JP6709994B2 - ステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板や液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置などの製造装置や検査装置に使用される位置決めテーブルで、テーブルを移動してテーブル上の対象物を位置決めするステージ装置に関するものである。

近年、印刷などの低コスト技術で、ワークの必要な部分に選択的に機能膜を形成する方法が注目されている。そしてワークの大判化が進む中、大型化したテーブルにおいても荷重を分散し薄型化が可能なステージ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

これについて図１５、図１６を用いて説明する。図１５は、従来の並進旋回２自由度ステージ装置の平面概略図と正面概略図である。図１６は、図１５の並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と、１軸駆動並進回転機構、第２の機構部の並進・回転自由度部、および、第３の機構部のリニアモータを持たない３自由度部の概略とを示す図である。

図１５，１６において、１０１（１０１ａ、１０１ｂ）は電動機（リニアモータ）、１０２ａ、１０２ｂは動作量検出手段、１０３ａ、１０３ｂは制御器、１０４はテーブル、１０５は対象物、１０６ａ、１０６ｂは１軸駆動並進回転機構、１０７は機台部、１０８は指令部、１１１ａ、１１１ｂは並進駆動部、１１２ａ、１１２ｂ，１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅは並進自由度部、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ，１１３ｅは回転自由度部、１１６は第２の機構部、１１８ａ、１１８ｂは第３の機構部、１２５ａ、１２５ｂは電動機制御装置となっている。また、１軸駆動並進回転機構１０６ａ、１０６ｂは、機台部１０７側から上に並進駆動部１１１ａ、１１１ｂと回転自由度部１１３ａ、１１３ｂと並進自由度部１１２ａ、１１２ｂの順に構成されている。第２の機構部１１６は、機台部１０７側から上に並進自由度部１１２ｃ、回転自由度部１１３ｃの順に配置されて構成されている。第３の機構部１１８ａ、１１８ｂは、機台部１０７側から上に並進自由度部１１２ｄ、１１２ｅ、回転自由度部１１３ｄ、１１３ｅ、並進自由度部１１２ｄ、１１２ｅの順に配置されて構成されている。

１軸駆動並進回転機構１０６ａ、１０６ｂは、テーブル１０４の対角線上の両端（Ａ，Ｂ）の位置に配置され直動案内１２１に沿ってＹ方向に移動できるようになっている。第２の機構部１１６は、テーブル１０４の旋回中心部（Ｃ）に配置されている。第３の機構部１１８ａ、１１８ｂは、テーブル１０４の前記対角線とは別の対角線上の両端（Ｄ、Ｅ）の位置に配置され直動案内１２１に沿ってＸ方向およびＹ方向に移動できるようになっている。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ部のＹ方向に移動可能な直動案内ブロックは、３本の長ストローク移動可能な直動案内上を長ストローク移動可能に載置されている。

また、各並進駆動部１１１を構成するリニアモータ１０１は、それぞれ２つの制御器１０３が接続されている。制御器１０３ａ、１０３ｂは指令部１０８から動作命令を受け取り、リニアモータ１０１を動作させる。動作量検出手段１０２ａ、１０２ｂはリニアモータ１０１もしくはリニアモータ１０１が駆動する直動案内ブロック１２２の移動量を検出し、その移動量と指令部１０８の動作命令における移動量との差をゼロにするように制御器１０３ａ、１０３ｂが動作を制御する。

次に、並進旋回２自由度ステージ装置の動作について図１７を用いて説明する。
図１７は、従来例の並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図である。

その動作は、図１７に示すように、Ａ，Ｂ点における２つの１軸駆動並進回転機構１０６の並進駆動部１１１のリニアモータ１０１をそれぞれ反対側に動作させると、Ｃ点の第２の機構部１１６を中心としてテーブル１０４を旋回させることができる。１軸駆動並進回転機構１０６ａをδＹ_１、１軸駆動並進回転機構１０６ｂをδＹ_２だけ動作させれば、１軸駆動並進回転機構１０６ａ、１０６ｂの回転自由度部１１３はθだけ回転し、並進自由度部１１２はδＸ_１、δＸ_２だけ移動する。また、その移動に伴って第３の機構部１１８ａ、１１８ｂの回転自由度部１１３はθだけ回転し、テーブル１０４側の並進自由度部１１２はＤ点でδＸ_３、Ｅ点でδＸ_４だけ移動し、機台１０７側の並進自由度部１１２はＤ点でδＹ_３、Ｅ点でδＹ_４だけ移動する。つまり、第２の機構部１１６の回転自由度部１１３ｃが中心となって、テーブル１０４がθだけ旋回する。

以上のように、テーブルの旋回と、１軸駆動並進回転機構１０６の各リニアモータ１０１の移動量と第２の機構部１１６、第３の機構部１１８の、各回転自由度部１１３、並進自由度部１１２の移動量は、幾何学的に決まる。

このようにテーブルの中心と４隅の複数個所を支持して荷重を分散することで、テーブルの薄型化を可能にしている。

特許第４８２６５８４号公報

しかしながら、大型化に対応するために従来例のように支持点を増やした並進旋回２自由度ステージ装置を用いてサブミクロンオーダーの超精密なテーブル１０４の位置決めをする場合、前述のように理屈上、移動量は幾何学的に決まるはずであるにもかかわらず、目標通りの位置に位置決めできないという問題があった。

また、Ｘ軸方向に移動する１軸ステージ装置上に前記並進旋回２自由度ステージ装置を搭載して３自由度ステージ装置を構成し、前記並進旋回２自由度ステージ装置でテーブル１０４上の対象物１０５のサブミクロンオーダーの超精密な位置決めを行った後で、前記並進旋回２自由度ステージ装置全体を前記Ｘ軸方向に移動させたとする。この場合、Ｘ方向の加減速によって生じる慣性力によって対象物１０５を搭載したテーブル１０４が１ミクロン程度位置ずれを起こしてしまうという問題があった。その問題現象の本質を解明するために１０ナノメートルレベルの超精密な測定技術を駆使して現象を分析し課題を明確にした。

その課題について図１５、図１７、図１８を用いて説明する。図１８は従来の並進旋回２自由度ステージ装置のテーブル１０４のθ旋回量と、直動案内１２１の移動量の関係を示す図である。図１７のＡ，Ｂ点の２つの各リニアモータの移動量δＹ_１、δＹ_２を同量にし、移動方向を反対方向にしてＣ点を中心に旋回させる場合の各部の移動量と旋回量θの関係は、式（１）、式（２）、式（３）、式（４）のようになる。

テーブルを大型化する場合、対象物を縦置き、横置きどちらにも対応できるようにするためにテーブルを正方形状に構成する場合が多く、その場合、図１７の支持点Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅの配置を決める角度αは４５ｄｅｇとなる。またそれらの支持点Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅの中心Ｃ点からのＸ方向、Ｙ方向の距離Ｌ_１、Ｌ_２を７２５ｍｍ、テーブル１０４の旋回量θを５ｄｅｇとした場合の各部の移動量は、δＸ_１＝δＸ_２＝６０．７ｍｍ、δＹ_１＝δＹ_２＝６０．７ｍｍ、δＹ_３＝δＹ_４＝６６．２ｍｍ、δＸ_３＝δＸ_４＝６６．２ｍｍとなり、Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ点のいずれにおいても、δＹとδＸは同じとなるよう移動する必要がある。この旋回量θと直動案内１２１の移動量δＸ_１、δＹ_１をグラフに描くと、図１８のようになる。

また、テーブル１０４上に対象物１０５をロボット等を用いて搭載して、その搭載位置の僅かなずれを狙いの位置に修正するような場合には、θは０．５ｄｅｇ程度しか旋回しなくても良いが、その場合は、θ＝０．５ｄｅｇで、δＸ_１＝δＸ_２＝６．２９９ｍｍ、δＹ_１＝δＹ_２＝６．２９９ｍｍ、δＹ_３＝δＹ_４＝６．２９９ｍｍ、δＸ_３＝δＸ_４＝６．２９９ｍｍとなる。更にθを０．１ｄｅｇまで小さくしても、δＸ_１＝δＸ_２＝１．２６４ｍｍ、δＹ_１＝δＹ_２＝１．２６４ｍｍ、δＹ_３＝δＹ_４＝１．２６４ｍｍ、δＸ_３＝δＸ_４＝１．２６４ｍｍとなり、θを０．１ｄｅｇとすることで各部の移動量は小さくなるが、δＹとδＸが同じとなるよう移動しなくてはならないことには変わりはなく、ミリメートルレベルの移動が必要となる。

そして、図１５、図１７を見て分かるように、δＹ_１、δＹ_２の移動は、Ａ、Ｂ点でのリニアモータ１０１の移動方向と平行に機台部１０７上に配置した直動案内１２１を摺動方向に滑らせれば良く、動作量検出手段１０２ａ、１０２ｂ、電動機制御装置１２５を用いてδＹ_１、δＹ_２を目標通りに移動させることができる。しかし、δＸ_１、δＸ_２の移動は、テーブル１０４の直下に配置した直動案内１２１を摺動方向とほぼ直交する方向にリニアモータ１０１で力を加えながら横滑りさせる必要がある。しかもＡ、Ｂ、Ｃ点の直動案内１２１、回転用軸受け１２３には軸受け隙間があると位置決め時にガタが生じて位置決め精度が劣化するため、軸受け隙間の無い予圧タイプのものを使用する必要がある。これにより、摺動抵抗が大きくなってしまう。

その摺動抵抗に打ち勝って横滑りさせようとするために、直動案内の摺動方向に直交する方向に大きな力が加わってテーブル１０４直下の直動案内１２１およびその下の回転軸受け部１２３に歪が生じてしまう。これにより、δＸ_１、δＸ_２の実際の移動量は計算上の移動量に対して前記歪の量だけ少なくなる。そのためにサブミクロンレベルで見ると目標通りに正確に位置決めできない。また別途画像認識などで対象物の位置を計測しながら目標の位置まで移動させたとしても、その状態で、並進旋回２自由度ステージ装置をＸ方向に移動させると、その時の慣性力で並進旋回２自由度ステージ装置が揺らされて、前記歪が解放されて、テーブル１０４に位置ずれが発生し、目標の位置から外れてしまう。以上が今回解明した従来の並進旋回２自由度ステージ装置で、サブミクロンレベルで超精密にテーブル１０４を位置決めしようとした場合に発生する課題である。

なお、δＹ_１、δＹ_２の移動が同方向の同量の移動となるようテーブル１０４をＹ方向に移動させる場合には、δＸ_１、δＸ_２は幾何学的にゼロのため、前記の歪は発生せず、その場合は前記歪に起因するテーブルの位置ずれは発生しない。つまり、歪は、テーブル１０４を旋回させる場合に発生する。

本発明は従来の課題を解決するもので、テーブルを旋回させる際に生じる機構部の歪を抑えて、テーブルを正確に位置決めすることができるステージ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためにステージ装置は、
対象物を搭載するテーブルを所定の位置に位置決めするステージ装置において、
中心回りに旋回する前記テーブルの旋回円の中心方向と接線方向にそれぞれ並進自由度を持つ２つの並進自由度部と、１つの回転自由度部と、を有する第１の機構部と、
前記テーブルの旋回移動中心に１つの回転自由度部を有する第２の機構部と、
を備える。
また、ステージ装置は、前記第１の機構部は、前記テーブルの対角線上の両側にそれぞれ配置されており、前記対角線とは別の対角線上の両側にそれぞれ配置されている。
また、ステージ装置は、前記電動機は、前記テーブルの対角線上の異なる位置に配置される前記第１の機構部にそれぞれ設けられる。
また、ステージ装置は、前記第１の機構部の２つの前記並進自由度部のうちの一つを駆動する電動機と、動作指令を受けて前記電動機を制御する制御部と、をさらに備え、前記第１の機構部は、前記制御部に動作指令を与える指令装置を備え、前記制御部は、前記電動機を並進方向に動作させることにより、前記テーブルを並進移動もしくは旋回移動させる。
また、ステージ装置は、前記第１の機構部は、前記機台部の上に設けた第１の並進自由度部と、前記第１の並進自由度部の上に設けた第２の並進自由度部と、前記第２の並進自由度部の上に設けた回転自由度部より構成された。
また、ステージ装置は、被検出体となる前記第１の機構部の移動量を検出する動作量検出部をさらに備え、前記制御部は、前記検出された移動量と前記動作指令における移動量との差をなくすように前記第１の機構部の動作を制御する。
また、ステージ装置は、前記第２の機構部は、前記接線方向と平行な方向に並進可能な１つの並進自由度部を有する。

本発明のステージ装置によると、テーブルを旋回させる際に生じる機構部の歪を抑えて、テーブルを正確に位置決めすることができる。
本発明のステージ装置によると、テーブルと対象物の重量をテーブルの隅を含めた複数点で支持することができるのでテーブルの撓みを最小限に抑えることができる。
本発明のステージ装置によると、１軸駆動並進回転機構の２つの並進自由度部の直動案内ブロックを挟んで回転自由度部を置くことができ、テーブルが回転しても、テーブルから機台までを機構部品で１直線上に連続して支持できるので、テーブルと対象物の重量による１軸駆動並進回転機構の高さ方向の変形を抑制することができる。
本発明のステージ装置によると、１軸駆動並進回転機構の２つの並進自由度部を積み上げた上に回転自由度部を積み上げるため、２つの並進自由度部を一体型の２軸直交直動案内機構で構成することができ、１軸駆動並進回転機構の高さを低く抑えることができる。
また、本発明のステージ装置によると、旋回量を小さく抑えることで、１軸駆動並進回転機構の歪の発生を抑えることができ、テーブルを正確に位置決めできる。
また、本発明のステージ装置によると、並進旋回２自由度ステージ装置において、旋回動作時に、目標位置より僅かに多めに回転させたあとで、微小量逆回転させて目標位置へ位置決めすることにより、大きく旋回したことによって生じた１軸駆動並進回転機構の歪を除去することができ、テーブルを正確に位置決めできる。
また、本発明のステージ装置によると、並進旋回２自由度ステージ装置にさらに１軸並進駆動機構を有するので、ＸＹ並進とθ回転の３自由度を持たせることができる。

本発明の実施の形態１における並進旋回２自由度ステージ装置の平面概略図と正面概略図 本発明の実施の形態１における図１のＫ−Ｋ’方向矢視図と１軸駆動並進回転機構の拡大図 本発明の実施の形態１における並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と、１軸駆動並進回転機構、第２の機構部、および、第３の機構部の並進・回転自由度部の概略とを示す図 本発明の実施の形態１における並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図 本発明の実施の形態１における並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回量と、直動案内の移動量との関係を示す図 本発明の実施の形態２における並進旋回２自由度ステージ装置の平面概略図と正面概略図 本発明の実施の形態２における図５のＫ−Ｋ’方向矢視図と１軸駆動並進回転機構の拡大図 本発明の実施の形態２における並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と、１軸駆動並進回転機構、第２の機構部、および、第３の機構部の並進・回転自由度部の概略とを示す図 本発明の実施の形態２における並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図 本発明の実施の形態２における並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回量と、直動案内の移動量との関係を示す図 本発明の実施の形態３における並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の平面概略図と正面概略図と側面概略図 本発明の実施の形態３における並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の制御ブロック図と、１軸駆動並進回転機構、第２の機構部、および、第３の機構部を備えた並進回転２自由度ステージ装置の全体を移動させる１軸駆動機構部の並進・回転自由度部の概略とを示す図 本発明の実施の形態３における並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置のテーブルのＹ方向移動を示す図 本発明の実施の形態４における並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の平面概略図と正面概略図と側面概略図 従来の並進旋回２自由度ステージ装置の平面概略図と正面概略図 従来の並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と、１軸駆動並進回転機構、第２の機構部の並進・回転自由度部、および、第３の機構部のリニアモータを持たない３自由度部の概略を示す図 従来の並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図 従来の並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回量と、直動案内の移動量との関係を示す図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１における並進旋回２自由度ステージ装置の平面概略図と正面概略図、図２は本発明の実施の形態１における図１のＫ−Ｋ’方向矢視図と１軸駆動並進回転機構の拡大図、図３は本発明の実施の形態１における並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と、１軸駆動並進回転機構、第２の機構部、および、第３の機構部の並進・回転自由度部の概略とを示す図である。

図１〜３において、１は電動機（リニアモータ）、２は動作量検出手段、３ａ，３ｂ（３）は制御器、４はテーブル、５は対象物、６は１軸駆動並進回転機構、７は機台部、８は指令部、１１は並進駆動部、１２は並進自由度部、１３は回転自由度部、１６は第２の機構部、１８ａ，１８ｂ（１８）は３自由度機構、２５は電動機制御装置である。

また、１軸駆動並進回転機構６は、機台部７側から上に並進駆動部１１、回転自由度部１３、並進自由度部１２が順に配置されて構成されている。第２の機構部１６は、機台部７側から上に並進自由度部１２、回転自由度部１３が順に配置されて構成されている。３自由度機構１８（第１の機構部）は、機台部７側から上に並進自由度部１２、回転自由度部１３、並進自由度部１２が順に配置されて構成されている。

並進駆動部１１は、並進自由度部１２と、リニアモータ１とを備えている。２つの並進自由度１２と１つの回転自由度部１３とを備えたものが、３自由度機構１８であり、その３自由度機構１８にさらにリニアモータ１を備えたものが１軸駆動並進回転機構６である。つまり、１軸駆動並進回転機構６は、３自由度機構１８にリニアモータ１を付加したものである。

２つの１軸駆動並進回転機構６は、機台部７とテーブル４の間に配置されている。２つの１軸駆動並進回転機構６は、テーブル４の対角線上の両側（Ａ，Ｂ）に配置されている。並進自由度部１２は、上記対角線と平行なＶ軸方向（中心回りに旋回するテーブル４の旋回円の中心方向）に並進自由度を有している。並進駆動部１１は、上記対角線とは別の対角線と平行なＵ軸方向（中心回りに旋回するテーブル４の旋回円の接線方向）にテーブル４を駆動する。

第２の機構部１６は、テーブル４の中央（Ｃ）に配置されている。第２の機構部１６の並進自由度部１２は、Ｕ軸方向（接線方向）に一致する方向に並進自由度を有している。

２つの３自由度機構１８は、機台部７とテーブル４の間に配置されている。２つの３自由度機構１８は、テーブル４の残りの２つの隅（Ｄ，Ｅ）に配置されている。３自由度機構１８は、２つの並進自由度部１２を有している。１つの並進自由度部１２は、上記角線と平行なＶ軸方向（中心方向）に並進自由度を有している。もう１つの並進自由度部１２は、Ｕ軸方向（接線方向）に一致する方向に並進自由度を有している。各並進部分の移動量は、数十ミリメートルである。本発明の直動案内２１は、どれも短ストロークである点、また、１軸駆動並進回転機構６および３自由度機構１８におけるそれぞれの２つの並進自由度部１２の並進方向が中心回りに旋回するテーブル４の旋回円の中心方向と接線方向である点で、並進方向が中心回りに旋回するテーブル４の旋回円の中心方向でもなく、また接線方向でもない特許文献１とは異なっている。

なお、各並進駆動部１１を構成するリニアモータ１には、それぞれ制御器３が接続されている。制御器３は指令部８から動作命令を受け取り、リニアモータ１を動作させる。動作量検出手段２は、リニアモータ１が駆動する直動案内ブロック２２等が付随する部位の移動量を検出する。制御器３は、当該部位の移動量と指令部８の動作命令における移動量との差をゼロにするようにリニアモータ１の動作を制御する。

＜動作＞
次に、並進旋回２自由度ステージ装置の動作について図４、図５を用いて説明する。
図４は、本発明の実施の形態１における並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図である。図５は、本発明の実施の形態１における並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回量と、直動案内２１の移動量との関係を示す図である。

図４に示すように、Ａ、Ｂ点における２つの１軸駆動並進回転機構６の並進駆動部１１のリニアモータ１をそれぞれ反対側に動作させた場合、テーブル４は、Ｃ点の第２の機構部１６を中心として旋回する。１軸駆動並進回転機構６ａを移動量δＵ_１、１軸駆動並進回転機構６ｂを移動量δＵ_２だけ動作させた場合、１軸駆動並進回転機構６ａ、６ｂの回転自由度部１３は、θだけ回転し、並進自由度部１２は、δＶ_１、δＶ_２だけ移動する。また、その移動に伴って第３の機構部１８ａ、１８ｂの回転自由度部１３は、θだけ回転し、テーブル４側の並進自由度部１２は、Ｄ点でδＶ_３、Ｅ点でδＶ_４だけ移動し、機台７側の並進自由度部１２は、Ｄ点でδＵ_３、Ｅ点でδＵ_４だけ移動する。そして、テーブル４は、第２の機構部１６の回転自由度部１３を中心としてθだけ旋回する。

以上のように、テーブル４の旋回と、１軸駆動並進回転機構６の各リニアモータ１の移動量と、第２の機構部１６、第３の機構部１８の各回転自由度部１３、並進自由度部１２の移動量とは、幾何学的に決まる。

そしてテーブル４を大型化する場合、対象物を縦置き、横置きどちらにも対応できるようにするためにテーブル４を正方形状に構成する場合が多く、その場合、図４の支持点Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅも正方形状に配置できるので、中心Ｃ点からの距離Ｌ_１、Ｌ_２は等しくなる。

その場合の具体的な各部の移動量と旋回量の関係は、図４のＡ，Ｂ点の２つの各リニアモータ１の移動量δＵ_１、δＵ_２を同量にし、移動方向を反対方向にしてＣ点を中心に旋回させる場合、式（５）、式（６）のようになる。

図４のＬ_１、Ｌ_２を７２５ｍｍとして旋回量θと直動案内２１の移動量δＵ_１、δＶ_１との関係をグラフに描くと図５のようになる。

具体的にはテーブル４の旋回量θを５ｄｅｇとした場合の各部の移動量は、δＵ_１＝δＵ_２＝δＶ_３＝δＶ_４＝８９．７ｍｍ、δＶ_１＝δＶ_２＝δＵ_３＝δＵ_４＝３．９ｍｍとなり、旋回の接線方向の移動量に比べて、旋回の中心方向の移動量が５パーセント以下で、大幅に小さくなっている。

また、テーブル４上に対象物５をロボットなどの搬送装置を用いて搭載し、その搭載位置のズレを狙いの位置に修正するような場合には、θは０．５ｄｅｇ以下の旋回で十分である。その場合は、θ＝０．５ｄｅｇ、δＵ_１＝δＵ_２＝δＶ_３＝δＶ_４＝８．９４８ｍｍ、δＶ_１＝δＶ_２＝δＵ_３＝δＵ_４＝０．０３９ｍｍとなり、旋回の接線方向の移動量に比べて、旋回の中心方向の移動量の割合が０．５パーセント以下で、θ＝５ｄｅｇの時に比べて更に小さくなる。

また、θ＝０．１ｄｅｇの場合では、δＵ_１＝δＵ_２＝δＶ_３＝δＶ_４＝１．７８９ｍｍ、δＶ_１＝δＶ_２＝δＵ_３＝δＵ_４＝０．００１５６ｍｍ＝１．５６μｍとなり、旋回の接線方向の移動量に比べて、旋回の中心方向の移動量の割合が０．０９パーセント以下となり、ほぼ移動しなくても良くなる。

以上のように、本発明の実施の形態１では、旋回の接線方向に比べて、旋回の中心方向の移動量を抑えることができ、更に図５を見て分かるように旋回量を小さく制限すればするほど、その効果が大きくなる。

旋回の接線方向の移動量δＵ_１、δＵ_２の移動は、Ａ，Ｂ点でのリニアモータの移動方向と平行に機台部７上に配置した直動案内２１を摺動方向に滑らせれば良く、動作量検出手段２、電動機制御装置２５を用いてδＵ_１、δＵ_２を目標通りに移動させることができる。

それに対して、旋回の中心方向の移動量δＶ_１，δＶ_２の移動は、テーブル４の直下に配置した直動案内２１を摺動方向とほぼ直交する方向にリニアモータで力を加えながら横滑りさせる必要がある。摺動抵抗に打ち勝って横滑りさせると直動案内２１の摺動方向に直交する方向に大きな力が加わってテーブル４直下の直動案内２１およびその下の回転軸受け部２３に歪が生じる。

そのため、その歪の分だけ本来の移動量より少なくしか移動できない。しかし本発明の実施の形態１では、この横滑りさせて移動させなくてはならない移動量δＶ_１、δＶ_２を小さくできるので、歪の発生を少なくでき、より正確に旋回させることができる。また旋回量を小さくすることで、歪の低減効果は飛躍的に大きくなり、旋回量を０．１ｄｅｇ以下にすると、更に正確に旋回させることができるようになる。そして旋回量を０．０１ｄｅｇ程度にすると、歪の発生がほぼ見られなくなり、歪による誤差を０．１μｍ程度に抑えることができる。

また、Ａ、Ｂ点における２つの１軸駆動並進回転機構６の並進駆動部１１のリニアモータ１を同方向に同量駆動させてテーブル４をＵ方向に並進移動させる場合は、δＶ_１、δＶ_２は幾何学的にゼロとなり歪の発生は起きない。これにより、移動量の大小によらず正確にテーブル４を並進移動できる。つまり、本発明の実施の形態１に係るステージ装置では、並進旋回２自由度ステージ装置全体を並進移動させても、テーブルの位置ずれを抑えられる並進旋回２自由度ステージ装置を搭載してＸＹθに移動できる。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について図面を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態２における並進旋回２自由度ステージ装置の平面概略図と正面概略図、図７は本発明の実施の形態２における図６のＫ−Ｋ’方向矢視図と１軸駆動並進回転機構の拡大図、図８は本発明の実施の形態２における並進旋回２自由度ステージ装置の制御ブロック図と、１軸駆動並進回転機構、第２の機構部、および、第３の機構部の並進・回転自由度部の概略を示す図である。

実施の形態２の基本的な構成要素は実施の形態１と同じである。
実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、１軸駆動並進回転機構６の構成と、３自由度機構１８の構成である。１軸駆動並進回転機構６は、図７に示すように、機台部７側から上に並進駆動部１１、並進自由度部１２、回転自由度部１３が順に配置されて構成されている。また図８に示すように、３自由度機構１８は、機台部７から上に並進自由度部１２、並進自由度部１２、回転自由度部１３が順に配置されて構成されている。１軸駆動並進回転機構６と第２の機構部１６と第３の機構部１８の配置は、実施の形態１と同じである。

＜動作＞
次に、実施の形態２の並進旋回２自由度ステージ装置の動作について、図９、図１０を用いて説明する。

図９は本発明の実施の形態２における並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回移動を示す図、図１０は本発明の実施の形態２における並進旋回２自由度ステージ装置のテーブルのθ旋回量と、直動案内２１の移動量との関係を示す図である。

図９に示すように、Ａ、Ｂ点における２つの１軸駆動並進回転機構６の並進駆動部１１のリニアモータ１をそれぞれ反対側に動作させた場合、テーブル４は、Ｃ点の第２の機構部１６を中心として旋回する。１軸駆動並進回転機構６ａを移動量δＵ_１、１軸駆動並進回転機構６ｂを移動量δＵ_２だけ動作させた場合、１軸駆動並進回転機構６ａ、６ｂの回転自由度部１３はθだけ回転し、並進自由度部１２はδＶ_１、δＶ_２だけ移動する。また、その移動に伴って第３の機構部１８ａ、１８ｂの回転自由度部１３はθだけ回転し、回転自由度部１３の下の並進自由度部１２はＤ点でδＶ_３、Ｅ点でδＶ_４だけ移動し、機台７側の並進自由度部１２は、Ｄ点でδＵ_３、Ｅ点でδＵ_４だけ移動する。そして、テーブル４は、第２の機構部１６の回転自由度部１３を中心としてθだけ旋回する。

以上のように、テーブル４の旋回と、１軸駆動並進回転機構６の各リニアモータ１の移動量と、第２の機構部１６、第３の機構部１８の各回転自由度部１３、並進自由度部１２の移動量とは、幾何学的に決まる。

そして実施の形態１と同様に、テーブル４を正方形状に構成する場合、図９の支持点Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅも正方形状に配置できるので、中心Ｃ点からの距離Ｌ_１、Ｌ_２は等しくなる。その場合の具体的な各部の移動量と旋回量との関係は、図９のＡ，Ｂ点の２つの各リニアモータ１の移動量δＵ_１、δＵ_２を同量にし、移動方向を反対方向にしてＣ点を中心に旋回させる場合、式（７）、式（８）のようになる。

図９のＬ_１、Ｌ_２を７２５ｍｍとして旋回量θと直動案内２１の移動量δＵ_１、δＶ_１との関係をグラフに描くと図１０のようになる。

具体的にはテーブル４の旋回量θを５ｄｅｇとした場合の各部の移動量は、δＵ_１＝δＵ_２＝δＶ_３＝δＶ_４＝８９．４ｍｍ、δＶ_１＝δＶ_２＝δＵ_３＝δＵ_４＝３．９ｍｍとなり、旋回の接線方向の移動量に比べて、旋回の中心方向の移動量が５パーセント以下で、大幅に小さくなっている。

また、テーブル４上に対象物５をロボットなどの搬送装置を用いて搭載し、その搭載位置のズレを狙いの位置に修正するような場合には、θは０．５ｄｅｇ以下の旋回で十分である。その場合は、θ＝０．５ｄｅｇ、δＵ_１＝δＵ_２＝δＶ_３、δＶ_４＝８．９４７ｍｍ、δＶ_１＝δＶ_２＝δＵ_３＝δＵ_４＝０．０３９ｍｍとなり、旋回の接線方向の移動量に比べて、旋回の中心方向の移動量の割合が０．５パーセント以下で、θ＝５ｄｅｇの時に比べて更に小さくなる。

また、θ＝０．１ｄｅｇの場合では、δＵ_１＝δＵ_２＝δＶ_３＝δＶ_４＝１．７８９ｍｍ、δＶ_１＝δＶ_２＝δＵ_３＝δＵ_４＝０．００１５６ｍｍ＝１．５６μｍとなり、旋回の接線方向の移動量に比べて、旋回の中心方向の移動量の割合が０．０９パーセント以下となり、ほぼ移動しなくても良くなる。

以上のように、本発明の実施の形態２においても、実施の形態１と若干に数値の違いはあるが、移動量の割合はほぼ同じ値となり、旋回の接線方向に比べて、旋回の中心方向の移動量を抑えることができ、更に図１０を見て分かるように旋回量を小さく制限すればするほど、その効果が大きくなる。

旋回の接線方向の移動量δＵ_１、δＵ_２の移動は、Ａ，Ｂ点でのリニアモータ１の移動方向と平行に機台部７上に配置した直動案内２１を摺動方向に滑らせれば良く、動作量検出手段２、電動機制御装置２５を用いて移動量δＵ_１、δＵ_２を目標通りにすることができる。

それに対して、旋回の中心方向の移動量δＶ_１，δＶ_２の移動は、テーブル４の下の回転軸受け部２３の直下に配置した直動案内２１を摺動方向とほぼ直交する方向にリニアモータ１で力を加えながら横滑りさせる必要がある。摺動抵抗に打ち勝って横滑りさせると直動案内２１の摺動方向に直交する方向に大きな力が加わって回転軸受け部２３の直下の直動案内２１およびその上の回転軸受け部２３に歪が生じる。

そのため、その歪の分だけ本来の移動量より少なくしか移動できない。しかし本発明の実施の形態２でも実施の形態１と同様、この横滑りさせて移動させなくてはならない移動量δＶ_１、δＶ_２を小さくできるので、歪の発生を少なくでき、より正確に旋回させることができる。また旋回量を小さくすることで、歪の低減効果は飛躍的に大きくなり、旋回量を０．１ｄｅｇ以下にすると、更に正確に旋回させることができるようになる。そして旋回量を０．０１ｄｅｇ程度にすると、歪の発生がほぼ見られなくなり、歪による誤差を０．１μｍ程度に抑えることができる。

また、Ａ、Ｂ点における２つの１軸駆動並進回転機構６の並進駆動部１１のリニアモータ１を同方向に同量駆動させてテーブル４をＵ方向に並進移動させる場合は、δＶ_１、δＶ_２は幾何学的にゼロとなり歪の発生は起きない。これにより、移動量の大小によらず正確にテーブル４を並進移動できる。

（実施の形態３）
次に実施の形態３について図面を参照して説明する。

図１１は、本発明の実施の形態３における並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の平面概略図と正面概略図と側面概略図である。図１２は本発明の実施の形態３における並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の制御ブロック図と、１軸駆動並進回転機構６、第２の機構部１６、および、第３の機構部１８を備えた並進旋回２自由度ステージ装置３０全体をＸ方向に駆動する１軸並進駆動機構２４を更に備えた３自由度ステージ装置の並進・回転自由度部の概略とを示す図である。

＜構成＞
図１１の３０は並進旋回２自由度ステージ装置であり、本発明の実施の形態１と同じものである。実施の形態１と異なる点は、並進旋回２自由度ステージ装置の機台部７の下に、１軸並進駆動機構２４を更に備えた点である。１軸並進駆動機構２４は、機台部７の下面とＸ軸ベース２７の間に直動案内２１、電動機（リニアモータ）１および動作量検出手段２を設けて、リニアモータ１によって機台部７をＸ方向に駆動できるように構成する。リニアモータ１には、制御器３が接続されており、制御器３は指令部８からの動作指令を受け取り、リニアモータ１を動作させる。動作量検出手段２はリニアモータ１が駆動する機台部７の移動量を検出する。制御部３は、その移動量と指令部８の動作指令における移動量との差がゼロになるようにリニアモータ１の動作を制御する。

＜動作＞
次に、実施の形態３の動作について図１３を用いて説明する。図１３は本発明の実施の形態３における並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置のテーブルのＹ方向移動を示す図である。

本発明の並進旋回２自由度ステージの並進動作は、Ａ、Ｂ点における２つの１軸駆動並進回転機構６の並進駆動部１１のリニアモータ１を同方向に同量駆動させることによって実現できる。この並進方向Ｕは、テーブル４の対角線方向である。具体的には、図１３に示すように２つのリニアモータ１をδＵ_０だけ移動させると、テーブル４は、Ｙ方向にδＹ_０、Ｘ方向にδＸ_０だけ並進移動する。δＵ_０、δＸ_０、δＹ_０の関係は幾何学的に決まり、Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ点をＣ点を中心として正方形状に配置する場合、式（９）、式（１０）の関係になる。

そのため、テーブル４をδＹ_０だけ移動させたい場合、式（９）に従って並進旋回２自由度ステージ装置の２つのリニアモータをδＵ_０だけ同じ方向に移動させ、その後１軸並進駆動機構２４のリニアモータを式（１０）に従ってδＸ_０だけマイナス方向に移動させることで、結果としてテーブル４をＹ方向にのみδＹ_０だけ移動させることができる。

そして、この動作において従来例の問題点のような直動案内２１での横滑り移動は幾何学的に起こらないため、歪による位置ずれも発生しない。また、前述したように本発明の実施の形態３における並進旋回２自由度ステージ装置自体が本発明の実施の形態１における並進旋回２自由度ステージ装置と同じであるので、角度θの回転の際にも歪による位置ずれは最小限に抑えることができる。これにより、ＸＹθの３自由度で極めて高い精度で位置決めを行うことができる。

（実施の形態４）
次に実施の形態４について図面を参照して説明する。
図１４は、本発明の実施の形態４における並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の平面概略図と正面概略図と側面概略図である。また本発明の実施の形態４における並進旋回２自由度ステージ装置を用いた３自由度ステージ装置の制御ブロック図と、１軸駆動並進回転機構６、第２の機構部１６、および、第３の機構部１８を備えた並進旋回２自由度ステージ装置３０全体をＸ方向に駆動する１軸並進駆動機構２４を更に備えた３自由度ステージ装置の並進・回転自由度部の概略とを示す図は、実施の形態３と同じ図１２である。

実施の形態４の基本的な構成要素は実施の形態３と同じである。
実施の形態４が実施の形態３と異なる点は、並進旋回２自由度ステージ装置３０の機台部７の下に構成する１軸並進駆動機構２４の直動案内部に、静圧軸受けガイドを用いる点である。

静圧軸受けガイドは、軸ベース２７上に設けられたガイドレール４１と、左右のガイドレール４１の上面側に設けた浮上用静圧軸受け４２、ガイドレール４１の１本の左右側面に設けた側面ガイド用静圧軸受け４３、左右のガイドレール４１の下側の面に設けた抱え込み用静圧軸受け４４、および静圧軸受けを機台部７に連結する静圧軸受け連結部材４６とによって構成する。

リニアモータ１と動作量検出手段２は、駆動系ベースブロック４５を介して軸ベース２７に固定し、リニアモータ１によって機台部７をＸ方向に駆動できるように構成する。リニアモータ１には、制御器３が接続されており、制御器３は指令部８からの動作指令を受け取り、リニアモータ１を動作させる。動作量検出手段２はリニアモータ１が駆動する機台部７の移動量を検出する。制御部３は、その移動量と指令部８の動作指令における移動量との差がゼロになるようにリニアモータ１の動作を制御する。

動作については、基本的に実施の形態３と同じである。
実施の形態４が実施の形態３と異なる点は、１軸並進駆動機構２４の直動案内に、静圧軸受けガイドを用いることで、移動に伴う振動を極小に抑えられることに加えて摺動抵抗が無くなることで位置決め精度を高めることができる。また摺動抵抗が無くなることで、加減速時以外にはリニモータに駆動力を加える必要が無くなり、リニアモータの発熱を少なくできるので、熱変形による位置誤差も小さくできる。

なお、本発明の実施の形態では、旋回量を小さく抑えることで、より正確に位置決めできることを示したが、旋回量が大きい場合であっても、一旦目標位置を通り過ぎて、その後、逆方向に旋回させて目標位置に追い込むように動作させてもよい。その逆方向の旋回量を小さく抑えることによって、機構部に生じる歪を抑えることができ、高い精度で位置決めを行うことができる。また、この回転の行き戻り動作は１回に限らず、複数回実施してもよく、最終の回転量が微小回転量になっていれば同じ効果が得られる。

なお、本発明の実施の形態では、Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ点のＣ点からの距離Ｌ_１とＬ_２が等しい場合について説明したが、この場合に最も良好な結果になるだけで、Ｌ_１とＬ_２が完全に一致していなくても、Ｌ_１とＬ_２が近い寸法であれば同様の効果が得られ、ほぼ同等の位置決め精度を実現できる。

なお、本発明の実施の形態における第３の機構部１８は、２つの並進自由度部１２と１つの回転自由度部１３によって構成しているが、この部分については摺動抵抗が小さい方が好ましく、与圧の掛かっていない案内機構を用いる方が好ましい。

なお、本発明の実施の形態では、駆動用の電動機をリニアモータとしたが、機械的剛性の高い送り機構であれば、回転モーターとボールねじによる送り機構であっても構わない。

なお、本発明の実施の形態では、第３の機構部１８を２つ並進自由度部と１つの回転自由度部によって構成するものとしたが、この構成に限るものではなく、例えば転動可能な鋼球を挟んで平面内を移動できる機構であっても構わない。

本発明は、プリント基板や液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置などの製造装置や検査装置に使用される位置決めテーブルにだけでなく、大型のテーブルを移動させてテーブル上の対象物を精密に位置決めする位置決めステージ装置に適応できる。

１ リニアモータ
２ 動作量検出手段
３ 制御器
４ テーブル
５ 対象物
６ 軸駆動並進回転機構
６ａ 軸駆動並進回転機構
６ｂ 軸駆動並進回転機構
７ 機台部
８ 指令部
１１ 並進駆動部
１２ 並進自由度部
１３ 回転自由度部
１６ 機構部
１８ ３自由度機構
１８ａ 機構部
２１ 直動案内
２２ 直動案内ブロック
２３ 回転軸受け部
２４ 軸並進駆動機構
２５ 電動機制御装置
２７ 軸ベース
４１ ガイドレール
４２ 浮上用静圧軸受け
４３ 側面ガイド用静圧軸受け
４４ 抱え込み用静圧軸受け
４５ 駆動系ベースブロック
４６ 静圧軸受け連結部材
１０１、１０１ａ、１０１ｂ リニアモータ
１０２ａ、１０２ｂ 動作量検出手段
１０３ａ、１０３ｂ 制御器
１０４ テーブル
１０５ 対象物
１０６ 軸駆動並進回転機構
１０６ａ 軸駆動並進回転機構
１０６ｂ 軸駆動並進回転機構
１０７ 機台部
１０８ 指令部
１１１ 並進駆動部
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２ｅ 並進自由度部
１１３、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ｅ 回転自由度部
１１６ 機構部
１１８ 機構部
１１８ａ 機構部
１２１ 直動案内
１２２ 直動案内ブロック
１２３ 回転軸受け部
１２５、１２５ａ、１２５ｂ 電動機制御装置

Claims (8)

1. 対象物を搭載するテーブルを所定の位置に位置決めするステージ装置において、
   中心回りに旋回する前記テーブルの旋回円の中心方向と接線方向にそれぞれ並進自由度を持つ２つの並進自由度部と、１つの回転自由度部と、を有する第１の機構部と、
   前記テーブルの旋回移動中心に１つの回転自由度部を有する第２の機構部と、
   を備える、ステージ装置。
2. 前記第１の機構部は、前記テーブルの対角線上の両側と、前記対角線とは別の対角線上の両側とにそれぞれ配置されている、
   請求項１記載のステージ装置。
3. 前記第１の機構部の２つの前記並進自由度部のうちの一つを駆動する電動機と、
   動作指令を受けて前記電動機を制御する制御部と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記電動機を並進方向に動作させることにより、前記テーブルを前記接線方向に並進移動もしくは旋回移動させる、
   請求項１または２記載のステージ装置。
4. 前記電動機は、前記テーブルの対角線上の両側にそれぞれ配置されている前記第１の機構部に設けられている、
   請求項３記載のステージ装置。
5. 前記第１の機構部は、機台部の上に設けた第１の並進自由度部と、前記第１の並進自由度部の上に設けた回転自由度部と、前記回転自由度部の上に設けた第２の並進自由度部より構成された請求項１から４のいずれか一項記載のステージ装置。
6. 前記第１の機構部は、前記機台部の上に設けた第１の並進自由度部と、前記第１の並進自由度部の上に設けた第２の並進自由度部と、前記第２の並進自由度部の上に設けた回転自由度部より構成された請求項１から４のいずれか一項記載のステージ装置。
7. 被検出体となる前記第１の機構部の移動量を検出する動作量検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記検出された移動量と前記動作指令における移動量との差をなくすように前記第１の機構部の動作を制御する、請求項４に記載のステージ装置。
8. 前記第２の機構部は、前記接線方向と平行な方向に並進可能な１つの並進自由度部を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載のステージ装置。

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