平面と実質的に平行となるよう中間部材５６と第２ベース６０との間に設けられる。第２弾性ヒンジ５８は、本実施の形態では、Ｙ軸方向に平行な軸周りに弾性変形可能で、Ｘ軸方向に平行な軸周りおよびＺ軸方向に平行な軸周りには実質的に弾性変形不可能に構成される。別の言い方をすると、第２弾性ヒンジ５８は、Ｙ軸方向に平行な軸周りの曲げに対しては実質的に弾性体と見なせ、Ｘ軸方向に平行な軸周りおよびＺ軸方向に平行な軸周りの曲げに対しては実質的に剛体と見なせるように構成される。具体的には、第２弾性ヒンジ５８は、Ｙ軸方向に平行な軸周りに弾性変可能なようにＺ軸方向の幅が薄く、Ｘ軸方向に平行な軸周りおよびＺ軸方向に平行な軸周りには実質的に弾性変形不可能なようにＹ軸方向およびＸ軸方向の幅が広くなるよう形成される。これらの幅は、実験により定めればよい。

以上のように構成された４つの接続ユニット５０により、Ｘ軸ガイド２２は第１Ｙ軸スライダ３４および第２Ｙ軸スライダ４４に連結される。具体的には、Ｘ軸ガイド２２の第１Ｙ軸スライダ３４側の端部は、Ｘ軸ガイド２２を挟んでＹ軸方向に対向するよう配置された２つの接続ユニット５０を介して、第１端面２２ａが第１Ｙ軸スライダ３４に非接触の状態で（すなわち不図示の隙間を介して）第１Ｙ軸スライダ３４に連結される。同様に、Ｘ軸ガイド２２の第２Ｙ軸スライダ４４側の端部は、Ｘ軸ガイド２２を挟んでＹ軸方向に対向するよう配置された２つの接続ユニット５０を介して、第２端面２２ｂが第２Ｙ軸スライダ４４に非接触の状態で第２Ｙ軸スライダ４４に連結される。

以上説明した実施の形態に係るステージ装置１００によると、接続ユニット５０を介して、Ｘ軸ガイド２２と第１Ｙ軸スライダ３４および第２Ｙ軸スライダ４４とが連結される。具体的には、Ｘ軸ガイド２２は、その両端面が第１Ｙ軸スライダ３４および第２Ｙ軸スライダ４４に非接触の状態で第１Ｙ軸スライダ３４および第２Ｙ軸スライダ４４に連結される。これにより、例えばＸ軸ガイド２２の端面や第１Ｙ軸スライダ３４の側面３４ａや第２Ｙ軸スライダ４４の側面４４ａに製造誤差があっても、Ｘ軸ガイド２２と第１Ｙ軸スライダ３４および第２Ｙ軸スライダ４４とを直角に組み立てることができる。

また、実施の形態に係るステージ装置１００によると、Ｘ軸ガイド２２と第１Ｙ軸スライダ３４とは、Ｘ軸ガイド２２を挟んでＹ軸方向に対向するよう配置された２つの接続ユニット５０により連結される。これにより、Ｘ軸ガイド２２と第１Ｙ軸スライダ３４とは、基本的には、互いに動かないよう連結される。同様に、Ｘ軸ガイド２２と第２Ｙ軸スライダ４４とは、２つの接続ユニット５０により、基本的には、互いに動かないよう連結される。一方で、４つの接続ユニット５０はそれぞれ、すべての軸周りに弾性変形可能な柱状の第１弾性ヒンジ５４を含む。これにより、Ｘ軸ユニット２０、第１Ｙ軸ユニット３０、第２Ｙ軸ユニット４０および接続ユニット５０に製造誤差があっても、接続ユニット５０によってその誤差を吸収できるため、これらを組み立てることができる。

また、実施の形態に係るステージ装置１００では、接続ユニット５０は、第１弾性ヒンジ５４に加えて、Ｙ軸方向に平行な軸周りに弾性変形可能な第２弾性ヒンジ５８を含む。つまり、接続ユニット５０は、Ｙ軸方向に平行な軸周りに弾性変形可能な弾性ヒンジを２つ有する。これにより、第１ベース５２は、第２ベース６０に対してＺ軸方向に微少に移動できる。すなわち、接続ユニット５０は、Ｚ軸方向には実質的に剛性を有しない。これにより、Ｘ軸スライダ２４が移動することにより荷重変動が生じても、その荷重変動がＹ軸スライダに伝達されるのを抑止でき、Ｙ軸スライダにＹ軸ガイド周りのモーメントが生じるのを抑止できる。その結果、Ｙ軸スライダがＹ軸ガイドと接触するかじりが生じるのを抑止できる。

一方、第２弾性ヒンジ５８は、Ｚ軸方向に平行な軸周りには実質的に弾性変形不可能に構成される。つまり、接続ユニット５０は、Ｚ軸方向に平行な軸周りに弾性変形可能な弾性ヒンジを１つしか有しない。したがって、Ｘ軸スライダ２４と第１Ｙ軸スライダ３４および第２Ｙ軸スライダ４４とのＸＹ平面内での移動は規制される。

以上、実施の形態にステージ装置について説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下変形例を示す。

（変形例１）
実施の形態では、接続ユニット５０が柱状の第１弾性ヒンジ５４と、板状の第２弾性ヒンジ５８とを含む場合について説明したが、これに限られない。

例えば、第１弾性ヒンジ５４が板状の弾性ヒンジで、第２弾性ヒンジ５８が柱状の弾性ヒンジであってもよい。また例えば、第１弾性ヒンジ５４と第２弾性ヒンジ５８が両方とも板状の弾性ヒンジであってもよい。また例えば、接続ユニット５０は、３つ以上の弾性ヒンジを含んでいてもよい。

（変形例２）
実施の形態では、第２弾性ヒンジ５８は、Ｙ軸方向に平行な軸周りに弾性変形可能な場合について説明したが、これに限られない。第２弾性ヒンジ５８は、ＸＹ平面内の一方向の周りに弾性変形可能に構成されればよい。したがって、例えばＸ軸方向に平行な軸周りに弾性変形可能に構成されてもよい。

（変形例３）
実施の形態では、逆Ｌ字状の部材である第１アーム２６および第２アーム２８を介して、Ｘ軸ガイド２２ひいてはＸ軸ユニット２０の荷重が、第１Ｙ軸ユニット３０および第２Ｙ軸ユニット４０に支持される場合について説明したが、これに限られない。第１アーム２６および第２アーム２８には、任意の形状を採用できる。また、ステージ装置が第１アーム２６および第２アーム２８を有しない構造も考えられる。すなわち、Ｘ軸ガイド２２が直接、第１Ｙ軸ユニット３０および第２Ｙ軸ユニット４０に載置されてもよい。

上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

２２ Ｘ軸ガイド、 ２４ Ｘ軸スライダ、 ３２ 第１Ｙ軸ガイド、 ３４ 第１Ｙ軸スライダ、 ４２ 第２Ｙ軸ガイド、 ４４ 第２Ｙ軸スライダ、 ５０ 接続ユニット、 ５２ 第１ベース、 ５４ 第１弾性ヒンジ、 ５８ 第２弾性ヒンジ、 ６０ 第２ベース、 １００ ステージ装置。

Claims (3)

1. Ｘ軸方向に移動するＸ軸スライダをガイドするＸ軸ガイドと、Ｙ軸方向に移動するＹ軸スライダと、を接続する接続ユニットであって、
   前記Ｘ軸ガイドは、前記Ｙ軸スライダに荷重を支持され、
   前記Ｘ軸ガイドに接続される第１ベースと、
   前記Ｙ軸スライダに接続される第２ベースと、
   前記第１ベースと前記第２ベースとの間に直列に設けられる複数の弾性ヒンジと、を備え、
   前記複数の弾性ヒンジは、ＸＹ平面内の一方向の周りに弾性変形可能な板状の弾性ヒンジを含むことを特徴とする接続ユニット。
2. 前記複数の弾性ヒンジは、柱状の弾性ヒンジを含むことを特徴とする請求項１に記載の接続ユニット。
3. 前記Ｘ軸ガイドと、
   前記Ｙ軸スライダと、
   請求項１または２に記載の接続ユニットと、を備えることを特徴とするステージ装置。

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