JP6960653B2

JP6960653B2 - スライダ装置およびその製造方法

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Publication number: JP6960653B2
Application number: JP2017066918A
Authority: JP
Inventors: 朋文村岡
Original assignee: ピー・ヂー・ダブリュー株式会社
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-11-05
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018170412A

Description

本技術は、スライダ装置およびその製造方法に関し、特に、天然石を用いたスライダ装置において、ガイド部の表面強度を向上させることができるようにしたスライダ装置およびその製造方法に関する。

プリント基板、半導体デバイス、液晶デバイス等の製造に使用される露光装置、検査装置等では、例えばXY方向の２次元にステージを移動させるスライダ装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。スライダ装置のスライダやガイドレールには、鋳鉄を主とする金属や、セラミック、天然石などが用いられている。

スライダやガイドレールの部材として金属を用いた場合には、平面度や真直度の要求精度に対して金属部材の反りが大きいという問題があった。また、スライダやガイドレールの部材としてセラミックを用いた場合には、コストが高くなってしまう。一方、グラナイト等の天然石は、セラミック同様に熱膨張が低く、制振性もよい上、材料自体のコストもセラミックに比べて非常に安価であり、切削性も良好である。また、大型化への対応も容易である。

特開２００９−２１０２９５号公報

しかしながら、天然石は、セラミックに比べ、剛性及び表面固さが低く、石材の表面が削れた場合、細かい砂状の粒が発生する問題がある。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、天然石を用いたスライダ装置において、ガイド部の表面強度を向上させることができるようにするものである。

本技術の一側面のスライダ装置は、所定の軸方向へ移動するスライダと前記スライダを案内するガイドとを備え、前記スライダと前記ガイドは天然石で構成され、前記ガイドのガイド面の表面と、前記ガイド面に対向する前記スライダのスライダ面に、セラミック層が形成され、前記スライダ面のセラミック層には、エアの噴出孔を中心に所定の平面パターンの溝が形成されている。

本技術の一側面のスライダ装置の製造方法は、所定の軸方向へ移動するスライダと前記スライダを案内するガイドとを備え、前記スライダと前記ガイドが天然石で構成されるスライダ装置の、前記ガイドのガイド面と、前記ガイド面に対向する前記スライダのスライダ面に、粗面化処理を施してセラミック層を溶射し、溶射されたセラミック層を所定の平面度及び真直度となるように研磨するとともに、前記スライダ面のセラミック層に、エアの噴出孔を中心に所定の平面パターンの溝を形成する。

本技術の一側面においては、所定の軸方向へ移動するスライダと前記スライダを案内するガイドとが設けられ、前記スライダと前記ガイドは天然石で構成され、前記ガイドのガイド面と、前記ガイド面に対向する前記スライダのスライダ面に、セラミック層が形成され、前記スライダ面のセラミック層に、エアの噴出孔を中心に所定の平面パターンの溝が形成される。

スライダ装置は、独立した装置であっても良いし、１つの装置を構成している一部であっても良い。

本技術の一側面によれば、天然石を用いたスライダ装置において、ガイド部の表面強度を向上させることができる。

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本技術を適用したスライダ装置の概略構成例を示す斜視図である。 Y軸ガイド及びY軸スライダの圧縮エアの噴出部を説明するための断面図である。 Y軸ガイド及びY軸スライダに形成されているセラミックス層を説明するための断面図である。図３におけるエアパッド中央部の底面の平面図である。エアパッド中央部にセラミック層を形成する工程について説明する図である。一軸スライダと一軸ガイドのその他の構造を示す断面図である。

以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。

＜スライダ装置の概略構成例＞
図１は、本技術を適用したスライダ装置の概略構成例を示す斜視図である。

図１のスライダ装置１は、X軸方向及びY軸方向の２軸方向にステージを所定の位置に移動させる装置であり、プリント基板、半導体デバイス、液晶デバイス等の製造に使用される露光装置、検査装置等に用いられる。

図１のスライダ装置１においては、X軸及びY軸のスライダやガイドレールが載置される土台部１１の上面に、Y軸ガイド１２とY軸スライダ１３が設けられている。Y軸ガイド１２は、土台部１１の上面と接して固定され、Y軸スライダ１３は、Y軸ガイド１２の所定の部分を囲むように構成されている。Y軸スライダ１３は、Y軸ガイド１２とY軸スライダ１３との間隙に噴出される圧縮エアによって、Y軸ガイド１２に対して上下左右に所定の間隙を保ちながら、Y軸方向に移動する。Y軸ガイド１２は、Y軸スライダ１３のY軸方向の移動を案内する。

Y軸スライダ１３の上面には、X軸ガイド１４とX軸スライダ１５が設けられている。X軸ガイド１４は、Y軸スライダ１３の上面と接して固定され、X軸スライダ１５は、X軸ガイド１４の所定の部分を囲むように構成されている。X軸スライダ１５は、X軸ガイド１４とX軸スライダ１５との間隙に噴出される圧縮エアによって、X軸ガイド１４に対して上下左右に所定の間隙を保ちながら、X軸方向に移動する。X軸ガイド１４は、X軸スライダ１５のX軸方向の移動を案内する。

X軸スライダ１５の上面には、製造対象物であるワークを載置するためのワーク台２１が、X軸スライダ１５の上面と接して固定されている。

土台部１１、Y軸ガイド１２、Y軸スライダ１３、X軸ガイド１４、X軸スライダ１５、及びワーク台２１の材料には、いずれも、グラナイト（斑レイ岩）等の天然石が用いられている。

＜圧縮エアの噴出部を説明する断面図＞
図２は、Y軸ガイド１２及びY軸スライダ１３の圧縮エアの噴出部を説明するための断面図である。なお、図２の断面図は、構造の説明を容易にするため、縦方向及び横方向の縮尺が適宜変更されている。後述する図３乃至図５についても同様である。

Y軸ガイド１２は、ガイドベース部３１、ガイド右側部３２Rおよびガイド左側部３２L、並びに、ガイド右上部３３Rおよびガイド左上部３３Lが一体に接続されて構成されている。

より具体的には、ガイド右側部３２Rおよびガイド左側部３２Lが、ボルト等の固定治具によってガイドベース部３１と接続され、ガイド右上部３３Rが、ボルト等の固定治具によってガイド右側部３２Rと接続され、ガイド左上部３３Lが、ボルト等の固定治具によってガイド左側部３２Lと接続されている。ガイドベース部３１は、ボルト等の固定治具により、土台部１１（図１）に固定されている。

Y軸スライダ１３は、エアパッド中央部４１、エアパッド右側部４２R及びエアパッド左側部４２L、並びに、エアパッド右底部４３R及びエアパッド左底部４３Lが一体に接続されて構成されている。

より具体的には、エアパッド右側部４２R及びエアパッド左側部４２Lが、ボルト等の固定治具によってエアパッド中央部４１と接続され、エアパッド右底部４３Rが、ボルト等の固定治具によってエアパッド右側部４２Rと接続され、エアパッド左底部４３Lが、ボルト等の固定治具によってエアパッド左側部４２Lと接続されている。

なお、以下において、エアパッド右側部４２R及びエアパッド左側部４２Lを特に区別する必要がない場合には、エアパッド側部４２と称し、エアパッド右底部４３R及びエアパッド左底部４３Lを特に区別する必要がない場合には、エアパッド底部４３と称する。

エアパッド中央部４１には、エアパッド中央部４１内を、移動方向であるY軸方向に貫通する貫通溝（または貫通孔）５１が、ガイド右上部３３R及びガイド左上部３３Lのそれぞれに対向する領域の所定の位置に形成されている。また、貫通溝５１の所定のY方向位置に、噴出孔５２が、ガイド右上部３３Rまたはガイド左上部３３L側の表面（図中、下面）まで開口されて形成されている。エアパッド中央部４１の所定の側面から流入された圧縮エアは、貫通溝５１を通って噴出孔５２から、ガイド右上部３３Rまたはガイド左上部３３Lの上面に噴出される。噴出孔５２の直径は、例えば、２００μｍ程度とされる。

同様に、エアパッド右側部４２R及びエアパッド左側部４２Lにも、それぞれ、ガイド右上部３３R及びガイド左上部３３Lの側面に圧縮エアが噴出されるように、貫通溝５３及び噴出孔５４が形成されている。

同様に、エアパッド右底部４３R及びエアパッド左底部４３Lにも、それぞれ、ガイド右上部３３R及びガイド左上部３３Lの底面に圧縮エアが噴出されるように、貫通溝５５及び噴出孔５６が形成されている。

エアパッド右側部４２R及びエアパッド左側部４２Lそれぞれの上面、側面、及び底面に、圧縮エアが噴出された状態において、Y軸ガイド１２とY軸スライダ１３の対向する面の各間隙に形成されるギャップWは、例えば、１０μｍ程度とされる。Y軸スライダ１３は、Y軸ガイド１２と一定のギャップを保ったまま、リニアモータ（不図示）等の駆動部によって、Y軸方向に移動される。

＜セラミックス層を説明する断面図＞
図３は、Y軸ガイド１２及びY軸スライダ１３に形成されているセラミックス層を説明するための断面図である。図３において、図２と対応する部分については同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

Y軸ガイド１２のガイド右上部３３Rおよびガイド左上部３３Lの、Y軸スライダ１３の所定の面と向き合う面の表面には、セラミック層６１が形成されている。

同様に、Y軸スライダ１３のエアパッド中央部４１、エアパッド側部４２、及び、エアパッド底部４３それぞれの、Y軸ガイド１２のガイド右上部３３Rまたはガイド左上部３３Lの所定の面と向き合う面の表面には、セラミック層６２が形成されている。

セラミック層６１及び６２は、アルミナ（Al₂O₃）、ジルコニア（ZrO₂）等のセラミックが溶射されて形成された層であり、セラミック層６１及び６２の膜厚は、例えば、１５０乃至３００μｍ、平面度及び真直度は、２乃至５μｍ程度に調整されている。

＜エアパッド中央部の底面の平面図＞
図４は、エアパッド中央部４１がガイド右上部３３Rおよびガイド左上部３３Lと向き合う面であって、図３におけるエアパッド中央部４１の底面の平面図である。なお、図４においては、ガイド右上部３３Rおよびガイド左上部３３Lの配置が一点鎖線で示されている。

エアパッド中央部４１の底面では、ガイド右上部３３Rおよびガイド左上部３３Lと向き合う領域に、セラミック層６２が所定の膜厚で形成されている。ただし、エアパッド中央部４１の底面に所定数設けられた噴出孔５２を中心にして、溝７１が所定の平面パターンで形成されており、その溝７１の領域では、セラミック層６２が所定の深さで掘り込まれている。換言すれば、エアパッド中央部４１底面のセラミック層６２の一部が、噴出孔５２を中心とする所定の平面パターンで除去されることにより、溝７１が形成されている。

図４の例では、溝７１は、噴出孔５２を基準に２ｘ２の配列で４つの矩形パターンが対称に配置された平面パターンで形成されているが、溝７１のパターンは、この例に限定されない。ただし、圧縮エアの吹き出しを対称にするため、噴出孔５２を基準に対称なパターンであることが望ましい。

また、図４の例では、ガイド右上部３３Rおよびガイド左上部３３Lのそれぞれについて、２個の噴出孔５２を配置した例を示したが、噴出孔５２の個数も、Y軸スライダ１３のストローク（移動方向の長さ）や積載重量等に応じて任意に設計することができる。

＜セラミック層の形成工程＞
図５を参照して、エアパッド中央部４１の底面にセラミック層６２を形成する工程について説明する。

初めに、図５のAに示されるように、セラミック層６２が形成される面であるエアパッド中央部４１の底面の表面が、平面度及び真直度が５μｍ程度となるように研磨（ラップ）される。

次に、図５のBに示されるように、石材とセラミックとの密着度を上げるため、研磨されたエアパッド中央部４１の面を粗く加工する粗面化処理が施される。粗面化処理には、例えば、ブラスト加工、レーザ加工等を用いることができる。

次に、図５のCに示されるように、粗面化処理が施されたエアパッド中央部４１の底面に、セラミック層６２が溶射される。この時点でのセラミック層６２の膜厚は、例えば、５００μｍ程度である。

次に、図５のDに示されるように、エアパッド中央部４１の底面に溶射されたセラミック層６２が、平面度及び真直度が２乃至５μｍ程度で、膜厚が１５０乃至３００μｍ程度となるように研磨（ラップ）される。

最後に、図５のEに示されるように、エアパッド中央部４１の底面に形成された１以上の噴出孔５２の位置を基準として所定の領域のセラミック層６２の上面を数十μｍ程度の深さで切削加工することにより、所定の平面パターンの溝７１が形成される。噴出孔５２の真上の領域については、噴出孔５２が開口するまで、セラミック層６２が切削される。

なお、貫通溝５１及び噴出孔５２の加工は、セラミック層６２及び溝７１の形成前に行ってもよいし、形成後に行ってもよい。

以上のようにして、エアパッド中央部４１の底面に、セラミック層６２と溝７１を形成することができる。エアパッド側部４２及びエアパッド底部４３それぞれの、セラミック層６２と溝７１についても同様に形成することができる。

さらに、Y軸ガイド１２のガイド右上部３３Rおよびガイド左上部３３Lのセラミック層６１の形成も同様の方法で形成することができる。ただし、Y軸ガイド１２の表面には、溝７１は形成されない。

このように、Y軸ガイド１２を構成するガイド右上部３３Rおよびガイド左上部３３LのY軸スライダ１３の移動をガイドする面であるガイド面と、そのガイド面と対向するY軸スライダ１３の面であるスライダ面に、セラミック層６１及び６２が形成されることにより、ガイド面とスライダ面の表面の強度を向上させることができる。

また、ガイド面とスライダ面にセラミック層６１及び６２が形成されることにより、面粗さがより細かくなることで、カジリ時の摩耗を軽減することができ、表面がより平滑化されることで、空気の膜が安定し、エア浮上の姿勢が安定化する。エア浮上時の姿勢が安定化することにより、位置決め精度及び運動性能が向上する。

図２乃至図５を参照して、Y軸ガイド１２及びY軸スライダ１３の構造について説明したが、X軸ガイド１４及びX軸スライダ１５の構造も同様である。

本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施の形態では、ガイド面とスライダ面の両面に、セラミック層（６１及び６２）を形成するようにしたが、ガイド面とスライダ面のいずれか一方の面のみにセラミック層を形成する構造としてもよい。この場合においても、ガイド面とスライダ面の両面にセラミック層を形成しない場合と比べて、上述した効果を奏することができる。

上述した実施の形態では、スライダ装置１は、X軸方向及びY軸方向の２軸方向にステージを移動させる装置としたが、X軸、Y軸、または、Z軸のいずれか１軸方向のみにステージ移動可能な装置であってもよいし、Z軸も含めた３軸方向にステージ移動可能な装置とすることもできる。移動可能な軸の軸ガイド及び軸スライダに、本技術を適用し、天然石のガイド及びスライダのガイド面とスライダ面の少なくとも一方にセラミック層を形成した構造とすることができる。

上述したY軸ガイド１２及びY軸スライダ１３では、Y軸ガイド１２が、Ｌ字を上下に反転した逆Ｌ字形状が両外側に張り出した断面形状を有し、Y軸スライダ１３が、Y軸ガイド１２の張り出し部を略コの字状に囲う断面形状を有していた。

また、上述した実施の形態では、Y軸ガイド１２及びY軸スライダ１３の構造と、X軸ガイド１４及びX軸スライダ１５の構造は、同一の構造とされていた。

しかしながら、Ｘ軸のガイド及びスライダの構造（形状）と、Ｙ軸のガイド及びスライダの構造（形状）は、異なる構造（形状）とすることができ、また、X軸、Y軸、または、Z軸の各軸の一軸ガイド及び一軸スライダの形状は、上述したY軸ガイド１２及びY軸スライダ１３の形状に限らず、一軸スライダの所望の移動方向への移動をガイドする構造であれば、任意の形状を採用することができる。

例えば、一軸ガイド及び一軸スライダの構造として、図６に示すような構造（形状）が可能である。

＜その他の構造例＞
図６は、紙面に垂直な方向の軸（例えば、スライダ装置におけるY軸）に移動可能な一軸スライダ１０１と、それをガイドする一軸ガイド１０２の構造を示す断面図である。

一軸スライダ１０１は、エアパッド中央部１２１、エアパッド右側部１２２R及びエアパッド左側部１２２L、並びに、エアパッド右底部１２３R及びエアパッド左底部１２３Lが一体に接続されて構成されている。

なお、以下において、エアパッド右側部１２２R及びエアパッド左側部１２２Lを特に区別する必要がない場合には、エアパッド側部１２２と称し、エアパッド右底部１２３R及びエアパッド左底部１２３Lを特に区別する必要がない場合には、エアパッド底部１２３と称する。

一軸ガイド１０２は、ガイドレール部１３１およびレール支持部１３２が一体に接続されて構成されている。

一軸ガイド１０２は、略Ｔ字の断面形状を有し、一軸スライダ１０１は、略Ｔ字の左右の張り出し部を略コの字状に囲う断面形状を有する。

一軸スライダ１０１のエアパッド中央部１２１には、上述したY軸スライダ１３の貫通溝５１及び噴出孔５２と同様に、移動方向に貫通する貫通溝１５１が形成され、移動方向の所定の位置に噴出孔１５２が形成されている。同様に、エアパッド右側部１２２R及びエアパッド左側部１２２Lにおいても貫通溝１５３及び噴出孔１５４が形成されており、エアパッド右底部１２３R及びエアパッド左底部１２３Lにおいても、貫通溝１５５及び噴出孔１５６が形成されている。

また、エアパッド中央部１２１、エアパッド側部１２２、及び、エアパッド底部１２３それぞれの、ガイドレール部１３１の所定の面と向き合う面の表面には、セラミック層１６２が形成されている。

ガイドレール部１３１の、一軸スライダ１０１のセラミック層１６２の形成面と向き合う面の表面には、セラミック層１６１が形成されている。

以上のような構造を有する一軸スライダ１０１と一軸ガイド１０２においても、ガイド面とスライダ面にセラミック層１６１及び１６２が形成されていることにより、ガイド面とスライダ面の表面の強度を向上させることができる。また、面粗さがより細かくなることで、カジリ時の摩耗を軽減することができ、表面がより平滑化されることで、空気の膜が安定し、エア浮上の姿勢が安定化する。エア浮上時の姿勢が安定化することにより、位置決め精度及び運動性能が向上する。

１スライダ装置
１２ Y軸ガイド
１３ Y軸スライダ
１４ X軸ガイド
１５ X軸スライダ
５１貫通溝
５２噴出孔
５３貫通溝
５４噴出孔
５５貫通溝
５６噴出孔
６１，６２セラミック層
７１溝
１６１，１６２セラミック層

Claims

所定の軸方向へ移動するスライダと前記スライダを案内するガイドとを備え、
前記スライダと前記ガイドは天然石で構成され、前記ガイドのガイド面の表面と、前記ガイド面に対向する前記スライダのスライダ面に、セラミック層が形成され、
前記スライダ面のセラミック層には、エアの噴出孔を中心に所定の平面パターンの溝が形成されている
スライダ装置。
所定の軸方向へ移動するスライダと前記スライダを案内するガイドとを備え、前記スライダと前記ガイドが天然石で構成されるスライダ装置の、
前記ガイドのガイド面と、前記ガイド面に対向する前記スライダのスライダ面に、粗面化処理を施してセラミック層を溶射し、
溶射されたセラミック層を所定の平面度及び真直度となるように研磨するとともに、前記スライダ面のセラミック層に、エアの噴出孔を中心に所定の平面パターンの溝を形成する
スライダ装置の製造方法。