JP4545697B2

JP4545697B2 - ステージ装置

Info

Publication number: JP4545697B2
Application number: JP2006041195A
Authority: JP
Inventors: 和晴内海
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007216349A; CN101026013A; KR100852876B1; TW200738397A; KR20070082866A; CN101026013B; TWI348952B

Description

本発明はステージ装置に係り、特にステージに搭載された吸着盤の吸着面積をワークの大型化に対応させるよう構成されたステージ装置に関する。

例えば、ステージ装置では、Ｙ方向に移動するＹステージと、Ｘ方向に移動するＸステージとを有し、Ｙステージが石定盤上に固定された一対のＹ方向ガイドレールに沿って移動方向をガイドされ、ＸステージがＹステージに搭載されたＸ方向ガイドレールに沿って移動方向をガイドされる（例えば、特許文献１参照）。

このようなステージ装置では、上記石定盤上に固定された石材からなるガイドレールに対してステージの両端に結合されたスライダが浮上した状態で移動するように構成されている。

さらに、Ｘステージ及びＹステージの下面には、空気圧により浮上させることで定盤上を非接触で移動可能なエアパッドが設けられている。そして、Ｘステージの上面には、基板等の平板状ワークを吸着する吸着盤が搭載される。
特開２００４−３１７４８５号公報

しかしながら、ステージ装置においては、例えば、平板状ワークが大型化された場合には、ワークを吸着する吸着盤の吸着面積を大きくしなければならず、これにより、吸着盤を支持するＸステージ及び石定盤も大型化することになり、ひいては装置全体が大型化してしまうという問題があった。

さらに、装置全体の大型化が進むと、石材の確保、及び石材加工の困難性、さらには重量増大による輸送の困難性などの問題が生じる。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決したステージ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

本発明は、石定盤の平面上を移動するステージと、該ステージ上に載置され、平板状のワークを吸着する吸着盤と、前記ステージを移動させるリニアモータとを有するステージ装置において、前記吸着盤の下面より垂下方向に延在する複数の支柱と、該各支柱の下端に設けられ、前記石定盤の平面上を空気圧により浮上して移動可能な第１のエアパッドと、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記ステージと前記吸着盤との間に、前記吸着盤を旋回させるテーブルを設け、該テーブルの上面と前記吸着盤の下面との間を環状に形成された板ばねを介して結合したことを特徴とする。

また、前記石定盤は、前記ステージの移動方向に沿う平行な２部材に分割された石定盤半体からなり、一対の石定盤半体が同一の架台により支持されることを特徴とする。

また、前記架台は、前記一対の石定盤半体を同一高さ位置に支持する複数の梁と、前記一対の石定盤半体の外側面に当接して前記一対の石定盤半体の延在方向が平行になるように取付位置を位置決めする位置決め部材と、前記梁を支持する複数の脚部と、を有することを特徴とする。

また、前記吸着盤は、四角形状の吸着面を有し、前記吸着面の４辺が前記ステージよりも大きい寸法に形成され、且つ前記石定盤より小さい寸法に形成されたことを特徴とする。

また、前記ステージは、前記石定盤の平面上に突出し、前記移動方向に延在する一対のガイドに沿って平行移動する一対のスライダと、前記石定盤の平面上を空気圧により浮上して移動可能な第２のエアパッドと、を有することを特徴とする。

また、前記ステージは、前記石定盤の延在方向と平行なＹ方向に移動するＹステージと、前記Y方向と直交するＸ方向に移動するＸステージと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、吸着盤の下面より垂下方向に延在する複数の支柱を設け、各支柱の下端に石定盤の平面上を空気圧により浮上して移動可能な第１のエアパッドを設けたため、ワークの大きさに対応するように吸着盤をステージよりも大型化しても吸着盤の平面精度を維持しつつ吸着盤をステージと共に円滑に移動させることができる。

さらに、吸着盤をステージよりも大きくすることが可能になるため、相対的にステージの小型化及び省スペース化を図ることができ、その分ステージの移動範囲を縮小して装置全体のコンパクト化に寄与することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明によるステージ装置の一実施例を示す斜視図である。図２は図１に示すステージ装置の正面図である。図３は図１に示すステージ装置の平面図である。

図１乃至図３に示されるように、ステージ装置１０は、石定盤２０と、石定盤２０の平面上を移動するステージ３０と、ステージ３０上に載置され、平板状のワーク（図示せず）を吸着する吸着盤４０と、ステージ３０をＹ方向に移動させる一対のＹリニアモータ５０とを有する。

石定盤２０は、ステージ３０の移動方向（Ｙ方向）に沿う平行な２部材に分割された石定盤半体２２,２４からなり、一対の石定盤半体２２,２４が同一の架台１００により支持されている。一対の石定盤半体２２,２４の間には、Ｙ方向に延在する間隙２６が形成されている。この間隙２６は、後述するエアパッドが通過しない不使用領域に形成されている。

尚、この間隙２６の寸法Ｌは、石定盤半体２２,２４の離間寸法であり、例えば、吸着盤４０に吸着されるワークがガラス基板などからなる場合には、ガラス基板の大型化に応じて設定される。そのため、吸着盤４０の吸着面積をワークサイズに応じて大きくする場合でも、石定盤半体２２,２４に離間距離である間隙２６を大きくすることによりＸ方向の寸法拡大に対応することができる。また、石定盤半体２２,２４は、同一形状のものを左右対称となるように配置したものであるので、装置全体が大型化した場合でも共通化を図ることが可能になる。

ステージ３０は、石定盤２０の平面上に突出し、移動方向（Ｙ方向）に延在する一対のガイド２８に沿って平行移動する一対のスライダ３２と、石定盤２０の平面上を空気圧により浮上して移動可能なエアパッド（第２のエアパッド）３４とを有する。

ステージ３０は、石定盤２０の延在方向と平行なＹ方向に移動するＹステージ３６と、Ｙ方向と直交するＸ方向に移動するＸステージ３８とを有する。Ｙステージ３６は、Ｘステージ３８の内部に挿通されてＸ方向に延在しており、その両端にはスライダ３２が結合されたＨ字状に形成されている。また、Ｘステージ３８は、下面の四隅にエアパッド３４が設けられており、石定盤２０の平面上をＹステージ３６と共にＹ方向に移動し、且つＹステージ３６に沿ってＸ方向に移動可能に設けられている。

また、上記エアパッド３４に代えてＸステージ３８と石定盤半体２２,２４とをリニアガイドでガイドして移動可能な構成としても良いのは勿論である。

吸着盤４０は、四角形状の吸着面４２を有し、吸着面４２のＸ，Ｙ方向の４辺がＸステージ３８よりも大きい寸法に形成され、且つＸ方向の幅寸法が石定盤２０より小さい寸法に形成されている。また、吸着面４２には、例えば、液晶ディスプレイ用のガラス基板（図示せず）を真空吸着するための吸着孔（図示せず）が多数設けられている。

さらに、吸着盤４０は、吸着面４２がＸステージ３８よりも広い面積を有する寸法に形成されているので、吸着面４２に吸着されるワークサイズがステージ３０によって制限されず、石定盤２０のＸ，Ｙ方向の寸法に応じた寸法のものまで搬送可能サイズを拡大することが可能になる。

一対のＹリニアモータ５０は、石定盤２０の左右外側に並設されており、Ｙ方向に延在形成されたマグネットヨーク（固定子）５２と、スライダ３２の外側面よりＸ方向に延在するコイルユニット（可動子）５４とから構成されている。マグネットヨーク５２は、正面からみるとコ字状に形成されており、内壁の上下面に複数の永久磁石が並設されている。また、マグネットヨーク５２は、支持部材５６によりスライダ３２が移動する高さ位置に支持されている。

そして、コイルユニット５４は、複数のコイルがＹ方向に連結されており、マグネットヨーク５２の磁石間に側方から挿入されている。そのため、コイルユニット５４は、コイルに通電されると、永久磁石に対する磁束を形成して、永久磁石に対するＹ方向の推力を得ることができる。また、コイルユニット５４は、スライダ３２の側面に結合されている。そのため、コイルユニット５４が得たＹ方向推力は、スライダ３２に付与され、Ｙステージ３６を駆動する。

さらに、ステージ装置１０では、吸着盤４０の下面より垂下方向に延在する４本の支柱６０と、各支柱６０の下端に設けられ、石定盤２０の平面上を空気圧により浮上して移動可能なエアパッド（第１のエアパッド）７０とを備えた構成になっている。そのため、支柱６０及びエアパッド７０は、吸着盤４０を直接支持しながら石定盤２０上を移動することができる。よって、吸着盤４０は、Ｘステージ３８よりも大きい面積を有するにも拘わらず、Ｘステージ３８の輪郭よりも外側に配置された４本の支柱６０及び４個のエアパッド７０により石定盤半体２２,２４の各上面を低摩擦で移動することができると共に、吸着面４２の平面精度を維持したままステージ３０と共に移動することができる。

また、ステージ３０は、Ｘステージ３８の下面に配置された４個のエアパッド３４からの空気圧により石定盤半体２２,２４の各上面を浮上して移動可能に支持されている。そのため、Ｘステージ３８と吸着盤４０とが互いに干渉せずに移動することができ、吸着盤４０は吸着面４２の平面精度を維持した状態のままＸステージ３８と共に一体に移動することができる。さらに、エアパッド３４，７０は、空気圧により石定盤２０の平面に対して浮上するため、非接触で移動することができ、Ｘステージ３８及び吸着盤４０を移動させる際の摩擦が極めて小さくなっており、その分移動時の推力も小さくて済む。

架台１００は、一対の石定盤半体２２，２４を同一高さ位置に支持する複数の梁１０２と、一対の石定盤半体２２，２４の外側面に当接して一対の石定盤半体２２，２４の延在方向が平行になるように取付位置を位置決めする位置決め部材１０４と、梁１０２を支持する複数の脚部１０６とを有する。尚、架台１００は、鉄材を格子状に組み合わせて溶接により接合させた構成であり、石定盤半体２２，２４及びステージ３０、吸着盤４０を支持するのに必要な剛性を有している。

また、上記位置決め部材１０４は、石定盤半体２２，２４の両側から架台１００に対する取付位置を位置決めする金属ブロックなどからなり、例えば、梁１０２の上面に固定される固定部にＸ方向に移動可能に組み合わされた調整部を有する構成であり、石定盤半体２２，２４のＸ方向位置を微調整することができる。この位置決め部材１０４は、少なくとも石定盤半体２２，２４の両側の長手方向の両端及び長手方向中央部分に当接する位置に配置されており、石定盤半体２２，２４がそれぞれＹ方向に平行となる向きに位置決めすることができる。

図４はステージ３０及び吸着盤４０を側方からみた側断面図である。図４に示されるように、ステージ３０と吸着盤４０との間には、吸着盤４０を旋回させるθテーブル８０が設けられており、θテーブル８０の上面と吸着盤４０の下面との間は、リング状に形成された環状板ばね１１０を介して結合されている。

環状板ばね１１０は、上方からみるとリング状に形成されており、内周縁がθテーブル８０の上面に突出する内周締結部８２に締結されている。また、環状板ばね１１０の外周縁は、吸着盤４０の下面に突出する外周締結部８４に締結されている。このように、環状板ばね１１０の内周及び外周は、環状に形成された内周締結部８２、外周締結部８４に挟持されているため、ステージ３０に伝達された推力は、内周締結部８２、環状板ばね１１０、外周締結部８４を介して吸着盤４０に伝達される。

環状板ばね１１０は、ばね材料に使用されるばね鋼により形成されており、半径方向への荷重に対して高い剛性を発揮するが、軸方向（上下方向）に対しては弾性変形を行なうことができるように取り付けられている。従って、ステージ３０に水平方向（Ｘ，Ｙ方向）の推力が付与された場合には、環状板ばね１１０が変形せずにステージ３０と吸着盤４０との間を機械的に結合してステージ３０と吸着盤４０とが一体的に移動する。

また、ステージ３０と吸着盤４０との間で軸方向（上下方向）の相対的な変位が生じると、環状板ばね１１０は内周と外周とが軸方向（上下方向）に変位するように弾性変形する。これにより、上下方向の振動を環状板ばね１１０の弾性変形によって吸収することができ、吸着盤４０の移動がスムーズに行なえる。そのため、環状板ばね１１０は、ステージ３０から入力された上下方向の振動を吸収して吸着盤４０に上下方向の振動が伝播することを防止する。

Ｘステージ３８の内部には、Ｙステージ３６が挿通される空間１２０が形成されており、この空間１２０には、Ｘステージ３８をＸ方向に駆動するＸリニアモータ１２４が設けられている。Ｙステージ３６は、両端にスライダ３２が設けられ、ガイド２８に沿ってガイドされて移動するため、Ｘステージ３８の内壁と非接触で移動する。

また、Ｙステージ３６は、Ｘステージ３８の内壁に対向するエアパッド１２２を支持する垂直部３６ａと、Ｘリニアモータ１２４が取り付けられた平面部３６ｂとを有する。エアパッド１２２は、空間１２０のＹ方向の内壁に空気圧を介して対向するため、Ｘステージ３８をＸ方向に移動させる際には、空間１２０の内壁がエアパッド１２２に非接触で移動することができる。また、Ｙステージ３６をＹ方向に移動させるときは、エアパッド１２２からの空気圧を介して空間１２０のＹ方向内壁を移動方向に押圧されてＸステージ３８をＹ方向に移動させるように構成されている。

Ｘリニアモータ１２４は、Ｘ方向に延在形成されたマグネットヨーク（固定子）１２６と、コイルユニット（可動子）１２８とから構成されている。マグネットヨーク１２６は、側面からみるとコ字状に形成されており、内壁の上下面に複数の永久磁石が並設されている。また、マグネットヨーク１２６は、Ｙステージ３６の平面部３６ｂに固定されており、コイルユニット１２８は、Ｘステージ３８の内壁に固定されたブラケット１３０に支持されている。

そして、コイルユニット１２８は、複数のコイルがＸ方向に配設されており、マグネットヨーク１２６の磁石間に前方から挿入されている。そのため、コイルユニット１２８は、コイルに通電されると、磁束を形成して、永久磁石に対するＸ方向の推力を得ることができる。また、コイルユニット１２８は、ブラケット１３０を介してＸステージ３８に結合されているため、コイルユニット１２８が得たＸ方向推力は、Ｘステージ３８に付与される。

従って、Ｘステージ３８は、Ｘリニアモータ１２４からの推力によりＸ方向に駆動される。そして、Ｘステージ３８上に搭載された吸着盤４２は、Ｘリニアモータ１２４のＸ方向推力がθテーブル８０及び環状板ばね１１０を介して伝達されるため、Ｘステージ３８と共にＸ方向に移動する。

また、吸着盤４２を支持する支柱６０には、高さ調整を行なえるレべリング機構６２が設けられている。このレべリング機構６２は、４本の支柱６０の夫々に設けられており、吸着盤４２の水平精度を維持するように個別に高さ調整が行なわれる。

尚、レべリング機構６２の高さ調整により吸着盤４２とＸステージ３８との高さ方向距離が変化した場合には、上記環状板ばね１１０が上下方向に弾性変形して高さ方向の相対的な変位を吸収する。そのため、吸着盤４２の高さ位置がずれたときでも吸着盤４２とＸステージ３８とは、上記環状板ばね１１０の作用により一体的に動作するように構成されている。

上記実施例では、石定盤を２分割した構成を一例として挙げたが、これに限らず、一枚の石定盤上を吸着盤が移動するように構成しても良い。

本発明によるステージ装置の一実施例を示す斜視図である。図１に示すステージ装置の正面図である。図１に示すステージ装置の平面図である。ステージ３０及び吸着盤４０を側方からみた側断面図である。

符号の説明

１０ステージ装置
２０石定盤
２２,２４石定盤半体
２８ガイド
３０ステージ
３２スライダ
３４，７０,１２２エアパッド
３６Ｙステージ
３８Ｘステージ
４０吸着盤
４２吸着面
５０Ｙリニアモータ
５２マグネットヨーク
５４コイルユニット
６０支柱
６２レべリング機構
８０ θテーブル
１００架台
１１０環状板ばね
１２２Ｘガイドレール
１２４Ｘリニアモータ
１２６マグネットヨーク
１２８コイルユニット

Claims

石定盤の平面上を移動するステージと、
該ステージ上に載置され、平板状のワークを吸着する吸着盤と、
前記ステージを移動させるリニアモータとを有するステージ装置において、
前記吸着盤の下面より垂下方向に延在する複数の支柱と、
該各支柱の下端に設けられ、前記石定盤の平面上を空気圧により浮上して移動可能な第1のエアパッドと、
を備えたことを特徴とするステージ装置。
前記ステージと前記吸着盤との間に、前記吸着盤を旋回させるテーブルを設け、
該テーブルの上面と前記吸着盤の下面との間を環状に形成された板ばねを介して結合したことを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記石定盤は、前記ステージの移動方向に沿う平行な２部材に分割された石定盤半体からなり、一対の石定盤半体が同一の架台により支持されることを特徴とする請求項１または２に記載のステージ装置。
前記架台は、
前記一対の石定盤半体を同一高さ位置に支持する複数の梁と、
前記一対の石定盤半体の外側面に当接して前記一対の石定盤半体の延在方向が平行になるように取付位置を位置決めする位置決め部材と、
前記梁を支持する複数の脚部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
前記吸着盤は、四角形状の吸着面を有し、前記吸着面の４辺が前記ステージよりも大きい寸法に形成され、且つ前記石定盤より小さい寸法に形成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のステージ装置。
前記ステージは、
前記石定盤の平面上に突出し、前記移動方向に延在する一対のガイドに沿って平行移動する一対のスライダと、
前記石定盤の平面上を空気圧により浮上して移動可能な第２のエアパッドと、
を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のステージ装置。
前記ステージは、
前記石定盤の延在方向と平行なＹ方向に移動するＹステージと、
前記Y方向と直交するＸ方向に移動するＸステージと、
を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のステージ装置。