(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持台と、
前記保持台上に、水平方向に移動可能に案内された可動ステージとを備えるステージ装置において、
前記保持台の上面に前記水平方向に沿って設けられ、粘性流体が満たされた溝と、
前記粘性流体と接触可能なように、前記可動ステージの下面に配設された突片と、
前記突片を上下動させ、前記突片と前記粘性流体との接触量を調整して、前記接触量に応じた粘性抵抗を前記可動ステージに生じさせ前記可動ステージを位置決めする粘性抵抗可変手段とを具えることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
前記可動ステージは、駆動軸の駆動によって前記水平方向に駆動され、
前記溝は、前記駆動軸に対向する位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
【請求項３】
前記粘性抵抗可変手段は、前記可動ステージの減速時に前記突片と前記粘性流体との接触量を大きくして粘性抵抗を大きくし、
前記可動ステージの減速時以外に前記突片と前記粘性流体との接触量を小さくして粘性抵抗を小さくする制御手段を具えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記粘性流体は電気粘性流体であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記突片の先端は断面楔型に形成されており、かつ前記溝の断面は前記楔型形状に対して雌型に形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載のステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はステージ装置に関し、例えば半導体製造装置や液晶表示板製造装置に用いられる可動ステージ装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の製造装置では、図５に示す構成の位置決め機構を有する可動ステージ装置が用いられている。この可動ステージ装置は保持台１上に案内された可動ステージ２を送り機構３を用いて水平駆動するもので、可動ステージ２の位置をレーザ干渉計４を用いて計測し、計測結果を基に可動ステージ２の送り位置をコントローラ５によつてフイードバツク制御するようになされている。この可動ステージ装置の各部は次のように構成されている。
【０００３】
保持台１上には案内面（Ｖ字溝１Ａと水平面１Ｂ）が形成されており、可動ステージ２はこれら案内面上にニードルベアリング６Ａ及び６Ｂを介して案内されている。これにより可動ステージ２は案内面に沿つて図中矢印Ａの方向又はその逆方向に可動となつているのである。
また可動ステージ２の駆動に用いられる送り機構３は、モータ３Ａとこの出力軸にカツプリング（図示せず）を介して接続された送りねじ３Ｂとを主構成として構成されている。可動ステージ２を駆動する場合には、支持部材３Ｃを介して保持台１に固定されているモータ３Ａの出力軸を回転させて送りねじ３Ｂを回転させ、可動ステージ２に固定されたナツト３Ｄと共に可動ステージ２を駆動するようになされている。さらに可動ステージ２の一端には反射鏡２Ａが固定されており、レーザ干渉計４から当該反射鏡２Ａに向けて射出されたレーザ光の戻り光を検出することにより位置を検出するようになされている。可動ステージ装置はこれら各部の組み合わせによつて構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの構成の可動ステージ装置では、精密な位置決め（１〔μｍ〕以下）に必要なダンピング量の発生を、図６に示すように、送りねじ３Ｂとナツト３Ｄとの間に充填された油膜３Ｅに依存している。このため可動ステージ２を精密に位置決めするためには定期的に給油して所定の膜厚に保ち、常に一定のダンピング量を得ることができる状態に維持しなければならない。特に可動ステージ２の大型化が進み、より高い位置決め精度が求められる現状においては給油間隔がますます短くなる傾向にある。またこの構成では将来的にダンピング量の不足が発生するおそれもある。
【０００５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、可動ステージの大型化や高精度化に対応した十分なダンピング量を得ることができ、さらにダンピング量の大きさも容易に制御することができるステージ装置を提案しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、一実施例を表す図１に対応付けて説明すると、請求項１記載のステージ装置では、保持台（１）と、保持台（１）上に、水平方向に移動可能に案内された可動ステージ（２）と、を備えるステージ装置において、保持台の上面に前記水平方向に沿って設けられ、粘性流体（１２）が満たされた溝（１３）と、粘性流体（１２）と接触可能なように、可動ステージ（２）の下面に配設された突片（１１Ｂ）と、突片（１１Ｂ）を上下動させ、突片（１１Ｂ）と粘性流体（１２）との接触量を調整して、この接触量に応じた粘性抵抗を可動ステージ（２）に生じさせ前記可動ステージ（２）を位置決めする粘性抵抗可変手段（１１、２９）とを設けている。
請求項２記載のステージ装置では、可動ステージ（２）は駆動軸の駆動によって前記水平方向に駆動され、溝（１３）は、前記駆動軸に対向する位置に設けられている。
請求項３記載のステージ装置では、粘性抵抗可変手段（１１、２９）は、可動ステージ（２）の減速時に突片（１１Ｂ）と粘性流体（１２）との接触量を大きくして粘性抵抗を大きくし、可動ステージ（２）の減速時以外に突片（１１Ｂ）と粘性流体（１２）との接触量を小さくして粘性抵抗を小さくする制御手段（２９）を具えている。
請求項４記載のステージ装置では、粘性流体（１２）は電気粘性流体である。
請求項５記載のステージ装置では、突片（１１Ｂ）の先端は断面楔型に形成されており、かつ溝の断面は楔型形状に対して雌型に形成されている。
【０００７】
【作用】
請求項１記載のステージ装置では、粘性抵抗可変手段（１１）は、突片（１１Ｂ）を上下動させ、突片（１１Ｂ）と粘性流体（１２）との接触量を調整することにより、可動ステージ（２）に作用する粘性抵抗の大きさを調整するので、可動ステージ（２）の位置決め時に必要なダンピング量を調整することができる。
請求項２記載のステージ装置では、溝（１３）は駆動軸（３Ｂ）に対向する位置に設けられているので、精度よく可動ステージ（２）を水平方向に移動できる。
請求項３記載のステージ装置では、制御手段（２９）は、可動ステージ（２）の減速時に突片（１１Ｂ）と粘性流体（１２）との接触量を大きくして粘性抵抗を大きくし、可動ステージ（２）の減速時以外に突片（１１Ｂ）と粘性流体（１２）との接触量を小さくして粘性抵抗を小さくしているので、可動ステージ（２）を高速で移動し、かつ、高精度で位置決めすることができる。
請求項４記載のステージ装置では、粘性流体（１２）として電気粘性流体を用いているので、突片（１１Ｂ）と溝（１３）とに印加する電圧に応じて電気粘性流体の粘性を可変できる。このため、ダンピング量の調整幅を広くすることができる。
請求項５記載のステージ装置では、突片（１１Ｂ）の先端は断面楔型であり、かつ、溝（１３）はこの断面楔型に対して雌型に形成されているので、突片（１１Ｂ）と溝（１３）との隙間を調整することにより所望のダンピング量を得ることができる。
【０００８】
【実施例】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【０００９】
図５との対応部分に同一符号を付して示す図１において、１０は全体として本実施例における可動ステージ装置を示し、可動ステージ２の下面にダンピング量調整機構１１を設けると共に、保持台１の表面に粘性流体１２で満たされた溝１３を形成している。因に粘性流体１２は油等、長時間大気中に放置されても変質や蒸発し難いものを用い、さらに適度の粘度が得られるものを用いるものとする。
このように可動ステージ２の下面に取り付けられるダンピング量調整機構１１は送りねじ３Ｂと対向し、かつ送りねじ３Ｂと干渉しない（又はナツト３Ｄ上）部分に取り付けられており、本体部分１１Ａから下方（矢印Ｂの方向）に伸びる突片１１Ｂを上下動させることによりダンピング量の発生を切り換えることができるようになされている。
制御装置２９は、コントローラ５からの信号により、ダンピング量調整機構１１を制御する。
【００１０】
即ちダンピングの発生が必要となる減速時に制御装置２９は突片１１Ｂを溝１３内に満たされた粘性流体１２中に降下され接触される状態に位置決めされるように制御する。このとき降下量を調整して突片１１Ｂと粘性流体１２との接触量を変化させれば粘性抵抗も増減し、これに応じてダンピング量も調整することができる。
これに対してダンピング量の発生が不要な期間、すなわち可動ステージ２の減速時以外の期間に、制御装置２９は、突片１１Ｂを粘性流体１２と接触しない状態に保つことができるように制御している。これにより負荷のない状態で可動ステージ２を駆動することができる。
【００１１】
続いてダンピング量調整機構１１の詳細構成を図２を用いて説明する。
ダンピング量調整機構１１は主に２つの機構部分、即ち突片駆動機構及び降下量調整機構によつて構成されている。ここで突片駆動機構は粘性流体１２と突片１１Ｂとを接触させるか否かを２者択一に切り換える駆動部分であり、降下量調整機構は降下した突片１１Ｂの最下点位置、すなわち降下量を調整して粘性抵抗の大きさを制御するための駆動部分である。
【００１２】
ここではまず降下量調整機構について説明し、突片駆動機構についてはその後説明する。
降下量調整機構は可動ステージ２の下面に固定された断面Ｌ字形状のベース部材１４に取り付けられている。ベース部材１４の天板部分には可動ステージ２の移動方向Ａと平行に伸びるリニアガイド１４Ａが固定され、また側板部分には上下方向（矢印Ｂの方向）に伸びるリニアガイド１４Ｂが固定されている。
【００１３】
各リニアガイド１４Ａ及び１４Ｂには断面コ字状のスライダー１５Ａ及び１５Ｂを介してカム１６Ａ及び１６Ｂがそれぞれ取り付けられており、２つのカム１６Ａ及び１６Ｂは互いに連動し得るように係止されている。すなわちカム１６Ａとカム１６Ｂは、カム１６Ａを貫通するように形成された案内溝１６Ａ１に、軸がカム１６Ｂに固定されている軸付ベアリング１７のベアリング部分を摺動自在に取り付けることによつて係止されている。
【００１４】
ところでこの案内溝１６Ａ１は図２（Ａ）に示すように矢印Ａの方向に向かつて緩やかに上昇するように加工されている。従つてカム１６Ａが矢印Ａ又はその逆方向に移動するに伴つて案内溝１６Ａ１にはめ込まれているベアリングが案内溝１６Ａ１の内壁に沿つて上方又は下方に移動することになり、カム１６Ｂの取り付け高さ自体が調整されるようになされている。
例えばカム１６Ａを矢印Ａの方向に駆動すれば、溝１６Ａ１にはめ込まれている軸付ベアリング１７の中心位置が相対的に低下してカム１６Ｂが押し下げられることになる。一方、カム１６Ａを矢印Ａに対して逆方向に駆動すれば、溝１６Ａ１にはめ込まれている軸付ベアリング１７の中心位置が相対的に上昇してカム１６Ｂが押し上げられることになる。
【００１５】
ところでこのカム１６Ａは取付部材１８を介してベース部材１４に固定されたモータ１９の回転によつて駆動することができる。すなわちモータ１９の回転量をカム１６Ａに伝える送りねじ２０は一端においてモータ１９の出力軸にカツプリング（図示せず）を介して結合される一方で、他端においてベース部材１４に固定されている取付部材２１に回動自在に軸支されている。この送りねじ２０に取り付けられたナツト２２の位置が送りねじ２０の回転に応じてカム１６Ａと一体に平行移動されることによりカム１６Ａの水平方向位置、ひいては降下された突片１１Ｂの先端位置を決定するカム１６Ｂの位置を決定することができるようになされている。
【００１６】
次に突片駆動機構について説明する。この突片駆動機構は上述のカム１６Ｂに取り付けられている。カム１６Ｂにも上述したベース部材１４と同様２つのリニアガイド２３Ａ及び２３Ｂが設けられている。ここでリニアガイド２３Ａはカム１６Ｂの底板部分に矢印Ａの方向に伸びるように固定されており、リニアガイド２３Ｂは側板部分に矢印Ｂの方向に伸びるように固定されている。
各リニアガイド２３Ａ及び２３Ｂには断面コ字状のスライダー２４Ａ及び２４Ｂを介してカム２５及び突片１１Ｂがそれぞれ取り付けられている。ここでカム２５とスライダー２４Ｂはそれぞれ連動するように係止されており、突片１１Ｂはカム２５に連動して上下動するようになされている。
【００１７】
即ちカム２５には高さの異なる２段の貫通溝とこれらを結ぶ急傾斜の溝部でなる案内溝２５Ａが設けられており、この案内溝２５Ａに軸がスライダー２４Ｂに固定されてなる軸付ベアリング２６のベアリング部分が転動自在に取り付けられている。この軸付きベアリング２６の上下動に応動してスライダー２４Ｂに固定されている突片１１Ｂがカム１６Ｂの底部に形成された貫通孔を介して上下動するようになされている。
ただしこの突片駆動機構の場合、案内溝２５Ａの内壁に沿つて移動するベアリングの静止位置は上段位置か下段位置かのいずれかとなるように構成されている。
これは突片駆動機構が突片１１Ｂの高速出し入れを目的とする機構であるからである。従つてこの機構ではカム２５の駆動にエアシリンダ２７を用いる。このエアシリンダ２７は固定部材２８を介してカム１６Ｂの底板部分に固定されており、先端部分がカム２５に固定されたピストン２７Ａを出し入れすることによりカム２５を駆動し、突片１１Ｂを粘性流体１２に接触させたり、接触させなかつたりしている。
【００１８】
以上の構成において、可動ステージ装置１０による位置決め動作について説明する。ここでは位置決め動作を、静止状態から加速され一定速度に達した可動ステージ２が減速されるまでの期間と、減速を開始してから目標位置に位置決めされるまでの期間に分けて説明する。
因に可動ステージ２を搬送するのに先だつて適切なダンピング量が突片１１Ｂと粘性流体１２との間に発生するように突片１１Ｂの先端高さ、すなわち粘性流体１２内に付け込まれる突片１１Ｂの付け込み量は降下量調整機構によつて調整されているものとする。
【００１９】
まず可動ステージ２の駆動開始から減速までの期間について説明する。加速開始に際して、制御装置２９の指令により、エアシリンダ２７はカム２５を矢印Ａの反対方向に駆動して案内溝２５Ａにはめ込まれている軸付きベアリング２６を案内溝２５Ａの下段位置から上段位置へと移動させ、粘性流体１２中に接触していた突片１１Ｂを速やかに粘性流体１２中から引き出す。この状態で可動ステージ２は送り機構３によつて加速され、一定速度に達した後は目標地点近傍まで等速度によつて搬送される。
ところでこのとき突片１１Ｂには粘性抵抗が作用しない状態（すなわち負荷のない状態）にあるためモータ３Ａとして比較的小さいモータを用いても可動ステージ２を容易に駆動することができる。
【００２０】
やがて目標地点が近づき減速動作に移行する際、制御装置２９の指令によりエアシリンダ２７はカム２５を矢印Ａの方向に駆動して軸付きベアリング２６を案内溝２５Ａの上段位置から下段位置まで移動させる。これにより突片１１Ｂは速やかに粘性流体１２中に降下され、粘性抵抗が発生するようになる。この粘性抵抗は微妙な位置決めをする際に必要となる適正なダンピング量を発生させる。これにより図３（Ａ）に示す速度−時間特性曲線図のように、可動ステージ２を減速後速やかに所定位置に静止させることができる。
【００２１】
一方、従来型の可動ステージ装置の場合には、適切なダンピング力の調整が難しく、またダンピング力が低下している場合には、図３（Ｂ）に示す速度−時間特性曲線図のように可動ステージ２は減速後も位置決めが収束せずいわゆるハンチング状態になる問題がある。
しかしながら本実施例で説明した可動ステージ装置１０の場合には、このようなときであつても、降下量調整機構のモータ１９を回動させてカム１６Ａを矢印Ａの方向に移動させ、突片１１Ｂの最下点高さを少し低くなるように調整すれば適切な大きさの粘性抵抗を発生させることができ、ハンチング状態を脱することができる。
【００２２】
以上の構成によれば、可動ステージ２の位置決め時に任意の大きさのダンピング量を得ることができる可動ステージ装置１０を実現することができ、ハンチング動作するおそれなく速やかに可動ステージ２の位置を位置決めすることができる。
本実施例では、減速時のみに突片１１Ｂを粘性流体１２と接触させたが加速時や定速時に突片１１Ｂを粘性流体１２にわずかに接触させても良い。これにより、減速時により早く突片１１Ｂと粘性流体１２とが接触するので、ステージ装置の速い位置決めができる。
【００２３】
なお上述の実施例においては、突片１１Ｂとして平板状のものを用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、粘性流体１２との間に適切な大きさの粘性抵抗を発生することができれば他の形状であつても良い。
例えば図２との対応部分に同一符号を付して示す図４に示すように、断面楔型形状の突片３０を突片１１Ｂの代わりに用いても良い。またこの場合、粘性流体１２が満たされる溝１３Ａの断面形状も突片３０の断面形状に対して雌型に形成しても良い。このようにして突片３０と溝１３Ａとの間にできる隙間ｄの大きさを調整することによつて得られる粘性抵抗により、所望のダンピング量を得るようにしても良い。またこの場合、突片３０と溝１３Ａの内壁を完全に接触させることによりロツクをかけることもできる。
【００２４】
また上述の実施例においては、可動ステージ装置１０を半導体製造装置や液晶表示板製造装置の位置決めステージとして用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、保持台１上に案内された可動ステージ２を水平方向に案内する構成の可動ステージ装置に広く適用し得る。
【００２５】
さらに上述の実施例においては、粘性流体１２として油等、適度な粘度を有するものを用い、突片１１Ｂとの接触量を調整する場合（接触しない場合も含む）について述べたが、本発明はこれに限らず、粘度を電気によつて制御することができる電気粘性流体を粘性流体１２の代わりに用いても良い。電気粘性流体は、溝１３と突片１１Ｂとに印加する電圧を調整することにより、電気粘性流体の粘度を可変できるので、突片１１Ｂと粘性流体１２との接触量のみで粘性抵抗を変えるのに比べて広い範囲で粘性抵抗を変えることができる。
これにより、更にステージ装置を高精度で位置決めできる。また、上述のように電気粘性流体は印加電圧で粘度を可変できるので高速でステージ装置の位置決めができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１記載のステージ装置では、粘性抵抗可変手段は、可動ステージに作用する粘性抵抗の大きさを調整することにより、可動ステージの位置決め時に必要なダンピング量を得るので、可動ステージの大型化や高精度化に対応したダンピング量を得ることができる。
請求項２記載のステージ装置では、溝は駆動軸に対向する位置に設けられているので、精度よく可動ステージを水平方向に移動できる。
請求項３記載のステージ装置では、制御手段の制御により、可動ステージを高速で移動し、かつ、高精度で位置決めすることができる。
請求項４記載のステージ装置では、粘性流体として電気粘性流体を用いているので、所望のダンピング量を高速に得ることができる。また、突片の上下動と合わせることにより、ダンピング量の調整幅を広くすることができる。
請求項５記載のステージ装置では、突片の先端は断面楔型であり、かつ、溝はこの断面楔型に対して雌型に形成されているので、突片と溝との隙間を調整することにより所望のダンピング量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステージ装置の全体構成を示す略線的斜視図である。
【図２】ダンピング量調整機構の説明に供する側面図及び正面図である。
【図３】可動ステージの位置決め動作の説明に供する特性曲線図である。
【図４】ダンピング量調整機構の他の実施例の説明に供する側面図及び正面図である。
【図５】従来用いられているステージ装置の全体構成を示す略線的斜視図である。
【図６】送りねじの断面構造を示す略線的断面図である。
【符号の説明】
１……保持台、２……可動ステージ、３……送り機構、３Ａ、１９……モータ、３Ｂ、２０……送りねじ、３Ｃ……支持部材、３Ｄ、２２……ナツト、４……レーザ干渉計、５……コントローラ、６Ａ、６Ｂ……ニードルベアリング、１０……可動ステージ装置、１１……ダンピング量調整機構、１１Ａ……本体部分、１１Ｂ、３０……突片、１２……粘性流体、１３、１３Ａ……溝、１４……ベース部材、１４Ａ、１４Ｂ、２３Ａ、２３Ｂ……リニアガイド、１６Ａ、１６Ｂ、２５……カム、１６Ａ１、２５Ａ……案内溝、１７、２６……軸付ベアリング、１８、２１……取付部材、２４Ａ、２４Ｂ……スライダー、２７……エアシリンダ、２７Ａ……ピストン、２８……固定部材、２９……制御装置。
【図１】
0003555164.tif 000002
【図２】
0003555164.tif 000003
【図３】
0003555164.tif 000004
【図６】
0003555164.tif 000005
【図４】
0003555164.tif 000006
【図５】
0003555164.tif 000007