JPH0915359A

JPH0915359A - ステージ

Info

Publication number: JPH0915359A
Application number: JP7164199A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Shiozawa; 久塩澤; Koji Fukutomi; 康志福冨
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】支持している被加工物あるいは被測定物等のワ
ークに対して伝わる、ステージ自身の変形が原因となる
変形の量を低減させ、なおかつ支持している対象物とス
テージとの間に生じる振動の影響を低減することができ
るステージを提供する。【構成】移動可能なテーブル１と、被測定対象あるいは
被加工対象であるワークを取付けるためのワーク取付部
２と、ワーク取付部２をテーブル１上に弾性的に固定す
るための弾性体３とを有し、テーブル１の上面にはダン
ピングオイル４を貯めるためのくぼみ１ａが設けられ、
当該くぼみ１ａの底面には溝５が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精度な加工、または
計測が要求される加工機または測定機に係り、特に、被
加工物あるいは被測定物を変形させずに安定して支持す
ることができるステージに関する。

【０００２】

【従来の技術】測定機または加工機の構成において、剛
性の向上、配置の容易さから、しばしば、ワークを移動
させて加工や測定を行なう場合がある。このとき、ワー
クがそれほど大きくなく、数十μｍ程度の精度が要求さ
れるもの、例えば通常の小型の機械部品等に関しては、
比較的容易に要求精度を達成できた。

【０００３】ところが、数μｍからサブμｍと非常に高
い精度が要求され、なおかつ大型のワークの加工、形状
計測を行なう場合、例えば天体望遠鏡の反射ミラーや大
型の非球面光学素子の加工、計測の場合においては、ワ
ークを移動させて行なおうとすると、さまざまな問題が
生じる。

【０００４】その一例として、ワークの移動に伴い、構
成部材に変形が生じることが挙げられる。大型ワークの
場合、重量が大きくなるため、ワークを移動させると装
置のベースがたわんだり、移動ステージのガイド部が変
形したりする。これらの変形が生じると、加工精度、測
定精度に大きく影響を与える。特に、その中でもステー
ジが移動に伴って変形し、それがステージ上のワークに
影響を与え、変形を引き起こすことがあり、これが、被
加工物や被測定物の支持において、非常に重大な問題と
なっていた。図４は、その概念を示した図である。

【０００５】エアスライド、あるいは転がりガイド等で
駆動される、被加工物や被測定物等のワーク１０を支持
するステージ９のガイド部９ａは、ワーク１０の大型化
に伴い、高い剛性が必要となる。このため、ステージ９
を構成している部材が、ガイド部９ａの剛性に負け、ガ
イド部９ａの形状にならう形で変形してしまうことがあ
る。

【０００６】ステージ９が変形すると、結果的にステー
ジ９上にあるワーク１０も変形してしまい、加工、測定
時に誤差が生じてしまう。

【０００７】上述した変形誤差を解決する手段として、
従来、図５に示すように、ステージ９上にワーク１０を
取り付けるための別なワーク取付板２を設け、それをス
テージ９上に配置された３つの鋼球１１で支持する方式
が用いられていた。

【０００８】この構成によれば、３点支持構造が構成さ
れるので、ステージ９の変形をワーク取付板２に伝えな
い構造を実現していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
５の従来技術の場合、鋼球１１とワーク取付板２との接
点で生じるモーメントは、ワーク取付板２に伝わらない
ものの、ステージ９自身が変形すると、３つの鋼球１１
の位置関係が変化し、ワーク取付板２に変形を引き起こ
していた。

【００１０】また、ワーク取付板２が３つの鋼球１１に
よる点接触で支持されているため、ワーク取付板２の中
央部での剛性が低くなり、有害な振動が発生する場合が
多かった。

【００１１】本発明は上記したような従来の問題点を解
決する手段とするもので、その目的とするところは、支
持している被加工物あるいは被測定物等の対象物に対し
て伝わる、ステージ自身の変形が原因となる変形の量を
低減させ、なおかつ支持している対象物とステージとの
間に生じる振動の影響を低減することができるステージ
を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係わるステージは、ステージ基部と、前記
ステージ基部上に配置された弾性体と、前記弾性体を介
して前記ステージ基部により支持される、被測定物ある
いは被加工物を取り付けるワーク取付部とを有し、前記
ステージ基部は、前記ワーク取付部を、当該ステージ基
部とワーク取付部との間に隙間が形成されるように支持
し、前記隙間には、前記ステージ基部とワーク取付部と
の間で生じる振動を減衰させるダンピング効果を発現す
る粘性流体を充填することを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明においては、ワーク取付部とステージ基
部との間を弾性体で結合するため、ステージ基部の変形
がワーク取付部に伝わりにくくなる。

【００１４】さらに、ワーク取付部とステージ基部との
間に、ダンピングオイル等の粘性流体を充填することで
ダンピングの効果が働かせるため、水平方向、垂直方向
ともステージの移動によって生じる振動の影響や、音響
振動、床振動等の外乱振動の影響を低減できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明によるステージの一実施例を、
図１を参照して説明する。

【００１６】本実施例のステージは、図１（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、所定の方向へ移動可能な
テーブル１と、被測定対象あるいは被加工対象であるワ
ークを取付けるためのワーク取付部２と、ワーク取付部
２をテーブル１上に弾性的に固定するための弾性体３と
を有する。

【００１７】テーブル１は、静圧ガイド、あるいは転が
り軸受、滑り軸受等のガイド部９ａで支持されており、
一方向あるいは任意の方向に自由に移動可能な機構を有
している。さらに、テーブル１には、その上面に、ダン
ピング効果を発現する粘性流体を貯めるための、水平な
底面を形成しているくぼみ１ａが設けられている。本実
施例では、そのくぼみ１ａに、テーブル１とワーク取付
部２との間に形成される空間を隙間なく充填するのに必
要な量のダンピングオイル４が満たされているものとす
る。

【００１８】ここで使用できるダンピングオイル４は、
バネ性が非常に小さく、かつ、ダンピング効果を発現す
ることができるものであれば、その種類は特に限定され
ないが、揮発がなく、経時変化の少ないもの、例えば、
シリコン系のオイル等が適当である。

【００１９】ワーク取付部２は、３個の弾性体３により
３箇所で支持されている。ワーク取付部２の形状は、特
に限定されるものではないが、例えば、本図に示すよう
に、各弾性体３をそれぞれ収容して、その内部で当該弾
性体３との連結を行う空洞部分２ａが形成されている、
板状あるいは直方体状とする。

【００２０】弾性体３は、本実施例では、板バネ３によ
り構成している。各板バネ３の向きすなわち、板バネ３
の変形しやすい方向は、これら３つの板バネの支持部分
の中心点で構成される三角形のそれぞれの頂角における
２等分線の方向とした。

【００２１】本実施例では、以上のように板バネ３の配
置、向きを構成し、これら板バネ３によりワーク取付部
２をテーブル１上に弾性的に支持することにより、ワー
ク取付部２の水平方向の剛性を確保するとともに、テー
ブル１に変形が生じても、対称な変形ならばワーク取付
部２の位置は変化しない。

【００２２】さらに、本実施例では、テーブル１が変形
しても、板バネ３がたわむことにより、その変形を吸収
するため、ワーク取付部２は変形しない。

【００２３】テーブル１のくぼみ１ａの底面に、当該底
面を縦横に切るようにして形成された溝５が設けられて
いる。この溝５は、ワーク取付部２とテーブル１との間
隔が変化した際、ワーク取付部２とテーブル１との隙間
に充填されているダンピングオイル４をすみやかに逃が
したり、逆に補ったりするためのものである。

【００２４】さらに、溝５は、ダンピングオイル４に温
度変化が生じて、体積変化が起きた場合に対しても、こ
の溝５を介して、ダンピングオイル４を逃したり補充し
たりすることで、その影響を低減するという効果もあ
る。

【００２５】なお、ワーク取付部２とテーブル１との間
隔の変化量が少ない場合や間隔の変化がゆっくりとして
いる場合には、溝５を省略する構成としても良い。ま
た、溝５を設ける代わり、テーブル１とワーク取付部２
との間の隙間の外側にダンピンオイル４の貯溜部を設
け、当該貯溜部と間隙との間を所定の流路で結ぶ構成と
しても良い。

【００２６】本実施例においては、テーブル１とワーク
取付部２との隙間の量と、用いるダンピングオイル４の
粘性の選定とが重要なポイントとなる。以下に、その説
明を行なう。

【００２７】ワーク取付部２とテーブル１との隙間を
ｅ、空洞部分２ａ及び溝５を除いた、隙間がｅとなって
いる部分の面積をＡ、ワーク取付部２と取付けるワーク
とを合わせた質量をｍとする。ワーク取付部２の水平方
向の固有振動数をｆとすると、弾性体３のバネ定数Ｋ
は、以下の数１で表すことができる。

【００２８】Ｋ＝（２×π×ｆ）²×ｍ・・・・・・・・・・・・・・（数１）また、残留振動が生じない減衰率をζとすると、それを
実現するための粘性係数μは、以下の数２で表すことが
できる。

【００２９】 μ＝２×ζ×（ｍ×Ｋ）^0.5×ｅ／Ａ・・・・・・・・・（数２）例えば、隙間の間隔ｅを０．１ｍｍ、面積Ａを１ｍ²、
質量ｍを３００ｋｇ、固有振動数ｆを１００Ｈｚとし、
残留振動が生じないように減衰率ζを０．７とすると、
粘性係数μは約２６ｋｇ／（ｍ・ｓｅｃ）となる。これ
を実現するために、例えば、シリコンオイルを用いると
すると、そのシリコンオイルの満足すべき動粘度は、２
６×１０³ｃＳｔとなる。この値の動粘度を有するシリ
コンオイルは、市販されているものがあり、容易に入手
することができる。

【００３０】本実施例によれば、ワーク取付部２が弾性
体３を介してテーブル１により支持されているため、ガ
イド部材９ａ等で移動可能に支持されるテーブル１の変
形が、ワーク取付部２により支持されているワークに対
して伝わりにくくなる。

【００３１】さらに、本実施例によれば、ワーク取付部
２とテーブル１との間の間隙に、ダンピングオイル４が
充填されているため、ワーク取付部２とテーブル１との
間に起こる振動を減衰させることができ、ワークを支持
しているステージの振動を抑えることができる。

【００３２】さらに、本実施例のステージを加工や測定
に用いることにより、上述したような効果により、大型
で高い精度が要求される部品の計測、加工が精度良く行
なうことができ、さらに、外乱振動、内部振動の影響を
低減でき、加工、計測精度の向上を図ることができる。

【００３３】なお、本実施例では、移動可能なステージ
について説明したが、本発明は、移動可能なステージの
みならず、固定設置型のステージに対しても、同様に適
用することができる。

【００３４】また、本実施例では、くぼみ１ａの下面に
縦横に切られた溝５を形成しているテーブル１について
説明したが、テーブル１とワーク取付部２との間に形成
された隙間に充填されるダンピングオイル４を、必要に
応じて補充したり逃したりすることができるものであれ
ば、溝５の形状は、本実施例の形状に限定されるもので
はない。

【００３５】また、溝５をテーブル１のくぼみ１ａに形
成する代わりに、くぼみ１ａと対向するワーク取付部２
の下面に形成する構成としてもよい。

【００３６】次に、本発明を適用したステージの他の実
施例について、図２、図３を参照して説明する。本実施
例は、上記実施例のステージにおいて、そのワーク取付
部の位置を高精度に決定するための測定基準、あるいは
位置検出手段を設けたものである。

【００３７】本実施例は、例えば、図２に示すように、
上記図１の実施例の構成において、テーブル１により弾
性的に支持されるワーク取付部２に固定される、互いに
直交する方向に反射面を向けて配置される、反射ミラー
６ａと、反射ミラー６ｂとを付加したものである。な
お、その他の構成は、上記図１の実施例と同じである。
これら同じ構成については、同じ符号を付し、その詳細
説明は省略する。

【００３８】本実施例では、テーブル１は、ガイド部９
ａによりＸ方向に移動可能であり、また、図示していな
いが、同様な機構でＹ方向にも移動が可能な機構を有す
る。

【００３９】反射ミラー６ａ、反射ミラー６ｂはそれぞ
れ、ワーク取付部２のＸ方向、Ｙ方向の位置を測長用レ
ーザ光７ａ、７ｂで測定する際の基準となるものであ
る。

【００４０】測長用レーザ光７ａ、７ｂは、図示されて
いないレーザ測長装置からそれぞれ照射されるものであ
る。レーザ測長装置は、反射ミラー６ａ、６ｂからの反
射光を受光することで、Ｘ方向、Ｙ方向での測長を実行
して、ワーク取付部２のＸ、Ｙ位置を高精度に決定す
る。

【００４１】本実施例の構成においては、被加工対象あ
るいは被測定対象であるワークが固定されるワーク取付
部２は、弾性体３を介して、テーブル１により弾性的に
支持されている。このため、ワーク取付部２とテーブル
１との相対位置関係が必ずしも一定とはならず、特に、
ワーク取付部２がステージの移動に伴い、テーブル１の
位置から相対的にずれる場合がある。

【００４２】このような場合に対処するために、本実施
例では、ワークの位置を精度よく把握するための測定基
準として反射ミラー６ａ、反射ミラー６ｂを、ワーク取
付部２に設置した。

【００４３】本実施例の構成によれば、ステージの移動
に伴い変化する、テーブル１とワーク取付部２との相対
位置関係に影響されず、直接、ワーク取付部２の位置、
すなわち、ワークの位置を常時測定することができる。

【００４４】本実施例では、Ｘ方向、Ｙ方向の２方向を
測定するために、反射ミラー６ａ、６ｂを用いたが、一
方向に移動する場合で、当該移動する方向と直交する方
向での変位が無視される場合には、図３に示すように、
反射ミラー６ａ、６ｂの代わりに、コーナーキューブ１
２を用いる構成としてもよい。

【００４５】また、本実施例では、測定基準となる反射
ミラー６ａ、６ｂをワーク取付部２に固定し、外部に配
置されたレーザー測長装置により位置を決定する構成と
したが、この代わりに、外部に測定基準を設け、ワーク
取付部２にレーザー測長装置やポジションスケール等の
位置測定手段を固定することで、ワーク取付部２の位置
を決定する構成としても良い。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、支持している被加工物
あるいは被測定物等の対象物に対して伝わる、ステージ
自身の変形が原因となる変形の量を低減させ、さらに、
支持している対象物とステージとの間に生じる振動の影
響を低減することができるステージを提供することがで
きる。

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は本発明によるステージの一実施例
の上面図であり、図１（Ｂ）はＩ−Ｉ断面図であり、図
１（Ｃ）はＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図２】図２（Ａ）は本発明によるステージの他の実施
例の上面図であり、図２（Ｂ）はＩＩＩ−ＩＩＩ断面図
である。

【図３】図３（Ａ）は本発明によるステージの他の実施
例の上面図であり、図２（Ｂ）はＩＶ−ＩＶ断面図であ
る。

【図４】従来のステージの一例を示す側面図である。

【図５】従来のステージの他の例を示す側面図である。

【符号の説明】

１：テーブル、２：ワーク取付部、３：弾性体、４：ダンピングオイル、５：溝、６ａ：反射ミラー、６ｂ：反射ミラー、７ａ：測長用レーザ光、７ｂ：測長用レーザ光、９：ステージ、９ａ：ガイド部、１０：ワーク、１１：鋼球、１２：コーナーミラー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステージ基部と、前記ステージ基部上に配置された弾性体と、前記弾性体を介して前記ステージ基部により支持され
る、被測定物あるいは被加工物を取り付けるワーク取付
部とを有し、前記ステージ基部は、前記ワーク取付部を、当該ステー
ジ基部とワーク取付部との間に隙間が形成されるように
支持し、前記隙間には、前記ステージ基部とワーク取付部との間
で生じる振動を減衰させるダンピング効果を発現する粘
性流体を充填することを特徴とするステージ。
【請求項２】請求項１に記載したステージにおいて、前記粘性流体が接している、前記ワーク取付部の表面部
分と、当該表面部分に対向する前記ステージ基部の表面
部分とのうち少なくとも一方に、前記粘性流体が流れる
溝が形成されていることを特徴とするステージ。
【請求項３】請求項１に記載したステージにおいて、前記隙間の外側に設けられる、前記粘性流体を溜める貯
溜部と、前記隙間と前記貯溜部との間で前記粘性流体が流動する
ための流路とをさらに有することを特徴とするステー
ジ。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載したステー
ジにおいて、前記粘性流体はダンピングオイルであることを特徴とす
るステージ。
【請求項５】請求項４に記載したステージにおいて、前記ワーク取付部には、外部に配置されている位置測定
手段による、当該ワーク取付部の位置測定のための測定
基準となる基準部材が配置されていることを特徴とする
ステージ。
【請求項６】請求項４に記載したステージにおいて、前記ワーク取付部には、外部に設けられている測定基準
に対して、当該ワーク取付部の位置を測定する位置測定
手段が配置されていることを特徴とするステージ。
【請求項７】請求項５に記載したステージにおいて、前記ステージ基部を移動させる移動機構をさらに有し、前記ワーク取付部に配置されている測定基準は、外部に
配置されている位置測定手段としてのレーザ測長装置か
ら出射される測長用レーザ光を反射する、反射ミラー及
びコーナーキューブのうち、少なくとも一方であること
を特徴とするステージ。