JPH07285044A - 静圧浮上ステージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は改良された同一平面式ＸＹステージ
による静圧浮上ステージを提供する。 【構成】 本発明による静圧浮上ステージは、ガイドを
案内として定盤に静圧浮上するスライダを有し、前記ガ
イドが、前記定盤面に直交する案内面と、該案内面とは
独立別個に固定されている磁性体とを有し、前記スライ
ダが、前記磁性体と対向する磁石と、前記案内面に対向
するエアパッドとを有する（Ｙスライダ）か、または、
前記ガイドが、互いに一定の角度で交わる第１および第
２の案内面と、前記第１及び第２の案内面とは別個独立
に前記第１または第２の案内面に対して一定の角度傾け
て固定配置された磁性体とを有し、前記スライダが、前
記磁性体と対向する磁石と、前記第１の案内面に対向す
る第１のエアパッドと前記第２の案内面に対向する第２
のエアパッドとを有する（Ｘスライダ）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は物体を１軸上、または、
直交するＸＹ２軸方向に精密移動させるＸＹステージに
係り、例えば半導体素子や液晶表示器、或いは光部品等
の製造における回路パターンの描画や転写、或いは、検
査・補修等において、加工用のビームや光源に対し、一
軸上、または、ＸＹステージ上の基盤を、一軸、または
ＸＹ方向に精密移動させてパターン形成を行う際に使用
するステージ、特に静圧浮上ステージに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】通常のＸＹステージは一軸ステージを直
交させて２台重ね合わせた二階層ＸＹステージである
が、下層ステージが上層ステージを常に抱えて移動する
ため、上層に比べ下層ステージの負荷が大きくなるこ
と、上層ステージの移動が下層ステージに加わる重心を
変化させ、この分だけ水平面内の送り真直性を悪化させ
る等の欠点がある。

【０００３】このため現在では同一平面上に支えられた
唯一のステージをＸＹ方向に移動させる同一平面式ＸＹ
ステージが主流となりつつある。図１は従来の同一平面
式ＸＹステージ（特開平１−８１２４６号公報）の立体
構造である。

【０００４】概略を説明すると、１は磁性体、例えば鉄
製のベースで縦スライダ２を同一平面内に支えて上下、
及び、水平方向に案内する基準面であって、基準面は高
精度な平面に仕上げてある。

【０００５】また、縦スライダ２の基準面側は空気軸受
となっており、縦スライダ２はベース１に対し空気静圧
浮上できる。３ａは縦スライダ２に固定された磁石であ
ってベース１とは一定の隙間をもって相対させてある。

【０００６】従って、縦スライダ２とベース１とは空気
静圧による浮上力と磁石３ａの吸引力とのバランスで一
定の間隔が保たれる。４は縦スライダ２を上下方向に案
内する縦軸であって、縦軸４の縦スライダ２と相対する
両側面も空気軸受で支えられ、縦スライダ２は縦軸４に
沿って上下に案内される。

【０００７】また、縦軸４の上端には空気軸受パッド５
と磁石３ｂがベース１に相対させてあり、縦スライダ２
と同様にベース１に対し縦軸４を非接触浮上させてあ
る。さらに、縦軸４の下端は横スライダ６に固定されて
おり、縦軸４は横スライダ６の動きにつれて左右方向に
移動できる。

【０００８】７は横スライダ６を左右方向に案内する横
軸、８は磁性体、例えば鉄製の副ベース、３ｃは磁石で
ある。また、横スライダ６と相対する副ベース８との相
対面は、縦スライダ２と同様に空気静圧と磁力のバラン
スで非接触浮上させてあり、横スライダ６と相対する横
軸７の両側面は空気静圧のみで非接触浮上させてある。

【０００９】９は縦スライダ２を上下方向に、１０は横
スライダを左右方向に、それぞれ運動させるための縦送
りねじ９と横送りねじ１０であって、いずれもモータに
より駆動される。

【００１０】このような構造となっているので横送りね
じ１０をモータ駆動すれば横スライダ６を左右に移動
し、これと一体の縦軸４、縦スライダ２、及び、縦送り
ねじ９も左右に移動する。

【００１１】また、縦送りねじ９を駆動すれば縦スライ
ダ２は上下に移動する。この結果、縦スライダ２はベー
ス１面の上下・左右、いずれの方向にも移動できる。

【００１２】即ち、同一平面上をＸＹ方向に移動できる
ＸＹステージとなっている。尚、１１は上下方向の重力
バランスをとるため縦スライダ２を定力装置にて導くた
めのワイヤである。

【００１３】以上、同一平面式ＸＹステージの従来構造
について概略を説明した。図１のステージは垂直面内を
ＸＹ方向としているが、ベース１が水平面と平行となる
よう横置きにすれば水平面内ステージになる。

【００１４】この場合は縦スライダ２の重力バランスを
とる必要は無いので、従って垂直面内、或いは水平面内
いずれにも適用できる。図２は縦スライダ２を縦軸４の
長手方向直角断面で示した模式図を水平面内に書き換え
たものである。

【００１５】１２は縦スライダ２を空気静圧浮上させる
高圧空気を、それぞれの隙間に供給するエアチャンネル
である。１３は縦送りねじ９とかみ合う縦ナットであ
る。

【００１６】図３は横スライダ６を横軸７の長手方向直
角断面で示した模式図を水平面内に書き換えたものであ
る。１４は横スライダ６を空気静圧浮上させる高圧空気
を、それぞれの隙間に供給するエアチャンネルである。

【００１７】１５は横送りねじ１０とかみ合う横ナット
である。図２、及び、図３に示したように縦スライダ２
と横スライダ６の基本構造は全く同一である。

【００１８】即ち、縦スライダ２や横スライダ６はベー
ス１や副ベース８との面方向、並びに、縦軸４や横軸７
との両側面とを空気静圧案内面としている。特に、面方
向は空気静圧による圧力と磁力のバランスで、また両側
面方向は圧力を両側面に対向させて作用させバランスさ
せて、いずれも非接触浮上していることになる。

【００１９】厳密には、これに自重による重力も作用し
ているが磁力や圧力の影響に比べて小さい方が望ましい
ので、多くの場合自重を小さく設計してある。尚、縦軸
４の上端は磁力と圧力とのバランス浮上のみである。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】次に、以上のような従
来の同一平面式ＸＹステージにおける欠点について述べ
る。第１の欠点はベース１や副ベース８が磁性体でない
と磁力が作用せず、ＸＹステージとして成立しない点で
ある。

【００２１】これに伴う欠点を列挙すると、 １）磁性体には鉄系金属が用いられるが、金属材料は加
工歪（塑性変形や熱歪）の影響で高精度加工が難点であ
るため高精度が要求される空気静圧案内用の部材として
は適さない。

【００２２】一般には空気静圧案内用の部材として石材
（例えば御影石やマイクログラナイト等）やセラミック
の方が高精度加工に適している。 ２）磁性体面そのものが空気静圧軸受の案内面と磁力の
作用面とを兼用するため、特に、静圧浮上隙間内に異
物、例えば磁性体より固い材料が介在すると磁性体面が
削られて損傷を受けるだけでなく、加工硬化した削り屑
により損傷がさらに加速される悪循環を生みやすいこ
と。

【００２３】第２の欠点としては縦スライダ２と縦軸
４、及び、横スライダ６と横軸７の構成、即ち、対向す
る両側面からの圧力をバランスさせる両側面浮上方式で
あることが挙げられる。

【００２４】これに伴う欠点を列挙すると、 １）本方式では両側面間の加工精度、即ち、平行度と平
面度とがスライダの送り真直性を決定するため送り精度
向上には両側面、即ち、二面の平面度、及び、二面間の
平行度等の高精度加工を要すること。 ２）また、両側面に対向して存在する空気軸受面も、当
然、二面であるから同様な高精度加工と、さらに両側面
と空気軸受面とを平行にセットし組み立てるには空気軸
受取り付け面の直角度等の高精度加工が不可欠であるこ
と。 ３）両側面が平行でないと案内、またはガイドとして機
能しないため、特に縦軸４の左右方向移動では縦軸４と
横スライダ６との下端結合部に移動加速度に比例する大
きなモーメントが作用するため、下端を大きく強く上端
が軽く小さく、例えば三角形状にした方が有利であるが
両側面の平行が前提なので設計自由度に制限を受けるこ
と。

【００２５】以上、従来における同一平面式ＸＹステー
ジの第１の課題としてステージ案内面の材質が鉄系金属
に代表される磁性体に限定されるために、高精度加工を
困難にし、さらに摩耗損傷を誘引する等の欠点があるこ
と、また、第２の課題として両側面浮上方式であるため
に、高精度加工を要する案内面を最小限２面必要とする
と共に、設計自由度を小さくする等の欠点があることを
述べた。

【００２６】本発明は以上のような点に鑑みなされたも
ので、静圧浮上案内面と磁力作用面とを分離独立させる
と共に、静圧浮上案内面をすべて空気軸受の静圧力と磁
力とのバランスによる片面案内方式にすることにより、
上述の課題をすべて解決した同一平面式ＸＹステージに
よる静圧浮上ステージを提供することを目的としている
ものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、定盤と、ガイドと、該ガイドを案
内とし、前記定盤に静圧浮上するスライダとを有する静
圧浮上ステージにおいて、前記ガイドは、前記定盤面に
直交する案内面と、該案内面とは独立別個に固定されて
いる磁性体とを有し、前記スライダは、前記磁性体と対
向する磁石と、前記案内面に対向するエアパッドとを有
することを特徴とする静圧浮上ステージが提供される。

【００２８】また、本発明によると、前記磁性体が前記
定盤面に平行な第１の面と、該第１の面に直交する第２
の面を有し、前記磁石が、前記第１の面に対向する第１
の磁石と前記第２の面に対向する第２の磁石を有するこ
とを特徴とする静圧浮上ステージが提供される。

【００２９】また、本発明によると、前記磁性体が前記
定盤面に対して一定の角度を有する面を有することを特
徴とする静圧浮上ステージが提供される。また、本発明
によると、前記エアパッドがスライダに支点対称となる
ように結合されていることを特徴とする静圧浮上ステー
ジが提供される。

【００３０】また、本発明によると、定盤と、該定盤に
固定されたガイドと、該ガイドを案内とするスライダと
を有する静圧浮上ステージにおいて、前記ガイドは、互
いに一定の角度で交わる第１および第２の案内面と、前
記第１及び第２の案内面とは別個独立に前記第１または
第２の案内面に対して一定の角度傾けて固定配置された
磁性体を有し、前記スライダは、前記磁性体と対向する
磁石と、前記第１の案内面に対向する第１のエアパッド
と前記第２の案内面に対向する第２のエアパッドとを有
することを特徴とする静圧浮上ステージが提供される。

【００３１】また、本発明によると、前記第１および第
２のエアパッドがスライダに支点対称となるように結合
されていることを特徴とする静圧浮上ステージが提供さ
れる。

【００３２】また、本発明によると、前記磁性体の厚さ
および幅の少なくとも一方が前記ガイドの延長方向に沿
って変化していることを特徴とする静圧浮上ステージが
提供される。

【００３３】さらに、本発明によると、定盤と、第１の
方向に延長する第１のガイドと、前記第１のガイドを案
内とする第１のスライダと、前記第１のスライダに結合
され、前記第１の方向に直交する第２の方向に延長する
第２のガイドと、前記第２のガイドを案内とし、前記定
盤に静圧浮上する第２のスライダとを有する静圧浮上ス
テージにおいて、前記第１のガイドは、一定の角度で交
わる第１および第２の案内面と、前記第１の方向に延長
し、前記第１および第２の案内面とは別個独立に前記第
１および第２の案内面に対して一定の角度傾けて固定配
置された第１の磁性体とを有し、前記第１のスライダ
は、前記第１の磁性体と対向する第１の磁石と、前記第
１の案内面に対向する第１のエアパッドと前記第２の案
内面に対向する第２のエアパッドとを有し、前記第２の
ガイドは、前記定盤面に直交し前記第２の方向に延長し
ている第３の案内面と、該第３の案内面とは独立別個に
固定され、前記第２の方向に延長している第２の磁性体
とを有し、前記第２のスライダは、前記第２の磁性体と
対向する第２の磁石と、前記第３の案内面に対向する第
３のエアパッドとを有することを特徴とする静圧浮上ス
テージが提供される。

【００３４】また、本発明によると、前記第１の案内面
は前記定盤面に平行であり、前記第２の案内面は前記第
１の案内面に直交する面であることを特徴とする静圧浮
上ステージが提供される。

【００３５】また、本発明によると、前記第２の磁性体
が前記定盤面に平行で前記第２の方向に延長している第
１の面と、該第１の面に直交し前記第２の方向に延長し
ている第２の面を有し、前記磁石が、前記第１および第
２の面にそれぞれ対向する磁石を有することを特徴とす
る静圧浮上ステージが提供される。

【００３６】また、本発明によると、前記第２の磁性体
が前記定盤面に対して直角以外の一定の角度を有する面
を有することを特徴とする静圧浮上ステージが提供され
る。また、本発明によると、前記第１の磁性体および第
２の磁性体の少なくとも一方の、厚さおよび幅の少なく
とも一方が前記第１の方向に沿って変化していることを
特徴とする静圧浮上ステージが提供される。

【００３７】また、本発明によると、前記第１乃至第３
のエアパッドがスライダに支点対称となるように結合さ
れていることを特徴とする静圧浮上ステージが提供され
る。また、本発明によると、前記定盤が、非磁性体で構
成されていることを特徴とする静圧浮上ステージが提供
される。また、本発明によると、前記非磁性体が、石
材、または、セラミック部材であることを特徴とする静
圧浮上ステージが提供される。

【００３８】

【作用】本発明によると、静圧浮上案内面のすべては石
材やセラミック材料で構成できるため、隙間が小さいた
め異物を噛み込みやすい静圧浮上面の摩耗損傷からの保
護は勿論、静圧浮上面の高精度加工を実現させてステー
ジの送り案内精度の向上を達成する。

【００３９】また、本発明によると、すべて片面案内方
式とすることで高精度加工面の半減や設計自由度の拡大
は勿論、磁力による送り案内精度の補正を実現させ、更
なる案内精度の向上を達成する。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図４は本発明における実施例を示した立体
図である。１６は石材、またはセラミック材料製の定
盤、１７は定盤１６の面上に静圧浮上するＹスライダ、
１８はＹスライダ１７を案内する断面がコの字形のＹガ
イド、１９はＹスライダに固定されＹ軸の側面に静圧浮
上するＹエアパッド、２０はＹガイド１８のコの字部分
に格納固定された磁性体製のＬ字形ヨーク、２１ａはＬ
字形ヨーク２０の底辺に対向して装着された磁石、２１
ｂはＬ字形ヨークの側壁に対向して装着された磁石、２
２はＹスライダ１７を足場にＹガイド１８を跨いで架橋
されたブリッジである。

【００４１】磁石２１ａと磁石２１ｂはブリッジ２２に
固定されＬ字ヨークの底辺と側壁に非接触で対向させて
ある。従って、Ｙスライダ１７とＹガイド１８との間に
は水平方向に磁石２１ｂによる磁力とＹエアパッド１９
による静圧浮上力が働き、垂直方向には磁石２１ａによ
る磁力と静圧浮上力が働く。

【００４２】従って、水平方向、及び、垂直方向とも唯
一の静圧浮上面と、唯一の磁力作用面とを有するが、そ
れらの面はお互いに分離独立させてあるにも拘らず、静
圧力と磁力とがバランス浮上する構造となっている。

【００４３】２３はＹガイド１８の先端を定盤１６面上
で支えるＹｓエアパッド、２１ｃはＹガイド１８先端に
磁力を付与する磁石であって、２５は磁石２１ｃに対向
配置した磁性体製のＹｓヨークである。

【００４４】従って、Ｙガイド１８先端に働く磁力とＹ
ｓエアパッド２３の静圧浮上力とをバランスさせてあ
り、かつ静圧浮上面と磁力作用面とは分離独立してい
る。また、Ｙガイド１８の根元はＸスライダ２６に固定
されている。

【００４５】但し、Ｙガイド１８の水平方向断面は先端
から根元に向かって広くなる三角形状をとってある。こ
れはＸスライダ２６との結合強度の確保、或いは、Ｙガ
イド１８のモーメント剛性の強化やイナシャの低減のた
めである。

【００４６】２７はＸスライダ２６をＹガイド１８の直
交方向に案内する石材、または、セラミック材料製のＸ
ガイド、２８はＸスライダ２６をＸガイド２７の上面に
静圧浮上させるＸｚエアパッド、２９はＸスライダ２６
をＸガイド２７の側面に静圧浮上させるＸｙエアパッド
である。

【００４７】３０はＸｙエアパッド２９や磁石２１ｄを
Ｘスライダに装着するための金具である。３１は磁性体
製のＸヨークであって、Ｘガイド２７に固定してある。

【００４８】但し、Ｘヨーク３１の一部分はＸガイド２
７の面と一定の角度をもっており、磁石２１ｄに非接
触、かつ一定の距離をもって対向させてある。従って、
Ｘスライダ２６の垂直方向はＸｚエアパッド２８の静圧
浮上力と磁石２１ｄによる磁力の垂直成分と、Ｘスライ
ダ２６の水平方向はＸｙエアパッド２９の静圧浮上力と
磁石２１ｄによる磁力の水平成分とをバランスさせてあ
る。

【００４９】磁石２１ｄに一定の角度を付与してあるの
は唯一の磁性体面、即ち、Ｘヨーク３１による磁力の角
度成分を共用するためである。いずれにしてもＸスライ
ダ２６についても、水平方向、及び、垂直方向とも唯一
の静圧浮上面を有し、それらの面はお互いに分離独立さ
せてある。

【００５０】但し、磁力作用面は水平方向と垂直方向と
を唯一の作用面で共有させてあるが、静圧浮上力と磁力
とをバランス浮上させる構造であることに変わりない。
３２はＹ送りねじ、３３はＸ送りねじであり、いずれも
モータ駆動によりＹスライダ１７をＹガイド１８の軸方
向に、Ｘスライダ２６をＸガイド２７の軸方向に移動さ
せるねじである。

【００５１】従って、Ｘ送りねじ３３をモータ駆動すれ
ばＸスライダ２６はＸガイドの軸方向に移動し、これと
一体のＹガイド１８、Ｙスライダ１７、及び、Ｙ送りね
じ３２もＸガイド方向に移動する。

【００５２】また、Ｙ送りねじ３２を駆動すればＹスラ
イダ１７はＹガイドの軸方向に移動する。この結果、Ｙ
スライダ１７は定盤１６面上をＸＹ方向に自由に移動で
きる。

【００５３】即ち、同一平面上をＸＹ方向に移動できる
ＸＹステージとなっている。以下に細部構造を示す。図
５ＡはＹガイド１８をＹスライダ１７を含む送り方向直
角断面で示した細部構造である。

【００５４】前述したように水平方向はＹガイド１８と
Ｙエアパッド１９との浮上隙間に働く静圧力とＬ字ヨー
ク２０の側壁と磁石２１ｂに作用する磁力とのバランス
による非接触浮上であること、及び同様に垂直方向は定
盤１６とＹスライダ１７との浮上隙間に働く静圧力とＬ
字ヨーク２０の底辺と磁石２１ａに作用する磁力とのバ
ランスによる非接触浮上であることが理解できる。

【００５５】即ち、Ｙガイド１８の両軸端は別途支持さ
れているため磁石２１ａはＹガイド１８に固定されたＬ
字ヨーク２０の底辺に磁力吸着しようとする。この力は
ブリッジ１７を介して定盤１６面上に加わりＹスライダ
１７を浮上させる静圧力とバランスしていることにな
る。

【００５６】なお、図５（Ａ）では、水平方向と垂直方
向の磁力を得るために、Ｌ字ヨーク２０を用いている
が、精度をそれ程要求されない場合には、図５（Ｂ）に
示すような構成としてもよい。

【００５７】すなわち、Ｙガイド１８に定盤１６の面に
対して斜めの面を持つヨーク２０′を固定し、これに対
向するように磁石２１ｅをブリッジ２２に取り付ける。
この時には、水平方向は、Ｙエアパッド１９とＹガイド
１８との間に働く静圧力と、磁石２１ｅとヨーク２０′
との間に働く磁力の水平方向成分とのバランスによって
非接触浮上し、垂直方向は、Ｙスライダ１７と定盤１６
との間に働く静圧力と、磁石２１ｅとヨーク２０′との
間には働く磁力の垂直方向成分とのバランスによって非
接触浮上することになる。

【００５８】図６はＸガイド１７をＸスライダ２６を含
む送り方向直角断面で示した細部構造である。前述した
ように水平方向はＸガイド２７の側面とＸｙエアパッド
２９との浮上隙間に働く静圧力とＸヨーク３１と磁石２
１ｄに作用する磁力の水平成分とのバランスによる非接
触浮上であること、及び同様に垂直方向はＸガイド２７
の上面とＸｚエアパッド２８との浮上隙間に働く静圧力
とＸヨーク３１と磁石２１ｄに作用する磁力の垂直成分
とのバランスによる非接触浮上であることが理解でき
る。

【００５９】尚、Ｘスライダ２６には磁力の水平成分、
または垂直成分に加えモーメント成分が作用するが、こ
の成分はＹガイド先端の磁石２１ｃで受けている。ま
た、Ｙエアパッド１９、Ｘｙエアパッド２９、Ｘｚエア
パッド２８、或いは磁石２１ａ、磁石２１ｂ、磁石２１
ｄ等は唯一の部分断面のみ示してあるがバランスの度合
いに応じて複数存在する。

【００６０】またＹエアパッド１９、Ｘｙエアパッド２
９、Ｘｚエアパッド２８、Ｙｓエアパッド２３等は切欠
き座や球座を介して各スライダに結合してあるが、これ
は案内面とエアパッドとの傾きを自動補正させるため
で、このようにすると浮上隙間が静圧力と磁力とバラン
スによって自動セットされ、部品の寸法精度や組立によ
って浮上隙間を調整する手間を省くことができる。

【００６１】特に、Ｘｚエアパッド２８やＸｙアエパッ
ド２９を案内するＸガイド２７の直交する案内面の直角
度等は言うまでもない。以上、説明したように本発明の
同一平面式ＸＹステージの特徴は、静圧力と磁力とをバ
ランス浮上させる構造であるが、静圧浮上面と磁力作用
面とをすべて分離独立させたこと、及び、すべて対向す
る案内面が存在しない片面案内方式としたことにある。

【００６２】次に、この特徴を生かしたＸ方向、及び、
Ｙ方向の案内精度の向上方法について述べる。図７は案
内精度向上に関する原理図である。

【００６３】図７（Ｃ）において、３４は静圧浮上する
スライダ３５の案内面で一定の円弧を有しているとす
る。３６はスライダ３５に固定された磁石３７ａ、及
び、３７ｂとの間に磁力を作用させるヨークであって、
ヨーク３６と磁石３７ａ、磁石３７ｂ間の磁力隙間をＧ
とする。

【００６４】３８はスライダ３４の進行方向に平行にセ
ットされた真直度の計測基準となる平面スケール、例え
ばオプチカルフラットである。３９ａ、及び、３９ｂは
スライダ３５上に固定され平面スケール３８とスライダ
３５間における距離の変動量を求めるため一定の距離ｄ
を離してセットされたセンサである。

【００６５】尚、本原理は前述した本発明における構成
の基本、そのものであることは言うまでもない。ここで
案内面３４上におけるスライダ３５の移動量、即ち、ス
トロークをＳとする。

【００６６】このときストロークＳにおけるセンサ３９
ａとセンサ３９ｂの出力変位の和を２で除した量を上下
動ｈ４０や真直度、また、出力変位の差をセンサ間距離
ｄで除した量を一般的にピッチングθ４１と呼び案内精
度評価に使われる。

【００６７】図７（Ａ）が円弧案内面におけるスライダ
３５の上下動で最大値はｈ、図７（Ｂ）がピッチングで
最大値はθとなる。通常、スライダ３５の静圧浮上隙間
は数μｍ、上下動ｈは１μｍ以下、ピッチングθ４１は
角度換算で数秒程度である。

【００６８】これに対し磁力隙間は数百μｍとすること
ができる。従って、スライダ３５の移動につれて磁力隙
間が変化するとスライダ３５に作用する磁力も当然変化
し案内精度に影響を与えることになる。

【００６９】逆に言えば、実測された案内精度が向上す
るように磁力隙間を変化させることも可能となる。これ
が案内精度向上の原理である。

【００７０】以下、その具体的な方法を図７に従い簡単
に述べる。案内面３４が円弧とすれば上下動の曲率も円
弧となる。そこで上下動の曲率を点線４２、即ち、直線
にすればよいことになる。

【００７１】円曲率を直線に近づけるには、まずスライ
ダ３５のスタート位置、即ち、図示位置を上下動の最大
値ｈだけ持ち上げ、さらにΔθだけ傾きを修正すればよ
い。このためにはヨーク３６を後退させ図示位置におけ
る磁石３７ａ、及び、磁石３７ｂに働く磁力を減少させ
ることになる。

【００７２】従って、磁石３７ａ下面の静圧浮上量はｈ
とｄ・Δθ／２との和だけ、磁石３７ｂ下面の浮上量は
ｈとｄ・Δθ／２との差だけ増加させればよい。磁力の
減少量ｆは磁石３７ａ、及び、磁石３７ｂ下面の静圧浮
上剛性をｋａ、及び、ｋｂとすれば剛性と浮上量の増分
との積に相当する量となる。

【００７３】磁力をｆだけ減少させるヨーク３６の後退
量Ｚは磁力隙間Ｇの微小変化ΔＧに伴う磁力の微小変化
量をΔｆとし、ΔｆをΔＧで除した比をｍとすればヨー
ク３６の後退量Ｚはｆをｍで除した値となる。

【００７４】ゆえに、磁石３７ａ下面におけるヨーク３
６の後退量Ｚａはｈとｄ・Δθ／２との和とｋａとの積
をｍで除した値、磁石３７ｂ下面におけるヨーク３６の
後退量Ｚｂはｈとｄ・Δθ／２との差とｋａとの積をｍ
で除した値となる。

【００７５】これはスライダ２６のスタート位置でのヨ
ーク後退量であるが、スタート位置からのストロークを
変え同様にしてヨーク後退量を求めていけば全ストロー
クについて求められる。

【００７６】但し、案内面３４が円曲率である限り結果
は簡単で、案内面３４の中点と両サイドにおける後退量
Ｚ位置の３点を結ぶ円弧に案内面３４を加工すればよい
ことになる。

【００７７】以上、案内精度向上の原理について案内面
が凸円弧を例に簡単に説明した。案内面が凹であれば逆
曲率となることは容易に類推できる。また、案内面の加
工では素材に残留する内部応力、塑性変形に起因する加
工歪や熱歪の影響が大きいため、凸や凹の円曲率に近い
形状に加工されやすいことも周知の事実である。

【００７８】但し、本発明は案内精度を磁力補正によっ
て向上させる方法であるが、磁性体製で長尺のヨーク面
３６を円弧高さ数百μｍで精密加工に凸や凹の円弧に加
工するのは簡単ではない。

【００７９】そこで比較的容易に磁力補正によって案内
精度向上を達成できる具体的方法を本発明ＸＹステージ
を例に説明する。図８（Ａ）は本発明ＸＹステージにお
けるＸヨーク３１と磁石２１ｄとの関係を示したもので
Ｘヨーク３１が図７のヨーク３６に、磁石２１ｄは２個
で一方が磁石３７ａ、他方が磁石３７ｂに相当する。

【００８０】また、図８（Ｂ）は磁石２１ｄとＸヨーク
３１との関係を断面図で示したもので４３が磁石本体、
４４が磁石からの磁束４５を効率良くＸヨーク３１に導
く磁性体製のケースである。

【００８１】案内精度を向上させるには図７に示したよ
うにスライダ３５の移動につれて磁力を変化させ得れば
目的は達成できる。磁力を変化させるには磁石２１ｄと
Ｘヨーク３１間に働く磁束隙間を変えるか、或いは、磁
束面積を変えるかの何れかである。

【００８２】原理説明では理解を容易にするため前者と
したが実際にはさほど容易でなく、現実には後者の方が
比較的容易に目的を達成できる。磁束隙間変化はＸヨー
ク３１の厚さ方向の加工となるが、磁束面積変化はＸヨ
ーク３１の幅方向加工となる。

【００８３】即ち、原理図を例とした案内精度向上のた
めには図７のようにＸヨーク３１の幅方向をヨーク３６
の如く円弧に加工すればよいことになる。この場合、円
弧の半径は加工しやすい小曲率にできる。

【００８４】即ち、磁力の影響が及ぶ範囲は概ね１ｍｍ
程度、これが磁束隙間による磁力の調整域となる。これ
に対し磁束面積の影響が及ぶ範囲はヨーク幅で概ね数十
ｍｍ程度、これが磁束面積による磁力の調整域となる。

【００８５】この差分が円弧曲率差となる。いずれにし
ても長尺なＸヨーク３１面そのものを円弧高さ１ｍｍ以
下で加工するのは容易でない。

【００８６】円弧高さ数ｍｍから数十ｍｍなら比較的容
易であることは言うまでもない。尚、案内精度の磁力補
正は、Ｘヨーク３１の加工と実装、案内精度測定等を繰
り返して実行される。

【００８７】但し、現実には４６に示す板材ヨークを用
い、板材ヨーク４６の加工と装着による案内精度向上が
便利である。また、案内精度向上についてＸスライダ２
６についてのみ説明したが、Ｙスライダ１７についても
精度向上の基本はまったく同様であること、さらに、Ｘ
ヨーク３１にはＸスライダ２６の垂直方向と水平方向と
の磁力成分を共用させてあるが、Ｙスライダ１７のＸ方
向の案内精度に影響するのは水平成分であって、垂直成
分による変位はＹガイド１８の案内面とＹエアパッド１
９面との静圧浮上隙間で吸収されＹスライダ１７に伝達
されないこと等は言うまでもない。

【００８８】加えて、磁力補正による案内精度向上を本
発明の同一平面形ＸＹステージを例に説明したが、ＸＹ
ステージに限るものでなく一軸ステージであっても何等
問題なく適用できることは言うまでもない。

【００８９】以上説明したように、本発明の同一平面形
ＸＹカテージは静圧案内面と磁力作用面とを、すべて分
離独立できるため、以下のような利点がある。 １）静圧浮上面の構成材料を、すべて高精度加工が容易
な石材やセラミック材料で構成できるため、高精度加工
による案内精度の向上は勿論、案内面の摩耗損傷から保
護等を実現できる。 ２）金属材料に比べ機構を軽量化できるのでステージの
高速化や高共振点化による性能アップを実現できる。

【００９０】また、すべて静圧力と磁力とのバランスに
よる片面浮上方式とすることができるので、以下のよう
な利点がある。 ３）高精度加工を要する箇所や面数を削減でき、バラン
ス浮上は隙間を自動セットして組立工数を削減すること
ができ、これは機構の軽量化は勿論、製造コストの低減
を図れる。 ４）案内面が片面のみなので部材形状の制約が小さい分
だけ設計自由度が高い。これは部材に形状効果、例えば
強度と重量など背反する要素の両立を可能とさせるため
機構の性能アップを達成できる。 ５）バランス浮上の利点を生かした案内精度の磁力補正
が可能となるため更なる案内精度の向上を達成できる。

【００９１】なお、本発明によれば下記（１）〜（６）
に記載する構成を実現することができる。 （１）案内面上に静圧浮上できる磁石付きのスライダを
置き、磁石の対面には磁性体製のヨークを案内面とは独
立別個に固定配置してスライダに作用する静圧力と磁力
とをバランス浮上させるステージにおいて、ヨークに作
用する磁力方向、または、磁力直角方向におけるヨーク
の厚さや幅をスライダの進行方向に沿って変化させるこ
とでスライダの案内精度を向上させることを特徴とする
静圧浮上案内。 （２）Ｘスライダに直交結合されたＹガイドを案内と
し、かつ同一平面上に静圧浮上するＹスライダを有する
同一平面形ＸＹステージにおいて、Ｙガイドに磁性体製
のヨークを固定配置し、また同一平面上に浮上するＹス
ライダには該ヨークに作用する磁石を設置することによ
り、Ｙスライダを同一平面上に静圧力と磁力のバランス
で浮上させたことを特徴とする同一平面形ＸＹステー
ジ。 （３）（２）記載の同一平面形ＸＹステージにおいて同
一平面を構成する部材を、石材、または、セラミック部
材としたことを特徴とする同一平面形ＸＹステージ。 （４）（２）記載のＸＹステージにおいて、Ｙガイドに
形成するＹスライダの案内面を同一平面と直交させた唯
一の案内面とするとともに、Ｙガイドには磁性体製のヨ
ークを該案内面とは独立別個に固定配置し、さらにＹス
ライダには該ヨークに作用する磁石を設置することによ
り、該案内面に働く静圧力と該ヨークに作用する磁力と
をバランスさせたＹスライダとしたことを特徴とする
（２）記載の同一平面形ＸＹステージ。 （５）（２）記載の同一平面形ＸＹステージにおいて、
Ｘスライダのガイドを水平方向を支える唯一の案内面
と、これと直交する垂直方向を支える唯一の案内面の直
交二面で構成するとともに、該ガイドとは独立別個に磁
性体製のヨークを直交する該案内面とは一定の角度だけ
傾けて固定配置し、該Ｘスライダには該ヨークに作用す
る磁石を設置するとともに、該ヨークと該磁石に働く磁
力の水平成分と垂直成分とを該直交二面に分割作用させ
ることにより、静圧力と磁力をバランス浮上させること
を特徴とする（２）記載の同一平面形ＸＹステージ。 （６）（２）記載の同一平面形ＸＹステージにおいて、
案内面上に静圧浮上するスライダに支点対称となるよう
静圧浮上用エアパッドを結合したことを特徴とする
（２）記載の同一平面形ＸＹステージ。

【００９２】

【発明の効果】従って、以上詳述したように本発明によ
れば、静圧浮上案内面と磁力作用面とを分離独立させる
と共に、静圧浮上案内面をすべて空気軸受の静圧力と磁
力とのバランスによる片面案内方式にすることにより、
従来の課題をすべて解決した同一平面式ＸＹステージに
よる静圧浮上ステージを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の同一平面式ＸＹステージを示す斜視図。

【図２】図１の縦スライダ２を縦軸４の長手方向直角断
面で示した模式図。

【図３】図１の横スライダ６を横軸７の長手方向直角断
面で示した模式図。

【図４】本発明における実施例を示した立体図。

【図５】図４のＹガイド１８をＹスライダ１７を含む送
り方向直角断面で示した細部構造図。

【図６】図４のＸガイド１７をＸスライダ２６を含む送
り方向直角断面で示した細部構造図。

【図７】本発明による案内精度向上に関する原理図。

【図８】図８Ａ，Ｂは本発明によるＸＹステージにおけ
るＸヨーク３１と磁石２１ｄとの関係及び磁石２１ｄと
Ｘヨーク３１との関係を示す図。

【符号の説明】

１６…定盤、１７…Ｙスライダ、１８…Ｙガイド、１９
…Ｙエアパッド、２０…ヨーク、２１ａ…磁石、２１ｂ
…磁石、２２…ブリッジ、２３…Ｙｓエアパッド、２１
ｃ…磁石、２５…Ｙｓヨーク、２６…Ｘスライダ、２７
…Ｘガイド、２８…Ｘｚエアパッド、２９…Ｘｙエアパ
ッド、３０…金具、３１…Ｘヨーク、３２…Ｙ送りね
じ、３３…Ｘ送りねじ、２０′…ヨーク、２１ｄ…磁
石、２１ｅ…磁石、３４…案内面、３５…スライダ、３
６…ヨーク、３７ａ，３７ｂ…磁石、３８…平面スケー
ル、３９ａ，３９ｂ…センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｋ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定盤と、ガイドと、該ガイドを案内と
   し、前記定盤に静圧浮上するスライダとを有する静圧浮
   上ステージにおいて、 前記ガイドは、前記定盤面に直交する案内面と、該案内
   面とは独立別個に固定されている磁性体とを有し、 前記スライダは、前記磁性体と対向する磁石と、前記案
   内面に対向するエアパッドとを有することを特徴とする
   静圧浮上ステージ。
2. 【請求項２】 前記磁性体が前記定盤面に平行な第１の
   面と、該第１の面に直交する第２の面を有し、前記磁石
   が、前記第１の面に対向する第１の磁石と前記第２の面
   に対向する第２の磁石を有することを特徴とする請求項
   １に記載の静圧浮上ステージ。
3. 【請求項３】 前記磁性体が前記定盤面に対して一定の
   角度を有する面を有することを特徴とする請求項１に記
   載の静圧浮上ステージ。
4. 【請求項４】 前記エアパッドがスライダに支点対称と
   なるように結合されていることを特徴とする請求項１乃
   至３に記載の静圧浮上ステージ。
5. 【請求項５】 定盤と、該定盤に固定されたガイドと、
   該ガイドを案内とするスライダとを有する静圧浮上ステ
   ージにおいて、 前記ガイドは、互いに一定の角度で交わる第１および第
   ２の案内面と、前記第１及び第２の案内面とは別個独立
   に前記第１または第２の案内面に対して一定の角度傾け
   て固定配置された磁性体を有し、前記スライダは、前記
   磁性体と対向する磁石と、前記第１の案内面に対向する
   第１のエアパッドと前記第２の案内面に対向する第２の
   エアパッドを有することを特徴とする静圧浮上ステー
   ジ。
6. 【請求項６】 前記第１および第２のエアパッドがスラ
   イダに支点対称となるように結合されていることを特徴
   とする請求項５に記載の静圧浮上ステージ。
7. 【請求項７】 前記磁性体の厚さおよび幅の少なくとも
   一方が前記ガイドの延長方向に沿って変化していること
   を特徴とする請求項１乃至６に記載の静圧浮上ステー
   ジ。
8. 【請求項８】 定盤と、第１の方向に延長する第１のガ
   イドと、前記第１のガイドを案内とする第１のスライダ
   と、前記第１のスライダに結合され、前記第１の方向に
   直交する第２の方向に延長する第２のガイドと、前記第
   ２のガイドを案内とし、前記定盤に静圧浮上する第２の
   スライダとを有する静圧浮上ステージにおいて、 前記第１のガイドは、一定の角度で交わる第１および第
   ２の案内面と、前記第１の方向に延長し、前記第１およ
   び第２の案内面とは別個独立に前記第１および第２の案
   内面に対して一定の角度傾けて固定配置された第１の磁
   性体とを有し、 前記第１のスライダは、前記第１の磁性体と対向する第
   １の磁石と、前記第１の案内面に対向する第１のエアパ
   ッドと前記第２の案内面に対向する第２のエアパッドと
   を有し、 前記第２のガイドは、前記定盤面に直交し前記第２の方
   向に延長している第３の案内面と、該第３の案内面とは
   独立別個に固定され、前記第２の方向に延長している第
   ２の磁性体とを有し、 前記第２のスライダは、前記第２の磁性体と対向する第
   ２の磁石と、前記第３の案内面に対向する第３のエアパ
   ッドとを有することを特徴とする静圧浮上ステージ。
9. 【請求項９】 前記第１の案内面は前記定盤面に平行で
   あり、前記第２の案内面は前記第１の案内面に直交する
   面であることを特徴とする請求項５，６または８に記載
   の静圧浮上ステージ。
10. 【請求項１０】 前記第２の磁性体が前記定盤面に平行
    で前記第２の方向に延長している第１の面と、該第１の
    面に直交し前記第２の方向に延長している第２の面を有
    し、 前記磁石が、前記第１および第２の面にそれぞれ対向す
    る磁石を有することを特徴とする請求項８または９に記
    載の静圧浮上ステージ。
11. 【請求項１１】 前記第２の磁性体が前記定盤面に対し
    て直角以外の一定の角度を有する面を有することを特徴
    とする請求項８または９に記載の静圧浮上ステージ。
12. 【請求項１２】 前記第１の磁性体および第２の磁性体
    の少なくとも一方の、厚さおよび幅の少なくとも一方が
    前記第１の方向に沿って変化していることを特徴とする
    請求項８乃至１１に記載の静圧浮上ステージ。
13. 【請求項１３】 前記第１乃至第３のエアパッドがスラ
    イダに支点対称となるように結合されていることを特徴
    とする請求項８乃至１２に記載の静圧浮上ステージ。
14. 【請求項１４】 前記定盤が、非磁性体で構成されてい
    ることを特徴とする請求項１乃至１３に記載の静圧浮上
    ステージ。
15. 【請求項１５】 前記非磁性体が、石材、または、セラ
    ミック部材であることを特徴とする請求項１４に記載の
    静圧浮上ステージ。