JP5206315B2 - ステージ装置 - Google Patents
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Description
ステージ可動部には水平アクチュエータやセンサ等のステージ設置部品が取り付けられており、これらのステージ設置部品に対しては外部電源やアクチュエータを冷却するための冷媒導通管や電気配線等の種々の配線(ケーブルあるいはハーネス)が接続されている。
これらのケーブルは、ステージ可動部上のステージ設置部品の移動に追従する必要があるため、屈曲しやすい素材で形成され十分な余長を有して構成されている。
したがって、ケーブルの構成はケーブル自身にかかる張力がステージ可動部に加わり外乱とならないよう柔和な柔軟性を持つとともに、ケーブルが自重により垂れ下がりを生じてステージ固定面と擦れて外乱とならないようケーブル自身に張りを持たせて(ある程度の張力を与えて)姿勢を維持するよう構成される。
このため、特許文献1には、ケーブル自身を補助部材で部分的もしくは全体的に包囲するなどしてケーブルを補強した上で補助部材にスリットを入れるなどしてケーブル自身の剛性を調節したケーブル構成が開示されている。
特許文献1の技術によれば、ケーブルがステージの面と平行な方向へは十分な柔軟性を有してステージの移動に追従可能な上、ケーブルの自重による垂れ下がりを抑制することができる。
本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、ケーブルの張力による抵抗を低減して高性能に位置決めできるようにしたステージ装置を提供することを目的とする。
ステージ装置にかかる本願発明は、ベース部材と、前記ベース部材上に設置されて面方向に移動して位置決めされるステージと、前記ステージ上に設置されるステージ設置部品と、前記ステージ設置部品に接続され前記ステージの前記移動に追従する複数のケーブルとを有するステージ装置であって、前記複数のケーブルは、前記ステージ設置部品に接続される第1ケーブルと、前記ステージの中心に対して対称に前記第1のケーブルと対向するように、かつ、張力が前記第1ケーブルの張力と打ち消し合うように前記ステージ設置部品に接続される第2ケーブルとを有し、前記ステージ装置は、前記ステージの移動時に前記第1ケーブル及び前記第2ケーブルにかかる張力がそれぞれ均等となるように調整する張力調整手段を備えることを特徴としている。
即ち、面方向(ステージ平面上の任意の方向)に自在に移動するステージ上に設置されるステージ設置部品に接続されステージの移動に追従して動きまわる第1ケーブル及び第2ケーブルが、ステージの中心を基準として互いに対向するように配され、各ケーブル同士のテンションを打ち消しあうように構成したものである。なお、第1ケーブル及び第2ケーブルはそれぞれ単一のケーブルに限るものではなく、複数の配線部材の群(グループ)を第1ケーブル、第2ケーブルとしてそれぞれが対向してテンションを相殺しあうように構成されてもよい。
また、ステージ装置にかかる本願発明は、ベース部材と、前記ベース部材上に設置されて面方向に移動して位置決めされるステージと、前記ステージ上に設置されるステージ設置部品と、前記ステージ設置部品に接続され前記ステージの前記移動に追従する複数のケーブルとを有するステージ装置であって、前記複数のケーブルは、前記ステージ設置部品に接続される第1ケーブルと、前記ステージの中心に対して対称に前記第1のケーブルと対向するように前記ステージ設置部品に接続される第2ケーブルとを有し、前記ステージ装置は、前記第1ケーブル及び前記第2ケーブルにかかる張力を調整する張力調整手段を備え、前記張力調整手段は、前記第1ケーブルに当接する第1ガイド部と、前記ベース部材に固定的に配置され、前記第1ガイド部を前記面方向に移動可能に支持する第1調整部と、前記第2ケーブルに当接する第2ガイド部と、前記ベース部材に固定的に配置され、前記第2ガイド部を前記面方向に移動可能に支持する第2調整部と、を有することを特徴としている。
特に、ケーブルが自重により最も垂れ下がる箇所もしくはそれに近い箇所にケーブルの動きに従順に追従するリンク機構を備えたケーブル保持機構を設けることで確実にケーブルの垂れ下がりを抑制でき、ケーブル自身の張り具合に依存することなく恒久的にケーブルの垂れ下がりを抑制することができる。
さらに、前記ケーブル保持機構は、重力方向と平行な回転軸を有する関節部と、前記関節部によって前記面方向に自在に揺動するリンク部材とを有していることが好ましい。
また、本発明にかかるステージ装置は、真空環境を形成する真空チャンバ内に配設されるものであることが好ましい。
また、本発明にかかるステージ装置は、内部に清浄空間を形成するクリーンルーム内に配設されるものであることが好ましい。
換言すると、ケーブルの張力による位置決め精度の低下が抑制されるので、ケーブルの垂れ下がりを抑制するために第1ケーブル及び/又は第2ケーブルに十分な張力を与えることができ、位置決め精度を十分に確保した上でケーブルの垂れ下がりによるベース部材等との接触を防止することができる。これにより、ケーブルとその他の部材との接触によるパーティクルの発生や摺動抵抗の発生を防止することができる。
即ち、ステージの移動に追従して動きまわる複数の配線を束ねたハーネスをステージの中心を基準としてシンメトリになるよう配して構成されるため、対向するケーブルのテンションが互いに相殺され、つりあった状態で保持される。
また、本願発明によれば、第1ケーブル及び/又は第2ケーブルの垂れ下がりを防止するために必要な張力を低減することができるのでステージに作用する第1ケーブル及び第2ケーブルの張力をより効果的に打ち消すことができ、ステージの移動にかかるケーブルの張力による抵抗を低減することができる。
また、本願発明によれば、ステージを非接触状態で支持することによりステージの移動時に軸受との接触により生じるパーティクルや摺動抵抗をなくし、より高精度な位置決めを行なうことができる。
また、本願発明によれば真空チャンバ内やクリーンルーム内のアクセスが困難な特殊環境下においても高性能なステージ装置を得ることができる。
図1〜図3は、いずれも本発明の一実施形態にかかるステージ装置を説明するためのものであって図1はステージ装置の模式的な斜視図、図2は張力調整手段の構成を示す模式的な図、図3はケーブル保持機構の構成を示す模式的な図である。
また、ステージ装置10は、チャンバ(真空チャンバ)11に内蔵されており、チャンバ11は清浄空間を形成するクリーンルーム12に設置されている。
なお、本実施形態にかかる加工装置はステージ装置10,チャンバ11及びクリーンルーム12を含んで構成されている。
チャンバ11は、図示しない上部覆い部材によってステージ装置10を密閉するようになっており、図示しないポンプの駆動によってチャンバ11内部が真空排気され、真空環境を形成するようになっている。
ステージ1は、矩形の平面状に形成されており、XY平面と平行(即ち、水平)になるように、エアベアリング9A〜9Dによって非接触状態で面方向に移動可能に支持されている。
エアベアリング9A〜9Dはそれぞれエアベアリング本体が本体ベース2上の四隅に固定されており、圧縮空気によってステージ1の端部(ここでは隅部)を下部から支持するようになっている。なお、エアベアリング9A〜9Dはエアベアリングの替わりにステージ1を非接触状態で支持する磁気軸受等を用いて構成してもよい。
水平駆動モータ3Yは、ステージ1に固定された可動子(ステージ設置部品)3YAと本体ベース2に固定された固定子3YBとを有しており、位置決めステージ1をY方向に水平に駆動するようになっている。
つまり、ステージ1は、2つの水平駆動モータ3X,3YによってX方向及びY方向(即ち、ステージ1と平行な平面上任意の方向であり面方向)に移動し、所望の位置に位置決めされるようになっている。なお、水平駆動モータ3X,3Yはそれぞれ図示省略のモータコントローラによって動作制御されるようになっている。
ハーネス4,5は、それぞれチャンバ11の壁部からフィードスルー11A,11Cを通して配索され、その端部はそれぞれ水平駆動モータ3X,3Yの可動子3XA,3YAに接続されている。
ここでは、ハーネス4,5の一方が第1ケーブルとして構成され、他方が第2ケーブルとして構成されている。即ち、ハーネス5はステージ1に対してハーネス4に対向するように接続されている。
ハーネス4,5はそれぞれモータへの冷媒供給用の配管や冷媒回収用の配管及び電気配線(配線)とが一組となって構成されており、冷媒供給用の配管から供給各可動子3XA,3YAの内部に水や冷却空気等の流体である冷媒を供給し、冷却に用いられた冷媒を冷媒回収用の配管を通じて回収して冷媒を循環させるようになっている。
ハーネス6,7は、ステージ1と所定の間隔を有して略平行に配索されてチャンバ11の壁部のフィードスルー11B,11Dとチャック部8とによって両端を重力方向Gに対して支持されている。
これらハーネス4〜7の各ケーブルはそれぞれ可撓性を有しており、ステージ1の移動に追従して曲げ変形するための十分な余長が設けられている。
また、各エアベアリング9A〜9Dのエアベアリング本体の上部には、それぞれ
複数のハーネス6はエアベアリング3の固定側上に各々、ハーネステンショナ13A〜13Dが固設されている。
ハーネステンショナ13Aは、図2に示すように、ガイド部20と調整部21とが設けられており、ガイド部20がハーネス4に押し付けられることによりハーネス4に張力を付加できるようになっている。また、調整部21は、エアベアリング9Aに固定されるとともにガイド部20をスライド移動させてガイド部20の位置を調整できるようになっている。そして、ガイド部20の位置を微調整することにより、ハーネス4に付加する張力を調整できるようになっている。
なお、各ハーネステンショナ13A〜13Dはいずれも同様に構成されており、各ハーネス4〜7にかかる張力がそれぞれ等しくなるようにそれぞれに付加する張力が調整されている。
また、ケーブル保持機構14A〜14Dは、リンク機構が屈曲することによりケーブル4〜7の面方向への移動を許容するようになっている。
このとき、各ケーブル4〜7は、位置決めステージ1の移動に応じて水平方向に屈曲されてそれぞれの接続先の移動に追従して動きまわる。
ここで、ハーネス6,7の張力の微差等の要因によってステージ1にかかるテンションが相殺しきれなかった場合はステージ1が中心線(X軸及びY軸)に対して偏った状態となり、これが外乱抵抗となりステージ制御の応答性が低下する一因となりうる。しかし、エアベアリング9A〜9D上に固定されるハーネステンショナ13A〜13Dにより各ハーネス4〜7にかかる張力を微調整して各ハーネス4〜7によりステージ1に加わる外力が互いにつりあった状態が確保される。
なお、複数の関節15は低発塵グリースを充填したベアリングにより構成され抵抗なく自在に旋回することができる。
このようにハーネス4〜7が機械的に保持されるので、真空環境下やクリーン環境下といった特殊環境下においても接触によるパーティクルの発生(発塵)やケーブル4〜7経時的な劣化等による垂れ下がりを防止して、精度及び信頼性の高いステージ装置を得ることができる。
また、ハーネス4〜7を補助部材などで補強することなくハーネス4〜7の垂れ下がりによる接触を防止することができる。ケーブル4〜7の垂れ下がりによるベース部材2等との接触を防止することができる。これにより、ケーブルとその他の部材との接触によるパーティクルの発生が外乱抵抗の発生を防止することができる。
さらに、ハーネステンショナ13A〜13Dにより各ケーブル4〜7のいずれの張力も等しくなるように各ハーネス4〜7にかかる張力を積極的に微調整することによって、ステージ1にかかる張力のつりあいがとれ、より効果的にケーブルの張力による抵抗を相殺することができる。
例えば、実施形態では、アクチュエータの可動子及びチャック部をステージ設置部品の例として説明したが、ステージ設置部品についてはこれに限らず、ステージに設置されてケーブルが接続されるものであればどのようなものであってもよい。
また、第1ケーブル、第2ケーブルはそれぞれ複数のケーブルによるケーブル組として構成してもよい。即ち、上述の実施形態のものにおいて、ステージ設置部品に接続されるハーネス4〜7は、それぞれの張力によってステージ1の重心に作用する力(ベクトル)の和がゼロに近づくようにそれぞれ剛性・余長・ステージ設置部品に対する接続方向が設定されるように構成してもよい。
2 本体ベース(ベース部材)
3X,3Y 水平駆動モータ(アクチュエータ)
3XA,3YA 可動子(ステージ設置部品)
3XB,3YB 固定子
4〜7 ハーネス(ケーブル,第1のケーブル,第2のケーブル)
8 (静電)チャック部(ステージ設置部品)
9A〜9D エアベアリング(非接触軸受)
10 ステージ装置
11 チャンバ(真空チャンバ)
11A〜11D フィードスルー
12 クリーンルーム
13A〜13D ハーネステンショナ(張力調整手段)
14A〜14D ケーブル保持機構
15 関節
16 支持部
20 ガイド部
21 調整部
Claims (8)
- ベース部材と、前記ベース部材上に設置されて面方向に移動して位置決めされるステージと、前記ステージ上に設置されるステージ設置部品と、前記ステージ設置部品に接続され前記ステージの前記移動に追従する複数のケーブルとを有するステージ装置であって、
前記複数のケーブルは、
前記ステージ設置部品に接続される第1ケーブルと、
前記ステージの中心に対して対称に前記第1のケーブルと対向するように、かつ、張力が前記第1ケーブルの張力と打ち消し合うように前記ステージ設置部品に接続される第2ケーブルとを有し、
前記ステージ装置は、
前記ステージの移動時に前記第1ケーブル及び前記第2ケーブルにかかる張力がそれぞれ均等となるように調整する張力調整手段を備える
ことを特徴とする、ステージ装置。 - ベース部材と、前記ベース部材上に設置されて面方向に移動して位置決めされるステージと、前記ステージ上に設置されるステージ設置部品と、前記ステージ設置部品に接続され前記ステージの前記移動に追従する複数のケーブルとを有するステージ装置であって、
前記複数のケーブルは、
前記ステージ設置部品に接続される第1ケーブルと、
前記ステージの中心に対して対称に前記第1のケーブルと対向するように前記ステージ設置部品に接続される第2ケーブルとを有し、
前記ステージ装置は、
前記第1ケーブル及び前記第2ケーブルにかかる張力を調整する張力調整手段を備え、
前記張力調整手段は、
前記第1ケーブルに当接する第1ガイド部と、
前記ベース部材に固定的に配置され、前記第1ガイド部を前記面方向に移動可能に支持する第1調整部と、
前記第2ケーブルに当接する第2ガイド部と、
前記ベース部材に固定的に配置され、前記第2ガイド部を前記面方向に移動可能に支持する第2調整部と、
を有する
ことを特徴とする、ステージ装置。 - 前記第1ケーブル及び前記第2ケーブルは、それぞれ張力が均等となるように複数の配線を束ねたハーネスとして構成されている
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のステージ装置。 - 前記ステージ設置部品に接続される前記ケーブルの中間部を重力方向に対して支持するとともに、前記面方向への前記ケーブルの移動を許容するケーブル保持機構を備えている
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のステージ装置。 - 前記ケーブル保持機構は、
重力方向と平行な回転軸を有する関節部と、前記関節部によって前記面方向に自在に揺動するリンク部材とを有している
ことを特徴とする、請求項4記載のステージ装置。 - 前記ベース部材上に固設され、前記ステージの端部を非接触状態で前記面方向に移動可能に支持する非接触軸受を有している
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載のステージ装置。 - 真空環境を形成する真空チャンバ内に配設される
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載のステージ装置。 - 内部に清浄空間を形成するクリーンルーム内に配設される
ことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のステージ装置。
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