JPH02250752A - 位置決めステージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要］ 可動ステージ本体と、可動ステージ本体を案内するガイ
ド部材とを具備し、可動ステージ本体の位置検出のため
に直線型差動トランスを位置検出器として用いる位置決
めステージに関し、高精度位置検出を何等損なうことな
く製造上の精度要求を従来よりも軽減し得る位置決めス
テージを提供することを目的とし、 かかる位置決めステージにおいて、直線型差動トランス
のコイル部がガイド部材を取り囲むように可動ステージ
本体に組み込まれ、ガイド部材の一部が直線型差動トラ
ンスのコア部を構成するように透磁率の高い材料から形
成されることを特徴とする位置検出器ステージを構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、可動ステージ本体と、この可動ステージ本体
を案内するガイド部材とを具備し、該可動ステージ本体
の位置検出のために直線型差動トランスを位置検出器と
して用いる位置決めステージに関する。

半導体製造、精密加工等の分野では、種々の部品、半加
工部品、製品等を正確に位置決めするために種々の位置
決めステージが用いられている。

例えば、そのような位置決めステージの使用例としては
、半導体製造工程でウェハを露出する際に該ウェハを位
置決めする場合、あるいは半加工品や製品等の測定／検
査のためにそれらを測定／検査装置に対して位置決めす
る場合が挙げられる。

位置決めステージは、−船釣には、部品等を搭載する可
動ステージ本体と、この可動ステージ本体の位置を検出
する位置検出器とからなる。近年、そのような位置検出
器として、特に直線型差動トランス（ＬＶＤＴ）を用い
ることが注目されている。というのは、直線型差動トラ
ンスはその出力がアナログ値であるにも拘わらず高い位
置検出分解および線形性を持ち、しかも位置決めステー
ジを小型化し得るからである。

本発明はかかる直線型差動トランスを位置検出器として
一層効果的に利用する位置決めステージの構成に向けら
れている。

〔従来の技術〕 先ず、第３図を参照して、直線型差動トランス（ＬＶＤ
Ｔ）を用いた位置検出原理について説明する。

第３図（ａ）には位置検出器として用いられる直線型差
動トランスの構成が示され、同図において、ＣＥは透磁
率の高い材料で作られたロッド状コア部を示し、ＣＬは
コア部ＣＥを取り囲むコイル部を示す。コイル部ＣＬは
一次コイルＰと、この−次コイルＰの両端側に配置され
た二次コイルＳと８２とからなる。また、第３図（ｂ）
には直線型差動トランスの回路構成が示されている。

第３図（ｂ）において、−次コイルＰに交流電圧Ｅｐが
印加されると、そこで発生した磁束はコア部ＣＥを通し
て二次コイルＳ１およびＳ２の各々と鎖交し、これによ
り各二次コイルにはそのコイル巻回に応じた誘導起電力
が生じて、二次コイルＳ１およびＳ２のそれぞれからは
出力電圧Ｅ！ｌおよびＥ。が得られる。コア部ＤＥが二
次コイルＳ、およびＳｔに対して中立位置（第３図（ａ
）および第３図う））にあれば、二次コイルＳ１および
Ｓ！のコイル巻回は同じとされているので、双方の出力
電圧Ｅ３１およびＥ３□は互いに等しく、その差は零と
なるが、もしコア部ＤＥが二次コイルＳＩ側に変位する
と、Ｅ　Ｓ　Ｉ　＞　Ｅ　９　Ｋとなり、一方コア部Ｄ
Ｅが二次コイルＳ２側に変位すると、Ｅｓ＋＜Ｅｓｚと
なる。したがって、出力電圧Ｅ３１およびＥｓ！の差を
検出することによって、コアＣＥの変位方向およびその
変位量を知ることが可能である。

第４図に示したグラフを参照すると、コアＣＥの変位方
向およびその変位量と出力電圧Ｅｓ＋およびＥ。の差と
の関係が示され、同グラフにおいて、横軸はコア部ＣＥ
の中立位置を基準としたその変位量（％）で示され、ま
た縦軸は出力電圧Ｅｓ＋およびＥ。の差を示している。

第４図のグラフにおいて、コア部ＣＥの変位量と出力電
圧Ｅｓ＋およびＥｓｚの差との間で線形関係が維持され
る範囲が実線で示され、その範囲の限界位置までコア部
ＣＥを変位させた際の箇所が±１００％として表示され
ている。

第５図を参照すると、以上で述べたような直線型差動ト
ランス（ＬＶＤＴ）を位置検出器として用いた位置決め
ステージの従来例が示されている。

第５図に示すように、位置決めステージは矩形状の形態
を呈する基台ＩＯを具備し、この基台１０の上面にはそ
の一方の対向側辺に沿って側壁部材１２および１４が一
体的に取り付けられる。側壁部材１２および１４間には
２本のロンド状ガイド部材１６および１８が互いに平行
に配設され、この両ガイド部材１６および１８には略方
形の形態を呈する可動ステージ本体２０が摺動自在に支
持される。すなわち、可動ステージ本体２０にはガイド
部材１６および１８が挿通させられ、その挿通孔には滑
り軸受２２が適用され、これにより可動ステージ本体２
０はガイド部材１６および１８に対して摺動し得るよう
に支持される。なお、可動ステージ本体２０の上面には
非位置決め物を搭載するための搭載具等（図示されない
）が設けられることになる。

可動ステージ本体２０をガイド部材１６および１８に沿
って駆動させるために、可動ステージ本体２０にはボー
ル螺子２４がガイド部材１６および１８に対して平行と
なるように挿通させられ、ボール螺子２４の一端は側壁
部材１２の内側で回転自在に軸支され、一方その他端は
側壁部材１４を貫通させられ、その貫通端部には駆動モ
ータ例えばサーボモータ２６の出力軸が連結される。こ
のような構成により、可動ステージ本体２０はサーボモ
ータ２６の回転駆動方向に応じて側壁部材１２および１
４間をガイド部材１６および１８に沿って移動し得るこ
とになる。なお、サーボモータ２６は側壁部材１４に対
してその外側で支持される。

可動ステージ本体２０の位置を検出するために、上述し
たような直線型差動トランスを用いた位置検出器２８が
側壁部材１４の外側に取り付けられる。位置検出器２８
は直線型差動トランスのコイル部を内蔵した円筒状部材
２８ａを具備し、この円筒状部材２８ａのボア内には直
線型差動トランスのコア部２８ｂが摺動自在に配置され
る。側壁部材１４の所定箇所、すなわち円筒状部材２８
ａの取付箇所には貫通孔３０が形成され、この貫通孔３
０は円筒状部材２８ａのボアの延長部を形成することに
なる。第５図に見られるように、貫通孔３０にはロッド
要素３２が挿通させられ、その挿通端は円筒状部材２８
ａのボア内まで延びてコア部２８ｂの一端面に連結され
、一方該挿道端とは反対側の他端部側は可動ステージ本
体２０を貫通して固着される。

このような構成によれば、コア部２８ｂは可動ステージ
本体２０の移動に伴って円筒状部材（コイル部を内蔵）
２８ａのボア内で変位させられ、これにより可動ステー
ジ本体２０の位置検出が可能となる。なお、ロッド要素
３２がガイド部材１６および１８に対して平行にされる
ことは言うまでもない。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、直線型差動トランスを用いて高制度の位置検
出を行うためには、コア部の中心軸線をコイル部の中心
軸線に一致させた状態で該コア部を変位させることが必
要とされる。因みに、直線型差動トランスは、コイル部
の内径とコア部の外径との差は０．５　ｍ程度であり、
これはコア部の外周面とコイル部の内周面との間の隙間
を０．２５Ｍに維持した状態で該コア部を変位させなけ
ればならないということを意味する。したがって、コア
部の中心軸線とコイル部の中心軸線とが少しでも不一致
となると、コア部とコイル部との接触圧が増加して、所
謂スティックスリップ現象が起きることになる。その結
果、直線型差動トランスによって本体達成されるべき筈
の高精度の位置検出が不可能となる。

したがって、直線型差動トランスを位置検出器として用
いる位置決めステージにおいては、その製造に対して相
当に厳しい製造公差が要求されることになる。特に、可
動ステージ本体の案内移動および駆動に関与する部品に
ついての製造公差および取付公差は一層厳しく、また位
置検出器の設置の際に要求される精度もきわめて高（な
る。これに加えて、可動ステージ本体の移動範囲が大き
くなると、かかる精度上の要求は史に一段と厳しくなる
。

以上の観点から見れば、第５図に示すような従来の位置
決めステージの問題点が位置検出器２日を可動ステージ
本体２０の移動領域から離れた箇所に位置させている点
にあることが分かる。すなわち、コア部２８ｂは可動ス
テージ本体２０の移動経路の延長線上に位置させられて
いるので、可動ステージ本体２０の僅かな変動もコア部
２８ｂには増幅された形で現れることになる。このため
第５図に示すような従来の位置決めステージの構成では
、製造上の精度が相当に厳しく、その結果製造コストが
非常に高くなるということが問題となる。

したがって、本発明の目的は、可動ステージ本体と、こ
の可動ステージ本体を案内するガイド部材とを具備し、
該可動ステージ本体の位置検出のために直線型差動トラ
ンスを位置検出器として用いる位置決めステージであっ
て、直線型差動トランスによる高精度位置検出を何等１
１なうことなく製造上の精度要求を従来よりも軽減し得
るようになった位置決めステージを提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による位置決めステージは、可動ステージ本体と
、この可動ステージ本体を案内するガイド部材とを具備
し、該可動ステージ本体の位置検出のために直線型差動
トランスが位置検出器として用いられ、該直線型差動ト
ランスのコイル部がガイド部材を取り囲むように可動ス
テージ本体に組み込まれ、ガイド部材の一部が直線型差
動トランスのコア部を構成するように透磁率の高い材料
から形成される。

［作　用］ 以上の構成から明らかなように、本発明による位置決め
ステージにおいては、直線型差動トランスのコイル部が
ガイド部材を取り囲むように可動ステージ本体に組み込
まれ、ガイド部材の一部が直線型差動トランスのコア部
を構成するように透磁率の高い材料から形成される。す
なわち、本発明によれば、位置検出器として機能する直
線型差動トランスは可動ステージ本体のガイド部と一体
化され、このため位置決めステージと直動型作動トラン
スとの相対位置決めに対する製造上の精度要求が軽減さ
れることになる。

〔実施例〕

次に、添付図面の第１図および第２図を参照して、本発
明による位置決めステージの一実施例について説明する
。

第１図に示す位置決めステージの構成は第５図に示した
ものと基本的に同様であり、第１図では、第５図に示し
た位置決めステージの構成要素のそれぞれと同一のもの
については同じ参照番号が用いられ、また第５図の位置
決めステージの構成要素とは構成上幾分ことなるが、対
応関係にあるものについては同じ参照番号にプライムを
付したものが用いられている。なお、同じ参照番号を付
した構成要素の機能は第５図を参照して説明した場合と
同様であるから、それら構成要素の説明については以下
の記載から省くことにする。

第１図に示す位置決めステージの外観構成は第５図の位
置決めステージから位置検出器２８とロッド要素３０と
を取り除いたものに相当し、このため側壁部材１４’に
はかかるロッド要素のための貫通孔は排除されており、
この点を除けば側壁部材１４′は側壁部材１４と同様な
ものである。

第２図に詳しく図示するように、本実施例では、可動ス
テージ本体２０′に対してガイド部材１６が挿通される
箇所に位置検出器２ｇが組み込まれる。位置検出器２８
′は直線型差動トランスから構成され、そのコイル部２
８ａ′がガイド部材１「を取り囲むように可動ステージ
本体２０’の内部に設けられる。ガイド部材ｌ「自体は
透磁性の無い材料、例えばアルミニウム、銅あるいは硬
質プラスチック樹脂から形成されるが、その一部分２８
ｂ′（すなわち、第１図および第２図において斜線で示
される部分）には透磁率の高い材料が用いられ、それは
直線型差動トランスのコイル部２８ａ′に対するコイル
部として機能する。このようなガイド部材１６’構成に
ついては、例えば、コア部２８ｂ′を予め形成し、その
両端面にロッド要素を適当な接着剤で接着して研磨する
ことによって得ることができる。

位置検出器２８″のコイル部２８ａ′内側には滑り軸受
２２′を適用してもよく、あるいは滑り軸受２ｚの代わ
りに空気ベアリングを用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上の記載から明らかなように、本発明による位置決め
ステージにおいては、位置検出器として機能する直線型
差動トランスが可動ステージ本体と一体に組み込まれ、
このため位置決めステージと直動型作動トランスとの゛
相対位置決めに対する製造上の精度要求が軽減されるこ
とになる。

また、本発明によれば、位置検出器が可動ステージ本体
の移動領域内に取り込まれることから、所謂アツベの誤
差が小さくなり、可動ステージ本体の位置決め精度が向
上されることになる。

更に、従来の位置決めステージでは、直線型差動トラン
スのコア部と可動ステージ本体とをロッド要素で連結し
て、可動ステージ本体の移動を該コア部に伝えていたが
、本発明による位置決めステージの構成では、かかるロ
ッド要素の使用が排除されるので、該ロッド要素をガイ
ド部材に対して平行に位置決めさせる面倒な手間が省か
れるという利点も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による位置決めステージの一実施例を示
す斜視図、第２図は第１図の位置決めステージの位置検
出器の設置箇所を拡大して示す部分拡大斜視図、第３図
および第４図は位置検出器として用いられる直線型差動
トランスの原理を説明するための説明図、第５図は従来
の位置決めステージの構成を示す斜視図である。 ｌＯ・・・基台、　　　　　１２．１４・・・側壁部材
、１６’、１Ｂ・・・ガイド部材、 ２０′・・・可動ステージ本体、 ２２’、２２・・・滑り軸受、　２４・・・ボール螺子
、２６・・・サーボモータ、　２８′・・・位置検出器
、２８８′・・・コイル部、　２８ｂ′・・・コア部。 （ａ） （ｂ） 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、可動ステージ本体（２０′）と、この可動ステージ
   本体を案内するガイド部材（１６）とを具備し、前記可
   動ステージ本体の位置検出のために直線型差動トランス
   を位置検出器（２８）として用いる位置決めステージに
   おいて、前記直線型差動トランスのコイル部（２８ａ′
   ）が前記ガイド部材を取り囲むように前記可動ステージ
   本体に組み込まれ、前記ガイド部材の一部が前記直線型
   差動トランスのコア部（２８ｂ′）を構成するように透
   磁率の高い材料から形成されることを特徴とする位置決
   めステージ。