JPS59102186A

JPS59102186A - ステ−ジ装置

Info

Publication number: JPS59102186A
Application number: JP21373582A
Authority: JP
Inventors: 関　昌美; 幸雄柿崎
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1982-12-06
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1984-06-13

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】本発明は、物体全載置するテーブルを精密に移動するス
テージ装置に関し、特にそのテーブルの移動方向をエア
・ベアリングによって案内するＸＹ移動ステージの改良
に関する。

ステップアンドレピート方式のＩＣパターン露光転写装
置や電子線露光装置の試料台、その他多くの精密機器等
の移動台に用いられる、ｘｙＸ方向精密移動する移動ス
テージには、その案内部に、鋼球やローラ等を用いて摩
擦全減少させた接触式案内全使用するものと、ガイドバ
ーと軸受メタルとの間に、外部から空気等の流体全供給
し、その静圧力によって浮き上がらせる静圧空気軸受（
以下単に「エア・ベアリング」と称する。）などの非接
触式案内全使用するものとが従来から知られている。

前者の接触式案内を用いるものにあっては、超精密移動
に耐える寿命が摩耗によシ比較的短い上に、ころが９摩
擦による可動部の移動速度にも限界がちυ、また鋼球や
ローラーの潤滑のための油による試料汚染の危れがある
。上記のような接触式案内の欠点金線くものとして知ら
れている後者の非接融式案内においては、潤滑油の代り
に粘度の極めて小さい空気を媒体として用いるから、軸
受摩擦が極めて小さく、従って超高速の移動が可能で、
軸受寿命も非常に長、く、もちろん油汚染の危険性が全
く無い等の長所を有する。そのため、特に精密に移動お
よび停止全高速円滑に行う必要のある場合には、このエ
ア・ベアリングを使用するエア・ステージが有利である
。

しかしながら、このエア・ベアリングは負荷能力が低く
、負荷が大きく変動すると、空気金倉して近接するガイ
ドバーと軸受メタル間のエア・ギャップが変化して、ス
テージの真直度を悪くする欠点があった。また、移動部
材が比較的重い場合には、ガイドバーがたわみ、さらに
ステージの精度を悪くする原因となっている。上記の如
き問題を解決するために、従来は、可動部の重量全軽減
したり、ガイドバーを太くして剛性を上げるなどの対策
全たてていたが、このような互いに相矛盾する対策には
おのずから限界がある。

本発明は、上記従来のエア・ステージの欠点を解決し、
テーブルの移動が円滑で且つその移動案内精度が極めて
高いＸＹ移動可能な、ステージ装置全提供することを目
的とする。

以下、添付図に示された実施例に基づいて本発明の詳細
な説明する。

第１図に本発明の一実施例を示す断面図で、第２図は第
１図におけるＡ−Ａ断面図である。また第３図は第１図
の拡大斜視図で、第４図は第３図におけるＸ軸移動部全
除去したＹ軸移動部のみの斜視図である。

第１図および第２図において、良好な平面度に上面を仕
上げられた基台としての定盤１上には、互いに平行な１
対の角筒状Ｙ軸ガイドバー（以下単に「第１ガイドバー
」と称する。）　２　、２’が角柱状のガイド支持台３
　ｒ　３”ｔ−介して固設され、それぞれの第１ガイド
バー２，２′上にはぐ第１スライダ一本体４，４′が滑
動可能に設けられている。

その第１ガイドバー２　、２’Ｕ、ガイド面となる長手
方向の４面を真直度の優れた平滑面に仕上げられた中空
四角柱に形成されている。また、その第１ガイドバー２
，２′にそれぞれ嵌合する第１スライダ一本体４．４’
ｉ、中空角筒状に形成され、第１ガイドバー２，２′の
ガイド面に対向Ｎ第１スライダ一本体４，４′の各面、
にに、第５図（ａ）に示されているように、それぞれ２
個の貫通孔４ａｉが設けられ、その貫通孔４ａＫＵ、エ
ア・ノくラド５が小ねじ６によって固設されている。こ
のエア・ノ（ラド５は、端面に複数のオリフィス５ａ　
ｆ有するベアリングｉ５Ａと、取付は孔５ｂを有する取
付は部５Ｂとから成り、そのオリフィス５ａから噴出す
る空気の静圧力によって、対向するガイド面との間に所
定の空隙が保たれる流体軸受としてのエア・ベアリング
を構成している。尚、各エア・パッド５は第５図（ｂ）
のような断面形状で６．？、ベアリング部５Ａ内には空
洞５ｄが形成され、この空洞ｓｄｕ各オジオリフイスと
連通ずるとともに取付は部５Ｂに設けられた給気孔５Ｃ
とも通じている。この給気孔５ＣＫは給気用のノ（イブ
ＡＴが挿入され、不図示の空気供給源（エア・ポンプ等
）から圧力気体が供給される。

また、２個の第１スライダ一本体４，４′は、互いに対
向する側面を２個の平行な架橋部材７，７′により第４
図の如く一体に結合され、その結合された側面とは反対
側の外側面には、後で詳しく述べられる第２ガイドバー
２４　、２４”ｉ支持するＸ軸フ。

ラケッ）２２．２３ｉ取り付けるためのブラケット台８
および９が設けられている。尚、加槁部材７゜７′では
さまれた空間は開口部７ａである。エア。

パッド５を有する上記の２個の第１スライダ一本体４，
４′と架橋部材７，７′とブラケット台８，９とによっ
で、Ｙ方向可動手段としての第１エア・スライダーが構
成される。

さらに、一方の架橋部材７の側面には、第２図の如くＹ
輸送υねじブラケット１０が固設され、そのＹ軸送９ね
じブラケット１０には、Ｙ輸送りねじ１１と螺合するナ
ツト１２が設けられている。このナツト１２は、第６図
乃至第８図に示されているように、Ｙ輸送りねじ１１と
螺合するナツト本体１３と、フランジ部１４ａとねじ部
１４ｂとの間に、円周に沿って３条の摺割溝１４ｃが互
いちがいに放電ワイヤー加工により形成されたサブナツ
ト１４と、その両者を結合するだめの小ねじ１５とから
構成されている。

そのサブナツト１４の７２７２部１４Ｈの側面には円サ
ブナツト１４と全結合するように構成されている。

従って、ナツト本体１３とサブナツト１４とを回転方向
に相対的に変位した状態で小ねじ１５全締めると、ナツ
ト本体１３側のねじピッチとサブナツト１４側のねじピ
ッチとが軸方向に僅かにずれるので、送９ねじ１１とナ
ツト１２との間のバックラッシュが除去される。

第２図中で、Ｙ輸送ジねじ１１の右端は、カップリング
１６ヲ介してＹ軸駆動モーター１７の駆動軸に結合され
、定盤１上に固設されたＹ軸モーター支１９により回転
可能に支持され、この軸受棒１９ば、定盤ｌ上に設けら
れたＹ輸送シねじ支持台２ｏに固設されている。この場
合、Ｙ軸送９ねじ１１に２本の第１ガイドバー２，２′
に対して平行に設置される。

また、第１エア・スライダーの２個の第１スライダ一本
体４，４′の下面のほぼ中央部には、補助エア・バッド
２１が設けられ、第１スラ′１イダ一本体４．４′の上
面に設けられたエア・バッド５が受けるべき荷重の一部
全負担するように構成されている。この補助エア・バッ
ド２１ハ、第５図のエア・バッド５と同様に空気を噴出
する複数のオリフィスを有するベアリング部（第５図の
５Ａに相当）と取付孔を有する取付は部（第５図の５Ｂ
に相当）とを有し、その全厚さは、第１スライダ一本体
４゜４′の下面と定盤１の上面との間の距離にほぼ等し
く形成され、その定盤１との間の隙間に静圧空気を有す
るエア・ベアリングを構成している。従って、第１エア
・スライダーに荷重がかかっても、その荷重のほぼ３分
の１をこの補助エア・バッド２１が負担することになる
ので、第１ガイドバー２゜２′は荷重によシたわむこと
が無く、真直度の優れた移動案内をすることができる。

一方、第１図中で、左右の第１スライダ一本体４．４に
それぞれ設けられたブラケット台９上には、Ｘ軸ブラケ
ン）２２．２３がそれぞれ固設されている。このＸ軸ブ
ラケット、２２および２３上に、互いに平行ｒｊ、、　
１対の角筒状Ｘ軸ガイドバー（以下単に「第２ガイドバ
ー」と称する。）　２４　、２イが第１ガイドバー２，
２′に直交するように設けられている。

また、この一対の第２ガイドバー２４　、２４’に平行
して、その中間に、第１図の如くＸ軸送９ねじ２５が設
けられている。第１図中で右側のＸ軸ブラケツト２２に
は、Ｘ軸駆動モーター２６が固設され、そのＸ軸駆動モ
ーター２６の回転は、Ｘ軸ブラケツト２２に固設された
軸受金２７に支持されるＸ輸送すねじ２５ニ、カップリ
ング２８を介して伝達されるように構成されている。左
側のＸ軸ブラケツト２３には軸受棒２９が固設され、Ｘ
輸送シねじ２５は、第１図の：如くその左端をこの軸受
棒２９によって回転可能に支持されている。

第２図および第３図において、右側の第１ガイドバー２
４に嵌合する第２スライダ一本体３０　Ａ　Ｕ、第５図
の第１スライダ一本体４，４′と同様に中空な四角筒に
形成され、その外周の４面にはそれぞれ２個の貫通孔と
、この貫通孔に挿入固定され。

第２エアガイド２４に対してエア・ベアリングとして機
能するエア・バッド５が設けられている。

また、この右側の第２スライダ一本体３０Ａの側面には
、第１図の如くＸ輸送シねじ２５と螺合するナツト１２
を保持するＸ軸ナツト保持体３１が固設されている。さ
らに、左側の第２ガイドバーＵ′と嵌合する第２スライ
ダ一本体３０　Ｂ　（ｄ、四角筒の４面のうち上下の２
面のみにエア・バッド５が設けられ、左右の側面にはエ
ア・バッドが設けられていない。

従って、Ｘ軸に関する左右方向の動きは、右側の第２ガ
イドバー２４のみが基準となるナローガイド方式により
案内される。この左右１対の第２スライダ一本体３０Ａ
、３０ＢｉもってＸ方向可動手段としての第２スライダ
ーが構成される。

その１対の第２スライダ一本体３０Ａ、３０Ｂは、上面
に設けられたＸＹテーブル３２と、下面に設けられた中
間支持手段としての第２スライダー支持体３３によって
連結され、Ｘ軸駆動モーター２６が回転すると、第２ス
ライダー３０Ａ、３０Ｂと共にＸＹテーブル３２と第２
スライダー支持体３３とが一体となって第２ガイドバー
２４　、．２４”）案内として移動するように構成され
ている。この中間支持手段としての第２スライダー支持
体３３ハ、第１図に示されている如く断面がＴ字型に形
成され、第２スライダ一本体３０Ａ、３０Ｂに接する上
部には、第１図中で左右に長い切欠き孔３３ａｉ有し、
第２スライダ一本体３０Ａ、３０Ｂと共に第２スライダ
ー支持体３３がＸ方向（左右方向）に移動しても、Ｙ輸
送りねじ１１がその切欠き孔３３ａ内全貫通する如く設
けられている。従って、Ｙ軸送９ねじ１１および軸受棒
１９が、第２スライダー支持体３３と干渉することは無
い。捷た、第１エア・スライダーの１対の架橋部材７，
７′の間の開ロ部７ａｉ貫通する第２スライダー支持体
３３の支持部３３ｂＨ１その下端に第１エア・スライダ
ーに用いられた補助エア・パッド２１と同様な補助エア
・パッド３４が設けられている。

この補助エア・パッド３４ハ、静圧空気間隙を介して定
盤１に近接するように構成されている。従って第２エア
・スライダーは、両端に設けられたエア・パッド５全介
して第２ガイドバーに支持されると同時に、補助エア・
パッド３４を介して定盤１に接する第２スライダー支持
体３３により支持される。それ故、ＸＹテーブル３２ヲ
含む第２エア・スライダーの重量のうち、たとえば３分
の１程度をこの第２スライダー支持体３３が担うことに
なり、第２ガイドバー２４　、２４’にかかる負荷が軽
減されるばかりでなく、この第２ガイドバー２４　、２
４”ｉ支持する第１ガイドバー２，２′が受ける荷重も
それだけ軽減される。それ故、ＸＹテーブルが、Ｘ軸お
よびＹ軸方向に移動しても、第１ガイドバー２゜２′お
よび第２ガイドバー２４　、２４’上を滑るエア・パッ
ド５にかかる負荷変動が少ないから、ガイドバー　２　
、２’　、　２４　、２４’がたわんだシ、ＸＹテーブ
ル３２が傾斜したりすることが無く、移動精度が良好で
、しかもその移動が円滑である。

なお、第１エア・スライダーを支持する補助エア・パッ
ド２１および第２エア・スライダー全支持する中間支持
体に用いられる補助エア・パッド３４は、定盤１の上面
との空気間隙を比較的太キ＜シたり、気体圧力を小テく
シたりして軸受剛性を小さくすることにより、第１．ガ
イドバー２，２′および第２ガイドバー２４　、２４’
との間に干渉が起＠ないようにすることが望ましい。す
なわち第１ガイドバー２，２′、第２ガイドバー２４　
、２４’による案内精度全低下させないように、補助エ
ア・パッド３４の軸受剛性を調整する。また、本実施例
におけるエア・パッド５および補助エア・パッド２１．
３４Ｑ、多数の給気孔を持つオリフィス補償型のエア・
ベアリングを用いているが、単−給気孔含有するもの、
毛細管絞、？に有するもの、あるいは多孔質のものなど
、特性の異なるエア・ベアリング含有するものと交換し
て使用し得ることは言うまでもない。さらに、本実施例
においては、中間支持体のように、可動部重量を補償す
る機構にエア・ベアリング（補助エアパッド２１１３１
１　）　ｆｆｉ用いたが、定盤上を滑らかに動き、第１
．第２エア・スライダーのような可動部の重量を受ける
に充分な耐圧性を有する摩擦係数の小さい部材であれば
、エア・ベアリングに限ることなく使用することができ
る。

ただし、この場合には、ガイドバーとの干渉を避けるた
め、その取付は部分には荷重方向に対して剛性の比較的
弱いものを使用することが望ましい。

また、本実施例の角柱型ガイドバー２，２′、２４．２
４′に嵌合して案内されるスライダ一本体４，４′、３
０Ａ、３０１：ｔ、従来４枚の側板全率ねじにより結合
して角筒状に形成したものが知られている。しかし、ス
ライダ一本体は数１０Ｋｆ−ｆにも及ぶ内圧全党けるの
で、従来のものは、その内圧に耐えるように組み立てる
ためには、その結合部を厚くしたり、また多数の小ねじ
を必要とするため、必然的に大形で重量の太きいものと
なっ又いた。しかも、機械的ショックｒｊどがあると、
４枚の側板がずれ、エア・ベアリングの精度および剛性
が保証で＠　ｒｒ　＜　ｒｘ　り、再び所定のミクロン
単位の空隙を有するように調整することは困難である。

従って、スライダ一本体４，４′、３０Ａ、３０Ｂは本
′実施例のように１ケ物の枠に形成することが望ましい
。さらに、そのエア・ベアリングは本実施例の如く、１
ケ物に形成されたスライダ一本体に交換可能に取付けら
れ、空隙調整も精密にできるエア・バッドにすることが
望ましい。。

１だ、本実施例の移動ステージにおいては、ＸＹテーブ
ル３２ヲ正確に所定の位置移動、停止させるために、送
りねじ１１．２５ｉ極めて精度の高いものにするととも
に、これに螺合するナツトとの間にバックラッシュがあ
ってはならない。しかも、送りねじ１１　、２５が円滑
で軽く回転するためには、その送シねじ１１　、２５の
ねじ山とナツト１２のねじの谷との間の接触圧を微妙に
調整しなければならない。そのため、本実施例のように
サブナット１４全ナツト本体１５に対して回転させて、
両者のねじピッチの位相を変えると共に、サブナツト１
４の摺割溝１４Ｃ部分全軸方向に弾性変形させて、送り
ねじ１１　、２５とナツト１２との間に適当な接触圧全
付与し得る如く構成すれば、全くバックラッシュの無い
、信頼性の高い送り精度のものにすることができる。

以上の如く、本発明によれば、ガイドバー上を移動する
エア・ベアリングにかかる荷重全軽減できるから、ガイ
ドバーがたわんだジ、テーブルが傾くことが無く、移動
が円滑で、その移動案内精度を著しく高めることができ
る。しかも、簡単な構成で実現できるので、故障も無く
、信頼性の高い移動ステージ金得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ断面図、第３図は第１図の実施例における上部テ
ーブルの一部を切り欠いた斜視図、第４図は第３図にお
けるＸ軸移動部分を取り去った斜視図、第５図は第１図
の実施例におけるガイドバーとスライダーの組立構造を
示す斜視図、第６図乃至第７図は第１図の実施例におけ
る送りねじ用ナンドのそれぞれ断面図、平面図および斜
視図である。１・・・定盤、２，２′・・・第１ガイドバー、４，４
’。７．７’、５・・・第一エア・スライダー、５・・・エ
ア・ベアリング、３３　、３４・・・中間支持手段、２
４　、２４’・・・第２ガイドバー、３０Ａ、３０Ｂ・
・・第２エア・スライダー。出願人　日本光学工業株式会社代理人　渡　　辺　　隆　　男／ｌｉ５図（（２）（０）オぴ図　　　　　、！７因オ■ ４ｄ手続補正書（方式）％式％１、事件の表示昭和５７年特許願第２１３７３５号２、発明の名称ステージ装置３、補正をする者＜４１１）日本光学工業株式会社コアキモト　タカチル取締役社長　小　秋　元　　隆　輝４、代理人〒１４０　東京部品用区西大井１丁目６番３号６、補正
の対象明細書の「図面の簡単な説明」の欄至第８図」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基台上全互いに直交するｘ、Ｘ方向に移動可能な
ステージ装置において、前記基台止金流体軸受を介して
Ｙ方向に移動すると共に、前記基台が露呈するような開
口部を設けたＹ方向可動手段と；該Ｙ方向可動手段に載
置されて、流体軸受を介してＸ方向に移動するＸ方向可
動手段と；該Ｘ方向可動手段が前記基台に対して移動可
能とする如く、該Ｘ方向可動手段全前記開口部全弁して
前記基台に支持する中間支持手段と全備えたことを特徴
とするステージ装置。