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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造装置あるいは検査装置または微小な位置決めを必要とする顕微鏡や各種工作機械等に用いられるテーブル装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、LSIなど半導体装置は集積度が益々高くなってきており、そのパターン線幅は1μm以下と非常に微細なものになってきている。これに伴い、このような高集積度の半導体装置の製造あるいは検査に用いられるテーブル装置には非常に高い精度が要求されている。
【0003】
テーブル装置では、テーブル本体の走行時の真直度、姿勢変化量、位置決め精度などが重視されており、種々のテーブル構造、位置検出方法、駆動方法などが開発されてきている。
【0004】
テーブル本体を駆動する手段としては、ボールネジ・ナットを用いた駆動装置を用いるのが一般的である。この装置の特徴としては、送り方向の剛性が高く位置決め時の振動を減少させ易いこと、ボールネジの寸法精度を高めることが比較的容易であるため位置精度を向上させ易いこと、原理的に減速機構となっているので小さなモータで大きな負荷を駆動できると同時に高い分解能が比較的容易に得られること、などが挙げられる。このため、分解能の非常に高い位置検出手段を採用したり、制御法を工夫したりしてナノメータ領域の位置決めが可能となってきている。
【0005】
これに対して、問題点としては、ボールネジのネジ軸の曲がりを完全になくすことが不可能であり、ネジ軸1回転毎にボールネジの振れ回りが生じ、テーブル精度に悪影響を与えてしまうこと、また高速回転するとその振れ回りに起因する振動が生じること、さらにはボールの循環時にボール同士、ボールとリターンチューブあるいはコマとの衝突による騒音振動が生じること、などが挙げられる。
【0006】
この問題点は、ステップアンドリピートを行うステッパなどの露光機に組込まれるテーブル装置ではそれほど大きな問題とはならない。しかし、一定速でテーブル本体を動かして連続的に露光を行う装置や検査のためにデータ収集を行う装置では、移動中のテーブル速度変動増加やテーブル振動増加につながるため、非常に大きな問題となる。
【0007】
そこで最近では、連続的に一定速度で露光あるいは検査を行う装置のテーブル駆動に摩擦駆動方式を用いることが多くなってきている。摩擦駆動方式とはテーブル本体に連結された丸棒あるいは角棒状のロッド(移動力伝達体)を複数のローラで挟み、片方のローラをモータなどで回転させることにより、ロッドを直線移動させてテーブル本体を直線移動させる方法である。
【0008】
この方法の特徴としては、ボールを用いていないため、ボールの循環に起因する振動や騒音が全く発生しないこと、ローラの製作精度を向上させることによってローラ回転によりロッドが変位する量を大幅に減らすことができること、テーブル速度が速い場合でもローラの回転速度を低くできるので、たとえローラに偏心があっても速度変動の周期が長くなり振動の原因になりにくいこと、などが挙げられる。
【0009】
このような特徴から、摩擦駆動方式は非常に高い速度安定性を必要とするテーブル駆動に適した駆動方法とされている。
しかし、問題点として、摩擦力を用いて駆動力を得ているため、ローラおよびロッドの摩耗が避けられないこと、大きな駆動力を得るにはローラとロッドを非常に大きな力で押しつける必要があるためローラとロッドとの接触応力が高くなり、ローラおよびロッドの表面の寿命が小さくなり易いこと、滑りを生じること、などがある。
【0010】
ローラとロッドの摩耗に関しては、接触部の硬度を向上させること、あるいは接触部にトラクションオイルなどを塗布して直接ローラとロッドとを接触させないなどの対策が採られている。また、滑りについてはテーブルの変位を直接計測することにより、ローラとロッドの滑りを補正して位置決めすることにより対応することができる。
【0011】
現在、最大の課題となっているのは、ローラとロッドの耐久性、寿命を向上させることである。
半導体デバイスの製造・検査で用いられるテーブル装置は、その生産性を向上させるために、終夜で運転されることが多い。このため、テーブルの機械系には定期点検以外ではメンテナンスを必要としない程度の耐久性が要求される。特に、駆動装置はその分解・交換が容易ではなく、さらにコスト的にも高価なため、なるべく長期に亙って使用可能であることが望まれる。
【0012】
そこで、本発明者らは先に、ローラとロッドとの接触応力を低下させるとともにローラの支持方法を改善することにより、摩擦駆動装置の耐久性を向上させる方法を提案した。これにより、ローラおよびロッド自体の耐久性を向上させることができた。
【0013】
しかし、先に述べたように摩擦駆動では接触部における摩耗を避けることができず、一定期間(たとえば2年)使用した後に、ローラ、ロッドなどを交換する必要がある。このローラ、ロッドの交換にはかなりの時間と費用が必要であり、このため駆動装置の交換は少なくとも4から5年に1回程度で済むようにすることが望まれている。
【0014】
一方、半導体装置の製造に用いるフォトマスクやウェハなどの製造あるいは検査を行う場合、一般にその試料をXYテーブルなどに搭載し、このXYテーブルを移動させて試料を加工したり、検査したりする。このとき、試料をXYテーブル上に一定の姿勢で搭載することは困難であり、また試料の寸法のばらつきなどもあり、試料をXYテーブルに搭載した後に回転テーブル装置によって試料を微妙に回転させる必要がある。
【0015】
このような回転テーブル装置には以下の性能が要求される。
(1)回転によって回転テーブル上の試料の姿勢変動がわずかであること。
(2)回転角の再現性が良好なこと。
【0016】
(3)回転テーブルの変形により、搭載された試料に変形を生じないこと。
(4)回転角の分解能が十分小さいこと。
(5)発塵等環境を悪化させることが少ないこと。
【0017】
このような性能を満たすには以下の事項を考慮した回転テーブル装置が必要である。
(1)回転テーブルのガイド面の精度が非常に高いこと。
【0018】
(2)回転テーブルのガイド面での摩擦が非常に小さいこと。
(3)回転テーブルのガイド面に作用する力が小さいこと。
(4)回転テーブルの駆動手段の変位分解能、摩擦が小さいこと。
【0019】
(5)回転テーブルのガイド面で滑り等が極力少なくなるようにすること。
そこで、以上の事項を満たすために、図21および図22に示すような回転テーブル装置が用いられることがある。
【0020】
図21に示した回転テーブル装置では、ベースとなる基台1の上に回転テーブル2が搭載されている。ここで、この基台2は一般にはXYテーブルの上部テーブルである。
【0021】
回転テーブル2は基台1の上面をガイド面として図示しない非接触電磁駆動機構などから力を受けて回転する。この回転中心3を一定とするため、回転テーブル2の4隅付近に回転中心3を中心とする転動面4,5,6,7が形成されており、これらの転動面にガイド体となるローラ8,9,10,11が接触している。ここで、ローラ10,11には一定の接触力を確保するための押付け力を印加するバネ機構12,13が接続され、残りのローラ8,9はその軸が基台1に固定されている。
【0022】
回転テーブル2が回転するときには基台1に対して空気を吹き付けて浮上させ、これによって回転に対する摩擦を極力小さくする。また、回転後は真空チャックなどで固定して回転テーブル2の変形、変位を小さくするようにしている。
【0023】
このような回転テーブル装置は、回転のガイドを4つのローラ8,9,10,11で行っているため、大きな回転テーブルでも簡単な機構で回転させることができること、ローラでガイドしているため回転抵抗が小さく、またある程度大きな回転ストロークを高い精度で回転させることが可能であること、などの特徴がある。
【0024】
ただし、このような回転テーブル装置では、押付け力付与手段、すなわちバネ機構12,13で発生する力が重要となる。この回転テーブル装置の回転中心3を規定しているのは主に軸が固定されているローラ8,9であり、これらのローラと回転テーブル2との接触力が大きくないと、回転後に浮上を中止した時に接触が断たれて回転中心がずれたり、回転角の再現性が悪化したりする。
【0025】
しかし、接触力を大きくするために、バネ機構12,13の発生力を大きくすると、この発生力により回転テーブル2がわずかに変形したり、ローラ10,11の回転抵抗が増加して回転角再現性が悪化したり、回転テーブル2を固定した後もこの発生力により、何らかのきっかけにより回転テーブル2が変位したりして、逆に回転テーブル装置の性能を悪化させることがあった。
【0026】
図22に示す回転テーブル装置では、軸が固定されているローラ8,9とは反対側に、回転テーブル2に回転力を選択的に与える変位付与機構14が設置されている。そして、変位付与機構14と回転テーブル2との接触を確実にするために引張りバネなどのバイアス力付与機構15を設けている。
【0027】
しかし、このように構成されたものでは、バイアス力付与機構15の発生力の影響で、特に軸が固定されている片方のローラ8での接触力が低下し、先に述べたと同様に性能の悪化が生じる場合があった。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、直線動自在に設けられたテーブル本体に移動力伝達体の一端側を連結し、この移動力伝達体をローラで挾持し、ローラを回転駆動することによって移動力伝達体を移動させ、これによってテーブル本体を直線動させるようにしたテーブル装置にあっては、テーブル本体の移動速度安定性を向上させ易いという利点がある反面、ローラと移動力伝達体の耐久性が十分ではなく、たとえば長期に亙る高頻度動作が必要な半導体デバイスの製造・検査装置などに適用した場合には、装置のメンテナンスコストが高くなるという問題があった。
【0029】
また、テーブル本体の4隅付近をローラでガイドして、テーブル本体を回転させる構造のテーブル装置にあっては、大型のテーブル本体を簡単な機構で回転させることができること、ローラでガイドしているので回転抵抗が小さいこと、ある程度大きな回転ストロークを高い精度で回転させることが可能であることなどの利点を有している反面、非常に高い回転精度および回転角再現性を実現しようとして、押付け力印加側ローラの押し付け力を大きくすると、逆にテーブル本体に変形が生じたり、回転抵抗が大きくなったり、テーブル本体を固定した後にも変位したりする等の問題があった。
【0031】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、その目的は、押付け力印加側のローラの押付け力を大きくしなくても固定側ローラとテーブル本体との接触力を十分大きくすることが可能で、もって高精度な回転運動が可能なテーブル装置を提供するにある。
【0036】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、
回転可能に設けられたテーブル本体と、
このテーブル本体の周面に接触して上記テーブル本体を回転自在にガイドする4つの回転ガイド体と、
これら回転ガイド体のうちの周方向に隣接する2つの回転ガイド体の位置を固定する固定手段と、
周方向に隣接する残りの2つの回転ガイド体にテーブル本体方向の押付け力を印加する押付け力付与手段とを備えたテーブル装置において、
前記固定手段によって固定された前記2つの回転ガイド体が前記テーブル本体の周面に接触する2つの接触点と上記テーブル本体の回転中心とを結ぶ2本の線間の角度が、前記押付け力付与手段によって押付け力を受ける前記2つの回転ガイド体が前記テーブル本体の周面に接触する2つの接触点と上記テーブル本体の回転中心とを結ぶ2本の線間の角度より大に設定されていることを特徴とするテーブル装置が提供される。
【0037】
また、この発明によれば、
回転可能に設けられたテーブル本体と、
このテーブル本体の周面に接触して上記テーブル本体を回転自在にガイドする4つの回転ガイド体と、
これら回転ガイド体のうちの周方向に隣接する2つの回転ガイド体の位置を固定する固定手段と、
周方向に隣接する残りの2つの回転ガイド体にテーブル本体方向の押付け力を印加する押付け力付与手段と、
前記テーブル本体に対して該テーブル本体の回転中心を中心とする円周方向の変位を与える変位付与手段と、
この変位付与手段と前記テーブル本体との間に接触力を与えるバイアス力付与手段とを備えたテーブル装置において、
前記バイアス力付与手段は、前記変位付与手段より前記テーブル本体側に設置されていて、前記押付け力付与手段によって押付け力を受ける前記2つの回転ガイド体の側から前記固定手段によって固定された前記2つの回転ガイド体の方向に向かう力を発生していることを特徴とするテーブル装置が提供される。
【0042】
この発明テーブル装置では、固定手段によって固定されている2つの回転ガイド体がテーブル本体の周面に接触する2つの接触点とテーブル本体の回転中心とを結ぶ2本の線間の角度が、押付け力付与手段によって押付け力を受ける2つの回転ガイド体がテーブル本体の周面に接触する2つの接触点とテーブル本体の回転中心とを結ぶ2本の線間の角度より大に設定されているので、押付け力を受ける2つの回転ガイド体側からの押付け力がくさび効果により増幅され、固定手段によって固定されている2つの回転ガイド体とテーブル本体との接触力を、押付け力を受ける2つの回転ガイド体のテーブル本体への押付け力より大きくすることができる。
【0043】
この発明のテーブル装置では、テーブル本体に回転変位を生じさせる変位付与手段とテーブル本体との接触力を維持するためのバイアス力付与手段で発生する力の向きが押付け力付与手段で発生する力の方向と同じであるため、固定されている2つの回転ガイド体とテーブル本体との間の接触力は、押付け力付与手段による押付け力とバイアス力付与手段で発生した力とを合成したものとなる。したがって、押付け力付与手段の押付け力を大きくすることなく、固定されている2つの回転ガイド体とテーブル本体との間の接触力をより大きくすることができる。
【0044】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態を説明する。
図1には本発明の第1の実施形態に係るテーブル装置100の側面図が示されている。
【0045】
このテーブル装置100は、大きく分けて、ベースとなる基台101と、ガイド面を水平にして基台101上に固定されたテーブルガイド102と、このテーブルガイド102のガイド面にガイドされて実線矢印103で示す方向に移動自在に配置されたテーブル本体104と、一端側がテーブル本体104に連結されてテーブル本体104に実線矢印103で示す方向の移動力を伝達する移動力伝達体としての円柱状のロッド105と、このロッド105に沿うように基台101に固定されたハウジング106と、このハウジング106にベアリングなどで回転可能に支持されるとともに互いでロッド105を一定の力で挾持する関係に配置された第1のローラ107および第2のローラ108と、第1のローラ107を選択的に回転駆動する電動モータ等からなる回転駆動手段109と、テーブル本体104とロッド105との間に設けられてテーブル本体104に対するロッド105の中心軸回りに関する連結角度を可変する連結角度可変機構110と、この連結角度可変機構110とテーブル本体104との間に設けられてロッド105とテーブル本体104との相対変位を吸収するピボット状を備えた連結部111とで構成されている。
【0046】
連結角度可変機構110は、図2に示すように、中央部にロッド105の直径とほぼ等しく、かつ周縁部の一部が切り欠かれた穴部112を有し、この穴部112にロッド105の一端側を挿入してネジ113で締め付けることによってロッド105の一端側をテーブル本体104、具体的には連結部111に連結するクランプ機構114を主体にして構成されている。クランプ機構114におけるロッド105が挿入される側の端面で、穴部112の周縁部には角度基準指針115が刻設されている。また、ロッド105の一端側周面で、このロッド105を穴部112に挿入してクランプしたときに角度基準指針115によって指される位置には連結角度目盛り116が刻設されている。
【0047】
このように構成されたテーブル装置100では、回転駆動手段109により第1のローラ107を回転させると、ロッド105と第1のローラ107との接触部における摩擦力の作用でロッド105が実線矢印103で示す方向に変位する。ロッド105は、連結角度可変機構110、連結部111を介してテーブル本体104に連結されている。したがって、ロッド105の変位量と同じだけテーブル本体104が実線矢印103で示す方向に変位することになる。
【0048】
ところで、このような摩擦駆動方式を採用したテーブル装置100では、ロッド105と第1のローラ107および第2のローラ108との接触部での摩耗を避けられないため、ある程度の期間運転すると、図3に示すように、ロッド105における第1のローラ107と接触する部分に摩耗による損傷の痕跡120,121,122が生じる。なお、ロッド105は、図4に示すように、第1のローラ107と第2のローラ108とに接触部123,124で接しているが、第2のローラ108は駆動力を発生しない従動ローラであるため、主に第1のローラ107との接触部123に損傷が発生する。特に、往復運動の折り返し点に相当する部分では加減速による駆動力が大きいため摩耗も多くなる。このような状態となると摩耗粉により、急速に摩耗が進んで速度変動などテーブル性能を悪化させるのでロッド105を交換する必要がある。
【0049】
しかし、この例では、連結角度可変機構110を設けているので、ロッド105の連結角度を変更することができ、この変更によってロッド105を交換したときと同じ状態を得ることができる。具体的には、第1のローラ107とロッド105との圧接力を減少させ、この状態でクランプ機構114のネジ113を緩め、角度基準指針115と連結角度目盛り116と見ながら、図5に示すように、ロッド105を該ロッドの中心軸回りに一定角度125だけ回転させた後に再びネジ113を締め付けて固定し、次に第1のローラ107とロッド105との圧接力を元の値に戻す。
【0050】
こうすることにより、ロッド105の表面で第1のローラ107に接触する接触位置126およびロッド105の表面で第2のローラ108に接触する接触位置127は、今まで接触が全くなかった表面位置へと移ることになり、ロッド105を交換した場合と同等の効果が得られる。したがって、一定角度125を適切に選ぶことによって、ロッド105の連結角度を変更した分だけロッド105の交換回数を減らすことができ、結果的にテーブル装置における特に駆動系の寿命を大幅に向上させることができる。また、この例のように、連結角度可変機構110に角度基準指針115と連結角度目盛り116とを設けておくと、連結角度変更作業および連結角度管理が容易となる。
【0051】
なお、同時に駆動ローラである第1のローラ107の寿命も延ばすには次のようにすればよい。
すなわち、ロッド105と第1のローラ107の材質が同じで、表面硬度がほぼ同じ場合には、接触部での損傷発生の可能性はほぼロッド105、第1のローラ107とも同じである。ただし、テーブル本体104を一定ストロークで往復運動させた場合、ロッド105には常に同じ位置に加減速のための駆動力(摩擦力)が加わるが、第1のローラ107の場合には滑りのために必ず駆動力の働く位置が変化するので、ロッド105に比べ特定の場所で損傷が大きくなるということは少ない。基本的にはロッド105に比べて第1のローラ107の方が寿命的には長い。しかし、連結角度可変機構110を設けたことによってロッド105の寿命を大幅に延ばすことができても、第1のローラ107の寿命が延びなければ駆動系の寿命を延ばす効果は小さくなる。
【0052】
第1のローラ107の寿命を延ばす手段としては、第1のローラ107の転動面の表面硬度がロッド105の表面硬度より大となる材質の組合せで第1のローラ107およびロッド105を製作することが好ましい。
【0053】
一般的に硬度が高い方が対摩耗性が高く、さらに硬度の違う材質が接触した場合、硬度の低い方がより摩耗しやすい。したがって、第1のローラ107の転動面の硬度がロッド105の表面硬度より高くなるように材質を選ぶことにより、一層の寿命延長が可能となる。
【0054】
具体的な材質としては、ローラの形成材質として超硬合金(タングステンカーバイド系)や、セラミクス(アルミナ、窒化ケイ素など)などが考えられる。ロッドの形成材質としては、工具鋼、ステンレス(マルテンサイト系など焼き入れ可能なもの)などが考えられる。
【0055】
なお、図1に示す例では、連結角度可変機構110をクランプ機構114で構成しているが、図6に示すように構成された連結角度可変機構110aを用いてもよい。この連結角度可変機構110aは、連結部111側の要素129にロッド105の一端側を嵌入させる穴130を備えるとともにロッド105の一端側周面に環状溝131を備え、さらに要素129側に上記ロッド105の一端側が穴130に挿入されたときに先端部を環状溝131に嵌入可能に設けられた止めネジ132を備えている。また、先の例と同様に、要素129の端面で、穴130の周縁部には角度基準指針115が刻設されており、ロッド105の一端側周面で、このロッド105を穴130に挿入してネジ132で固定したときに角度基準指針115によって指される位置に連結角度目盛り116が刻設されている。
【0056】
また、図1および図6に示す例では、移動力伝達体として円柱状のロッドを用いているが、図7に示すように、断面形状が正方形のロッド105aを用いることもできる。この例では、連結角度可変機構110として、図1に示したものと同様のクランプ機構114を用いているので、これに適合させるためにロッド105aの一端側にロッド105aの中心軸と同軸な円柱状の接続部133が形成されている。
【0057】
このようなロッド105aを用いているので、この例の場合には図8に示すように、第1のローラ107aおよび第2のローラ108aとして円柱状の転動面を有したものが用いられている。そして、これら第1のローラ107aおよび第2のローラ108aは、接触面134,135でロッド105aに対して線接触している。
【0058】
この例においても、ロッド105aの転動面に損傷が現れた場合には、クランプ機構114のネジ113を緩め、ロッド105aを一旦取り外した後、図9に示すように、ロッド105aをその中心軸回りに90゜回転させ再び組み込み、ネジ113を締め付ける。
【0059】
この場合にはロッド105aの連結角度変更を一度しかできないが、第1のローラ107aとロッド105aとの接触部が線接触であるため、接触面圧が低く、図1に示したテーブル装置の場合に比べて転動面自体の耐久性が高く、連結角度の変更回数が少ないことによる影響はあまりない。
【0060】
図10には本発明の第2の実施形態に係るテーブル装置200の側面図が示されている。
このテーブル装置200は、図1に示したテーブル装置とほぼ同じで、大きく分けて、ベースとなる基台201と、この基台201上に固定されたテーブルガイド202と、このテーブルガイド202のガイド面にガイドされて実線矢印203で示す方向に移動自在に配置されたテーブル本体204と、一端側がテーブル本体204に連結されてテーブル本体204に実線矢印203で示す方向の移動力を伝達する移動力伝達体としての円柱状のロッド205と、このロッド205に沿うように基台201に固定されたハウジング206と、このハウジング206にベアリングなどで回転可能に支持されるとともに互いでロッド205を一定の力で挾持する関係に配置された第1のローラ207および第2のローラ208と、第1のローラ207を選択的に回転駆動する電動モータ等からなる回転駆動手段209と、ロッド205とテーブル本体204との間に設けられてロッド205とテーブル本体204との相対変位を吸収するピボット状部を備えた連結機構210とで構成されている。
【0061】
このテーブル装置200は、基台201が水平面211に対して傾きθをなすように設置されている。この傾きθはテーブル本体204がストローク中心位置で停止しているときの傾き、あるいは往復運動中の基台201の平均傾きである。なお、図10に示す例では基台201が右下がりとなるような傾きとなっているが、これが左下がりとなっても以降で説明する効果には影響を与えない。
【0062】
図10に示したようなテーブル装置200を設置する場合、従来は基台201がほぼ水平となるように設置するのが一般的である。しかし、この図10に示す例では、テーブル本体204の移動方向が水平面211に対してθの傾きを持つように基台201が設置されている。
【0063】
図12および図13には半導体製造分野で用いられる描画・検査装置などのように一定ストロークを台形速度パターンで多数回往復する装置のテーブル装置を対象にし、テーブル本体204を回転駆動手段209のトルクで駆動するのに必要な推力と第1のローラ207のロッド205に対する滑り角度との関係が概念的に示されている。ここで、図12はθが零度の場合であり、図13は図10に示すように右下がりにある傾きθを持つ場合である。なお、図12および図13に示す滑り角度のグラフは、定性的な滑り量を概念的に示したものであり実際の滑り量とは若干異なるが、この差異はこの例の効果に何等影響を与えるものではない。
【0064】
図12に示すように、テーブル本体204の移動方向が略水平の場合は、テーブル本体204の往時Aと復時Bで、加速区間C、F、減速区間E、Hおよび定速区間D、Gの必要推力がほぼ同じであるため、各区間の滑り角度も往時Aと復時Bとでほぼ同じとなり、累積滑り角度はほぼ零となる。したがって、運動開始点に戻ったときの第1のローラ207とロッド205との接触部の位置は変化せず、往復運動を多数回行っても第1のローラ207の加減速時の接触部はほとんど変化しない。
【0065】
図12から判るように、加速時の最初では特に急激に滑りが生じ、大きな滑り速度が発生する。接触面の摩耗は接触力Pと滑り速度Vの積であるPV値で決まるので、第1のローラ207の転動面のうちで加減速時に接触部となる部分は摩耗が激しく、他の部分に比べて損傷が早く現れてしまう。このことは接触部に潤滑油を塗布した場合も同じで、加減速の繰り返しにより、油膜が一部分だけ薄くなり摩耗が生じてしまう。
【0066】
しかし、図10に示すように、基台201を傾け、テーブル本体204の移動方向203を水平面211に対してある角度θだけ傾ける構成とした場合には、テーブル本体204を回転駆動手段209のトルクで駆動するのに必要な推力と第1のローラ207のロッド205に対する滑り角度との関係が図13に示すようになる。
【0067】
この場合、テーブル本体204の質量をMとすると、テーブル本体204の移動方向203が水平面211に対してθだけ傾いているので、テーブル本体204には、このテーブル204の重力の分力Mgsin θが図10中右方向に常に働いている。したがって、この分力の作用で往時Aに比べて復時Bにおいて必要な推力は大きくなる。その結果、第1のローラ207のロッド205に対する滑り量も往時Aに比べて復時Bの方が大きく、最終的に運動開始点に戻った時点では図13中にφで示す量だけ接触部がずれることになる。すなわち、一往復毎に第1のローラ207の接触部の位置がφだけずれていくことになる。
【0068】
したがって、テーブル本体204の移動方向203を水平面211に対してある角度θだけ傾けることによって、第1のローラ207の特定の部分だけが加減速時の接触部になるのを防止でき、これによって第1のローラ207における一部の摩耗が進行して第1のローラ207の寿命が短縮するという事態の発生を回避することができる。
【0069】
図11にはテーブル本体204の移動方向203を水平面211に対してある角度θだけ傾けることができる機能を備えたテーブルシステムの概略構成図が示されている。
【0070】
このテーブルシステムでは、基礎215上に架台216、除振手段217を介して定盤としての基台201が設置されている。そして、基台201はレベリング手段218によりその姿勢変化が修正される。
【0071】
テーブル本体204の位置制御は、テーブル本体204上に設置された反射鏡219と基台201に設置された干渉計等の測長器220によって測定された位置情報を測長器処理部221で処理してテーブル現在位置情報をテーブル駆動制御部222に送り、テーブル本体204の位置をフィードバック制御することによって行われる。こうすることによって、第1のローラ207とロッド205との間に滑りが生じても、その滑り量を補正して精密にテーブル本体204を位置決めすることができる。
【0072】
基台201に水平面に対して傾きを与える方法には以下の3つの方法がある。
第1の方法は、基台201と除振手段217との間隔を調整する方法である。この方法は簡単であるが傾き角θの調整が難しいという問題がある。
【0073】
第2の方法は、架台216を傾ける方法であるが、これも第1の方法と同様に微妙な傾き角θの調整が難しい。
第3の方法は、除振手段217に付随したレベリング手段218を用いて基台201の傾きを調整する方法である。このレベリング手段218はテーブル本体204が移動するときの重心移動によって起こる基台201の姿勢変化を修正する機構であるが、このレベリング手段219を用いて定常状態において基台201が一定の傾斜を持つように設定することにより、容易に基台201の傾き角θを設定することができる。また、これによれば微妙な角度調整や傾き角の変更も容易に行うことが可能となる。
【0074】
次に、基台201の傾き角度θの決定方法について説明する。
適切な傾き角θはテーブル本体204の重量や第1のローラ207とロッド205との摩擦係数などによって異なるので、基本的には基台201の傾き設定値と滑り量との関係を実験などによって測定して決定する。第1のローラ207とロッド205との滑り量の測定は、第1のローラ207の回転軸にロータリーエンコーダなどの回転角検出手段(図示せず)を接続し、往復運動を行ったときの運転開始点での角度の差異から求める。テーブル本体204の位置、すなわちロッド205の位置は、外部測定手段219、220によって精密に測定されているので、運転開始点などの基準位置での回転角検出手段の検出角度変化を測定すれば滑り量を測定することができる。
【0075】
ただし、傾き角θが大き過ぎると、テーブル本体204の加減速時における滑り発生部でのPV値が大きくなったり、非制御時にテーブル本体204が滑り出してしまうことがある。したがって、大きくてもテーブル本体204にかかる重力の分力が静止摩擦力よりも大きくならない角度、すなわち摩擦角以下であることが望ましい。
【0076】
なお、図1および図10に示したテーブル装置ではそれぞれ基台を固定部としているが、基台がさらに移動テーブルとなっている構成においても、またガイドテーブルが基台に接続された構成となっている場合においても、今まで述べてきた効果は変わるものではない。
【0077】
図14には本発明の第3の実施形態に係るテーブル装置300の平面図が示されており、図15には図14におけるX−X線に沿って矢印方向に見た側面図が示されている。
【0078】
この例に係るテーブル装置300では、ベースとなる基台301の上にテーブル本体302が回転自在に搭載されている。ここで、基台301は一般にはXYテーブルの上部テーブルであるが、基台301の形状、運動の有無に制限されるものではない。
【0079】
テーブル本体302は、図15に示すように基台301の上面303をガイド面として回転する。このガイド面には、静圧空気軸受あるいは摩擦係数の小さい滑り軸受など水平方向の変位を拘束しないものが使用される。
【0080】
テーブル本体302の回転中心304を一定にするために、テーブル本体302の4隅付近に回転中心304を中心とする円弧状の転動面305〜308が形成されている。この転動面305〜308は円筒面あるいは若干の傾斜を持つ円錐面などが用いられる。
【0081】
それぞれの転動面305〜308にはローラなどで形成された回転ガイド体309〜312が接触している。周方向に隣接する2個の回転ガイド体309,310は基台301に固定された軸によって回転自在に支持されている。周方向に隣接する残りの2個の回転ガイド体311,312は、一定の押付け力を与えるためのバネ機構などで形成されたに押付け力付与機構313,314の先端部に設けられた軸によって回転自在に支持されている。押付け力付与機構313,314は、テーブル本体302に対して回転中心304へ向かう方向の押付け力を発生する。押付け力付与機構313,314としては、バネ機構の他にエアシリンダなどの空気圧を用いた機構を用いることもできる。
【0082】
テーブル本体302を回転させるときには、基台301に対してエアを吹いてテーブル本体302を浮上させて回転に対する摩擦を極力小さくする。そして、回転後は真空チャックなどで固定し、試料の加工・検査などを行っている間でのテーブル本体302の変形、変位を小さくすることも行われる。
【0083】
このようなテーブル装置300は、回転のガイドをローラなどの回転ガイド体309〜312で行っているため、テーブル本体302が大きい場合でも簡単な機構で装置を構成できること、4個という少数の回転ガイド体309〜312でテーブル本体302の回転をガイドしているので回転抵抗が小さいこと、ある程度大きな回転ストロークを高い精度で回転させることが可能であること、などの利点がある。また、テーブル本体302の回転運動ガイドを4つの回転ガイド体309〜312で行い、このうちの2個を可動としてテーブル本体302を2個の固定状態にある回転ガイド体309,310に押付けているので、従来の3個の回転ガイド体で構成し、そのうちの1つの回転ガイド体を可動としたテーブル装置などに比べ、可動状態にある回転ガイド体に必要な1つ当りの押付け力を小さくてでき、テーブル本体302に発生する歪あるいは変形を小さくできるという利点もある。
【0084】
この例に係るテーブル装置300では、回転ガイド体309〜312の設置位置に特徴を有している。すなわち、この例に係るテーブル装置300では、固定状態にある隣接した回転ガイド体309,310の中心とテーブル本体302の回転中心304とを結んだ2本の線間の角度φが、可動状態にある隣接した回転ガイド体311,312の中心とテーブル本体302の回転中心304とを結んだ2本の線間の角度θより大きくなるように各回転ガイド体309〜312が設置されている。
【0085】
以下、この作用について詳細に説明する。
図16には図14に示したテーブル装置300のテーブル本体302に作用する各種の力を説明するための模式図が示されている。
【0086】
まず、固定状態にある回転ガイド体309,310および可動状態にある回転ガイド体311,312とテーブル本体302との接触部で発生する力について説明する。
【0087】
可動状態にある回転ガイド体311,312は、それぞれ押付け力付与機構313,314によってFなる力でテーブル本体302の転動面307,308に押付けられている。このとき、転動面307,308はテーブル本体302の回転中心304を中心とする円弧であるため、回転ガイド体311,312とテーブル本体302との接触点に発生する力Fの方向は、共にテーブル本体302の回転中心304に向かう力となる。このとき、固定状態にある回転ガイド体309,310とテーブル本体302との接触部にはそれぞれ大きさがf1 の接触力が発生し、これらの力f1 は転動面305,306がテーブル本体302の回転中心304を中心とする円弧であるため、回転中心304に向かう力となる。
【0088】
ここで、各方向の力の釣り合いを考えるために、角度φの2等分線315を導入すると、この方向に関する力の釣りあい方程式は次式となる。
2Fcos (θ/2 )= 2f1 cos (φ/2 ) …(1)
この式(1) より、接触力flは以下の式で表される。
【0089】
f1 =Fcos (θ/2 )/cos (φ/2 ) …(2)
ここでφ>θであるので、
fl >F …(3)
となり、φが大きくなればなるほどf1 が大きくなる。あるいは一定のf1 を得るのに必要なFは小さくなる。
【0090】
なお、この例では押付け力付与機構313,314が発生する力をともに同じFとしたが、この2つの押付け力付与機構313,314で発生する力に差を持たせた場合でも、先に説明したのと同様な効果が得られ、固定状態にある回転ガイド体309,310のテーブル本体302への接触力を効果的に増加させることができる。
【0091】
図17には本発明の第4の実施形態に係るテーブル装置300aの平面図が示されている。なお、この図では図14に示されるテーブル装置300と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【0092】
この例に係るテーブル装置300aでは、テーブル本体302の回転中心304がテーブル本体302の中心からずれた位置にある。そのため、固定状態にある回転ガイド体309,310が接触するテーブル本体302の転動面305,306の回転中心304に関する半径が、可動状態にある回転ガイド体311、312が接触する転動面307,308の回転中心304に関する半径と異なっている。
【0093】
こうすることにより、図14に示したテーブル装置300と同じ構成により、回転中心304がテーブル本体302の中心からずれた場所にあるテーブル装置を容易に構成することができ、たとえば試料に設けられた位置決め用マークを使って試料の位置決めを行うときの容易化に寄与できる。
【0094】
このテーブル装置300aにおいても、固定状態にある回転ガイド体309,310の中心と回転中心304とを結ぶ2つの線間の角度φが、可動状態にある回転ガイド体311,312の中心と回転中心304とを結ぶ2つの線間の角度θより大きくなるように、回転ガイド体309〜312が配置されている。
【0095】
したがって、この例に係るテーブル装置300aにあっても。図14に示したテーブル装置300と全く同様に、式(1) 〜式(3) を適用でき、固定状態にある回転ガイド309,310のテーブル本体302に対する接触力を効果的に増加させることができる。
【0096】
なお、この例に係るテーブル装置300aにおいて、押付け力付与機構313,314の発生力に差異があった場合においても同様の効果が得られる。
図18には本発明の第5の実施形態に係るテーブル装置300bの平面図が示されている。なお、この図では図14に示されるテーブル装置300と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【0097】
この例に係るテーブル装置300bでは、図14に示したテーブル装置300に、テーブル本体302に回転角を生じさせる変位付与機構322を付加したものとなっている。
【0098】
すなわち。このテーブル装置300bでは、テーブル本体302に被駆動部材321が固着されており、この被駆動部材321に直線変位を発生する変位付与機構322が接続されている。この変位付与機構322としては、送りネジとモータとを用いたもの、ボイスコイルモータを使用したものなど直線変位を発生するものが用いられる。また、一般的にこの種のテーブル装置では、変位付与機構322と被駆動部材321とを固定することは行わず、別途引っ張りバネなどのバイアス力付与機構323によって変位付与機構322と被駆動部材321とを常に接触させるようにしている。
【0099】
この例に係るテーブル装置300bでは、バイアス力付与機構323と変位付与機構322との設置場所に特徴がある。
すなわち、変位付与機構322は、テーブル本体302の対称軸324に垂直で回転中心304を通る直線325、つまり固定状態にある回転ガイド体309,310を結んだ線と可動状態にある回転ガイド体311,312を結んだ線に対して平行で、かつ回転中心304を通る直線325上の近傍で被駆動部材321に接触し、対称軸324と平行で可動状態にある回転ガイド体311,312を結んだ線の方向に変位を発生するように設置されている。一方、バイアス力付与機構323は、変位付与機構322よりも回転中心304に近い位置に設置され、引っ張りバネなどにより対称軸324と平行で固定状態にある回転ガイド体309,310を結んだ線の方向に向けてバイアス力を作用するように設置されている。
【0100】
このような構成であると、テーブル本体302に次のような力を作用させることができる。
図20には図18に示したテーブル装置300bのテーブル本体302に作用する力を説明するための模式図が示されている。なお、この図では可動状態にある回転ガイド体311,312の押付け力を共にF1 とし、バイアス力付与機構323が発生する力の大きさをF2 としている。
【0101】
今、固定状態にある回転ガイド体309とテーブル本体302との接触点で発生する接触力の大きさをf1 とし、固定状態にある回転ガイド体310とテーブル本体302との接触点で発生する接触力の大きさをf2 とし、変位付与機構322の接触部での接触力をf3 とし、変位付与機構322の力作用点から回転中心304までの距離をL1 とし、バイアス力付与機構323の力作用点から回転中心304までの距離をL2 とし、各方向の力の釣合、モーメントの釣合方程式をたてる。
【0102】
まず、対称軸324方向の力の釣合より次式が得られる。
また、対称軸324に直角な方向について次式が得られる。
【0103】
さらに、回転中心304回りのモーメントの釣合より次式がえられる。
【0104】
F2 ・L2=f3 ・L1 …(6)
ここで、まずf3 は式(6) より、
f3=F2 ・L2/L1 …(7)
で与えられ、また式(5) により、
f1 =f2 …(8)
であるから、これらを式(4) に代入して、
となる。
【0105】
ここで、φ>θであり、さらにL1 >L2 であるから、式(9) の第2項は正の値となり、また第1項は式(3) で示したものと同じであるため、結局、図14に示したテーブル装置で得られた接触力の増加分に、さらにバイアス力付与機構323の発生力の分を加えることができ、固定状態にある回転ガイド体309,310の接触力をより一層増加させたり、あるいは押付け力付与機構313,314の発生力を減少させたりすることが可能となる。
【0106】
なお、この例に係るテーブル装置300bでは、式(9) から明らかなように、図18中に示したφとθとが等しい場合でも、固定状態にある回転ガイド体309,310のテーブル本体302への接触力を効果的に増加させることが可能である。
【0107】
図19には本発明の第6の実施形態に係るテーブル装置300cの平面図が示されている。この図では図18に示されるテーブル装置300bと同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【0108】
この例に係るテーブル装置300cでは、図17に示されるテーブル装置、つまりテーブル本体302の回転中心304をテーブル本体302の中心からずらした装置に、テーブル本体302に回転角を生じさせる変位付与機構322,バイアス力付与機構323を付加したもとなっている。
【0109】
この例の場合も、変位付与機構322およびバイアス力付与機構323が、図18に示したテーブル装置と同様な関係に設置されており、図18に示したテーブル装置と同様に固定状態にある回転ガイド体309、310のテーブル本体302への接触力を増加させることができる。
【0110】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、耐久性の向上、高精度な運動のいずれかが得られるテーブル装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るテーブル装置の側面図
【図2】同装置の要部を取出して示す分解斜視図
【図3】同装置のロッドに生ずる損傷の様子を説明するための斜視図
【図4】同装置の機能を説明するための模式図
【図5】同装置の機能を説明するための模式図
【図6】同装置の変形例を説明するための要部分解斜視図
【図7】同装置の別の変形例を説明するための要部分解斜視図
【図8】同変形例の機能を説明するための模式図
【図9】同変形例の機能を説明するための模式図
【図10】本発明の第2の実施形態に係るテーブル装置の側面図
【図11】同装置を運用するためのシステム構成図の一例を示す図
【図12】同装置に類似した装置の問題点を説明するための図
【図13】同装置の作用を説明するための図
【図14】本発明の第3の実施形態に係るテーブル装置の平面図
【図15】図14におけるX−X線に沿って矢印方向に見た側面図
【図16】同装置の作用を説明するための図
【図17】本発明の第4の実施形態に係るテーブル装置の平面図
【図18】本発明の第5の実施形態に係るテーブル装置の平面図
【図19】本発明の第6の実施形態に係るテーブル装置の平面図
【図20】図18に示した装置の作用を説明するための図
【図21】従来のテーブル装置の平面図
【図22】従来の別のテーブル装置の平面図
【符号の説明】
100,200,300,300a,300b,300c…テーブル装置
101,201,301…基台
102,202…テーブルガイド
104,204,302…テーブル本体
105,105a…移動力伝達体としてのロッド
107,107a,207…第1のローラ
108,108a,208…第2のローラ
109,209…回転駆動手段
110,110a…連結角度可変機構
115…角度基準指針
116…連結角度目盛り
211…水平面
304…回転中心
305〜308…転動面
309〜312…回転ガイド体
313,314…押付け力付与機構
322…変位付与機構
323…バイアス力付与機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus or inspection apparatus, or a table apparatus used in a microscope or various machine tools that require minute positioning.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the degree of integration of semiconductor devices such as LSIs has been increasing, and the pattern line width has become very fine as 1 μm or less. Accordingly, very high accuracy is required for a table device used for manufacturing or testing such a highly integrated semiconductor device.
[0003]
In the table apparatus, importance is attached to straightness, posture change amount, positioning accuracy, etc. during travel of the table body, and various table structures, position detection methods, drive methods, and the like have been developed.
[0004]
As a means for driving the table body, a drive device using a ball screw / nut is generally used. The features of this device are that the rigidity in the feed direction is high and it is easy to reduce vibration during positioning, and that it is relatively easy to improve the dimensional accuracy of the ball screw, so that it is easy to improve the positional accuracy, and in principle a reduction mechanism Therefore, a large load can be driven with a small motor, and at the same time, a high resolution can be obtained relatively easily. For this reason, it has become possible to position the nanometer region by adopting position detection means with very high resolution or by devising a control method.
[0005]
On the other hand, as a problem, it is impossible to completely eliminate the bending of the screw shaft of the ball screw, the ball screw swings every rotation of the screw shaft, and adversely affects the table accuracy. In addition, when high-speed rotation occurs, vibration due to the swinging of the ball occurs, and noise vibration due to collision between the balls, the ball and the return tube or the top occurs during the circulation of the balls.
[0006]
This problem is not so serious in a table apparatus incorporated in an exposure machine such as a stepper that performs step-and-repeat. However, a device that moves the table body at a constant speed and continuously collects data for inspection or a device that collects data for inspection will cause an increase in table speed fluctuation and table vibration during movement, which is a very big problem. .
[0007]
In recent years, therefore, the friction drive system has been increasingly used for table drive in apparatuses that continuously perform exposure or inspection at a constant speed. The friction drive system is a table in which a rod is moved linearly by sandwiching a round or square rod (moving force transmission body) connected to the table body with multiple rollers and rotating one roller with a motor or the like. This is a method of moving the main body linearly.
[0008]
This method is characterized by the fact that no balls are used, so there is no vibration or noise caused by the circulation of the ball, and the amount of displacement of the rod due to roller rotation is greatly reduced by improving roller manufacturing accuracy. In addition, the rotational speed of the roller can be lowered even when the table speed is high, so that even if the roller is eccentric, the speed fluctuation cycle becomes long and it is difficult to cause vibration.
[0009]
Because of these characteristics, the friction drive method is a driving method suitable for table driving that requires very high speed stability.
However, as a problem, since the driving force is obtained by using frictional force, the wear of the roller and the rod is inevitable, and in order to obtain a large driving force, it is necessary to press the roller and the rod with a very large force. For this reason, the contact stress between the roller and the rod is increased, the life of the surfaces of the roller and the rod is likely to be reduced, and slipping may occur.
[0010]
As for wear of the roller and the rod, measures are taken such as improving the hardness of the contact portion or applying traction oil or the like to the contact portion so that the roller and the rod do not directly contact each other. Further, the slip can be dealt with by directly measuring the displacement of the table and correcting the slip of the roller and the rod for positioning.
[0011]
Currently, the biggest challenge is to improve the durability and life of the rollers and rods.
A table apparatus used in the manufacture and inspection of a semiconductor device is often operated overnight in order to improve the productivity. For this reason, the mechanical system of the table is required to have such durability that maintenance is not required except for periodic inspection. In particular, the drive device is not easy to disassemble and replace, and is also expensive in cost, so that it is desired that the drive device can be used for as long as possible.
[0012]
Therefore, the present inventors have previously proposed a method for improving the durability of the friction drive device by reducing the contact stress between the roller and the rod and improving the method of supporting the roller. Thereby, the durability of the roller and the rod itself could be improved.
[0013]
However, as described above, the friction drive cannot avoid wear at the contact portion, and after use for a certain period (for example, two years), it is necessary to replace rollers, rods, and the like. It takes a considerable amount of time and money to replace the rollers and rods. Therefore, it is desired to replace the drive unit at least once every 4 to 5 years.
[0014]
On the other hand, when manufacturing or inspecting a photomask or a wafer used for manufacturing a semiconductor device, the sample is generally mounted on an XY table and the XY table is moved to process or inspect the sample. At this time, it is difficult to mount the sample on the XY table in a fixed posture, and there is a variation in the size of the sample. Therefore, after the sample is mounted on the XY table, it is necessary to slightly rotate the sample by the rotary table device. There is.
[0015]
Such a rotary table device is required to have the following performance.
(1) The posture variation of the sample on the rotary table is slight due to the rotation.
(2) The reproducibility of the rotation angle is good.
[0016]
(3) The mounted sample should not be deformed by the deformation of the rotary table.
(4) The resolution of the rotation angle is sufficiently small.
(5) It is less likely to deteriorate the environment such as dust generation.
[0017]
In order to satisfy such performance, a rotary table device considering the following matters is necessary.
(1) The accuracy of the guide surface of the rotary table is very high.
[0018]
(2) The friction on the guide surface of the rotary table is very small.
(3) The force acting on the guide surface of the rotary table is small.
(4) Displacement resolution and friction of the driving means of the rotary table are small.
[0019]
(5) Slip etc. should be minimized as much as possible on the guide surface of the rotary table.
Accordingly, in order to satisfy the above matters, a rotary table device as shown in FIGS. 21 and 22 may be used.
[0020]
In the turntable device shown in FIG. 21, a
[0021]
The
[0022]
When the
[0023]
In such a rotary table device, the rotation guide is performed by the four
[0024]
However, in such a rotary table device, the force generated by the pressing force applying means, that is, the
[0025]
However, if the generated force of the
[0026]
In the rotary table device shown in FIG. 22, a
[0027]
However, in such a configuration, the contact force at one of the
[0028]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, one end of the moving force transmitting body is connected to a table body that is linearly movable, this moving force transmitting body is held by a roller, and the moving force transmitting body is moved by rotating the roller. In the table device in which the table main body is moved linearly by this, there is an advantage that it is easy to improve the moving speed stability of the table main body, but the durability of the roller and the moving force transmitting body is not sufficient, For example, when applied to a semiconductor device manufacturing / inspection apparatus that requires high-frequency operation over a long period of time, there has been a problem that the maintenance cost of the apparatus becomes high.
[0029]
Further, in the table apparatus having a structure in which the table body is rotated by guiding the vicinity of the four corners of the table body, the large table body can be rotated by a simple mechanism, and the table is guided by the roller. Therefore, it has advantages such as low rotation resistance and the ability to rotate a large rotation stroke with a certain degree of accuracy, but on the other hand, pressing force is required to achieve extremely high rotation accuracy and rotation angle reproducibility. When the pressing force of the application side roller is increased, there are problems such as deformation of the table body, increased rotational resistance, and displacement even after the table body is fixed.
[0031]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to sufficiently increase the contact force between the fixed roller and the table body without increasing the pressing force of the pressing force application side roller. Therefore, it is possible to provide a table device capable of highly accurate rotational movement.
[0036]
[Means for Solving the Problems]
According to this invention,
A table body provided rotatably,
Four rotating guide bodies that contact the peripheral surface of the table body and guide the table body rotatably;
A fixing means for fixing the positions of two rotation guide bodies adjacent in the circumferential direction of the rotation guide bodies;
In a table device comprising pressing force application means for applying a pressing force in the direction of the table body to the remaining two rotation guide bodies adjacent in the circumferential direction,
The angle between two lines connecting the two contact points where the two rotation guide bodies fixed by the fixing means contact the peripheral surface of the table body and the rotation center of the table body is the pressing force application. The two rotation guide bodies that receive the pressing force by the means are set to be larger than an angle between two lines connecting two contact points that contact the peripheral surface of the table body and the rotation center of the table body. A table device is provided.
[0037]
Moreover, according to this invention,
A table body provided rotatably,
Four rotating guide bodies that contact the peripheral surface of the table body and guide the table body rotatably;
A fixing means for fixing the positions of two rotation guide bodies adjacent in the circumferential direction of the rotation guide bodies;
A pressing force applying means for applying a pressing force in the direction of the table body to the remaining two rotation guide bodies adjacent in the circumferential direction;
A displacement applying means for applying a displacement in a circumferential direction around the rotation center of the table body to the table body;
In the table apparatus comprising the bias applying means for applying a contact force between the displacement applying means and the table body,
The bias force applying means is installed closer to the table body than the displacement applying means, and is fixed by the fixing means from the two rotation guide bodies that receive the pressing force by the pressing force applying means. There is provided a table device characterized by generating a force in the direction of two rotating guide bodies.
[0042]
In the table apparatus of the present invention, the angle between the two lines connecting the two contact points where the two rotation guide bodies fixed by the fixing means contact the peripheral surface of the table main body and the rotation center of the table main body is the pressing force. Since the two rotation guide bodies that receive the pressing force by the force applying means are set larger than the angle between the two lines connecting the two contact points that contact the peripheral surface of the table body and the rotation center of the table body. The two rotation guides receiving the pressing force are amplified by the wedge effect and the contact force between the two rotation guide bodies fixed by the fixing means and the table body is the pressing force from the two rotation guide bodies receiving the pressing force. The pressing force of the body against the table body can be made larger.
[0043]
In the table apparatus of the present invention, the direction of the force generated by the biasing force applying means for maintaining the contact force between the displacement applying means for causing rotational displacement in the table main body and the table main body is the force generated by the pressing force applying means. Since the direction is the same, the contact force between the two fixed rotation guide bodies and the table body is a combination of the pressing force generated by the pressing force applying means and the force generated by the bias force applying means. . Therefore, the contact force between the two fixed rotation guide bodies and the table body can be increased without increasing the pressing force of the pressing force applying means.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side view of a
[0045]
The
[0046]
As shown in FIG. 2, the coupling angle
[0047]
In the
[0048]
By the way, in the
[0049]
However, in this example, since the coupling angle
[0050]
By doing so, the contact position 126 that contacts the
[0051]
At the same time, the life of the
That is, when the material of the
[0052]
As a means for extending the life of the
[0053]
In general, the higher the hardness, the higher the wear resistance, and when a material with a different hardness comes into contact, the lower the hardness, the easier it is to wear. Therefore, the life can be further extended by selecting the material so that the hardness of the rolling surface of the
[0054]
Specific examples of the material for forming the roller include cemented carbide (tungsten carbide) and ceramics (alumina, silicon nitride, etc.). Examples of the material for forming the rod include tool steel and stainless steel (such as those that can be quenched such as martensite).
[0055]
In the example illustrated in FIG. 1, the coupling angle
[0056]
Moreover, in the example shown in FIGS. 1 and 6, a cylindrical rod is used as the moving force transmission body, but as shown in FIG. 7, a rod 105a having a square cross-sectional shape can also be used. In this example, since the
[0057]
Since such a rod 105a is used, in this example, as shown in FIG. 8, the first roller 107a and the second roller 108a having a cylindrical rolling surface are used. Yes. The first roller 107a and the second roller 108a are in line contact with the rod 105a at the contact surfaces 134 and 135.
[0058]
Also in this example, when damage appears on the rolling surface of the rod 105a, the
[0059]
In this case, the connecting angle of the rod 105a can be changed only once. However, since the contact portion between the first roller 107a and the rod 105a is a line contact, the contact surface pressure is low, and in the case of the table apparatus shown in FIG. Compared with, the durability of the rolling surface itself is high, and there is not much influence due to the small number of changes in the coupling angle.
[0060]
FIG. 10 is a side view of a
The
[0061]
The
[0062]
When installing the
[0063]
12 and 13 are directed to a table device of a device such as a drawing / inspection device used in the semiconductor manufacturing field that reciprocates a fixed stroke many times with a trapezoidal speed pattern. 2 conceptually shows the relationship between the thrust required to drive the
[0064]
As shown in FIG. 12, when the moving direction of the table
[0065]
As can be seen from FIG. 12, slip occurs particularly rapidly at the beginning of acceleration, and a large slip speed is generated. Since the wear of the contact surface is determined by the PV value that is the product of the contact force P and the sliding speed V, the portion of the rolling surface of the
[0066]
However, as shown in FIG. 10, when the
[0067]
In this case, if the mass of the table
[0068]
Therefore, by tilting the moving
[0069]
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a table system having a function capable of tilting the moving
[0070]
In this table system, a base 201 as a surface plate is installed on a
[0071]
The position control of the table
[0072]
There are the following three methods for giving the base 201 an inclination with respect to the horizontal plane.
The first method is a method of adjusting the distance between the base 201 and the vibration isolation means 217. Although this method is simple, there is a problem that it is difficult to adjust the tilt angle θ.
[0073]
The second method is a method of tilting the
The third method is a method of adjusting the inclination of the base 201 using the leveling means 218 attached to the vibration isolation means 217. The leveling means 218 is a mechanism that corrects the posture change of the base 201 caused by the movement of the center of gravity when the table
[0074]
Next, a method for determining the tilt angle θ of the base 201 will be described.
The appropriate inclination angle θ varies depending on the weight of the table
[0075]
However, if the inclination angle θ is too large, the PV value at the slip generation portion during acceleration / deceleration of the table
[0076]
1 and 10, each of the table devices has a base as a fixed portion. However, in the configuration in which the base is further a moving table, the guide table is also connected to the base. However, the effects described so far will not change.
[0077]
FIG. 14 shows a plan view of a
[0078]
In the
[0079]
As shown in FIG. 15, the table
[0080]
In order to make the
[0081]
Rotating
[0082]
When the table
[0083]
In such a
[0084]
The
[0085]
Hereinafter, this operation will be described in detail.
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining various forces acting on the table
[0086]
First, the force generated at the contact portion between the rotation guide
[0087]
The
[0088]
Here, in order to consider the balance of forces in each direction, when a
2Fcos (θ / 2) = 2f1 cos (φ / 2) (1)
From this formula (1), the contact force fl is expressed by the following formula.
[0089]
f1 = Fcos (θ / 2) / cos (φ / 2) (2)
Here, since φ> θ,
fl> F (3)
As f becomes larger, f1 becomes larger. Alternatively, F required to obtain a constant f1 is reduced.
[0090]
In this example, the forces generated by the pressing
[0091]
FIG. 17 shows a plan view of a table device 300a according to the fourth embodiment of the present invention. In this figure, the same functional parts as those of the
[0092]
In the table apparatus 300 a according to this example, the
[0093]
By doing so, it is possible to easily configure a table device in which the
[0094]
Also in this table apparatus 300a, the angle φ between two lines connecting the centers of the rotation guide
[0095]
Therefore, even in the table apparatus 300a according to this example. Just like the
[0096]
In the table apparatus 300a according to this example, the same effect can be obtained even when there is a difference in the generated force of the pressing
FIG. 18 is a plan view of a
[0097]
In the
[0098]
That is. In the
[0099]
The
In other words, the
[0100]
With such a configuration, the following force can be applied to the
FIG. 20 is a schematic diagram for explaining the force acting on the table
[0101]
The magnitude of the contact force generated at the contact point between the
[0102]
First, the following equation is obtained from the balance of forces in the direction of the
Further, the following equation is obtained in the direction perpendicular to the
[0103]
Further, the following equation is obtained from the balance of moments about the
[0104]
F2 · L2 = f3 · L1 (6)
Here, f3 is first calculated from equation (6):
f3 = F2 · L2 / L1 (7)
And by equation (5)
f1 = f2 (8)
Therefore, substituting these into equation (4),
It becomes.
[0105]
Here, since φ> θ and L1> L2, since the second term of the formula (9) is a positive value and the first term is the same as that shown in the formula (3), Eventually, the increase in contact force obtained by the table device shown in FIG. 14 can be further increased by the amount of force generated by the bias
[0106]
In the
[0107]
FIG. 19 is a plan view of a
[0108]
In the
[0109]
Also in this example, the
[0110]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a table device that can achieve either improved durability or high-precision movement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a table device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a main part of the apparatus taken out.
FIG. 3 is a perspective view for explaining a state of damage occurring in the rod of the apparatus.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the function of the apparatus.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the function of the apparatus;
FIG. 6 is an exploded perspective view of an essential part for explaining a modification of the apparatus.
FIG. 7 is an exploded perspective view of a main part for explaining another modification of the apparatus.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the function of the modification.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the function of the modification.
FIG. 10 is a side view of a table device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a system configuration diagram for operating the apparatus
FIG. 12 is a diagram for explaining problems of a device similar to the device
FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of the apparatus;
FIG. 14 is a plan view of a table device according to a third embodiment of the present invention.
15 is a side view seen in the direction of the arrow along the line XX in FIG.
FIG. 16 is a diagram for explaining the operation of the apparatus;
FIG. 17 is a plan view of a table device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a plan view of a table device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a plan view of a table device according to a sixth embodiment of the present invention.
20 is a diagram for explaining the operation of the apparatus shown in FIG. 18;
FIG. 21 is a plan view of a conventional table device.
FIG. 22 is a plan view of another conventional table apparatus.
[Explanation of symbols]
100, 200, 300, 300a, 300b, 300c ... Table device
101, 201, 301 ... base
102, 202 ... Table guide
104, 204, 302 ... table body
105, 105a ... Rod as a moving force transmission body
107, 107a, 207 ... first roller
108, 108a, 208 ... second roller
109, 209 ... Rotation drive means
110, 110a ... Connection angle variable mechanism
115: Angle reference pointer
116 ... Connection angle scale
211 ... Horizontal plane
304 ... Center of rotation
305-308 ... Rolling surface
309-312 ... Rotating guide body
313,314 ... Pressing force application mechanism
322 ... Displacement applying mechanism
323 ... Bias force applying mechanism
Claims (2)
このテーブル本体の周面に接触して上記テーブル本体を回転自在にガイドする4つの回転ガイド体と、
これら回転ガイド体のうちの周方向に隣接する2つの回転ガイド体の位置を固定する固定手段と、
周方向に隣接する残りの2つの回転ガイド体にテーブル本体方向の押付け力を印加する押付け力付与手段とを備えたテーブル装置において、
前記固定手段によって固定された前記2つの回転ガイド体が前記テーブル本体の周面に接触する2つの接触点と上記テーブル本体の回転中心とを結ぶ2本の線間の角度が、前記押付け力付与手段によって押付け力を受ける前記2つの回転ガイド体が前記テーブル本体の周面に接触する2つの接触点と上記テーブル本体の回転中心とを結ぶ2本の線間の角度より大に設定されていることを特徴とするテーブル装置。A table body provided rotatably,
Four rotating guide bodies that contact the peripheral surface of the table body and guide the table body rotatably;
A fixing means for fixing the positions of two rotation guide bodies adjacent in the circumferential direction of the rotation guide bodies;
In a table device comprising pressing force application means for applying a pressing force in the direction of the table body to the remaining two rotation guide bodies adjacent in the circumferential direction,
The angle between two lines connecting the two contact points where the two rotation guide bodies fixed by the fixing means contact the peripheral surface of the table body and the rotation center of the table body is the pressing force application. The two rotation guide bodies that receive the pressing force by the means are set to be larger than an angle between two lines connecting two contact points that contact the peripheral surface of the table body and the rotation center of the table body. The table apparatus characterized by the above-mentioned.
このテーブル本体の周面に接触して上記テーブル本体を回転自在にガイドする4つの回転ガイド体と、
これら回転ガイド体のうちの周方向に隣接する2つの回転ガイド体の位置を固定する固定手段と、
周方向に隣接する残りの2つの回転ガイド体にテーブル本体方向の押付け力を印加する押付け力付与手段と、
前記テーブル本体に対して該テーブル本体の回転中心を中心とする円周方向の変位を与える変位付与手段と、
この変位付与手段と前記テーブル本体との間に接触力を与えるバイアス力付与手段とを備えたテーブル装置において、
前記バイアス力付与手段は、前記変位付与手段より前記テーブル本体側に設置されていて、前記押付け力付与手段によって押付け力を受ける前記2つの回転ガイド体の側から前記固定手段によって固定された前記2つの回転ガイド体の方向に向かう力を発生していることを特徴とするテーブル装置。A table body provided rotatably,
Four rotating guide bodies that contact the peripheral surface of the table body and guide the table body rotatably;
A fixing means for fixing the positions of two rotation guide bodies adjacent in the circumferential direction of the rotation guide bodies;
A pressing force applying means for applying a pressing force in the direction of the table body to the remaining two rotation guide bodies adjacent in the circumferential direction;
A displacement applying means for applying a displacement in a circumferential direction around the rotation center of the table body to the table body;
In the table apparatus comprising the bias applying means for applying a contact force between the displacement applying means and the table body,
The bias force applying means is installed closer to the table body than the displacement applying means, and is fixed by the fixing means from the two rotation guide bodies that receive the pressing force by the pressing force applying means. A table device characterized by generating a force in the direction of two rotating guide bodies.
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