JP2022157861A - テーブル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動ステージの移動に伴うシリンダ部材の傾きを抑制して、可動ステージの加減速度を上げることができるテーブル装置を提供する。【解決手段】テーブル装置１０は、ベース部材１の上に配置されるテーブル２と、テーブル２を移動可能な駆動システム３と、テーブル２の周縁部に配置され、テーブル２をＺ軸方向に移動可能に支持し、且つテーブル２をＸ軸方向及びＹ軸と平行な方向のそれぞれに移動可能に支持する複数のテーブル支持装置１５と、を備え、駆動システム３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に設けられる可動ステージ２５を備え、可動ステージ２５と複数のテーブル支持装置１５のシリンダ部材５は、Ｚ軸方向に弾性変形可能な複数の弾性部材３５により接続される。【選択図】図１

Description

本発明は、テーブル装置に関する。

半導体製造装置、検査装置、及び測定装置などに係る技術分野においては、３次元に移動可能なテーブルを備えるテーブル装置（ステージ装置）が使用される。例えば、特許文献１に記載のテーブル装置は、ベース部材のガイド面に対向するように、シリンダ部材の下面に気体軸受を形成する軸受部材を備えており、この気体軸受の作用により、テーブルはガイド面に対し非接触の状態で移動することができる。また、シリンダ部材の内部空間の下端開口と軸受部材との間には、排気口が設けられている。さらに、テーブル装置は、テーブルと接続されるピストン部材の下面よりも下側の下部空間に気体を供給する供給口を有する重力補償装置を備える。

特開２０１５－１９６２２２号公報

ところで、上記特許文献１のテーブル装置では、テーブルを移動させる駆動システムの一部を構成する可動ステージ（Ｙ軸ステージ）がテーブルの各コーナーに配置される４つのシリンダ部材に直結されているため、可動ステージと４つのシリンダ部材が一体的になってＸＹ平面（水平面）に沿って移動する。従って、可動ステージと４つのシリンダ部材が一体的に移動する際の加減速に伴う慣性力によって４つのシリンダ部材が可動ステージを中心にして垂直方向（Ｚ軸方向）に対して傾くことがあるため、可動ステージの加減速度を上げることができなかった。なお、シリンダ部材が大きく傾いた場合、シリンダ部材の下端がベース部材のガイド面に接触するため、シリンダ部材やベース部材に摩耗や焼付きが生じることがある。また、シリンダ部材の傾きを抑制するためにシリンダ部材の下面の気体軸受の剛性を高める手法が考えられるが、これにはテーブル装置の大型化や質量増大などが伴うため、この場合も、可動ステージの加減速度を上げることが困難である。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、可動ステージの移動に伴うシリンダ部材の傾きを抑制して、可動ステージの加減速度を上げることができるテーブル装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）所定面と平行なガイド面を有するベース部材と、前記ベース部材の上に配置されるテーブルと、前記所定面と直交する第１軸と平行な方向において前記ベース部材と前記テーブルとの間に配置され、前記第１軸と平行な方向、前記所定面内の第２軸と平行な方向、及び前記所定面内において前記第２軸と直交する第３軸と平行な方向に前記テーブルを移動可能な駆動システムと、前記テーブルの周縁部に配置され、前記テーブルを前記第１軸と平行な方向に移動可能に支持し、且つ前記テーブルを前記第２軸と平行な方向及び前記第３軸と平行な方向のそれぞれに移動可能に支持する複数のテーブル支持装置と、を備え、前記駆動システムは、前記第２軸と平行な方向及び前記第３軸と平行な方向に移動可能に設けられる可動ステージを備え、前記テーブル支持装置は、前記テーブルに接続されるピストン部材と、前記ピストン部材を収容する内部空間を有するシリンダ部材と、前記シリンダ部材の前記ガイド面と対向する面に配置され、前記ガイド面との間に気体軸受を形成する軸受部材と、を備え、前記可動ステージと前記複数のテーブル支持装置の前記シリンダ部材は、前記第１軸と平行な方向に弾性変形可能な複数の弾性部材により接続される、テーブル装置。
（２）前記弾性部材は、前記シリンダ部材を前記ベース部材側に向けて付勢する、（１）に記載のテーブル装置。
（３）前記弾性部材は、板ばねである、（１）又は（２）に記載のテーブル装置。

本発明によれば、第２軸と平行な方向及び第３軸と平行な方向に移動可能に設けられる可動ステージと複数のテーブル支持装置のシリンダ部材が、第１軸と平行な方向に弾性変形可能な複数の弾性部材により接続されるため、可動ステージの移動に伴うシリンダ部材の傾きを抑制して、可動ステージの加減速度を上げることができる。

本発明に係るテーブル装置の第１実施形態を説明する一部切欠側面図である。 図１に示すテーブル装置の上面図である。

以下、本発明に係るテーブル装置の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面と直交する第１軸と平行な方向をＺ軸方向とし、所定面内の第２軸と平行な方向をＸ軸方向とし、所定面内において第２軸と直交する第３軸と平行な方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸（第１軸）は、Ｘ軸（第２軸）及びＹ軸（第３軸）のそれぞれと直交する。Ｘ軸は、ＹＺ平面と直交する。Ｙ軸は、ＸＺ平面と直交する。Ｚ軸は、ＸＹ平面と直交する。ＸＹ平面は、所定面と平行である。各実施形態において、ＸＹ平面は、水平面と平行であることとする。Ｚ軸方向は、鉛直方向である。なお、ＸＹ平面（所定面）が水平面に対して傾斜してもよい。

図１は、本実施形態に係るテーブル装置１０を－Ｙ側から見た側面図である。図２は、本実施形態に係るテーブル装置１０を＋Ｚ側から見た平面図である。なお、図１においては、テーブル装置１０の一部を断面で示す。また、本実施形態では、＋Ｚ側は上側とし、－Ｚ側は下側とする。

図１及び図２に示すように、テーブル装置１０は、ベース部材１と、ベース部材１の上に配置されるテーブル２と、Ｚ軸方向においてベース部材１とテーブル２との間に配置され、テーブル２を移動可能な駆動システム３と、テーブル２の周縁部に配置される４つのテーブル支持装置１５と、を備える。

ベース部材１は、ＸＹ平面（所定面）と平行な上面であるガイド面１Ａを有する。ガイド面１Ａは、平坦である。ベース部材１は、インディアンブラックのような石定盤でもよいし、鋳鉄定盤でもよい。ベース部材１は、例えばテーブル装置１０が設置される施設（例えば工場）の床面に配置される。

テーブル２は、ベース部材１の上方（＋Ｚ方向）に配置される。テーブル２は、物体Ｓを支持して移動可能である。テーブル２は、上面に物体Ｓを載せた状態で、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の３つの方向に移動可能である。本実施形態では、テーブル２は、３つの方向に移動可能な３自由度のテーブル（３軸テーブル、３次元テーブル）である。本実施形態では、テーブル２のＸＹ平面における外形は、四角形（正方形）である。

駆動システム３は、テーブル２の下面の中央部に接続され、テーブル２をＺ軸方向に移動するＺ軸駆動装置３Ａと、ベース部材１の上面に配置され、テーブル２をＸ軸方向に移動するＸ軸駆動装置３Ｂと、Ｘ軸駆動装置３Ｂの上面に配置され、テーブル２をＹ軸方向に移動するＹ軸駆動装置３Ｃと、Ｚ軸駆動装置３ＡとＹ軸駆動装置３Ｃとの間に配置され、Ｘ軸駆動装置３Ｂ及びＹ軸駆動装置３ＣによりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に設けられる水平面可動ステージ（可動ステージ）２５と、を備える。このため、駆動システム３は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の３つの方向にテーブル２を移動可能である。また、駆動システム３は、Ｘ軸方向の移動及びＹ軸方向の移動を組み合わせた斜め方向にテーブル２を移動可能である。本実施形態では、水平面可動ステージ２５のＸＹ平面における外形は、四角形（正方形）である。なお、図１では、Ｚ軸駆動装置３Ａ、Ｘ軸駆動装置３Ｂ、及びＹ軸駆動装置３Ｃの詳細な構造の図示は省略されており、周知のものが適用される。例えば、Ｚ軸駆動装置３Ａでは、水平面可動ステージ２５に取り付けられる不図示のアクチュエータで第１くさび部材１１をＸ軸方向に駆動することにより、第２くさび部材１２をＺ軸方向に移動させる。

テーブル支持装置１５は、図１に示すように、テーブル２に接続されるピストン部材４と、ピストン部材４を収容する内部空間５Ｈを有するシリンダ部材５と、ピストン部材４とシリンダ部材５との間に気体軸受６Ｇを形成する軸受部材６と、ベース部材１とシリンダ部材５との間に気体軸受７Ｇを形成する軸受部材７と、を備える。そして、テーブル支持装置１５は、軸受部材６が形成する気体軸受６Ｇによりテーブル２をＺ軸方向に移動可能に支持し、且つ軸受部材７が形成する気体軸受７Ｇによりテーブル２をＸ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに移動可能に支持する。また、ピストン部材４及びシリンダ部材５の軸は、Ｚ軸と平行である。なお、テーブル支持装置１５の数は、４つに限定されず、任意に設定可能である。

ピストン部材４は、Ｚ軸方向に長い円筒状の部材である。ピストン部材４は、テーブル２の下面に接続される。本実施形態では、ピストン部材４の上面は、接続部材４０を介してテーブル２の下面に接続される。また、ピストン部材４は、シリンダ部材５と同軸に配置される。

また、本実施形態では、ピストン部材４は、テーブル２の周縁部であるテーブル２の下面の４つのコーナーにそれぞれ接続される。つまり、４つのテーブル支持装置１５は、駆動システム３を囲むように配置される。

シリンダ部材５は、円筒状の部材であり、ピストン部材４を収容する内部空間５Ｈを有する。また、シリンダ部材５は、そのＺ軸方向の略中間部に連結部材３０を備える。連結部材３０は、板状の部材であり、Ｙ軸方向において隣り合う２つのシリンダ部材５を連結する。連結部材３０は、シリンダ部材５の一部を構成しており、内部空間５Ｈは、シリンダ部材５のみならず、連結部材３０にも形成されている。なお、連結部材３０は、４つのシリンダ部材５を連結するように環状としてもよい。

軸受部材６は、ピストン部材４とシリンダ部材５との間に気体軸受（静圧軸受）６Ｇを形成する。本実施形態では、軸受部材６は、シリンダ部材５の内部空間５Ｈに面するようにシリンダ部材５の内面に配置される。気体軸受６Ｇが形成されることによって、ピストン部材４は、シリンダ部材５の内面に非接触で支持される。シリンダ部材５は、軸受部材６によって形成される気体軸受６Ｇによって、Ｚ軸方向にピストン部材４を非接触で移動可能に支持する。本実施形態では、軸受部材６には圧縮空気が供給され、この圧縮空気により気体軸受６Ｇが形成される。

軸受部材７は、ベース部材１とシリンダ部材５との間に気体軸受（静圧軸受）７Ｇを形成する。本実施形態では、軸受部材７は、ベース部材１のガイド面１Ａと対向するシリンダ部材５の下面に配置される。気体軸受７Ｇが形成されることによって、シリンダ部材５は、ベース部材１のガイド面１Ａに非接触で支持される。ベース部材１は、軸受部材７によって形成される気体軸受７Ｇによって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にシリンダ部材５を非接触で移動可能に支持する。本実施形態では、軸受部材７には圧縮空気が供給され、この圧縮空気により気体軸受７Ｇが形成される。

本実施形態では、軸受部材６及び軸受部材７は、多孔体（多孔質部材）を含む。多孔体は、例えば、特許第５０９３０５６号、特開２００７－１２０５２７号などに開示されているようなグラファイト（カーボングラファイト）製でもよい。なお、多孔体がセラミックス製でもよい。本実施形態では、多孔体の孔（供給口）から気体が供給される。

また、図１に示すように、シリンダ部材５の下端部には、内部空間５Ｈ内のピストン部材４の下面よりも下側の空間に圧縮空気を供給する供給口５Ｓが設けられている。そして、供給口５Ｓから供給された圧縮空気の圧力によりピストン部材４が持ち上げられるため、駆動システム３に対するテーブル２の重量の作用を低減することができる。そして、供給口５Ｓには、コンプレッサ２０からの圧縮空気が圧力調整器２１を介して供給されている。つまり、シリンダ部材５の供給口５Ｓ、コンプレッサ２０、及び圧力調整器２１によって、駆動システム３に対するテーブル２の重量の作用を低減する重力補償機構が構成されている。

また、シリンダ部材５の下面には、シリンダ部材５の下面とベース部材１のガイド面１Ａとの間に供給された気体（圧縮空気）の一部を真空吸引により外部に排出する排気口５Ｅが設けられている。そして、排気口５Ｅは、軸受部材７による浮上力に予圧を掛ける機能を有する。また、浮上力に予圧を掛ける手段としては、磁気吸引方式であってもよい。また、軸受部材７によって形成される気体軸受７Ｇに剛性が要求されない場合は、排気口５Ｅを設けなくてもよい。

さらに、本実施形態のテーブル装置１０では、図１及び図２に示すように、水平面可動ステージ２５と４つのシリンダ部材５の一部を構成する２つの連結部材３０は、Ｚ軸方向に弾性変形可能な４つの板ばね（弾性部材）３５により接続されている。

板ばね３５は、水平面可動ステージ２５の上面の４つのコーナーのそれぞれに接続される。板ばね３５の端部は、ボルトやリベットなどの締結部材３６により、水平面可動ステージ２５又は連結部材３０に取り付けられている。また、板ばね３５は、ＸＹ平面（水平面）と略平行に配置されている。そして、板ばね３５は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に剛性を有するため、水平面可動ステージ２５のＸ軸方向及びＹ軸方向の駆動力を４つのシリンダ部材５に確実に伝達することができる。

そして、板ばね３５は、シリンダ部材５（連結部材３０）をベース部材１側に向けて付勢するように設けられている。なお、板ばね３５の取り付け方法は、締結部材に限定されず、溶接などであってもよい。また、板ばね３５の数は、４つに限定されず、任意に設定可能である。また、板ばね３５によるシリンダ部材５への付勢力を高めるため、板ばね３５を水平面可動ステージ２５からシリンダ部材５に向けて下り傾斜となるように取り付けてもよい。この場合、板ばね３５は、予め湾曲させたものでもよい。

このように構成されたテーブル装置１０では、水平面可動ステージ２５と４つのシリンダ部材５がＺ軸方向に弾性変形可能な４つの板ばね３５により接続されるため、水平面可動ステージ２５がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する際、４つの板ばね３５が剛体として機能するので、水平面可動ステージ２５と４つのシリンダ部材５は一体的に移動する。そして、このとき、水平面可動ステージ２５と４つのシリンダ部材５が一体的に移動する際の加減速に伴う慣性力によって４つのシリンダ部材５が水平面可動ステージ２５を中心にして垂直方向（Ｚ軸方向）に対して傾こうとするが、その４つのシリンダ部材５の傾きに伴う移動を４つの板ばね３５のＺ軸方向の弾性変形で吸収する。これにより、シリンダ部材５の傾きが抑制されるため、水平面可動ステージ２５の加減速度を上げることが可能となり、テーブル２の移動を高速化することができる。

以上説明したように、本実施形態のテーブル装置１０によれば、水平面可動ステージ２５と４つのテーブル支持装置１５のシリンダ部材５が、Ｚ軸方向に弾性変形可能な４つの板ばね３５により接続されるため、水平面可動ステージ２５の移動に伴うシリンダ部材５の傾きを抑制して、水平面可動ステージ２５の加減速度を上げることができる。これにより、テーブル２の移動を高速化することができる。

また、本実施形態のテーブル装置１０によれば、板ばね３５が、シリンダ部材５をベース部材１側に向けて付勢するため、気体軸受７Ｇに予圧を掛けることができ、気体軸受７Ｇの剛性を高めることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、弾性部材は、板ばねであるが、これに限定されず、Ｚ軸方向に弾性変形可能な弾性部材であれば任意に変更可能である。
また、上記実施形態では、板ばねは、２つのシリンダ部材を連結する連結部材に取り付けられているが、これに限定されず、例えば、シリンダ部材にフランジなどを設けることで、板ばねをシリンダ部材に直接取り付けてもよい。

１０ テーブル装置
１ ベース部材
１Ａ ガイド面
２ テーブル
３ 駆動システム
３Ａ Ｚ軸駆動装置
３Ｂ Ｘ軸駆動装置
３Ｃ Ｙ軸駆動装置
４ ピストン部材
５ シリンダ部材
５Ｈ 内部空間
５Ｓ 供給口
５Ｅ 排気口
６ 軸受部材
６Ｇ 気体軸受
７ 軸受部材
７Ｇ 気体軸受
１５ テーブル支持装置
２０ コンプレッサ
２１ 圧力調整器
２５ 水平面可動ステージ（可動ステージ）
３０ 連結部材
３５ 板ばね（弾性部材）
３６ 締結部材
４０ 接続部材

Claims (3)

1. 所定面と平行なガイド面を有するベース部材と、
   前記ベース部材の上に配置されるテーブルと、
   前記所定面と直交する第１軸と平行な方向において前記ベース部材と前記テーブルとの間に配置され、前記第１軸と平行な方向、前記所定面内の第２軸と平行な方向、及び前記所定面内において前記第２軸と直交する第３軸と平行な方向に前記テーブルを移動可能な駆動システムと、
   前記テーブルの周縁部に配置され、前記テーブルを前記第１軸と平行な方向に移動可能に支持し、且つ前記テーブルを前記第２軸と平行な方向及び前記第３軸と平行な方向のそれぞれに移動可能に支持する複数のテーブル支持装置と、を備え、
   前記駆動システムは、前記第２軸と平行な方向及び前記第３軸と平行な方向に移動可能に設けられる可動ステージを備え、
   前記テーブル支持装置は、
   前記テーブルに接続されるピストン部材と、
   前記ピストン部材を収容する内部空間を有するシリンダ部材と、
   前記シリンダ部材の前記ガイド面と対向する面に配置され、前記ガイド面との間に気体軸受を形成する軸受部材と、を備え、
   前記可動ステージと前記複数のテーブル支持装置の前記シリンダ部材は、前記第１軸と平行な方向に弾性変形可能な複数の弾性部材により接続される、テーブル装置。
2. 前記弾性部材は、前記シリンダ部材を前記ベース部材側に向けて付勢する、請求項１に記載のテーブル装置。
3. 前記弾性部材は、板ばねである、請求項１又は２に記載のテーブル装置。

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