WO2012073463A1

WO2012073463A1 - アライメントステージ

Info

Publication number: WO2012073463A1
Application number: PCT/JP2011/006564
Authority: WO
Inventors: 貴文小松; 克也福島
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2013-05-29
Also published as: US20130278099A1; DE112011103957B4; CN103228404B; TW201231209A; JPWO2012073463A1; CN103228404A; DE112011103957T5; TWI543839B; US9548638B2; JP5887278B2

Abstract

　アライメントステージ（１０）は、ベースプレート（１１）と、直線Ｘ方向への推力の発生と案内を行う１又は複数のＸ方向推力発生案内機構（１２）と、Ｘ方向推力発生案内機構（１２）の上方に設置される一対の下部プレート（３１）と、下部プレート（３１）に対応して設けられる一対の上部プレート（３３）と、下部プレート（３１）と上部プレート（３３）との間に設置される一対の回転軸受（３２）と、直線Ｘ方向に直交する直線Ｙ方向への推力の発生と案内を行う機構であって、Ｘ方向推力発生案内機構（１２）が１つ設けられるときには複数設けられ、Ｘ方向推力発生案内機構（１２）が複数設けられるときには１又は複数設けられるＹ方向推力発生案内機構（４２）と、Ｙ方向推力発生案内機構（４２）の上方に設置されるテーブルプレート（５１）と、を備えている。かかる構成によって、アライメントステージ（１０）のコンパクト化と組み立ての容易化を実現した。

Description

アライメントステージ

　本発明は、リニアモータ等の直線駆動源を駆動力源として利用することで、テーブルプレート上面に載置される搭載物を直線Ｘ方向、直線Ｙ方向、および回転θ方向に移動させるようにしたアライメントステージに関するものである。

　従来から知られるアライメントステージは、推力を発生するアクチュエータモジュールを複数用いることで、テーブルプレート上面に載置される搭載物を、直線Ｘ方向、直線Ｙ方向（Ｘ方向と直交する方向）、およびＸＹ平面上の回転θ方向に移動することのできる装置である。従来のアライメントステージに用いられるアクチュエータモジュールには、回転モータとボールねじを組み合わせることで実現する推力発生源と、この推力発生源によって及ぼされる推力をＸＹ平面上で案内する案内機構としてのリニアガイドとが利用されている（例えば、下記特許文献１参照）。そして、回転モータとボールねじからなる推力発生源と、案内機構であるリニアガイドとの組み合わせによって構成されるアクチュエータモジュールを複数（例えば、３セット）用いることで、直線Ｘ方向、直線Ｙ方向、および回転θ方向に搭載物を位置決めすることが実現されていた。

特開平８－９９２４３号公報

　しかしながら、アライメントステージに関連する従来技術には、直線Ｘ方向、直線Ｙ方向、および回転θ方向での動きを実現するために、ＸＹθ方向のそれぞれに対応した推力発生源を用意するとともに、これらＸＹθ方向用の推力発生源を積み重ねる構造が採用されていた。そのため、従来のアライメントステージには、全体形状が大型化してしまうという課題が存在していた。そこで、産業界では、従来技術に比べてさらなるコンパクト化を実現した新たなアライメントステージを提供することのできる技術が求められていた。

　また、上述した従来技術に係る３つのアクチュエータモジュールを取り付ける際には、正確な位置で取り付けることが必須となる。すなわち、これら３つのアクチュエータモジュールは、同一平面上に設置されるものであるため、互いのバランスを取った状態で位置決めすることが必須となる。このように、従来のアライメントステージには、構成部材の設置条件に関して多くの困難な制約が存在していた。

　本発明は、上述した従来技術に存在する問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、従来技術では実現困難であったコンパクト化のための構成を有するとともに、組立性の良い構成を有する全く新しいアライメントステージを提供することにある。

　本発明に係るアライメントステージは、基台に固定されるベースプレートと、前記ベースプレート上に設置され、直線Ｘ方向への推力の発生と案内を行う１又は複数のＸ方向推力発生案内機構と、前記Ｘ方向推力発生案内機構の上方に設置され、直線Ｘ方向での水平移動を行う一対の下部プレートと、前記一対の下部プレートのそれぞれに対応して設けられる一対の上部プレートと、前記一対の下部プレートと前記一対の上部プレートのそれぞれの上下部プレート対の間に設置されることで、下部プレートに対する上部プレートの回転θ方向での相対的な自由運動を実現する一対の回転軸受と、前記一対の上部プレートの少なくとも一方の上方に設置されるとともに、直線Ｘ方向に直交する直線Ｙ方向への推力の発生と案内を行う機構であって、前記Ｘ方向推力発生案内機構が１つ設けられるときには複数設けられ、前記Ｘ方向推力発生案内機構が複数設けられるときには１又は複数設けられるＹ方向推力発生案内機構と、前記Ｙ方向推力発生案内機構の上方に設置されることで、上面に載置される搭載物を直線Ｘ方向、直線Ｙ方向、および回転θ方向に移動させるテーブルプレートと、を備えることを特徴とする装置である。

　本発明によれば、従来技術では実現困難であったコンパクト化のための構成を有するとともに、組立性の良い構成を有する全く新しいアライメントステージを提供することができる。

図１は、本実施形態に係るアライメントステージの外観斜視図である。図２は、本実施形態に係るアライメントステージの構成部品を鉛直方向に分解した場合の分解斜視図である。図３は、本実施形態に係るアライメントステージの中心部分を直線Ｘ方向に直交する縦断面で見た場合の断面図である。図４は、本実施形態に係るアライメントステージで用いられるリニアガイドの具体的構成を説明するための図である。図５は、本実施形態に係るアライメントステージの動作原理を説明するための図である。図６は、本発明に係るアライメントステージが取り得る別の形態例を例示する図である。図７は、本発明に係るアライメントステージが取り得るさらに別の形態例を例示する図である。図８は、図７で例示したさらに別の形態例に係るアライメントステージの動作を説明するための図である。図９は、本実施形態とは別形態のリニアモータを有する他の形態例としてのアライメントステージを説明するための断面図である。図１０は、図９で示した別形態のリニアモータの構成例を示す概略図であり、特に、図中の分図（ａ）はリニアモータの上面視を、分図（ｂ）はリニアモータの正面視を示している。

　以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

　図１は、本実施形態に係るアライメントステージの外観斜視図である。また、図２は、本実施形態に係るアライメントステージの構成部品を鉛直方向に分解した場合の分解斜視図である。さらに、図３は、本実施形態に係るアライメントステージの中心部分を直線Ｘ方向に直交する縦断面で見た場合の断面図である。

　本実施形態に係るアライメントステージ１０は、最下部の位置に水平板状の部材であるベースプレート１１を有している。このベースプレート１１は、基台に固定することが可能となっており、アライメントステージ１０の基準となる部材である。なお、本実施形態のベースプレート１１は、略正方形の外郭形状を有しているが、この外郭形状については、任意の形状を採用することが可能である。

　ベースプレート１１の上方には、直線Ｘ方向への推力の発生と案内を行う一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２が設置されている。これら一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２は、直線Ｘ方向に対して並列配置されており、いずれのＸ方向推力発生案内機構１２，１２も、直線Ｘ方向に沿った推力の発生と案内を行うことができるようになっている。

　本実施形態のＸ方向推力発生案内機構１２は、推力発生源となる直線駆動源としての１つのリニアモータ１３と、案内機構となる直線案内装置としての２つのリニアガイド１４，１４とを組み合わせることで構成されており、さらに、２つのリニアガイド１４，１４が１つのリニアモータ１３の両側を挟むように配置されている。

　リニアモータ１３は、直線Ｘ方向に対して推力を発生する同期型リニアモータであり、ベースプレート１１の上面に対して一列に配列された複数のコイル部材１３ａと、これらコイル部材１３ａと僅かな隙間を介して対向するように、後述する下部プレート３１の下面に対して固定されるマグネット部材１３ｂとから構成されている。

　マグネット部材１３ｂは、直線Ｘ方向に沿ってＮ極およびＳ極を交互にコイル部材１３ａに向けるように配列されている。なお、本実施形態のマグネット部材１３ｂは、接着剤によって下部プレート３１に固定配列されているが、下部プレート３１を射出成形することにより、マグネット部材１３ｂを下部プレート３１と一体化することもできる。

　一方、ベースプレート１１上に配列されたコイル部材１３ａは、鉄等の強磁性体から形成されたコア部材に対してコイルを巻き回すことで形成されており、かかるコア部材の先端が下部プレート３１に設置されたマグネット部材１３ｂと僅かな隙間を介して対向している。コイル部材１３ａは、三相交流電流のｕ相、ｖ相、ｗ相に対応して設けられており、三つのコイル部材１３ａが一組となって、三相交流電流の通電時に移動磁界を発生するようになっている。そして、これらコイル部材１３ａが発生する移動磁界に基づいてマグネット部材１３ｂとコイル部材１３ａとの間に磁気吸引力又は磁気反発力が作用し、マグネット部材１３ｂをコイル部材１３ａの配列方向に沿って、すなわち、マグネット部材１３ｂを直線Ｘ方向に向けて、推進することができるようになっている。なお、本実施形態のリニアモータ１３には、コア付きのリニアモータが採用されているが、本発明のリニアモータには、コアレス型のリニアモータを採用することもできる。鉄芯の無いコアレス構造の採用により、コギング力がなく低速走行時でもなめらかな推進力を得ることが可能となる。

　また、図１および図２に示されるように、リニアモータ１３における直線Ｘ方向での両端部には、ストッパ部材１６が設置されているので、マグネット部材１３ｂがコイル部材１３ａの配設範囲からはみ出して直線Ｘ方向へ往復動することを物理的に防止している。

　さらに、下部プレート３１には、Ｘ方向推力発生案内機構１２の駆動量を測定するためのリニアエンコーダ３１ａが設置されている。このリニアエンコーダ３１ａの具体的構成としては、ベースプレート１１の上面に形成されることで物差しとなる不図示のスケール（目盛）と、下部プレート３１の側面中央部に設置され、かつ不図示のスケール（目盛）と対向する位置に設置されることで位置情報を検出するヘッド（検出器、符号３１ａで指示した部材）で構成することができる。このリニアエンコーダ３１ａによって、ベースプレート１１に対する下部プレート３１の相対的な移動量を検出することが可能となる。また、電気的リミットストッパとしてのリニアエンコーダ３１ａと、物理的リミットストッパとしてのストッパ部材１６とを組み合わせて用いることで、本実施形態に係るアライメントステージ１０の安全率をより向上することが可能となる。なお、リニアエンコーダ３１ａについては、検出に光の反射を用いる光学式と、磁気を用いる磁気式が存在しており、また、それぞれ絶対位置測定を行うアブソリュート式と、相対位置測定のインクリメント式が存在しているが、本実施形態のリニアエンコーダ３１ａに対しては、用途や予算等に応じて任意の方式のものを採用することができる。

　Ｘ方向推力発生案内機構１２を構成するもう一方の部材であるリニアガイド１４は、図４にて示されるように、軌道部材としての軌道レール２１と、その軌道レール２１に転動体としてのボール２２…を介して移動自在に取り付けられる移動部材としての移動ブロック２３とを備えて構成される部材である。なお、図４は、本実施形態に係るアライメントステージ１０で用いられるリニアガイドの具体的構成を説明するための図である。

　軌道レール２１は、概略矩形の断面を有する長尺の部材であり、その両側面には、ボール２２を転走させることができるボール転走溝２１ａ…が軌道レール２１の全長に亘って形成されている。図４において例示するリニアガイド１４の場合には、軌道レール２１の両側面に対して１条ずつ、合計２条のボール転走溝２１ａ…が形成されている。軌道レール２１には、その長手方向に適宜間隔をおいて複数のボルト取付孔２１ｂが形成されており、これらボルト取付孔２１ｂに螺着されるボルト（不図示）により、軌道レール２１がベースプレート１１上に固定される。

　移動ブロック２３は、ブロック本体２４と、一対の側蓋２５，２５とから構成されている。一対の側蓋２５，２５は、ブロック本体２４の両端にボルトにて固定され、移動ブロック２３が完成している。

　ブロック本体２４には、軌道レール２１に形成された２条のボール転走溝２１ａとそれぞれ対向する２条の負荷転走溝２４ａが設けられている。これらボール転走溝２１ａと負荷転走溝２４ａの組み合わせにより、軌道レール２１と移動ブロック２３との間に２条の負荷転走路２６が形成される。なお、ブロック本体２４の上面には、複数（図４では４箇所のうちの３箇所のみが描かれている）の雌ねじ２４ｂが形成されている。これらの雌ねじ２４ｂを利用して、移動ブロック２３が下部プレート３１の下面に固定される。

　ブロック本体２４には、各負荷転走路２６と並行して延びる２条の戻し路２４ｃが、ブロック本体２４を貫通して形成されている。また、ブロック本体２４の両端面には、負荷転走溝２４ａと戻し路２４ｃとの間でアーチ状に突出する一対のボール案内部（不図示）が設置されている。さらに、側蓋２５には、不図示のボール案内部に対応してアーチ状に陥没するボール案内溝（不図示）が形成されている。

　側蓋２５をブロック本体２４に固定することにより、ボール案内部（不図示）とボール案内溝（不図示）とが組み合わされ、それらの間に負荷転走路２６と戻し路２４ｃとを結ぶＵ字状の方向転換路（図４において符号Ａで示すボール２２の折り返しを実現する経路）が形成される。戻し路２４ｃと方向転換路とによってボール２２の無負荷転走路が構成され、その無負荷転走路と負荷転走路２６との組み合わせによって無限循環路が構成される。

　本実施形態に係るリニアガイド１４は、以上のような構成を有しているので、軌道レール２１の長手方向に沿って移動ブロック２３が往復運動自在となっている。

　以上説明した１つのリニアモータ１３と２つのリニアガイド１４，１４との組み合わせにより、本実施形態のＸ方向推力発生案内機構１２が構成されている。なお、本実施形態のＸ方向推力発生案内機構１２では、１つのリニアモータ１３の両側を２つのリニアガイド１４，１４で挟むように配置構成されているので、下部プレート３１に対する推力と案内運動を安定して付与することができるようになっている。

　また、本実施形態が有する一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２は、直線Ｘ方向に対して並列配置されているので、それぞれの上方に設置される一対の下部プレート３１，３１を、直線Ｘ方向に沿った同一の方向に移動させたり、それぞれ逆の方向に移動させたりすることが可能となっている。なお、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２のそれぞれの上方に設置される一対の下部プレート３１，３１のプレート間には、所定間隔の隙間Ｄ１が設けられている。この隙間Ｄ１の存在によって、一対の下部プレート３１，３１では、直線Ｘ方向での水平移動が阻害されることはないので、２つの下部プレート３１，３１のスムースな水平移動が可能となっている。

　上述したように、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２のそれぞれの上方には、直線Ｘ方向での水平移動を行う一対の下部プレート３１，３１が設けられているが、これら一対の下部プレート３１，３１の上方のそれぞれには、一対の回転軸受３２，３２が設置されている。また、一対の回転軸受３２，３２のさらに上方には、一対の下部プレート３１，３１のそれぞれに対応した一対の上部プレート３３，３３が設置されている。

　このように上下部プレート対３１，３３の間に設置される回転軸受３２は、図３に示すように、回転軸受３２の外輪が下部プレート３１に対して固定されており、一方、回転軸受３２の内輪が上部プレート３３に対して固定されている。本実施形態の回転軸受３２は、内外輪が拘束なく自由な状態で相対回転運動できるようになっているので、回転軸受３２の作用によって、下部プレート３１に対する上部プレート３３の回転θ方向での相対的な自由運動が可能となっている。

　なお、一対の回転軸受３２のそれぞれの上方に設置される一対の上部プレート３３，３３のプレート間についても、所定間隔の隙間Ｄ２が設けられている。この隙間Ｄ２は、初期状態においては下部プレート３１，３１間に設けられた隙間Ｄ１と略同じ間隔を有するように設定されており、さらに、２つの上部プレート３３，３３の動きに応じて隙間Ｄ２の間隔を開き方向で変化させるように構成されている（なお、隙間Ｄ２の状態変化については、動作説明の際に詳述する。）。したがって、一対の上部プレート３３，３３においても、この隙間Ｄ２の存在によって回転θ方向での回転移動の際の上部プレート対のＸＹ平面上での移動が阻害されることはないので、２つの上部プレート３３，３３のスムースな水平移動が可能となっている。

　上述した一対の上部プレート３３，３３のさらに上方には、１本の軌道レール２１と２個の移動ブロック２３とで構成される直線案内装置としてのリニアガイド４４が、２つ設置されている。２つのリニアガイド４４，４４は、軌道レール２１の軸線方向が、直線Ｙ方向を向くように、すなわち直線Ｘ方向と直交する方向を向くように設置されている。また、２つのリニアガイド４４，４４のそれぞれでは、２個の移動ブロック２３が一対の上部プレート３３，３３のそれぞれの上面に対して１つずつ固定設置されており、一方、１本の軌道レール２１が後述するテーブルプレート５１の下面に対して固定設置されている。

　さて、本実施形態では、上述した一対の上部プレート３３のうち、一方の上部プレート３３の上方のみに対して、具体的には、図２における紙面右側の上部プレート３３の上方のみに対して、直線Ｙ方向への推力発生源となる直線駆動源としてのリニアモータ４３が１つ設置されている。これに対して、図２における紙面左側に位置する他方側の上部プレート３３の上方には、リニアモータが設置されず、リニアガイド４４が有する２個の移動ブロック２３のうちの一方のみが設置されている（すなわち、リニアガイド４４は２セット存在しているので、他方側の上部プレート３３の上方には、２個の移動ブロック２３が設置されている。）。したがって、本実施形態では、図２における紙面右側の上部プレート３３の上方のみに対してＹ方向推力発生案内機構４２が設置されているのである。

　図２における紙面右側の上部プレート３３の上方のみに対して設置されるＹ方向推力発生案内機構４２は、推力発生源となる１つのリニアモータ４３と、案内機構となる２つのリニアガイド４４，４４とを組み合わせることで構成されている。これらリニアモータ４３とリニアガイド４４の構造や機構については、上述したＸ方向推力発生案内機構１２が有するリニアモータ１３やリニアガイド１４と同じであるので説明を省略する。ただし、Ｙ方向推力発生案内機構４２が有するリニアモータ４３については、図３に示されるように、リニアモータ４３を構成するマグネット部材４３ｂが上部プレート３３の上面に設置されており、コイル部材４３ａが後述するテーブルプレート５１の下面に設置されている。

　そして、Ｙ方向推力発生案内機構４２が有する１つのリニアモータ４３と２つのリニアガイド４４，４４は、直線Ｙ方向への推力の発生と案内を行うことができるようになっている。

　ここで、図１に示した直線Ｘ方向と直線Ｙ方向については、ベースプレート１１の設置面を基準面とし、この基準面を上方から見たときに、基準面に対して平行に延びる任意の一方向を直線Ｘ方向と定義することができ、また、この直線Ｘ方向と直交するとともに基準面に対して平行に延びる一方向を直線Ｙ方向と定義することができる。つまり、上記基準面内と上記基準面の鉛直方向に無限に存在する基準面と平行な面内に、直線Ｘ方向と直線Ｙ方向とを把握することができるのである。

　そして、Ｘ方向推力発生案内機構１２が有するリニアモータ１３およびリニアガイド１４で実現される推力の発生方向と案内方向である直線Ｘ方向と、Ｙ方向推力発生案内機構４２が有する１つのリニアモータ４３と２つのリニアガイド４４，４４で実現される推力の発生方向と案内方向である直線Ｙ方向とは、ベースプレート１１の設置面を上方から見たときに、初期状態において直交配置された状態で把握できるように構成されている。

　つまり、本実施形態では、Ｘ方向推力発生案内機構１２が有するリニアガイド１４とＹ方向推力発生案内機構４２が有するリニアガイド４４とは、初期状態においてアライメントステージ１０を上方から見たときに、リニアガイド１４，４４が有する軌道レール同士が井桁配置されるように構成されているのである。

　これに対して、図２における紙面左側に位置する他方側の上部プレート３３の上方には、上述したように、Ｙ方向推力発生案内機構４２の案内機構である２つのリニアガイド４４，４４のみが設置されており、リニアモータは設置されていない。他方側の上部プレート３３の上方に位置する２つのリニアガイド４４，４４についても、当然に直線Ｙ方向に向けた案内運動ができるようになっている。

　なお、図１および図２に示されるように、リニアモータ４３における直線Ｙ方向での端部にも、直線Ｘ方向での場合と同様に、ストッパ部材４６を設置することができる。このストッパ部材４６によって、マグネット部材４３ｂがコイル部材４３ａの配設範囲からはみ出して直線Ｙ方向へ往復動することを物理的に防止することが可能となっている。この場合についても、リニアモータ４３の駆動限界については、上述したリニアエンコーダ３１ａ等の設置により制御的に設定することが可能であり、リニアエンコーダ３１ａ等とストッパ部材４６との組み合わせによって、本実施形態に係るアライメントステージ１０の安全率をより向上することが可能となる。

　上述したＹ方向推力発生案内機構４２、およびそれに含まれるリニアガイド４４の上方には、テーブルプレート５１が設置されている。このテーブルプレート５１は、アライメントステージ１０の最上部の位置に配置される水平板状の部材であり、Ｙ方向推力発生案内機構４２が有するリニアガイド４４の軌道レール２１に固定接続されている。さらに、テーブルプレート５１は、アライメントステージ１０の最下部の位置に配置されるベースプレート１１と同様に略正方形の外郭形状を有しており、その上面に対して搭載物を載置することが可能となっている。したがって、上述した機構を有する本実施形態のアライメントステージ１０を駆動制御することで、テーブルプレート５１上に載置された搭載物は、直線Ｘ方向、直線Ｙ方向、および回転θ方向へと移動され、所望の位置に位置決めすることが可能となっている。なお、このテーブルプレート５１についても、その外郭形状を任意の形状に変形することが可能である。

　以上、本実施形態に係るアライメントステージ１０の具体的な構成を説明した。次に、図５を用いて、本実施形態に係るアライメントステージ１０の動作原理についての説明を行う。ここで、図５は、本実施形態に係るアライメントステージ１０の動作原理を説明するための図である。なお、直線Ｘ方向への推力の発生と案内を行う一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２のそれぞれと、直線Ｙ方向への推力の発生と案内を行うＹ方向推力発生案内機構４２および直線Ｙ方向への案内機構となるリニアガイド４４とは、説明の便宜のために１本の太線のみにて表してある。

　図５中の分図（ａ）は、本実施形態に係るアライメントステージ１０の初期状態を示している。初期状態において、アライメントステージ１０が有するベースプレート１１とテーブルプレート５１とは、上面視においてずれ量が生じないように完全に重畳して配置されている。

　図５中の分図（ａ）で示される初期状態から、テーブルプレート５１を直線Ｘ方向に移動させたいときには、図５中の分図（ｂ）で示されるように、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２を同じ任意の移動量だけ同じ任意の方向に駆動させればよい。かかる駆動動作によって、テーブルプレート５１は、任意の移動量分だけ直線Ｘ方向に平行移動することとなる。

　一方、テーブルプレート５１を直線Ｙ方向に移動させたいときには、図５中の分図（ｃ）で示されるように、Ｙ方向推力発生案内機構４２を任意の移動量だけ任意の方向に駆動させればよい。かかる駆動動作によって、テーブルプレート５１は、任意の移動量分だけ直線Ｙ方向に平行移動することとなる。

　さらに、テーブルプレート５１のプレート中心を回転中心として回転θ方向の移動をさせることも可能である。このときには、図５中の分図（ｄ）で示されるように、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２を同じ任意の移動量だけ逆の方向に駆動させるとともに、Ｙ方向推力発生案内機構４２を一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２の移動量に相対する移動量だけ駆動させればよい。すなわち、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２が逆方向に駆動されると、一対の回転軸受３２，３２間の距離は広がることとなる。回転軸受３２は、内外輪がフリーな状態で回転運動することができるようになっているので、一対の回転軸受３２，３２のそれぞれに接続する上部プレート３３，３３対は、それぞれがリニアガイド４４を介して１枚のテーブルプレート５１に対して接続されている関係上、並列配置を維持するために回転θ方向に回転移動することとなる。この上部プレート３３，３３対の回転θ方向での回転移動によって、結果的に、テーブルプレート５１は、回転θ方向での回転移動をすることとなる。なお、この回転移動の際に、Ｙ方向推力発生案内機構４２を駆動することで、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２の移動量に相対する移動量だけテーブルプレート５１を平行移動させることにより、回転θ方向での回転移動の際の回転中心が、テーブルプレート５１のプレート中心に維持されることとなる。

　また、テーブルプレート５１によるプレート中心を回転中心とした回転θ方向の移動に際しては、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２の移動量は同じでよい。また、Ｙ方向推力発生案内機構４２が有するリニアガイド４４では、テーブルプレート５１の下面に設置された軌道レール２１上を、上部プレート３３，３３対のそれぞれの上方に設置された２つの移動ブロック２３，２３が直線Ｙ方向での直列配置状態を維持しながら互いの距離を変化させるように動くことになる。このことは、本実施形態に係るアライメントステージ１０が、従来技術に比べて駆動制御が容易な構成を有していることを示している。

　ちなみに、図５中の分図（ｄ）で示したテーブルプレート５１のプレート中心を回転中心とした回転θ方向の移動については、例えばＹ方向推力発生案内機構４２による直線Ｙ方向での移動量を任意に変化させることによって回転中心を変化させることができるので、テーブルプレート５１に対してＸＹ平面上でのあらゆる移動動作を実現させることが可能となる。

　また、図５中の分図（ｄ）で示したように、テーブルプレート５１を回転θ方向で移動させた場合には、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２が逆方向に駆動されることになるので、一対の回転軸受３２，３２間の距離は広がることとなる。したがって、一対の回転軸受３２，３２のそれぞれに接続する一対の上部プレート３３，３３間の距離も広がることとなる。つまり、初期状態において一対の上部プレート３３，３３間に存在する隙間Ｄ２（図３参照）は、回転θ方向の移動量が大きくなるに従って広がることとなる。かかる構成は、従来技術のように、ＸＹθ方向のそれぞれに対応したモジュールを用意するとともに、これらＸＹθ方向用のモジュールを積み重ねる構造とは全く異なる思想に基づき創案されたものであり、コンパクト化されたアライメントステージ１０を実現することに寄与する構成となっている。なお、一対の上部プレート３３，３３と一枚のテーブルプレート５１とは、１本の軌道レール２１と２個の移動ブロック２３，２３とから構成されるリニアガイド４４を介して接続されているので、その回転θ方向での移動量は確実にテーブルプレート５１に伝達されるようになっている。

　なお、上述したように、テーブルプレート５１の回転θ方向での回転移動は、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２が逆方向に駆動されることにより実現されているが、テーブルプレート５１の回転方向については、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２による逆方向での駆動方向をそれぞれ変更することにより、時計回りと反時計回りとを選択することができる。すなわち、図５中の（ｄ）に示されるように、紙面上側のＸ方向推力発生案内機構１２を紙面左側に駆動させるとともに、これとは逆に紙面下側のＸ方向推力発生案内機構１２を紙面右側に駆動させると、テーブルプレート５１は反時計回りに回転移動することとなる。また、当然ながら、紙面上側のＸ方向推力発生案内機構１２を紙面右側に駆動させるとともに、これとは逆に紙面下側のＸ方向推力発生案内機構１２を紙面左側に駆動させると、テーブルプレート５１は時計回りに回転移動することとなる。

　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

　例えば、図６は、本発明に係るアライメントステージが取り得る別の形態例を例示する図であるが、上述した実施形態のアライメントステージ１０では、ベースプレート１１の上方に設置されるＸ方向推力発生案内機構１２は、推力発生源となる１つのリニアモータ１３と、案内機構となる２つのリニアガイド１４，１４とを組み合わせることで構成されており、さらに、２つのリニアガイド１４，１４が１つのリニアモータ１３の両側を挟むように配置されている構成が採用されていた。しかしながら、Ｘ方向推力発生案内機構１２については、図６にて例示するように、１つのリニアモータ１３と１つのリニアガイド１４とを組み合わせることで構成することも可能である。なお、図６で例示するように、１つのリニアモータ１３と１つのリニアガイド１４とでＸ方向推力発生案内機構１２を構成したときには、並列配置されるＸ方向推力発生案内機構１２，１２同士でリニアモータ１３，１３が近接してしまう場合があり、そのような場合には、互いの移動磁界が影響してしまう可能性がある。そこで、図６で例示するようなＸ方向推力発生案内機構１２を採用するときには、隣り合うリニアモータ１３，１３同士から発せられる磁界の影響を遮断するための磁気シールド６１を設けることが好適である。磁気シールド６１については、例えば、鉄などの金属材料からなる磁性体を用いることで、近接する磁界の影響を遮断することが可能となる。

　また、上述した実施形態のアライメントステージ１０に用いられていた複数のリニアガイド１４，４４の取り付け関係については、任意に変更することが可能である。例えば、図６にて示す変形例のように、一対の上部プレート３３，３３とテーブルプレート５１との間に設置されるリニアガイド４４について、上述した実施形態の場合とは逆に、軌道部材としての軌道レール２１を上部プレート３３，３３の側に設置し、移動部材としての移動ブロック２３をテーブルプレート５１の側に設置するようにしてもよい。かかる取付形態の変形については、その他のリニアガイド１４に対しても適用することが可能である。

　なお、図６で示す形態例の場合には、互いの間に存在する隙間Ｄ２が変化する上部プレート３３の上方に対して軌道レール２１を設置する構成であるので、この場合の軌道レール２１は、２本に分割されたものが２つの上部プレート３３，３３のそれぞれに対して２つずつ設置される構成となっている。すなわち、図６における紙面右側に位置する一方の上部プレート３３に対しては、１つの軌道レール２１と１個の移動ブロック２３とから成るリニアガイド４８が２つ設置され、図６における紙面左側に位置する他方の上部プレート３３に対しては、１つの軌道レール２１と１個の移動ブロック２３とから成るリニアガイド４９が２つ設置されているのである。このように、案内機構となるリニアガイドは、直列方向で２分割された２つのリニアガイド４８，４９として構成することができる。直列配置されたこれら２つのリニアガイド４８，４９は、直線Ｙ方向での直列配置状態を常時維持することになるので、上述した実施形態のアライメントステージ１０と同様の動作を実現可能な別形態のアライメントステージを構成することを可能としている。

　ただし、図６で例示したリニアガイド４８，４９の場合には、直線Ｙ方向に沿った直列方向で２本の軌道レール２１を設置しなければならない関係から、２本の軌道レール２１間での取付誤差が生じる可能性が存在している。一方、上述した実施形態のリニアガイド４４のように、１本の軌道レール２１のみを有する構成の場合には、前記のような取付誤差が生じる可能性は無くなるので好ましい。また、１本の長い軌道レールのみを設置する場合の方が、短い軌道レールを複数設置する場合に比べて、より真っ直ぐに設置することが可能となる。したがって、上述した実施形態のリニアガイド４４の方が、図６で例示したリニアガイド４８，４９に比べて取付性が容易であるという点で有利である。さらに、上述した実施形態の場合には、１枚のテーブルプレート５１の下面側に１本の軌道レール２１が設置されることから、部品点数を少なくすることができ、製造コストの削減効果を得られる点においても好ましい。

　さらに、上述した実施形態のアライメントステージ１０では、Ｙ方向推力発生案内機構４２が一方の上部プレート３３の上方のみに対して設けられていた。しかしながら、Ｙ方向推力発生案内機構４２については、一対の上部プレート３３の両方の上面に対して設置することも可能である。すなわち、図６に示すように、上述した実施形態のアライメントステージ１０の図６における紙面左側に示された他方側の上部プレート３３の上方に対して、リニアモータ４３を追加する構成を採用することが可能である。図５を用いて説明した通り、本発明に係るアライメントステージの動作原理からすれば、一方の上部プレート３３のみに対して推力発生源となるリニアモータ４３を設置すれば足りるのであるが、一対の上部プレート３３の両方の上面に対してそれぞれリニアモータ４３，４３を設置することで、直線Ｙ方向での推力の向上を図ることが可能となり好ましい。

　また、上述した実施形態のアライメントステージ１０では、ベースプレート１１の直上に設置された一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２が逆方向に駆動されることで一対の下部プレート３１を互いに逆方向に移動可能である構成が採用されていた。したがって、テーブルプレート５１の直下に設置されたＹ方向推力発生案内機構４２は、一対のＸ方向推力発生案内機構１２，１２の駆動状態に応じて一方向のみに駆動されるものであった。しかしながら、本発明は、これら推力発生案内機構の動作をＸ方向とＹ方向で入れ替えた構成も採用することができる。すなわち、図７に例示するように、ベースプレート１１の直上に設置されるＸ方向推力発生案内機構１２を１つとするとともに、テーブルプレート５１の直下に設置されるＹ方向推力発生案内機構４２，４２を２つ設置する構成を採用することができる。つまり、図７で例示するアライメントステージは、図２で示した本実施形態のアライメントステージ１０の内部機構におけるＸ方向推力発生案内機構１２とＹ方向推力発生案内機構４２とを入れ替えた状態の構成を備えるものである。

　ここで、図８を用いて、図７で示したアライメントステージの動作についての説明を行うと、図８中の分図（ａ）は、図７で示したアライメントステージの初期状態を示している。初期状態において、アライメントステージが有するベースプレート１１とテーブルプレート５１とは、上面視においてずれ量が生じないように完全に重畳して配置されている。

　図８中の分図（ａ）で示される初期状態から、テーブルプレート５１を直線Ｘ方向に移動させたいときには、図８中の分図（ｂ）で示されるように、１つのＸ方向推力発生案内機構１２を任意の移動量だけ任意の方向に駆動させればよい。かかる駆動動作によって、テーブルプレート５１は、任意の移動量分だけ直線Ｘ方向に平行移動することとなる。

　一方、テーブルプレート５１を直線Ｙ方向に移動させたいときには、図８中の分図（ｃ）で示されるように、一対のＹ方向推力発生案内機構４２，４２を同じ任意の移動量だけ同じ任意の方向に駆動させればよい。かかる駆動動作によって、テーブルプレート５１は、任意の移動量分だけ直線Ｙ方向に平行移動することとなる。

　さらに、テーブルプレート５１のプレート中心を回転中心として回転θ方向の移動をさせることも可能である。このときには、図８中の分図（ｄ）で示されるように、一対のＹ方向推力発生案内機構４２，４２を同じ任意の移動量だけ逆の方向に駆動させるとともに、Ｘ方向推力発生案内機構１２を一対のＹ方向推力発生案内機構４２，４２の移動量に相対する移動量だけ駆動させればよい。すなわち、一対のＹ方向推力発生案内機構４２，４２が逆方向に駆動されると、一対の回転軸受３２，３２間の距離は広がることとなる。回転軸受３２は、内外輪がフリーな状態で回転運動することができるようになっているので、一対の回転軸受３２，３２のそれぞれに接続する下部プレート３１，３１対は、それぞれが２つのリニアガイド１４，１４を介して１枚のベースプレート１１に対して接続されている関係上、並列配置を維持するために回転θ方向に回転移動することとなる。この下部プレート３１，３１対の回転θ方向での回転移動によって、結果的に、テーブルプレート５１を含む下部プレート３１，３１対の上方に設置された部材群は、回転θ方向での回転移動をすることとなる。なお、この回転移動の際に、Ｘ方向推力発生案内機構１２を駆動することで、一対のＹ方向推力発生案内機構４２，４２の移動量に相対する移動量だけテーブルプレート５１を含む下部プレート３１，３１対の上方に設置された部材群を平行移動させることにより、回転θ方向での回転移動の際の回転中心が、テーブルプレート５１のプレート中心に維持されることとなる。なお、図７で示したアライメントステージについても、上述した実施形態のアライメントステージ１０と同様に、テーブルプレート５１によるプレート中心を回転中心とした回転θ方向の移動に際しては、一対のＹ方向推力発生案内機構４２，４２の逆方向での移動量は同じでよい。

　また、上述した実施形態では、本発明に係るアライメントステージに設置されるリニアモータについて、コア付きのリニアモータ１３であってもよいし、コアレス型のリニアモータを採用してもよいと説明した。ただし、コイル部材１３ａ，４３ａとマグネット部材１３ｂ，４３ｂが上下方向に配置された本実施形態に係るリニアモータ１３，４３においては、コイル部材１３ａ，４３ａとマグネット部材１３ｂ，４３ｂの間に、推進力とは関係のない上下方向の吸引力が働いてしまうこととなる。この上下方向の吸引力については、大きな推進力を必要としない場合には問題となることはないが、ある程度大きな推進力を求められる用途で使用されるアライメントステージの場合には、リニアモータ１３，４３の近くに設置されるリニアガイド１４，４４，４８，４９に対して負荷を与えることになり、装置寿命にも悪影響を与える可能性のある力となる。そこで、本発明に係るアライメントステージにおいては、図９及び図１０で示すように、上下方向での吸引力を発生することのない構成を有するリニアモータを採用することができる。ここで、図９は、本実施形態とは別形態のリニアモータを有する他の形態例としてのアライメントステージを説明するための断面図である。また、図１０は、図９で示した別形態のリニアモータの構成例を示す概略図であり、特に、図中の分図（ａ）はリニアモータの上面視を、分図（ｂ）はリニアモータの正面視を示している。

　図９及び図１０に示すように、別形態に係るリニアモータ９３は、下部プレート３１の下面側に設置された取付部材９１と、この取付部材９１に対して水平方向に延びるように左右方向に突出して設けられるコア鉄心９２と、このコア鉄心９２の左右両軸端部に巻き回して形成されるコイル部材９３ａとを有している。なお、このコイル部材９３ａについては、図１０中の分図（ａ）に示されるように、リニアモータ９３の推進方向に対して複数配置されている。

　また、図９等に示すように、取付部材９１に対して左右方向に形成されたコイル部材９３ａに対しては、僅かな隙間を介して対向するように、複数のマグネット部材９３ｂが配置されている。これら複数のマグネット部材９３ｂは、ベースプレート１１の上面側に対して推進方向に延びて設置された長尺かつ凹形状をしたヨーク９４の内部側の壁面に対して二列に配列されて設置されている。特に、マグネット部材９３ｂは、リニアモータ９３の推進方向に沿ってＮ極およびＳ極を交互にコイル部材９３ａに向けるように配列されている。なお、このマグネット部材９３ｂは、接着剤によってヨーク９４に固定配列されているが、ヨーク９４等の相手部材を射出成形することにより、マグネット部材９３ｂを相手部材と一体化することもできる。

　そして、上述したコイル部材９３ａは、三相交流電流のｕ相、ｖ相、ｗ相に対応して設けられており、三つのコイル部材９３ａが一組となって、三相交流電流の通電時に移動磁界を発生するようになっている。そして、これらコイル部材９３ａが発生する移動磁界に基づいてマグネット部材９３ｂとコイル部材９３ａとの間に磁気吸引力又は磁気反発力が作用し、コイル部材９３ａをマグネット部材９３ｂの配列方向に沿って、すなわち、コイル部材９３ａをリニアモータ９３の推進方向に向けて、推進することができるようになっている。

　以上説明したように、図９及び図１０で示した別形態に係るリニアモータ９３は、ヨーク９４の内部側の２つの壁面に対して二列に配列されたマグネット部材９３ｂの内側に、２つのコイル部材９３ａが配置された構成となっている。したがって、マグネット部材９３ｂとコイル部材９３ａとの間に発生する推進力には関係ない吸引力は、図９にて符号Ｆ_１及びＦ_２として示すように、紙面左右方向に向けて発生することとなる。このとき、別形態に係るリニアモータ９３では、マグネット部材９３ｂとコイル部材９３ａとで構成される吸引力発生源の組が、左右方向で２組ずつ配置されているので、左右方向の２組それぞれで発生する吸引力Ｆ_１及びＦ_２は、互いに打ち消し合うように互いに逆方向に発生することとなる。したがって、図９及び図１０で示した別形態に係るリニアモータ９３によれば、推進力以外の力をリニアガイド１４，４４，４８，４９等の他の部材に及ぼすことが非常に少ないので、例えば、装置の長寿命化などの効果を得ることが可能となる。

　またさらに、上述した実施形態のアライメントステージ１０に用いられていた複数のリニアガイド１４，４４，４８，４９については、２条の無限循環路を有し、転動体にボール２２を用いたものを例示したが、本発明に適用可能なリニアガイドについては、上述した実施形態と同様の作用効果を発揮できる範囲内において、例えば転動体にローラを用いたリニアガイドなどに適宜変更することができる。

　さらにまた、上述した実施形態のアライメントステージ１０では、直線駆動源としてリニアモータ１３，４３を採用した場合を例示したが、同様の駆動力を発揮できるものであれば、上述したリニアモータ１３，４３に代えて別の直線駆動源を採用することも可能である。具体的には、ボールねじと回転モータとの組み合わせによって構成される直線駆動源や、ベルトとモータとの組み合わせによって構成される直線駆動源を、本発明のアライメントステージに対して適用することができる。

　なお、上述した本発明に関する実施形態やその変形形態例については、本発明に必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

　１０　アライメントステージ、１１　ベースプレート、１２　Ｘ方向推力発生案内機構、１３，４３　リニアモータ、１３ａ，４３ａ　コイル部材、１３ｂ，４３ｂ　マグネット部材、１４，４４，４８，４９　リニアガイド、１６　ストッパ部材、２１　軌道レール、２１ａ　ボール転走溝、２１ｂ　ボルト取付孔、２２　ボール、２３　移動ブロック、２４　ブロック本体、２４ａ　負荷転走溝、２４ｂ　雌ねじ、２４ｃ　戻し路、２５　側蓋、２６　負荷転走路、３１　下部プレート、３１ａ　リニアエンコーダ、３２　回転軸受、３３　上部プレート、４２　Ｙ方向推力発生案内機構、４６　ストッパ部材、５１　テーブルプレート、６１　磁気シールド、９１　取付部材、９２　コア鉄心、９３　リニアモータ、９３ａ　コイル部材、９３ｂ　マグネット部材、９４　ヨーク、Ｆ_１，Ｆ_２　吸引力。

Claims

　基台に固定されるベースプレートと、
　前記ベースプレート上に設置され、直線Ｘ方向への推力の発生と案内を行う１又は複数のＸ方向推力発生案内機構と、
　前記Ｘ方向推力発生案内機構の上方に設置され、直線Ｘ方向での水平移動を行う一対の下部プレートと、
　前記一対の下部プレートのそれぞれに対応して設けられる一対の上部プレートと、
　前記一対の下部プレートと前記一対の上部プレートのそれぞれの上下部プレート対の間に設置されることで、下部プレートに対する上部プレートの回転θ方向での相対的な自由運動を実現する一対の回転軸受と、
　前記一対の上部プレートの少なくとも一方の上方に設置されるとともに、直線Ｘ方向に直交する直線Ｙ方向への推力の発生と案内を行う機構であって、前記Ｘ方向推力発生案内機構が１つ設けられるときには複数設けられ、前記Ｘ方向推力発生案内機構が複数設けられるときには１又は複数設けられるＹ方向推力発生案内機構と、
　前記Ｙ方向推力発生案内機構の上方に設置されることで、上面に載置される搭載物を直線Ｘ方向、直線Ｙ方向、および回転θ方向に移動させるテーブルプレートと、
　を備えることを特徴とするアライメントステージ。
　請求項１に記載のアライメントステージにおいて、
　前記一対の下部プレートと前記一対の上部プレートの少なくとも一方のプレート間に隙間を設けたことを特徴とするアライメントステージ。
　請求項１又は２に記載のアライメントステージにおいて、
　前記Ｘ方向推力発生案内機構と前記Ｙ方向推力発生案内機構のそれぞれは、
　推力発生源となる１つの直線駆動源と、
　案内機構となる２つの直線案内装置と、
　を組み合わせることで構成されており、さらに、
　２つの直線案内装置が１つの直線駆動源の両側を挟むように配置されていることを特徴とするアライメントステージ。
　請求項１に記載のアライメントステージにおいて、
　前記Ｘ方向推力発生案内機構は、前記一対の下部プレートのそれぞれの下方に設置されることを特徴とするアライメントステージ。
　請求項１に記載のアライメントステージにおいて、
　前記Ｘ方向推力発生案内機構は、前記一対の下部プレートの一方の下方のみに設置され、
　前記一対の下部プレートの他方の下方には、案内機構となる直線案内装置のみが設置されることを特徴とするアライメントステージ。
　請求項１に記載のアライメントステージにおいて、
　前記Ｙ方向推力発生案内機構は、前記一対の上部プレートの一方の上方のみに設置され、
　前記一対の上部プレートの他方の上方には、案内機構となる直線案内装置のみが設置されることを特徴とするアライメントステージ。
　請求項１に記載のアライメントステージにおいて、
　前記Ｙ方向推力発生案内機構は、前記一対の上部プレートのそれぞれの上方に設置されることを特徴とするアライメントステージ。
　請求項１～７のいずれか１項に記載のアライメントステージにおいて、
　前記直線駆動源はリニアモータであり、当該リニアモータから発せられる磁界の影響を遮断するための磁気シールドを設けたことを特徴とするアライメントステージ。
　請求項１～８のいずれか１項に記載のアライメントステージにおいて、
　前記直線駆動源は、マグネット部材とコイル部材とを有するリニアモータであり、
　前記マグネット部材と前記コイル部材とで構成される推進力発生源の組が推進力の方向に対して左右方向にそれぞれ２組ずつ配置されていることを特徴とするアライメントステージ。