(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に設けられたテーブル本体と、
このテーブル本体の周面に接触して上記テーブル本体を回転自在にガイドする４つの回転ガイド体と、
これら回転ガイド体のうちの周方向に隣接する２つの回転ガイド体の位置を固定する固定手段と、
周方向に隣接する残りの２つの回転ガイド体にテーブル本体方向の押付け力を印加する押付け力付与手段とを備えたテーブル装置において、
前記固定手段によって固定された前記２つの回転ガイド体が前記テーブル本体の周面に接触する２つの接触点と上記テーブル本体の回転中心とを結ぶ２本の線間の角度が、前記押付け力付与手段によって押付け力を受ける前記２つの回転ガイド体が前記テーブル本体の周面に接触する２つの接触点と上記テーブル本体の回転中心とを結ぶ２本の線間の角度より大に設定されていることを特徴とするテーブル装置。
【請求項２】
回転可能に設けられたテーブル本体と、
このテーブル本体の周面に接触して上記テーブル本体を回転自在にガイドする４つの回転ガイド体と、
これら回転ガイド体のうちの周方向に隣接する２つの回転ガイド体の位置を固定する固定手段と、
周方向に隣接する残りの２つの回転ガイド体にテーブル本体方向の押付け力を印加する押付け力付与手段と、
前記テーブル本体に対して該テーブル本体の回転中心を中心とする円周方向の変位を与える変位付与手段と、
この変位付与手段と前記テーブル本体との間に接触力を与えるバイアス力付与手段とを備えたテーブル装置において、
前記バイアス力付与手段は、前記変位付与手段より前記テーブル本体側に設置されていて、前記押付け力付与手段によって押付け力を受ける前記２つの回転ガイド体の側から前記固定手段によって固定された前記２つの回転ガイド体の方向に向かう力を発生していることを特徴とするテーブル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造装置あるいは検査装置または微小な位置決めを必要とする顕微鏡や各種工作機械等に用いられるテーブル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩなど半導体装置は集積度が益々高くなってきており、そのパターン線幅は１μｍ以下と非常に微細なものになってきている。これに伴い、このような高集積度の半導体装置の製造あるいは検査に用いられるテーブル装置には非常に高い精度が要求されている。
【０００３】
テーブル装置では、テーブル本体の走行時の真直度、姿勢変化量、位置決め精度などが重視されており、種々のテーブル構造、位置検出方法、駆動方法などが開発されてきている。
【０００４】
テーブル本体を駆動する手段としては、ボールネジ・ナットを用いた駆動装置を用いるのが一般的である。この装置の特徴としては、送り方向の剛性が高く位置決め時の振動を減少させ易いこと、ボールネジの寸法精度を高めることが比較的容易であるため位置精度を向上させ易いこと、原理的に減速機構となっているので小さなモータで大きな負荷を駆動できると同時に高い分解能が比較的容易に得られること、などが挙げられる。このため、分解能の非常に高い位置検出手段を採用したり、制御法を工夫したりしてナノメータ領域の位置決めが可能となってきている。
【０００５】
これに対して、問題点としては、ボールネジのネジ軸の曲がりを完全になくすことが不可能であり、ネジ軸１回転毎にボールネジの振れ回りが生じ、テーブル精度に悪影響を与えてしまうこと、また高速回転するとその振れ回りに起因する振動が生じること、さらにはボールの循環時にボール同士、ボールとリターンチューブあるいはコマとの衝突による騒音振動が生じること、などが挙げられる。
【０００６】
この問題点は、ステップアンドリピートを行うステッパなどの露光機に組込まれるテーブル装置ではそれほど大きな問題とはならない。しかし、一定速でテーブル本体を動かして連続的に露光を行う装置や検査のためにデータ収集を行う装置では、移動中のテーブル速度変動増加やテーブル振動増加につながるため、非常に大きな問題となる。
【０００７】
そこで最近では、連続的に一定速度で露光あるいは検査を行う装置のテーブル駆動に摩擦駆動方式を用いることが多くなってきている。摩擦駆動方式とはテーブル本体に連結された丸棒あるいは角棒状のロッド（移動力伝達体）を複数のローラで挟み、片方のローラをモータなどで回転させることにより、ロッドを直線移動させてテーブル本体を直線移動させる方法である。
【０００８】
この方法の特徴としては、ボールを用いていないため、ボールの循環に起因する振動や騒音が全く発生しないこと、ローラの製作精度を向上させることによってローラ回転によりロッドが変位する量を大幅に減らすことができること、テーブル速度が速い場合でもローラの回転速度を低くできるので、たとえローラに偏心があっても速度変動の周期が長くなり振動の原因になりにくいこと、などが挙げられる。
【０００９】
このような特徴から、摩擦駆動方式は非常に高い速度安定性を必要とするテーブル駆動に適した駆動方法とされている。
しかし、問題点として、摩擦力を用いて駆動力を得ているため、ローラおよびロッドの摩耗が避けられないこと、大きな駆動力を得るにはローラとロッドを非常に大きな力で押しつける必要があるためローラとロッドとの接触応力が高くなり、ローラおよびロッドの表面の寿命が小さくなり易いこと、滑りを生じること、などがある。
【００１０】
ローラとロッドの摩耗に関しては、接触部の硬度を向上させること、あるいは接触部にトラクションオイルなどを塗布して直接ローラとロッドとを接触させないなどの対策が採られている。また、滑りについてはテーブルの変位を直接計測することにより、ローラとロッドの滑りを補正して位置決めすることにより対応することができる。
【００１１】
現在、最大の課題となっているのは、ローラとロッドの耐久性、寿命を向上させることである。
半導体デバイスの製造・検査で用いられるテーブル装置は、その生産性を向上させるために、終夜で運転されることが多い。このため、テーブルの機械系には定期点検以外ではメンテナンスを必要としない程度の耐久性が要求される。特に、駆動装置はその分解・交換が容易ではなく、さらにコスト的にも高価なため、なるべく長期に亙って使用可能であることが望まれる。
【００１２】
そこで、本発明者らは先に、ローラとロッドとの接触応力を低下させるとともにローラの支持方法を改善することにより、摩擦駆動装置の耐久性を向上させる方法を提案した。これにより、ローラおよびロッド自体の耐久性を向上させることができた。
【００１３】
しかし、先に述べたように摩擦駆動では接触部における摩耗を避けることができず、一定期間（たとえば２年）使用した後に、ローラ、ロッドなどを交換する必要がある。このローラ、ロッドの交換にはかなりの時間と費用が必要であり、このため駆動装置の交換は少なくとも４から５年に１回程度で済むようにすることが望まれている。
【００１４】
一方、半導体装置の製造に用いるフォトマスクやウェハなどの製造あるいは検査を行う場合、一般にその試料をＸＹテーブルなどに搭載し、このＸＹテーブルを移動させて試料を加工したり、検査したりする。このとき、試料をＸＹテーブル上に一定の姿勢で搭載することは困難であり、また試料の寸法のばらつきなどもあり、試料をＸＹテーブルに搭載した後に回転テーブル装置によって試料を微妙に回転させる必要がある。
【００１５】
このような回転テーブル装置には以下の性能が要求される。
（１）回転によって回転テーブル上の試料の姿勢変動がわずかであること。
（２）回転角の再現性が良好なこと。
【００１６】
（３）回転テーブルの変形により、搭載された試料に変形を生じないこと。
（４）回転角の分解能が十分小さいこと。
（５）発塵等環境を悪化させることが少ないこと。
【００１７】
このような性能を満たすには以下の事項を考慮した回転テーブル装置が必要である。
（１）回転テーブルのガイド面の精度が非常に高いこと。
【００１８】
（２）回転テーブルのガイド面での摩擦が非常に小さいこと。
（３）回転テーブルのガイド面に作用する力が小さいこと。
（４）回転テーブルの駆動手段の変位分解能、摩擦が小さいこと。
【００１９】
（５）回転テーブルのガイド面で滑り等が極力少なくなるようにすること。
そこで、以上の事項を満たすために、図２１および図２２に示すような回転テーブル装置が用いられることがある。
【００２０】
図２１に示した回転テーブル装置では、ベースとなる基台１の上に回転テーブル２が搭載されている。ここで、この基台２は一般にはＸＹテーブルの上部テーブルである。
【００２１】
回転テーブル２は基台１の上面をガイド面として図示しない非接触電磁駆動機構などから力を受けて回転する。この回転中心３を一定とするため、回転テーブル２の４隅付近に回転中心３を中心とする転動面４，５，６，７が形成されており、これらの転動面にガイド体となるローラ８，９，１０，１１が接触している。ここで、ローラ１０，１１には一定の接触力を確保するための押付け力を印加するバネ機構１２，１３が接続され、残りのローラ８，９はその軸が基台１に固定されている。
【００２２】
回転テーブル２が回転するときには基台１に対して空気を吹き付けて浮上させ、これによって回転に対する摩擦を極力小さくする。また、回転後は真空チャックなどで固定して回転テーブル２の変形、変位を小さくするようにしている。
【００２３】
このような回転テーブル装置は、回転のガイドを４つのローラ８，９，１０，１１で行っているため、大きな回転テーブルでも簡単な機構で回転させることができること、ローラでガイドしているため回転抵抗が小さく、またある程度大きな回転ストロークを高い精度で回転させることが可能であること、などの特徴がある。
【００２４】
ただし、このような回転テーブル装置では、押付け力付与手段、すなわちバネ機構１２，１３で発生する力が重要となる。この回転テーブル装置の回転中心３を規定しているのは主に軸が固定されているローラ８，９であり、これらのローラと回転テーブル２との接触力が大きくないと、回転後に浮上を中止した時に接触が断たれて回転中心がずれたり、回転角の再現性が悪化したりする。
【００２５】
しかし、接触力を大きくするために、バネ機構１２，１３の発生力を大きくすると、この発生力により回転テーブル２がわずかに変形したり、ローラ１０，１１の回転抵抗が増加して回転角再現性が悪化したり、回転テーブル２を固定した後もこの発生力により、何らかのきっかけにより回転テーブル２が変位したりして、逆に回転テーブル装置の性能を悪化させることがあった。
【００２６】
図２２に示す回転テーブル装置では、軸が固定されているローラ８，９とは反対側に、回転テーブル２に回転力を選択的に与える変位付与機構１４が設置されている。そして、変位付与機構１４と回転テーブル２との接触を確実にするために引張りバネなどのバイアス力付与機構１５を設けている。
【００２７】
しかし、このように構成されたものでは、バイアス力付与機構１５の発生力の影響で、特に軸が固定されている片方のローラ８での接触力が低下し、先に述べたと同様に性能の悪化が生じる場合があった。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、直線動自在に設けられたテーブル本体に移動力伝達体の一端側を連結し、この移動力伝達体をローラで挾持し、ローラを回転駆動することによって移動力伝達体を移動させ、これによってテーブル本体を直線動させるようにしたテーブル装置にあっては、テーブル本体の移動速度安定性を向上させ易いという利点がある反面、ローラと移動力伝達体の耐久性が十分ではなく、たとえば長期に亙る高頻度動作が必要な半導体デバイスの製造・検査装置などに適用した場合には、装置のメンテナンスコストが高くなるという問題があった。
【００２９】
また、テーブル本体の４隅付近をローラでガイドして、テーブル本体を回転させる構造のテーブル装置にあっては、大型のテーブル本体を簡単な機構で回転させることができること、ローラでガイドしているので回転抵抗が小さいこと、ある程度大きな回転ストロークを高い精度で回転させることが可能であることなどの利点を有している反面、非常に高い回転精度および回転角再現性を実現しようとして、押付け力印加側ローラの押し付け力を大きくすると、逆にテーブル本体に変形が生じたり、回転抵抗が大きくなったり、テーブル本体を固定した後にも変位したりする等の問題があった。
【００３１】
この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、その目的は、押付け力印加側のローラの押付け力を大きくしなくても固定側ローラとテーブル本体との接触力を十分大きくすることが可能で、もって高精度な回転運動が可能なテーブル装置を提供するにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、
回転可能に設けられたテーブル本体と、
このテーブル本体の周面に接触して上記テーブル本体を回転自在にガイドする４つの回転ガイド体と、
これら回転ガイド体のうちの周方向に隣接する２つの回転ガイド体の位置を固定する固定手段と、
周方向に隣接する残りの２つの回転ガイド体にテーブル本体方向の押付け力を印加する押付け力付与手段とを備えたテーブル装置において、
前記固定手段によって固定された前記２つの回転ガイド体が前記テーブル本体の周面に接触する２つの接触点と上記テーブル本体の回転中心とを結ぶ２本の線間の角度が、前記押付け力付与手段によって押付け力を受ける前記２つの回転ガイド体が前記テーブル本体の周面に接触する２つの接触点と上記テーブル本体の回転中心とを結ぶ２本の線間の角度より大に設定されていることを特徴とするテーブル装置が提供される。
【００３７】
また、この発明によれば、
回転可能に設けられたテーブル本体と、
このテーブル本体の周面に接触して上記テーブル本体を回転自在にガイドする４つの回転ガイド体と、
これら回転ガイド体のうちの周方向に隣接する２つの回転ガイド体の位置を固定する固定手段と、
周方向に隣接する残りの２つの回転ガイド体にテーブル本体方向の押付け力を印加する押付け力付与手段と、
前記テーブル本体に対して該テーブル本体の回転中心を中心とする円周方向の変位を与える変位付与手段と、
この変位付与手段と前記テーブル本体との間に接触力を与えるバイアス力付与手段とを備えたテーブル装置において、
前記バイアス力付与手段は、前記変位付与手段より前記テーブル本体側に設置されていて、前記押付け力付与手段によって押付け力を受ける前記２つの回転ガイド体の側から前記固定手段によって固定された前記２つの回転ガイド体の方向に向かう力を発生していることを特徴とするテーブル装置が提供される。
【００４２】
この発明テーブル装置では、固定手段によって固定されている２つの回転ガイド体がテーブル本体の周面に接触する２つの接触点とテーブル本体の回転中心とを結ぶ２本の線間の角度が、押付け力付与手段によって押付け力を受ける２つの回転ガイド体がテーブル本体の周面に接触する２つの接触点とテーブル本体の回転中心とを結ぶ２本の線間の角度より大に設定されているので、押付け力を受ける２つの回転ガイド体側からの押付け力がくさび効果により増幅され、固定手段によって固定されている２つの回転ガイド体とテーブル本体との接触力を、押付け力を受ける２つの回転ガイド体のテーブル本体への押付け力より大きくすることができる。
【００４３】
この発明のテーブル装置では、テーブル本体に回転変位を生じさせる変位付与手段とテーブル本体との接触力を維持するためのバイアス力付与手段で発生する力の向きが押付け力付与手段で発生する力の方向と同じであるため、固定されている２つの回転ガイド体とテーブル本体との間の接触力は、押付け力付与手段による押付け力とバイアス力付与手段で発生した力とを合成したものとなる。したがって、押付け力付与手段の押付け力を大きくすることなく、固定されている２つの回転ガイド体とテーブル本体との間の接触力をより大きくすることができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態を説明する。
図１には本発明の第１の実施形態に係るテーブル装置１００の側面図が示されている。
【００４５】
このテーブル装置１００は、大きく分けて、ベースとなる基台１０１と、ガイド面を水平にして基台１０１上に固定されたテーブルガイド１０２と、このテーブルガイド１０２のガイド面にガイドされて実線矢印１０３で示す方向に移動自在に配置されたテーブル本体１０４と、一端側がテーブル本体１０４に連結されてテーブル本体１０４に実線矢印１０３で示す方向の移動力を伝達する移動力伝達体としての円柱状のロッド１０５と、このロッド１０５に沿うように基台１０１に固定されたハウジング１０６と、このハウジング１０６にベアリングなどで回転可能に支持されるとともに互いでロッド１０５を一定の力で挾持する関係に配置された第１のローラ１０７および第２のローラ１０８と、第１のローラ１０７を選択的に回転駆動する電動モータ等からなる回転駆動手段１０９と、テーブル本体１０４とロッド１０５との間に設けられてテーブル本体１０４に対するロッド１０５の中心軸回りに関する連結角度を可変する連結角度可変機構１１０と、この連結角度可変機構１１０とテーブル本体１０４との間に設けられてロッド１０５とテーブル本体１０４との相対変位を吸収するピボット状を備えた連結部１１１とで構成されている。
【００４６】
連結角度可変機構１１０は、図２に示すように、中央部にロッド１０５の直径とほぼ等しく、かつ周縁部の一部が切り欠かれた穴部１１２を有し、この穴部１１２にロッド１０５の一端側を挿入してネジ１１３で締め付けることによってロッド１０５の一端側をテーブル本体１０４、具体的には連結部１１１に連結するクランプ機構１１４を主体にして構成されている。クランプ機構１１４におけるロッド１０５が挿入される側の端面で、穴部１１２の周縁部には角度基準指針１１５が刻設されている。また、ロッド１０５の一端側周面で、このロッド１０５を穴部１１２に挿入してクランプしたときに角度基準指針１１５によって指される位置には連結角度目盛り１１６が刻設されている。
【００４７】
このように構成されたテーブル装置１００では、回転駆動手段１０９により第１のローラ１０７を回転させると、ロッド１０５と第１のローラ１０７との接触部における摩擦力の作用でロッド１０５が実線矢印１０３で示す方向に変位する。ロッド１０５は、連結角度可変機構１１０、連結部１１１を介してテーブル本体１０４に連結されている。したがって、ロッド１０５の変位量と同じだけテーブル本体１０４が実線矢印１０３で示す方向に変位することになる。
【００４８】
ところで、このような摩擦駆動方式を採用したテーブル装置１００では、ロッド１０５と第１のローラ１０７および第２のローラ１０８との接触部での摩耗を避けられないため、ある程度の期間運転すると、図３に示すように、ロッド１０５における第１のローラ１０７と接触する部分に摩耗による損傷の痕跡１２０，１２１，１２２が生じる。なお、ロッド１０５は、図４に示すように、第１のローラ１０７と第２のローラ１０８とに接触部１２３，１２４で接しているが、第２のローラ１０８は駆動力を発生しない従動ローラであるため、主に第１のローラ１０７との接触部１２３に損傷が発生する。特に、往復運動の折り返し点に相当する部分では加減速による駆動力が大きいため摩耗も多くなる。このような状態となると摩耗粉により、急速に摩耗が進んで速度変動などテーブル性能を悪化させるのでロッド１０５を交換する必要がある。
【００４９】
しかし、この例では、連結角度可変機構１１０を設けているので、ロッド１０５の連結角度を変更することができ、この変更によってロッド１０５を交換したときと同じ状態を得ることができる。具体的には、第１のローラ１０７とロッド１０５との圧接力を減少させ、この状態でクランプ機構１１４のネジ１１３を緩め、角度基準指針１１５と連結角度目盛り１１６と見ながら、図５に示すように、ロッド１０５を該ロッドの中心軸回りに一定角度１２５だけ回転させた後に再びネジ１１３を締め付けて固定し、次に第１のローラ１０７とロッド１０５との圧接力を元の値に戻す。
【００５０】
こうすることにより、ロッド１０５の表面で第１のローラ１０７に接触する接触位置１２６およびロッド１０５の表面で第２のローラ１０８に接触する接触位置１２７は、今まで接触が全くなかった表面位置へと移ることになり、ロッド１０５を交換した場合と同等の効果が得られる。したがって、一定角度１２５を適切に選ぶことによって、ロッド１０５の連結角度を変更した分だけロッド１０５の交換回数を減らすことができ、結果的にテーブル装置における特に駆動系の寿命を大幅に向上させることができる。また、この例のように、連結角度可変機構１１０に角度基準指針１１５と連結角度目盛り１１６とを設けておくと、連結角度変更作業および連結角度管理が容易となる。
【００５１】
なお、同時に駆動ローラである第１のローラ１０７の寿命も延ばすには次のようにすればよい。
すなわち、ロッド１０５と第１のローラ１０７の材質が同じで、表面硬度がほぼ同じ場合には、接触部での損傷発生の可能性はほぼロッド１０５、第１のローラ１０７とも同じである。ただし、テーブル本体１０４を一定ストロークで往復運動させた場合、ロッド１０５には常に同じ位置に加減速のための駆動力（摩擦力）が加わるが、第１のローラ１０７の場合には滑りのために必ず駆動力の働く位置が変化するので、ロッド１０５に比べ特定の場所で損傷が大きくなるということは少ない。基本的にはロッド１０５に比べて第１のローラ１０７の方が寿命的には長い。しかし、連結角度可変機構１１０を設けたことによってロッド１０５の寿命を大幅に延ばすことができても、第１のローラ１０７の寿命が延びなければ駆動系の寿命を延ばす効果は小さくなる。
【００５２】
第１のローラ１０７の寿命を延ばす手段としては、第１のローラ１０７の転動面の表面硬度がロッド１０５の表面硬度より大となる材質の組合せで第１のローラ１０７およびロッド１０５を製作することが好ましい。
【００５３】
一般的に硬度が高い方が対摩耗性が高く、さらに硬度の違う材質が接触した場合、硬度の低い方がより摩耗しやすい。したがって、第１のローラ１０７の転動面の硬度がロッド１０５の表面硬度より高くなるように材質を選ぶことにより、一層の寿命延長が可能となる。
【００５４】
具体的な材質としては、ローラの形成材質として超硬合金（タングステンカーバイド系）や、セラミクス（アルミナ、窒化ケイ素など）などが考えられる。ロッドの形成材質としては、工具鋼、ステンレス（マルテンサイト系など焼き入れ可能なもの）などが考えられる。
【００５５】
なお、図１に示す例では、連結角度可変機構１１０をクランプ機構１１４で構成しているが、図６に示すように構成された連結角度可変機構１１０ａを用いてもよい。この連結角度可変機構１１０ａは、連結部１１１側の要素１２９にロッド１０５の一端側を嵌入させる穴１３０を備えるとともにロッド１０５の一端側周面に環状溝１３１を備え、さらに要素１２９側に上記ロッド１０５の一端側が穴１３０に挿入されたときに先端部を環状溝１３１に嵌入可能に設けられた止めネジ１３２を備えている。また、先の例と同様に、要素１２９の端面で、穴１３０の周縁部には角度基準指針１１５が刻設されており、ロッド１０５の一端側周面で、このロッド１０５を穴１３０に挿入してネジ１３２で固定したときに角度基準指針１１５によって指される位置に連結角度目盛り１１６が刻設されている。
【００５６】
また、図１および図６に示す例では、移動力伝達体として円柱状のロッドを用いているが、図７に示すように、断面形状が正方形のロッド１０５ａを用いることもできる。この例では、連結角度可変機構１１０として、図１に示したものと同様のクランプ機構１１４を用いているので、これに適合させるためにロッド１０５ａの一端側にロッド１０５ａの中心軸と同軸な円柱状の接続部１３３が形成されている。
【００５７】
このようなロッド１０５ａを用いているので、この例の場合には図８に示すように、第１のローラ１０７ａおよび第２のローラ１０８ａとして円柱状の転動面を有したものが用いられている。そして、これら第１のローラ１０７ａおよび第２のローラ１０８ａは、接触面１３４，１３５でロッド１０５ａに対して線接触している。
【００５８】
この例においても、ロッド１０５ａの転動面に損傷が現れた場合には、クランプ機構１１４のネジ１１３を緩め、ロッド１０５ａを一旦取り外した後、図９に示すように、ロッド１０５ａをその中心軸回りに９０゜回転させ再び組み込み、ネジ１１３を締め付ける。
【００５９】
この場合にはロッド１０５ａの連結角度変更を一度しかできないが、第１のローラ１０７ａとロッド１０５ａとの接触部が線接触であるため、接触面圧が低く、図１に示したテーブル装置の場合に比べて転動面自体の耐久性が高く、連結角度の変更回数が少ないことによる影響はあまりない。
【００６０】
図１０には本発明の第２の実施形態に係るテーブル装置２００の側面図が示されている。
このテーブル装置２００は、図１に示したテーブル装置とほぼ同じで、大きく分けて、ベースとなる基台２０１と、この基台２０１上に固定されたテーブルガイド２０２と、このテーブルガイド２０２のガイド面にガイドされて実線矢印２０３で示す方向に移動自在に配置されたテーブル本体２０４と、一端側がテーブル本体２０４に連結されてテーブル本体２０４に実線矢印２０３で示す方向の移動力を伝達する移動力伝達体としての円柱状のロッド２０５と、このロッド２０５に沿うように基台２０１に固定されたハウジング２０６と、このハウジング２０６にベアリングなどで回転可能に支持されるとともに互いでロッド２０５を一定の力で挾持する関係に配置された第１のローラ２０７および第２のローラ２０８と、第１のローラ２０７を選択的に回転駆動する電動モータ等からなる回転駆動手段２０９と、ロッド２０５とテーブル本体２０４との間に設けられてロッド２０５とテーブル本体２０４との相対変位を吸収するピボット状部を備えた連結機構２１０とで構成されている。
【００６１】
このテーブル装置２００は、基台２０１が水平面２１１に対して傾きθをなすように設置されている。この傾きθはテーブル本体２０４がストローク中心位置で停止しているときの傾き、あるいは往復運動中の基台２０１の平均傾きである。なお、図１０に示す例では基台２０１が右下がりとなるような傾きとなっているが、これが左下がりとなっても以降で説明する効果には影響を与えない。
【００６２】
図１０に示したようなテーブル装置２００を設置する場合、従来は基台２０１がほぼ水平となるように設置するのが一般的である。しかし、この図１０に示す例では、テーブル本体２０４の移動方向が水平面２１１に対してθの傾きを持つように基台２０１が設置されている。
【００６３】
図１２および図１３には半導体製造分野で用いられる描画・検査装置などのように一定ストロークを台形速度パターンで多数回往復する装置のテーブル装置を対象にし、テーブル本体２０４を回転駆動手段２０９のトルクで駆動するのに必要な推力と第１のローラ２０７のロッド２０５に対する滑り角度との関係が概念的に示されている。ここで、図１２はθが零度の場合であり、図１３は図１０に示すように右下がりにある傾きθを持つ場合である。なお、図１２および図１３に示す滑り角度のグラフは、定性的な滑り量を概念的に示したものであり実際の滑り量とは若干異なるが、この差異はこの例の効果に何等影響を与えるものではない。
【００６４】
図１２に示すように、テーブル本体２０４の移動方向が略水平の場合は、テーブル本体２０４の往時Ａと復時Ｂで、加速区間Ｃ、Ｆ、減速区間Ｅ、Ｈおよび定速区間Ｄ、Ｇの必要推力がほぼ同じであるため、各区間の滑り角度も往時Ａと復時Ｂとでほぼ同じとなり、累積滑り角度はほぼ零となる。したがって、運動開始点に戻ったときの第１のローラ２０７とロッド２０５との接触部の位置は変化せず、往復運動を多数回行っても第１のローラ２０７の加減速時の接触部はほとんど変化しない。
【００６５】
図１２から判るように、加速時の最初では特に急激に滑りが生じ、大きな滑り速度が発生する。接触面の摩耗は接触力Ｐと滑り速度Ｖの積であるＰＶ値で決まるので、第１のローラ２０７の転動面のうちで加減速時に接触部となる部分は摩耗が激しく、他の部分に比べて損傷が早く現れてしまう。このことは接触部に潤滑油を塗布した場合も同じで、加減速の繰り返しにより、油膜が一部分だけ薄くなり摩耗が生じてしまう。
【００６６】
しかし、図１０に示すように、基台２０１を傾け、テーブル本体２０４の移動方向２０３を水平面２１１に対してある角度θだけ傾ける構成とした場合には、テーブル本体２０４を回転駆動手段２０９のトルクで駆動するのに必要な推力と第１のローラ２０７のロッド２０５に対する滑り角度との関係が図１３に示すようになる。
【００６７】
この場合、テーブル本体２０４の質量をＭとすると、テーブル本体２０４の移動方向２０３が水平面２１１に対してθだけ傾いているので、テーブル本体２０４には、このテーブル２０４の重力の分力Ｍｇｓｉｎ  θが図１０中右方向に常に働いている。したがって、この分力の作用で往時Ａに比べて復時Ｂにおいて必要な推力は大きくなる。その結果、第１のローラ２０７のロッド２０５に対する滑り量も往時Ａに比べて復時Ｂの方が大きく、最終的に運動開始点に戻った時点では図１３中にφで示す量だけ接触部がずれることになる。すなわち、一往復毎に第１のローラ２０７の接触部の位置がφだけずれていくことになる。
【００６８】
したがって、テーブル本体２０４の移動方向２０３を水平面２１１に対してある角度θだけ傾けることによって、第１のローラ２０７の特定の部分だけが加減速時の接触部になるのを防止でき、これによって第１のローラ２０７における一部の摩耗が進行して第１のローラ２０７の寿命が短縮するという事態の発生を回避することができる。
【００６９】
図１１にはテーブル本体２０４の移動方向２０３を水平面２１１に対してある角度θだけ傾けることができる機能を備えたテーブルシステムの概略構成図が示されている。
【００７０】
このテーブルシステムでは、基礎２１５上に架台２１６、除振手段２１７を介して定盤としての基台２０１が設置されている。そして、基台２０１はレベリング手段２１８によりその姿勢変化が修正される。
【００７１】
テーブル本体２０４の位置制御は、テーブル本体２０４上に設置された反射鏡２１９と基台２０１に設置された干渉計等の測長器２２０によって測定された位置情報を測長器処理部２２１で処理してテーブル現在位置情報をテーブル駆動制御部２２２に送り、テーブル本体２０４の位置をフィードバック制御することによって行われる。こうすることによって、第１のローラ２０７とロッド２０５との間に滑りが生じても、その滑り量を補正して精密にテーブル本体２０４を位置決めすることができる。
【００７２】
基台２０１に水平面に対して傾きを与える方法には以下の３つの方法がある。
第１の方法は、基台２０１と除振手段２１７との間隔を調整する方法である。この方法は簡単であるが傾き角θの調整が難しいという問題がある。
【００７３】
第２の方法は、架台２１６を傾ける方法であるが、これも第１の方法と同様に微妙な傾き角θの調整が難しい。
第３の方法は、除振手段２１７に付随したレベリング手段２１８を用いて基台２０１の傾きを調整する方法である。このレベリング手段２１８はテーブル本体２０４が移動するときの重心移動によって起こる基台２０１の姿勢変化を修正する機構であるが、このレベリング手段２１９を用いて定常状態において基台２０１が一定の傾斜を持つように設定することにより、容易に基台２０１の傾き角θを設定することができる。また、これによれば微妙な角度調整や傾き角の変更も容易に行うことが可能となる。
【００７４】
次に、基台２０１の傾き角度θの決定方法について説明する。
適切な傾き角θはテーブル本体２０４の重量や第１のローラ２０７とロッド２０５との摩擦係数などによって異なるので、基本的には基台２０１の傾き設定値と滑り量との関係を実験などによって測定して決定する。第１のローラ２０７とロッド２０５との滑り量の測定は、第１のローラ２０７の回転軸にロータリーエンコーダなどの回転角検出手段（図示せず）を接続し、往復運動を行ったときの運転開始点での角度の差異から求める。テーブル本体２０４の位置、すなわちロッド２０５の位置は、外部測定手段２１９、２２０によって精密に測定されているので、運転開始点などの基準位置での回転角検出手段の検出角度変化を測定すれば滑り量を測定することができる。
【００７５】
ただし、傾き角θが大き過ぎると、テーブル本体２０４の加減速時における滑り発生部でのＰＶ値が大きくなったり、非制御時にテーブル本体２０４が滑り出してしまうことがある。したがって、大きくてもテーブル本体２０４にかかる重力の分力が静止摩擦力よりも大きくならない角度、すなわち摩擦角以下であることが望ましい。
【００７６】
なお、図１および図１０に示したテーブル装置ではそれぞれ基台を固定部としているが、基台がさらに移動テーブルとなっている構成においても、またガイドテーブルが基台に接続された構成となっている場合においても、今まで述べてきた効果は変わるものではない。
【００７７】
図１４には本発明の第３の実施形態に係るテーブル装置３００の平面図が示されており、図１５には図１４におけるＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た側面図が示されている。
【００７８】
この例に係るテーブル装置３００では、ベースとなる基台３０１の上にテーブル本体３０２が回転自在に搭載されている。ここで、基台３０１は一般にはＸＹテーブルの上部テーブルであるが、基台３０１の形状、運動の有無に制限されるものではない。
【００７９】
テーブル本体３０２は、図１５に示すように基台３０１の上面３０３をガイド面として回転する。このガイド面には、静圧空気軸受あるいは摩擦係数の小さい滑り軸受など水平方向の変位を拘束しないものが使用される。
【００８０】
テーブル本体３０２の回転中心３０４を一定にするために、テーブル本体３０２の４隅付近に回転中心３０４を中心とする円弧状の転動面３０５〜３０８が形成されている。この転動面３０５〜３０８は円筒面あるいは若干の傾斜を持つ円錐面などが用いられる。
【００８１】
それぞれの転動面３０５〜３０８にはローラなどで形成された回転ガイド体３０９〜３１２が接触している。周方向に隣接する２個の回転ガイド体３０９，３１０は基台３０１に固定された軸によって回転自在に支持されている。周方向に隣接する残りの２個の回転ガイド体３１１，３１２は、一定の押付け力を与えるためのバネ機構などで形成されたに押付け力付与機構３１３，３１４の先端部に設けられた軸によって回転自在に支持されている。押付け力付与機構３１３，３１４は、テーブル本体３０２に対して回転中心３０４へ向かう方向の押付け力を発生する。押付け力付与機構３１３，３１４としては、バネ機構の他にエアシリンダなどの空気圧を用いた機構を用いることもできる。
【００８２】
テーブル本体３０２を回転させるときには、基台３０１に対してエアを吹いてテーブル本体３０２を浮上させて回転に対する摩擦を極力小さくする。そして、回転後は真空チャックなどで固定し、試料の加工・検査などを行っている間でのテーブル本体３０２の変形、変位を小さくすることも行われる。
【００８３】
このようなテーブル装置３００は、回転のガイドをローラなどの回転ガイド体３０９〜３１２で行っているため、テーブル本体３０２が大きい場合でも簡単な機構で装置を構成できること、４個という少数の回転ガイド体３０９〜３１２でテーブル本体３０２の回転をガイドしているので回転抵抗が小さいこと、ある程度大きな回転ストロークを高い精度で回転させることが可能であること、などの利点がある。また、テーブル本体３０２の回転運動ガイドを４つの回転ガイド体３０９〜３１２で行い、このうちの２個を可動としてテーブル本体３０２を２個の固定状態にある回転ガイド体３０９，３１０に押付けているので、従来の３個の回転ガイド体で構成し、そのうちの１つの回転ガイド体を可動としたテーブル装置などに比べ、可動状態にある回転ガイド体に必要な１つ当りの押付け力を小さくてでき、テーブル本体３０２に発生する歪あるいは変形を小さくできるという利点もある。
【００８４】
この例に係るテーブル装置３００では、回転ガイド体３０９〜３１２の設置位置に特徴を有している。すなわち、この例に係るテーブル装置３００では、固定状態にある隣接した回転ガイド体３０９，３１０の中心とテーブル本体３０２の回転中心３０４とを結んだ２本の線間の角度φが、可動状態にある隣接した回転ガイド体３１１，３１２の中心とテーブル本体３０２の回転中心３０４とを結んだ２本の線間の角度θより大きくなるように各回転ガイド体３０９〜３１２が設置されている。
【００８５】
以下、この作用について詳細に説明する。
図１６には図１４に示したテーブル装置３００のテーブル本体３０２に作用する各種の力を説明するための模式図が示されている。
【００８６】
まず、固定状態にある回転ガイド体３０９，３１０および可動状態にある回転ガイド体３１１，３１２とテーブル本体３０２との接触部で発生する力について説明する。
【００８７】
可動状態にある回転ガイド体３１１，３１２は、それぞれ押付け力付与機構３１３，３１４によってＦなる力でテーブル本体３０２の転動面３０７，３０８に押付けられている。このとき、転動面３０７，３０８はテーブル本体３０２の回転中心３０４を中心とする円弧であるため、回転ガイド体３１１，３１２とテーブル本体３０２との接触点に発生する力Ｆの方向は、共にテーブル本体３０２の回転中心３０４に向かう力となる。このとき、固定状態にある回転ガイド体３０９，３１０とテーブル本体３０２との接触部にはそれぞれ大きさがｆ１  の接触力が発生し、これらの力ｆ１  は転動面３０５，３０６がテーブル本体３０２の回転中心３０４を中心とする円弧であるため、回転中心３０４に向かう力となる。
【００８８】
ここで、各方向の力の釣り合いを考えるために、角度φの２等分線３１５を導入すると、この方向に関する力の釣りあい方程式は次式となる。
２Ｆｃｏｓ  （θ／２  ）＝  ２ｆ１  ｃｏｓ  （φ／２  ）            …（１）
この式（１）  より、接触力ｆｌは以下の式で表される。
【００８９】
ｆ１  ＝Ｆｃｏｓ  （θ／２  ）／ｃｏｓ  （φ／２  ）              …（２）
ここでφ＞θであるので、
ｆｌ  ＞Ｆ                                            …（３）
となり、φが大きくなればなるほどｆ１  が大きくなる。あるいは一定のｆ１  を得るのに必要なＦは小さくなる。
【００９０】
なお、この例では押付け力付与機構３１３，３１４が発生する力をともに同じＦとしたが、この２つの押付け力付与機構３１３，３１４で発生する力に差を持たせた場合でも、先に説明したのと同様な効果が得られ、固定状態にある回転ガイド体３０９，３１０のテーブル本体３０２への接触力を効果的に増加させることができる。
【００９１】
図１７には本発明の第４の実施形態に係るテーブル装置３００ａの平面図が示されている。なお、この図では図１４に示されるテーブル装置３００と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【００９２】
この例に係るテーブル装置３００ａでは、テーブル本体３０２の回転中心３０４がテーブル本体３０２の中心からずれた位置にある。そのため、固定状態にある回転ガイド体３０９，３１０が接触するテーブル本体３０２の転動面３０５，３０６の回転中心３０４に関する半径が、可動状態にある回転ガイド体３１１、３１２が接触する転動面３０７，３０８の回転中心３０４に関する半径と異なっている。
【００９３】
こうすることにより、図１４に示したテーブル装置３００と同じ構成により、回転中心３０４がテーブル本体３０２の中心からずれた場所にあるテーブル装置を容易に構成することができ、たとえば試料に設けられた位置決め用マークを使って試料の位置決めを行うときの容易化に寄与できる。
【００９４】
このテーブル装置３００ａにおいても、固定状態にある回転ガイド体３０９，３１０の中心と回転中心３０４とを結ぶ２つの線間の角度φが、可動状態にある回転ガイド体３１１，３１２の中心と回転中心３０４とを結ぶ２つの線間の角度θより大きくなるように、回転ガイド体３０９〜３１２が配置されている。
【００９５】
したがって、この例に係るテーブル装置３００ａにあっても。図１４に示したテーブル装置３００と全く同様に、式（１）  〜式（３）  を適用でき、固定状態にある回転ガイド３０９，３１０のテーブル本体３０２に対する接触力を効果的に増加させることができる。
【００９６】
なお、この例に係るテーブル装置３００ａにおいて、押付け力付与機構３１３，３１４の発生力に差異があった場合においても同様の効果が得られる。
図１８には本発明の第５の実施形態に係るテーブル装置３００ｂの平面図が示されている。なお、この図では図１４に示されるテーブル装置３００と同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【００９７】
この例に係るテーブル装置３００ｂでは、図１４に示したテーブル装置３００に、テーブル本体３０２に回転角を生じさせる変位付与機構３２２を付加したものとなっている。
【００９８】
すなわち。このテーブル装置３００ｂでは、テーブル本体３０２に被駆動部材３２１が固着されており、この被駆動部材３２１に直線変位を発生する変位付与機構３２２が接続されている。この変位付与機構３２２としては、送りネジとモータとを用いたもの、ボイスコイルモータを使用したものなど直線変位を発生するものが用いられる。また、一般的にこの種のテーブル装置では、変位付与機構３２２と被駆動部材３２１とを固定することは行わず、別途引っ張りバネなどのバイアス力付与機構３２３によって変位付与機構３２２と被駆動部材３２１とを常に接触させるようにしている。
【００９９】
この例に係るテーブル装置３００ｂでは、バイアス力付与機構３２３と変位付与機構３２２との設置場所に特徴がある。
すなわち、変位付与機構３２２は、テーブル本体３０２の対称軸３２４に垂直で回転中心３０４を通る直線３２５、つまり固定状態にある回転ガイド体３０９，３１０を結んだ線と可動状態にある回転ガイド体３１１，３１２を結んだ線に対して平行で、かつ回転中心３０４を通る直線３２５上の近傍で被駆動部材３２１に接触し、対称軸３２４と平行で可動状態にある回転ガイド体３１１，３１２を結んだ線の方向に変位を発生するように設置されている。一方、バイアス力付与機構３２３は、変位付与機構３２２よりも回転中心３０４に近い位置に設置され、引っ張りバネなどにより対称軸３２４と平行で固定状態にある回転ガイド体３０９，３１０を結んだ線の方向に向けてバイアス力を作用するように設置されている。
【０１００】
このような構成であると、テーブル本体３０２に次のような力を作用させることができる。
図２０には図１８に示したテーブル装置３００ｂのテーブル本体３０２に作用する力を説明するための模式図が示されている。なお、この図では可動状態にある回転ガイド体３１１，３１２の押付け力を共にＦ１  とし、バイアス力付与機構３２３が発生する力の大きさをＦ２  としている。
【０１０１】
今、固定状態にある回転ガイド体３０９とテーブル本体３０２との接触点で発生する接触力の大きさをｆ１  とし、固定状態にある回転ガイド体３１０とテーブル本体３０２との接触点で発生する接触力の大きさをｆ２  とし、変位付与機構３２２の接触部での接触力をｆ３  とし、変位付与機構３２２の力作用点から回転中心３０４までの距離をＬ１  とし、バイアス力付与機構３２３の力作用点から回転中心３０４までの距離をＬ２  とし、各方向の力の釣合、モーメントの釣合方程式をたてる。
【０１０２】
まず、対称軸３２４方向の力の釣合より次式が得られる。
0003625341.tif 000002
また、対称軸３２４に直角な方向について次式が得られる。
【０１０３】
0003625341.tif 000003
さらに、回転中心３０４回りのモーメントの釣合より次式がえられる。
【０１０４】
Ｆ２  ・Ｌ２＝ｆ３  ・Ｌ１                                        …（６）
ここで、まずｆ３  は式（６）  より、
ｆ３＝Ｆ２  ・Ｌ２／Ｌ１                                          …（７）
で与えられ、また式（５）  により、
ｆ１  ＝ｆ２                                                  …（８）
であるから、これらを式（４）  に代入して、
0003625341.tif 000004
となる。
【０１０５】
ここで、φ＞θであり、さらにＬ１  ＞Ｌ２  であるから、式（９）  の第２項は正の値となり、また第１項は式（３）  で示したものと同じであるため、結局、図１４に示したテーブル装置で得られた接触力の増加分に、さらにバイアス力付与機構３２３の発生力の分を加えることができ、固定状態にある回転ガイド体３０９，３１０の接触力をより一層増加させたり、あるいは押付け力付与機構３１３，３１４の発生力を減少させたりすることが可能となる。
【０１０６】
なお、この例に係るテーブル装置３００ｂでは、式（９）  から明らかなように、図１８中に示したφとθとが等しい場合でも、固定状態にある回転ガイド体３０９，３１０のテーブル本体３０２への接触力を効果的に増加させることが可能である。
【０１０７】
図１９には本発明の第６の実施形態に係るテーブル装置３００ｃの平面図が示されている。この図では図１８に示されるテーブル装置３００ｂと同一機能部分が同一符号で示されている。したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。
【０１０８】
この例に係るテーブル装置３００ｃでは、図１７に示されるテーブル装置、つまりテーブル本体３０２の回転中心３０４をテーブル本体３０２の中心からずらした装置に、テーブル本体３０２に回転角を生じさせる変位付与機構３２２，バイアス力付与機構３２３を付加したもとなっている。
【０１０９】
この例の場合も、変位付与機構３２２およびバイアス力付与機構３２３が、図１８に示したテーブル装置と同様な関係に設置されており、図１８に示したテーブル装置と同様に固定状態にある回転ガイド体３０９、３１０のテーブル本体３０２への接触力を増加させることができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、耐久性の向上、高精度な運動のいずれかが得られるテーブル装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るテーブル装置の側面図
【図２】同装置の要部を取出して示す分解斜視図
【図３】同装置のロッドに生ずる損傷の様子を説明するための斜視図
【図４】同装置の機能を説明するための模式図
【図５】同装置の機能を説明するための模式図
【図６】同装置の変形例を説明するための要部分解斜視図
【図７】同装置の別の変形例を説明するための要部分解斜視図
【図８】同変形例の機能を説明するための模式図
【図９】同変形例の機能を説明するための模式図
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るテーブル装置の側面図
【図１１】同装置を運用するためのシステム構成図の一例を示す図
【図１２】同装置に類似した装置の問題点を説明するための図
【図１３】同装置の作用を説明するための図
【図１４】本発明の第３の実施形態に係るテーブル装置の平面図
【図１５】図１４におけるＸ−Ｘ線に沿って矢印方向に見た側面図
【図１６】同装置の作用を説明するための図
【図１７】本発明の第４の実施形態に係るテーブル装置の平面図
【図１８】本発明の第５の実施形態に係るテーブル装置の平面図
【図１９】本発明の第６の実施形態に係るテーブル装置の平面図
【図２０】図１８に示した装置の作用を説明するための図
【図２１】従来のテーブル装置の平面図
【図２２】従来の別のテーブル装置の平面図
【符号の説明】
１００，２００，３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ…テーブル装置
１０１，２０１，３０１…基台
１０２，２０２…テーブルガイド
１０４，２０４，３０２…テーブル本体
１０５，１０５ａ…移動力伝達体としてのロッド
１０７，１０７ａ，２０７…第１のローラ
１０８，１０８ａ，２０８…第２のローラ
１０９，２０９…回転駆動手段
１１０，１１０ａ…連結角度可変機構
１１５…角度基準指針
１１６…連結角度目盛り
２１１…水平面
３０４…回転中心
３０５〜３０８…転動面
３０９〜３１２…回転ガイド体
３１３，３１４…押付け力付与機構
３２２…変位付与機構
３２３…バイアス力付与機構
【図１】
0003625341.tif 000005
【図２】
0003625341.tif 000006
【図３】
0003625341.tif 000007
【図４】
0003625341.tif 000008
【図５】
0003625341.tif 000009
【図６】
0003625341.tif 000010
【図７】
0003625341.tif 000011
【図８】
0003625341.tif 000012
【図９】
0003625341.tif 000013
【図１０】
0003625341.tif 000014
【図１１】
0003625341.tif 000015
【図１２】
0003625341.tif 000016
【図１３】
0003625341.tif 000017
【図１４】
0003625341.tif 000018
【図１５】
0003625341.tif 000019
【図１６】
0003625341.tif 000020
【図１７】
0003625341.tif 000021
【図１８】
0003625341.tif 000022
【図１９】
0003625341.tif 000023
【図２０】
0003625341.tif 000024
【図２１】
0003625341.tif 000025
【図２２】
0003625341.tif 000026