JP4806236B2

JP4806236B2 - Stage drive device

Info

Publication number: JP4806236B2
Application number: JP2005250211A
Authority: JP
Inventors: 正人塩崎; ▲濱▼村　　実
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: JP2007061949A

Description

本発明は、ステージ駆動装置に関する。例えば、工作機械や半導体製造装置などに使用されるステージ駆動装置に関する。 The present invention relates to a stage driving device. For example, the present invention relates to a stage driving device used for a machine tool, a semiconductor manufacturing apparatus or the like.

例えば、工作機械などのステージを駆動させる駆動装置として、ボールねじを用いたステージ駆動装置が知られている（特許文献１参照）。
このステージ駆動装置は、コラムに移動可能に設けられた主軸頭の両側に、２本のボールねじ軸を主軸頭の移動方向と平行に配置するとともに、主軸頭に螺合し、この両側のボールねじ軸の間にモータを配置し、このモータの回転を歯車を介してボールねじ軸に伝達する構造である。
この構造によれば、コラムの構造的、熱的対称性を確保できるので、コラムの倒れや曲がり等、軸方向と異なる方向の熱変位が顕在化するのを防止できる。しかも、軸方向の熱変位を３軸制御によって補正すれば、コラムの熱応力による倒れ、曲がりを防止できる。従って、熱変位の少ない工作機械を提供できる。 For example, a stage driving device using a ball screw is known as a driving device for driving a stage such as a machine tool (see Patent Document 1).
In this stage driving device, two ball screw shafts are arranged on both sides of a spindle head movably provided on a column in parallel with the movement direction of the spindle head, and are screwed onto the spindle head, and the balls on both sides are arranged. A motor is arranged between the screw shafts, and the rotation of the motor is transmitted to the ball screw shaft through a gear.
According to this structure, the structural and thermal symmetry of the column can be ensured, so that it is possible to prevent the thermal displacement in a direction different from the axial direction, such as column collapse or bending, from being manifested. Moreover, if the axial thermal displacement is corrected by the three-axis control, the column can be prevented from being tilted or bent due to thermal stress. Therefore, a machine tool with little thermal displacement can be provided.

特公平２−３８３３５号公報Japanese Patent Publication No. 2-38335

上述したステージ駆動装置では、主軸頭の移動方向と平行に２本のボールねじ軸が配置されているから、主軸頭のヨーイング（２本のボールねじ軸を含む平面に対して直交する軸回りに回転する動き）を減少させることができる。しかし、主軸頭のピッチング（２本のボールねじ軸を含む平面に対して直交する軸線と主軸頭の移動方向軸線とで定まる面内を揺動する動き）を減少させるのは困難である。
最近、ナノメートルオーダの加工精度が要求される超精密加工機械にあっては、ヨーイングのみならず、ピッチングの少ない構造が要望されている。 In the stage driving device described above, two ball screw shafts are arranged in parallel with the moving direction of the spindle head, so that the yaw of the spindle head (around the axis orthogonal to the plane including the two ball screw axes). (Rotating motion) can be reduced. However, it is difficult to reduce the pitching of the spindle head (the movement that oscillates in the plane defined by the axis perpendicular to the plane including the two ball screw axes and the axis of the spindle head in the moving direction).
Recently, ultra-precision processing machines that require processing accuracy on the order of nanometers are demanded not only for yawing but also for structures with less pitching.

本発明の目的は、ヨーイングのみならず、ピッチングの少ない構造のステージ駆動装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a stage driving apparatus having a structure with little pitching as well as yawing.

本発明のステージ駆動装置は、ベッドと、このベッドに移動可能に支持された第１ステージと、この第１ステージに第１ステージの移動方向に対して直交する方向へ移動可能に支持された第２ステージと、この第２ステージに前記第１ステージの移動方向および第２ステージの移動方向に対して直交する方向へ移動可能に支持された第３ステージとを備えたステージ駆動装置において、前記第１ステージを同方向へ駆動する３つの駆動手段を備え、前記３つの駆動手段は、前記第１〜第３ステージからなる構造体の重心位置を内部に包含する三角形の頂点位置にそれぞれ配置され、前記三角形の重心位置が、前記第１〜第３ステージからなる構造体の重心位置に一致していることを特徴とする。
この発明によれば、第１ステージを同方向へ駆動する３つの駆動手段が、第１〜第３ステージからなる構造体の重心位置を内部に包含する三角形の頂点位置にそれぞれ配置されているから、ヨーイングのみならず、ピッチングの少ない構造に構成できる。つまり、２つの駆動手段によって、これら２つの駆動手段を含む平面に対して直交する軸回りの回動（ヨーイング）を減少させることができ、更に、残りの１以上の駆動手段によって、前記２つの駆動手段を含む平面に対して直交する軸線とステージの移動方向軸線とで定まる面内の揺動（ピンチング）を減少させることができる。しかも、これら３つの駆動手段が、第１〜第３ステージからなる構造体の重心位置を囲んで、具体的には、構造体の重心位置を内部に包含する三角形の頂点位置にそれぞれ配置され、三角形の重心位置が、第１〜第３ステージからなる構造体の重心位置に一致して配置されているから、構造体に対して、各駆動手段を略均等な駆動力で駆動させることができる。そのため、移動方向以外の力が作用することが少なく、ヨーイングやピッチングの少ない円滑な移動を実現できる。従って、超精密加工機械などのステージ駆動装置に応用すれば、ナノメートルオーダの加工精度を実現できる。 The stage driving apparatus according to the present invention includes a bed, a first stage movably supported on the bed, and a first stage movably supported on the first stage in a direction orthogonal to the moving direction of the first stage. In the stage driving apparatus comprising: two stages; and a third stage supported by the second stage so as to be movable in a direction orthogonal to the moving direction of the first stage and the moving direction of the second stage. It comprises three driving means for driving one stage in the same direction, and the three driving means are respectively arranged at the vertex positions of triangles including the center of gravity of the structure composed of the first to third stages. The center of gravity position of the triangle is coincident with the center of gravity of the structure including the first to third stages .
According to this invention, three drive means for driving the first stage in the same direction, are arranged at the vertexes of including triangular center of gravity of a structure consisting of first to third stages therein Therefore, not only yawing but also a structure with little pitching can be formed. That is, the two driving means can reduce the rotation (yawing) around the axis orthogonal to the plane including these two driving means, and the one or more remaining driving means can reduce the two In-plane oscillation (pinching) determined by an axis perpendicular to the plane including the driving means and an axis of the stage in the moving direction can be reduced. Moreover, these three driving means, surrounds the center of gravity of the structure comprising a first to third stages, specifically, is arranged a center of gravity of the structure at vertexes of a triangle including the interior, Since the position of the center of gravity of the triangle coincides with the position of the center of gravity of the structure including the first to third stages, each driving means can be driven with a substantially equal driving force with respect to the structure. . Therefore, a force other than the moving direction is hardly applied, and a smooth movement with little yawing or pitching can be realized. Therefore, if it is applied to a stage drive device such as an ultra-precision processing machine, a processing accuracy of nanometer order can be realized.

また、第１ステージの移動方向をＹ軸方向とすると、第２ステージの移動方向はＸ軸方向、第３ステージの移動方向はＺ軸方向となるから、つまり、第３ステージはＹ，Ｘ，Ｚ軸方向の三次元方向へ移動可能であるから、三次元移動ステージにおいて、ヨーイングのみならず、ピッチングの少ない構造に構成できる。 Further, if the moving direction of the first stage is the Y-axis direction, the moving direction of the second stage is the X-axis direction, and the moving direction of the third stage is the Z-axis direction, that is, the third stage is Y, X, Since it can move in the three-dimensional direction of the Z-axis direction, the three-dimensional moving stage can be configured not only with yawing but also with a structure with little pitching.

本発明のステージ駆動装置において、前記各駆動手段は、固定子と可動子とを有するリニアモータによって構成されていることが好ましい。
ここで、リニアモータとしては、リニア誘導モータ、リニア同期モータ、リニア直流モータ、リニアパルスモータなど任意のものを採用することができる。
この発明によれば、３つ以上の駆動手段の各々が、固定子と可動子とを有するリニアモータによって構成されているから、ステージを高精度に移動させることができるとともに、所定位置に高精度に位置決めすることができる。また、ステージにワークあるいは加工工具を取り付けて加工を行う場合であっても、加工時の振動などの影響を極力低減することができるから、高精度な加工を実現できる。 In the stage driving device of the present invention, it is preferable that each of the driving means is constituted by a linear motor having a stator and a mover.
Here, as a linear motor, arbitrary things, such as a linear induction motor, a linear synchronous motor, a linear direct current motor, a linear pulse motor, are employable.
According to the present invention, each of the three or more driving means is constituted by a linear motor having a stator and a mover, so that the stage can be moved with high accuracy and at a predetermined position with high accuracy. Can be positioned. In addition, even when a workpiece or a processing tool is attached to the stage, the influence of vibration during processing can be reduced as much as possible, so that highly accurate processing can be realized.

本発明のステージ駆動装置において、前記３つの駆動手段のうち２つの駆動手段は、１つの固定子に対して２つの可動子を備え、これら４つの可動子と残りの駆動手段の可動子とが、前記第１〜第３ステージからなる構造体の重心位置を内部に包含する四角錐の各頂点位置にそれぞれ配置されていることが好ましい。
この発明によれば、合計５つの可動子が四角錐の各頂点位置に配置されているから、ヨーイングおよびピッチングを極力低減させることができる。 In stage driving device of the present invention, two drive means of the prior SL three drive means comprises two movable elements with respect to one stator, and a mover of the four movable elements and the rest of the drive means However, it is preferable that each is arranged at each vertex position of a quadrangular pyramid including the position of the center of gravity of the structure including the first to third stages.
According to this invention, since a total of five movers are arranged at each vertex position of the quadrangular pyramid, yawing and pitching can be reduced as much as possible.

本発明のステージ駆動装置において、前記第３ステージには、ワークまたはワークを加工する工具が取り付けられていることが好ましい。
この発明によれば、第３ステージにワークまたは工具を取り付け、ワークを加工するようにすれば、高精度な加工機械（工作機械）や半導体製造装置などを構成できる。また、第３ステージに測定子などを取り付け、ワークを測定するようにすれば、計測機械を構成できる。 In the stage driving device of the present invention, it is preferable that a work or a tool for machining the work is attached to the third stage.
According to this invention, if a work or a tool is attached to the third stage and the work is processed, a highly accurate processing machine (machine tool), a semiconductor manufacturing apparatus, or the like can be configured. Moreover, a measuring machine can be comprised if a measuring element etc. are attached to a 3rd stage and a workpiece | work is measured.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜実施形態の構成＞
図１は、本発明のステージ駆動装置を適用した工作機械の斜視図、図２は、工作機械の正面図、図３は、工作機械の側面図である。
これらの図に示すように、本実施形態の工作機械は、ベッド１と、このベッド１上に前後方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に支持された第１ステージとしてのＹステージ１１と、このＹステージ１１上にＹステージ１１の移動方向に対して直交する左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に支持された第２ステージとしてのＸステージ３１と、このＸステージ３１上にＹステージ１１およびＸステージ３１の移動方向に対して直交する上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に支持された第３ステージとしてのＺステージ５１とを備える。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Configuration of Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view of a machine tool to which the stage driving device of the present invention is applied, FIG. 2 is a front view of the machine tool, and FIG. 3 is a side view of the machine tool.
As shown in these drawings, the machine tool of the present embodiment includes a bed 1, a Y stage 11 as a first stage supported on the bed 1 so as to be movable in the front-rear direction (Y-axis direction), An X stage 31 as a second stage supported on the Y stage 11 so as to be movable in the left-right direction (X-axis direction) orthogonal to the moving direction of the Y stage 11, and the Y stage 11 and the X stage 31 on the X stage 31 And a Z stage 51 as a third stage supported so as to be movable in a vertical direction (Z-axis direction) orthogonal to the moving direction of the X stage 31.

ベッド１は、正面から見てＵ字形状に形成されている。つまり、底部連結壁部２と、この底部連結壁部２の両側から上方へ向かって互いに平行に立ち上がった立上壁部３とを有するＵ字形状に形成されている。底部連結壁部２の一端側には、ワークを載置するテーブル４が配置されている。テーブル４は、単なる台でもよいが、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動可能な移動機構を備える構造であってもよい。 The bed 1 is formed in a U shape when viewed from the front. That is, it is formed in a U shape having the bottom connecting wall portion 2 and the rising wall portion 3 that rises in parallel upward from both sides of the bottom connecting wall portion 2. A table 4 on which a work is placed is disposed on one end side of the bottom connecting wall portion 2. The table 4 may be a simple table, but may have a structure including a moving mechanism that can move in the X, Y, and Z axis directions.

Ｙステージ１１は、ベッド１の両立上壁部３の上端面にガイド手段１２を介して移動可能に支持され、かつ、３つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを介してＹ軸方向へ移動されるとともに、３つのリニアスケール２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを介してＹ軸方向位置が検出される。
ガイド手段１２は、立上壁部３の上端面にＹ軸方向に沿って固定されたガイドレール１３と、このガイドレール１３に沿って摺動可能でかつＹステージ１１の下面に固定されたスライダ１４とから構成されている。 The Y stage 11 is supported on the upper end surface of the compatible upper wall 3 of the bed 1 so as to be movable via the guide means 12, and is moved in the Y-axis direction via the three drive means 15A, 15B, 15C. At the same time, the position in the Y-axis direction is detected via the three linear scales 25A, 25B, and 25C.
The guide means 12 includes a guide rail 13 fixed to the upper end surface of the rising wall portion 3 along the Y-axis direction, and a slider slidable along the guide rail 13 and fixed to the lower surface of the Y stage 11. 14.

駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、Ｙステージ１１をＹ軸方向（同方向）へ駆動するもので、図４（図２の部分拡大図）に示すように、ベッド１の両側に駆動手段１５Ａ，１５Ｂが配置され、Ｙステージ１１の下面中央に駆動手段１５Ｃが配置されている。
駆動手段１５Ａ，１５Ｂは、ベッド１の両立上壁部３の外面にＹ軸方向に沿って設けられた固定子１６と、Ｙステージ１１の両側面にブラケット１８を介して取り付けられかつ固定子１６に対して隙間を隔てて対向配置された可動子１７とを有するリニアモータによって構成されている。駆動手段１５Ｃは、ベッド１の立上壁部３間に支持台１９を介してＹ軸方向に沿って固定された固定子１６と、Ｙステージ１１の下面中央にブラケット２０を介して取り付けられかつ固定子１６に対して隙間を隔てて対向配置された可動子１７とを有するリニアモータによって構成されている。なお、固定子１６はコイルによって、可動子１７はマグネットによって構成されているが、これとは逆でもよい。 The driving means 15A, 15B, 15C are for driving the Y stage 11 in the Y-axis direction (the same direction). As shown in FIG. 4 (partially enlarged view of FIG. 2), the driving means 15A, 15B is arranged, and driving means 15C is arranged at the center of the lower surface of the Y stage 11.
The driving means 15A, 15B are a stator 16 provided on the outer surface of the compatible upper wall 3 of the bed 1 along the Y-axis direction, and are attached to both side surfaces of the Y stage 11 via brackets 18 and are fixed to the stator 16. In contrast, a linear motor having a mover 17 disposed opposite to the gap 17 is provided. The drive means 15C is attached to the stator 16 fixed along the Y-axis direction between the rising wall portions 3 of the bed 1 via the support base 19, and is attached to the center of the lower surface of the Y stage 11 via the bracket 20. It is constituted by a linear motor having a mover 17 disposed opposite to the stator 16 with a gap. The stator 16 is constituted by a coil, and the mover 17 is constituted by a magnet, but this may be reversed.

ここにおいて、Ｙステージ１１およびこれに搭載されるＸステージ３１やＺステージ５１等の構造物は、正面（図２の正面図）から見て中心軸に対して左右対称構造に構成されている。また、側面（図３の側面図）から見て、構造体の重心位置ＧがＹステージ１１の略中心（Ｘステージ３１を駆動させる駆動手段３５の中心軸線上の下方位置）に設定されている。例えば、これらの構造物の上部部材をアルミ合金で構成し、下部部材を鉄（鋳鉄）などで構成することにより、重心位置Ｇを下方に設定している。
そして、Ｙステージ１１およびこれに搭載されるＸステージ３１やＺステージ５１等の構造物の重心位置Ｇを囲んで、駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが配置されている。つまり、図５に示すように、構造体の重心位置Ｇ（図５において×印位置）を内部に包含する三角形の頂点位置に駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの可動子１７がそれぞれ配置されている。 Here, the structure such as the Y stage 11 and the X stage 31 and the Z stage 51 mounted on the Y stage 11 is configured to be symmetrical with respect to the central axis when viewed from the front (front view of FIG. 2). Further, when viewed from the side (the side view of FIG. 3), the center of gravity G of the structure is set to the approximate center of the Y stage 11 (the lower position on the central axis of the driving means 35 that drives the X stage 31). . For example, the gravity center position G is set downward by configuring the upper member of these structures with an aluminum alloy and configuring the lower member with iron (cast iron) or the like.
Drive means 15A, 15B, and 15C are arranged surrounding the gravity center position G of the structure such as the Y stage 11 and the X stage 31 and the Z stage 51 mounted thereon. That is, as shown in FIG. 5, the movers 17 of the driving means 15A, 15B, and 15C are respectively arranged at the apex positions of the triangles including the center of gravity position G (the position marked with X in FIG. 5). .

リニアスケール２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、図４に示すように、対応する駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに近接した位置に設けられている。
リニアスケール２５Ａ，２５Ｂは、ベッド１の両立上壁部３の外面にＹ軸方向に沿って設けられたスケール部材２６と、Ｙステージ１１のブラケット１８に取り付けられかつスケール部材２６に対して隙間を隔てて対向配置された検出ヘッド２７とから構成されている。リニアスケール２５Ｃは、固定子１６（ベッド１側に支持台１９を介して固定された固定子１６）の側面にＹ軸方向に沿って固定されたスケール部材２６と、ブラケット２０にブラケット２８を介して取り付けられかつスケール部材２６に対して隙間を隔てて対向配置された検出ヘッド２７とから構成されている。 As shown in FIG. 4, the linear scales 25A, 25B, and 25C are provided at positions close to the corresponding driving means 15A, 15B, and 15C.
The linear scales 25 </ b> A and 25 </ b> B are attached to the scale member 26 provided on the outer surface of the compatible upper wall 3 of the bed 1 along the Y-axis direction and the bracket 18 of the Y stage 11, and have a gap with respect to the scale member 26. It is comprised from the detection head 27 opposingly arranged spaced apart. The linear scale 25C includes a scale member 26 fixed along the Y-axis direction on the side surface of the stator 16 (the stator 16 fixed to the bed 1 via the support 19), and the bracket 20 via the bracket 28. And a detection head 27 disposed opposite to the scale member 26 with a gap therebetween.

Ｘステージ３１は、図６に示すように、Ｙステージ１１の上端面にガイド手段３２およびブラケット３８を介して移動可能に支持され、かつ、駆動手段３５を介してＸ軸方向へ移動されるとともに、リニアスケール４５を介してＸ軸方向位置が検出される。
Ｘステージ３１は、（図１参照）、ブラケット３８に固定された本体部４１と、この本体部４１の前部に設けられたガイドブロック４２と、本体部４１の後部に設けられたバランスウエイト４３とを備える。バランスウエイト４３は、Ｘステージ３１およびこれに搭載されるＺステージ５１やこれに取り付けられる部材（主軸ヘッドなど）の重心位置がＸステージ３１の駆動手段３５の中心軸線上にくるように、重量設定されている。 As shown in FIG. 6, the X stage 31 is supported by the upper end surface of the Y stage 11 so as to be movable via the guide means 32 and the bracket 38, and is moved in the X-axis direction via the driving means 35. The position in the X-axis direction is detected via the linear scale 45.
The X stage 31 includes a main body 41 fixed to the bracket 38 (see FIG. 1), a guide block 42 provided at the front of the main body 41, and a balance weight 43 provided at the rear of the main body 41. With. The balance weight 43 is set so that the center of gravity position of the X stage 31 and the Z stage 51 mounted on the X stage 31 and members (spindle heads, etc.) attached to the X stage 31 is on the center axis of the driving means 35 of the X stage 31. Has been.

ガイド手段３２は、Ｙステージ１１の上端面にＸ軸方向に沿って形成されたガイドレール３３と、このガイドレール３３に沿って摺動可能でかつブラケット３８の下面に固定されたスライダ３４とから構成されている。
駆動手段３５は、Ｙステージ１１の上面中央にＸ軸方向に沿って固定された固定子３６と、ブラケット３８の下面に取り付けられかつ固定子３６に対して隙間を隔てて対向配置された可動子３７とを有するリニアモータによって構成されている。
リニアスケール４５は、固定子３６の側面にＸ軸方向に沿って設けられたスケール部材４６と、ブラケット３８の下面にブラケット４８を介して取り付けられかつスケール部材４６に対して隙間を隔てて対向配置された検出ヘッド４７とから構成されている。 The guide means 32 includes a guide rail 33 formed on the upper end surface of the Y stage 11 along the X-axis direction, and a slider 34 slidable along the guide rail 33 and fixed to the lower surface of the bracket 38. It is configured.
The driving means 35 includes a stator 36 fixed along the X-axis direction at the center of the upper surface of the Y stage 11, and a mover attached to the lower surface of the bracket 38 and arranged to face the stator 36 with a gap. 37 and a linear motor.
The linear scale 45 is mounted on the side surface of the stator 36 along the X-axis direction, and is attached to the lower surface of the bracket 38 via the bracket 48 and is opposed to the scale member 46 with a gap. The detection head 47 is made up of.

Ｚステージ５１は、図７に示すように、Ｘステージ３１のガイドブロック４２の正面にガイド手段５２およびブラケット５８を介してＺ軸方向へ移動可能に支持され、かつ、駆動手段５５を介してＺ軸方向へ移動されるとともに、リニアスケール６５を介してＺ軸方向位置が検出される。
Ｚステージ５１には（図１参照）、テーブル４上に載置されたワークに対して加工を施す工具を備えた主軸ヘッド６１が搭載されているとともに、ブラケット６２を介してＸステージ３１のガイドブロック４２の上端に固定されたバランスシリンダ６３が連結されている。バランスシリンダ６３は、ブラケット５８や主軸ヘッド６１を含むＺステージ５１の重量をシリンダ内のエアー圧で保持できるように構成され、Ｚステージ５１を軽い力で昇降できるように構成されている。 As shown in FIG. 7, the Z stage 51 is supported on the front surface of the guide block 42 of the X stage 31 through a guide means 52 and a bracket 58 so as to be movable in the Z-axis direction, and through the drive means 55 Z While moving in the axial direction, the Z-axis direction position is detected via the linear scale 65.
The Z stage 51 (see FIG. 1) is equipped with a spindle head 61 equipped with a tool for processing a workpiece placed on the table 4, and guides the X stage 31 via a bracket 62. A balance cylinder 63 fixed to the upper end of the block 42 is connected. The balance cylinder 63 is configured so that the weight of the Z stage 51 including the bracket 58 and the spindle head 61 can be held by the air pressure in the cylinder, and can be moved up and down with a light force.

ガイド手段５２は、Ｘステージ３１の正面にＺ軸方向に沿って形成されたガイドレール５３と、このガイドレール５３に沿って摺動可能でブラケット５８の裏面に固定されたスライダ５４とから構成されている。
駆動手段５５は、Ｘステージ３１のガイドブロック４２の正面にＺ軸方向に沿って固定された固定子５６と、ブラケット５８の裏面に取り付けられかつ固定子５６に対して隙間を隔てて対向配置された可動子５７とを有するリニアモータによって構成されている。
リニアスケール６５は、固定子５６の側面に設けられたスケール部材６６と、ブラケット５８の裏面にブラケット６８を介して取り付けられスケール部材６６に対して隙間を隔てて対向配置された検出ヘッド６７とから構成されている。 The guide means 52 includes a guide rail 53 formed along the Z-axis direction on the front surface of the X stage 31, and a slider 54 slidable along the guide rail 53 and fixed to the back surface of the bracket 58. ing.
The driving means 55 is attached to the front surface of the guide block 42 of the X stage 31 along the Z-axis direction, and is attached to the back surface of the bracket 58 and is disposed opposite to the stator 56 with a gap. It is constituted by a linear motor having a movable element 57.
The linear scale 65 includes a scale member 66 provided on the side surface of the stator 56 and a detection head 67 that is attached to the back surface of the bracket 58 via the bracket 68 and is opposed to the scale member 66 with a gap. It is configured.

＜実施形態の効果＞
（１）ベッド１と、このベッド１にＹ軸方向へ移動可能に支持されたＹステージ１１と、このＹステージ１１にＸ軸方向へ移動可能に支持されたＸステージ３１と、このＸステージ３１にＺ軸方向へ移動可能に支持されたＺステージ５１とを備え、Ｙステージ１１を同方向へ駆動する３つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが設けられ、これら３つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが、Ｙステージ１１，Ｘステージ３１，Ｚステージ５１からなる構造体の重心位置Ｇを囲んで配置されているから、ヨーイングのみならず、ピッチングの少ない構造に構成できる。
つまり、２つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂによって、これら２つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂを含む平面に対して直交する軸回りの回動（ヨーイング）を減少させることができ、更に、残りの駆動手段１５Ｃによって、２つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂを含む平面に対して直交する軸線とＹステージ１１の移動方向軸線とで定まる面内の揺動（ピンチング）を減少させることができる。 <Effect of embodiment>
(1) The bed 1, the Y stage 11 supported by the bed 1 so as to be movable in the Y axis direction, the X stage 31 supported by the Y stage 11 so as to be movable in the X axis direction, and the X stage 31 And a Z stage 51 supported so as to be movable in the Z-axis direction, and provided with three drive means 15A, 15B, 15C for driving the Y stage 11 in the same direction, and these three drive means 15A, 15B, 15C. However, since the center of gravity G of the structure composed of the Y stage 11, the X stage 31, and the Z stage 51 is disposed, not only yawing but also a structure with little pitching can be configured.
That is, the two drive means 15A and 15B can reduce the rotation (yawing) about the axis orthogonal to the plane including these two drive means 15A and 15B, and the remaining drive means 15C can reduce the rotation. In-plane swinging (pinching) determined by an axis perpendicular to the plane including the two drive units 15A and 15B and the axis of movement of the Y stage 11 can be reduced.

（２）３つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが、構造体の重心位置Ｇを囲んで配置されているから、Ｙステージ１１に対して移動方向以外の力が作用することが少なく、円滑な移動を実現できる。
従って、超精密加工機械などのステージ駆動装置に応用すれば、ナノメートルオーダの加工精度を実現できる。 (2) Since the three driving means 15A, 15B, and 15C are arranged so as to surround the center of gravity G of the structure, a force other than the moving direction is hardly applied to the Y stage 11, and smooth movement is achieved. Can be realized.
Therefore, if it is applied to a stage drive device such as an ultra-precision processing machine, a processing accuracy of nanometer order can be realized.

（３）３つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、Ｙステージ１１，Ｘステージ３１，Ｚステージ５１からなる構造体の重心位置を内部に包含する三角形の頂点位置にそれぞれ配置されているから、構造体に対して、各駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが略均等な駆動力で駆動させることができ、この点からも、ピンチングの少ない円滑な移動を実現できる。 (3) Since the three driving means 15A, 15B, and 15C are respectively arranged at the vertex positions of a triangle that includes the center of gravity of the structure including the Y stage 11, the X stage 31, and the Z stage 51, the structure The driving means 15A, 15B, and 15C can be driven with respect to the body with a substantially equal driving force. From this point, smooth movement with less pinching can be realized.

（４）各駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，３５，５５は、固定子１６，３６，５６と可動子１７，３７，５７とを有するリニアモータによって構成されているから、Ｙステージ１１，Ｘステージ３１，Ｚステージ５１を高精度に移動させるとともに、所定位置に高精度に位置決めすることができる。また、Ｚステージ５１に主軸ヘッド６１を取り付けて加工を行う場合であっても、加工時の振動などの影響を極力低減することができるから、高精度の加工を実現できる。 (4) Since each driving means 15A, 15B, 15C, 35, 55 is constituted by a linear motor having stators 16, 36, 56 and movers 17, 37, 57, Y stage 11, X stage 31 and the Z stage 51 can be moved with high accuracy and positioned at a predetermined position with high accuracy. Further, even when machining is performed with the spindle head 61 attached to the Z stage 51, it is possible to reduce the influence of vibration during machining as much as possible, so that highly accurate machining can be realized.

＜変形例＞
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
前記実施形態では、Ｙステージ１１を駆動させる３つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを、図５に示す配置、構成としたが、これに限られない。
例えば、前記実施形態では、Ｙステージ１１，Ｘステージ３１，Ｚステージ５１からなる構造体の重心位置Ｇを内部の包含する三角形の頂点位置に駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの可動子１７を配置したが、構造体の重心位置Ｇと、駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの可動子１７を頂点位置に配置した三角形の重心位置とが一致するように構成すれば、より好ましい。 <Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the above embodiment, the three drive units 15A, 15B, and 15C for driving the Y stage 11 have the arrangement and configuration shown in FIG. 5, but the present invention is not limited to this.
For example, in the above-described embodiment, the mover 17 of the driving means 15A, 15B, and 15C is disposed at the apex position of the triangle including the center of gravity G of the structure including the Y stage 11, the X stage 31, and the Z stage 51. However, it is more preferable that the gravity center position G of the structure and the gravity center position of the triangle in which the movable elements 17 of the driving units 15A, 15B, and 15C are arranged at the vertex positions coincide with each other.

また、図８に示すように、３つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのうち２つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂは、１つの固定子１６に対して２つの可動子１７Ａ，１７Ｂを備え、これら４つの可動子１７Ａ，１７Ｂと残りの駆動手段１５Ｃの可動子１７とが、Ｙステージ１１，Ｘステージ３１，Ｚステージ５１からなる構造体の重心位置Ｇを内部に包含する四角錐の各頂点位置にそれぞれ配置するようにしてもよい。このようにすれば、合計５つの可動子１７Ａ，１７Ｂ，１７が四角錐の各頂点位置に配置されているから、ヨーイングおよびピッチングを極力低減させることができる。 Further, as shown in FIG. 8, two driving means 15A, 15B out of the three driving means 15A, 15B, 15C include two movable elements 17A, 17B for one stator 16, and these four The movers 17A and 17B and the mover 17 of the remaining drive means 15C are respectively located at the apex positions of the quadrangular pyramids that include the center of gravity G of the structure including the Y stage 11, the X stage 31, and the Z stage 51. It may be arranged. In this way, a total of five movers 17A, 17B, 17 are arranged at the respective vertex positions of the quadrangular pyramid, so that yawing and pitching can be reduced as much as possible.

また、図９に示すように、駆動手段１５Ａ，１５Ｂにおいて、１つの固定子１６に対して２つの可動子１７Ａ，１７Ｂを設けるのではなく、２つの可動子１７Ａ，１７Ｂに跨るような、長い可動子１７Ｃを設けるようにしても、同様な効果が期待できる。
また、Ｙステージ１１を駆動させる駆動手段の数についても、前記実施形態で述べた３つに限らず、４以上でもよい。ただし、多すぎても経済的に不利になるので、３〜５つ程度が好ましい。 Further, as shown in FIG. 9, in the driving means 15A and 15B, the two movable elements 17A and 17B are not provided for one stator 16, but are long so as to straddle the two movable elements 17A and 17B. Even if the mover 17C is provided, the same effect can be expected.
Further, the number of driving means for driving the Y stage 11 is not limited to three as described in the above embodiment, but may be four or more. However, since it is economically disadvantageous if it is too much, about 3 to 5 are preferable.

前記実施形態では、Ｙステージ１１のみについて３つの駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃで駆動させるようにしたが、Ｘステージ３１やＺステージ５１についても、３つ以上の駆動手段で駆動させるようにしてもよい。この場合も、各ステージおよびこれに搭載される部材からなる構造体の重心位置を囲んで駆動手段を配置すればよい。 In the above embodiment, only the Y stage 11 is driven by the three driving means 15A, 15B, and 15C. However, the X stage 31 and the Z stage 51 may be driven by three or more driving means. Good. In this case as well, the driving means may be disposed so as to surround the position of the center of gravity of the structure composed of each stage and members mounted thereon.

前記実施形態では、Ｙステージ１１を駆動する駆動手段１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ、Ｘステージ３１を駆動させる駆動手段３５、Ｚステージ５１を駆動させる駆動手段５５を全てリニアモータで構成したが、必ずしも、リニアモータでなくてもよい。ボールねじ軸を用いた送り機構であってもよい。 In the above embodiment, the drive means 15A, 15B, 15C for driving the Y stage 11, the drive means 35 for driving the X stage 31, and the drive means 55 for driving the Z stage 51 are all constituted by linear motors. It does not have to be a motor. A feed mechanism using a ball screw shaft may be used.

前記実施形態では、ベッド１に対してＹステージ１１をＹ軸方向へ移動可能に支持し、このＹステージ１１にＸステージ３１をＸ軸方向へ移動可能に支持し、このＸステージ３１にＺステージ５１をＺ軸方向へ移動可能に支持した構成であったが、少なくとも１つのステージを１軸方向へ移動可能に支持した構造であっても、本発明を適用することができる。 In the above embodiment, the Y stage 11 is supported so as to be movable in the Y-axis direction with respect to the bed 1, and the X stage 31 is supported on the Y stage 11 so as to be movable in the X-axis direction. Although the configuration is such that 51 is supported so as to be movable in the Z-axis direction, the present invention can also be applied to a structure in which at least one stage is supported so as to be movable in one axial direction.

前記実施形態では、Ｚステージ５１に、ワークを加工する主軸ヘッド６１（工具）を取り付けたが、計測ヘッドやワークでもよい。計測ヘッドを取り付ければ、テーブル４上に載置したワークを計測するための計測機械を構成できる。また、ワークを取り付けた場合でも、別に主軸ヘッド（工具）を用意すれば、ワークを加工する加工機械として構成することができる。 In the above embodiment, the spindle head 61 (tool) for machining a workpiece is attached to the Z stage 51, but a measuring head or a workpiece may be used. If a measuring head is attached, a measuring machine for measuring a workpiece placed on the table 4 can be configured. Even when a workpiece is attached, if a spindle head (tool) is prepared separately, it can be configured as a processing machine for processing the workpiece.

本発明は、ワークに対して各種加工を行う工作機械や半導体製造装置のほか、計測装置などにも利用できる。 The present invention can be used not only for machine tools and semiconductor manufacturing apparatuses that perform various types of processing on workpieces, but also for measuring apparatuses.

本発明の実施形態にかかる工作機械を示す斜視図。The perspective view which shows the machine tool concerning embodiment of this invention. 同上実施形態の工作機械の正面図。The front view of the machine tool of embodiment same as the above. 同上実施形態の工作機械の側面図。The side view of the machine tool of embodiment same as the above. 同上実施形態において、Ｙステージ駆動用の３つの駆動手段およびリニアスケールを示す部分拡大正面図。FIG. 4 is a partially enlarged front view showing three driving means for driving a Y stage and a linear scale in the embodiment. 同上実施形態において、Ｙステージ駆動用の３つの駆動手段の配置を示す図。The figure which shows arrangement | positioning of the three drive means for Y stage drive in embodiment same as the above. 同上実施形態において、Ｘステージ駆動用の駆動手段およびリニアスケールを示す部分拡大側面図。FIG. 3 is a partially enlarged side view showing a driving means for driving an X stage and a linear scale in the embodiment. 同上実施形態において、Ｚステージ駆動用の駆動手段およびリニアスケールを示す部分拡大平面図。FIG. 3 is a partially enlarged plan view showing a driving means for driving a Z stage and a linear scale in the embodiment. 本発明の変形例を示す概念図。The conceptual diagram which shows the modification of this invention. 本発明の更に他の変形例を示す概念図。The conceptual diagram which shows the other modification of this invention.

Explanation of symbols

１…ベッド、
１１…Ｙステージ（第１ステージ）
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ…駆動手段（リニアモータ）
１６…固定子
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ…可動子
３１…Ｘステージ（第２ステージ）
５１…Ｚステージ（第３ステージ）
６１…主軸ヘッド（工具） 1 ... bed,
11 ... Y stage (first stage)
15A, 15B, 15C ... Driving means (linear motor)
16 ... Stator 17, 17A, 17B, 17C ... Movable member 31 ... X stage (second stage)
51 ... Z stage (third stage)
61 ... Spindle head (tool)

Claims

A bed, a first stage movably supported by the bed, a second stage supported by the first stage so as to be movable in a direction orthogonal to the moving direction of the first stage, and the second stage And a third stage supported so as to be movable in a direction orthogonal to the moving direction of the first stage and the moving direction of the second stage,
Comprising three driving means for driving the first stage in the same direction;
The three driving means are respectively arranged at the apex positions of triangles including the center of gravity of the structure composed of the first to third stages.
A stage driving apparatus characterized in that a center of gravity of the triangle coincides with a center of gravity of a structure including the first to third stages .

In the stage drive device according to claim 1 ,
Each of the driving means is constituted by a linear motor having a stator and a movable element.

In the stage drive device according to claim 2 ,
Two drive means of the prior SL three drive means comprises two movable elements with respect to one stator, and a mover of the four movable elements and the rest of the drive means, the first to third A stage driving device, wherein the stage driving device is arranged at each vertex position of a quadrangular pyramid that includes a center of gravity of a structure formed of a stage.

In the stage drive device according to any one of claims 1 to 3 ,
A stage driving apparatus characterized in that a work or a tool for machining the work is attached to the third stage.