(57)【要約】【課題】スライダがガイドに接触するかじりが生じるのを抑止できるステージ装置を提供する。【解決手段】ステージ装置１００は、Ｘ軸スライダ１４と、Ｘ軸スライダ１４のＸ軸方向の移動を案内するＸ軸ガイド１２と、Ｘ軸ガイド１２を支持するＹ軸スライダ１８と、Ｙ軸スライダ１８のＹ軸方向の移動を案内するＹ軸ガイド１６と、Ｘ軸ガイド１２の姿勢を維持するための姿勢制御力をＸ軸ガイド１２に付与する少なくとも１つの姿勢維持部材２６と、を備える。【選択図】図１
2018062993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スライダと、
前記第１スライダの第１方向の移動を案内する第１ガイドと、
前記第１ガイドを支持する第２スライダと、
前記第２スライダの第２方向の移動を案内する第２ガイドと、
前記第１ガイドの姿勢を維持するための姿勢制御力を前記第１ガイドに付与する少なくとも１つの姿勢維持部材と、を備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
当該ステージ装置は２つの姿勢維持部材を備え、
前記２つの姿勢維持部材は、前記第２スライダに支持される前記第１ガイドの被支持部分に対して互いに反対側に姿勢制御力を付与するよう設けられてい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】
姿勢維持部材は、圧縮気体を噴出するエアパッドを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のステージ装置。
【請求項４】
前記姿勢維持部材は、第１ガイドに固定され、前記第２ガイドと実質的に平行に走る滑走面を滑走することを特徴とする請求項３に記載のステージ装置。
【請求項５】
前記第１スライダが前記第１ガイドに案内されて移動することによって前記第１ガイドに生じる荷重の変動に応じて、姿勢維持部材による姿勢維持力を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物を第１方向と、第１方向に直交する第２方向に位置決めするためのステージ装置が知られている。従来では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のガイドがいずれも１つずつであるスタックタイプと呼ばれるステージ装置が提案されている（例えば特許文献１）。このスタックタイプのステージ装置は一般に、第１スライダと、第１スライダの第１方向の移動を案内する第１ガイドと、第１ガイドを支持する第２スライダと、第２スライダの第２方向の移動を案内する第２ガイドと、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−５７５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるようなスタックタイプのステージ装置では、第１スライダが移動すると、第１ガイドに荷重変動が生じて第１ガイドが第２方向周りに傾き、第１ガイドを支持する第２スライダに第２ガイド周りのモーメントが生じうる。これにより、第２スライダが第２ガイドと接触するかじりが生じうる。
【０００５】
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、スライダがガイドに接触するかじりが生じるのを抑止できるステージ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のステージ装置は、第１スライダと、第１スライダの第１方向の移動を案内する第１ガイドと、第１ガイドを支持する第２スライダと、第２スライダの第２方向の移動を案内する第２ガイドと、第１ガイドの姿勢を維持するための姿勢制御力を第１ガイドに付与する少なくとも１つの姿勢維持部材と、を備える。
【０００７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スライダがガイドに接触するかじりが生じるのを抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係るステージ装置を示す斜視図である。
【図２】図１のＸ軸ガイドおよびＸ軸スライダの断面を示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】姿勢維持部材のひとつとその周辺を示す断面図である。
【図５】制御部の機能および構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１１】
図１は、実施の形態に係るステージ装置１００を示す斜視図である。説明の便宜上、図示のように、Ｘ軸ガイド１２（後述）が延在方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する方向であってＹ軸ガイド１６（後述）が延在方向する方向をＹ軸方向、両者に直交する方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を定める。ステージ装置１００は、スタックタイプのＸＹステージと称され、対象物をＸ軸方向（第１方向）、Ｙ軸方向（第１方向に直交する第２方向）に位置決めする。
【００１２】
ステージ装置１００は、ベースフレーム１０と、Ｘ軸ガイド１２と、Ｘ軸スライダ１４と、Ｙ軸ガイド１６と、Ｙ軸スライダ１８と、テーブル２０と、２つのサイドガイド２２と、２つの姿勢維持部材２６と、制御部３０（図１では不図示）と、を備える。
以降、Ｚ軸方向においてＹ軸ガイド１６に対してＸ軸ガイド１２が設けられる側を上側として説明する。
【００１３】
Ｙ軸ガイド１６は、長尺状の部材であり、ベースフレーム１０に支持される。Ｙ軸スライダ１８は、Ｙ軸ガイド１６に案内されてＹ軸方向に移動する。Ｘ軸ガイド１２は、Ｙ軸ガイド１６と同様に長尺状の部材であり、Ｙ軸スライダ１８に支持される。したがって、Ｘ軸ガイド１２ひいてはＸ軸スライダ１４は、Ｙ軸スライダ１８のＹ軸方向の移動に伴ってＹ軸方向に移動する。Ｘ軸スライダ１４は、Ｘ軸ガイド１２に案内されてＸ軸方向に移動する。
【００１４】
テーブル２０は、Ｘ軸スライダ１４に固定される。テーブル２０には、例えば、半導体ウェハなどの加工対象物等が載せられる。Ｙ軸スライダ１８をＹ軸方向に移動させ、Ｘ軸スライダ１４をＸ軸方向に移動させることにより、テーブル２０をＸＹ方向に移動させて対象物をＸＹ方向に位置決めできる。
【００１５】
図２は、Ｘ軸方向に直交する平面で切断したＸ軸ガイド１２およびＸ軸スライダ１４の断面を示す。なお、代表してＸ軸ガイド１２およびＸ軸スライダ１４の構成を説明するが、Ｙ軸ガイド１６およびＹ軸スライダ１８についても同様の説明が当てはまる。
【００１６】
Ｘ軸ガイド１２は、底壁３２と、第１側壁３４と、第２側壁３６と、を含む。底壁３２は、Ｘ軸方向に長い平板状の部材であり、２つの主面がＺ軸方向を向くよう設けられる。第１側壁３４は、Ｘ軸方向に長い立壁であり、底壁３２の上面（すなわち一方の主面）のＹ軸方向における一端に立設する。第２側壁３６は、第１側壁３４と同様、Ｘ軸方向に長い立壁であり、第１側壁３４とＹ軸方向で対向するように底壁３２の上面のＹ軸方向における他端に立設する。第１側壁３４、第２側壁３６はそれぞれ、互いに向かって延び出す第１延出部３４ａ、第２延出部３６ａを有する。したがって、第１側壁３４および第２側壁３６は、Ｌ字形の断面形状を有する。
【００１７】
Ｘ軸スライダ１４は、直方体状の部材であり、Ｘ軸ガイド１２の内側、すなわち第１側壁３４と第２側壁３６と底壁３２との間に収納される。Ｘ軸ガイド１２に対向するＸ軸スライダ１４の各面、すなわち底面１４ａ、第１側面１４ｂ、第２側面１４ｃ、上面１４ｄには、１つまたは複数のエアパッド４０が形成されている。エアパッド４０は、図示しない給気系から供給される高圧の気体を噴出し、Ｘ軸ガイド１２との間に高圧の気体層を形成する。これにより、Ｘ軸スライダ１４は微少な隙間を保ってＸ軸ガイド１２から浮上する。
【００１８】
第１側壁３４と対向する第１側面１４ｂ、第２側壁３６と対向する第２側面１４ｃには、Ｘ軸ガイド１２を駆動するためのエアサーボ室４８が形成されている。すなわち、本実施の形態では、Ｘ軸スライダ１４には２つのエアサーボ室４８が形成されている。これにより、Ｘ軸スライダ１４のＺ軸周りの回転を制御することができる。
【００１９】
Ｘ軸スライダ１４の各面には、エアパッド４０を取り囲むように差動排気用の排気溝４２、４４、４６が形成されている。排気溝４２は大気解放されている。なお、排気溝４２は、排気ポンプ（図示せず）に接続されてもよい。排気溝４４、４６はそれぞれ、排気溝内の圧力を低真空圧力レベル、中真空圧力レベルにするための排気ポンプ（図示せず）に接続されており、Ｘ軸スライダ１４のエアパッド４０およびエアサーボ室４８から内部空間に供給された圧縮気体を外部に排気する。このように、圧縮気体がＸ軸ガイド１２とＸ軸スライダ１４との隙間から漏れ出さないようにすることで、ステージ装置１００を真空環境下でも使用可能にすることができる。なお、ステージ装置１００を大気圧環境下で使用する場合には、このような排気溝４２、４４、４６を設ける必要はない。
【００２０】
図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図３を参照して、Ｘ軸スライダ１４がＸ軸ガイド１２に対して移動する原理を説明する。なお、代表してＸ軸スライダ１４がＸ軸ガイド１２に対して移動する原理を説明するが、Ｙ軸スライダ１８がＹ軸ガイド１６に対して移動する原理についても同様の説明が当てはまる。ステージ装置１００は、隔壁５６をさらに備える。
【００２１】
図３ではＸ軸ガイド１２とＸ軸スライダ１４との隙間や隔壁５６とエアサーボ室４８との隙間を誇張して描いている。実際は例えば、これらの隙間は数ミクロン程度である。隔壁５６は、Ｘ軸ガイド１２に固定され、Ｘ軸スライダ１４のエアサーボ室４８をＸ軸方向に関して２つのエアサーボ室４８Ａ、４８Ｂに区画する。２つのエアサーボ室４８Ａ、４８Ｂには、圧縮気体を出入り可能にするための給気系５０Ａ、５０Ｂがそれぞれ接続されている。給気系５０Ａ、５０Ｂは、サーボ弁５２Ａ、５２Ｂと、圧縮気体供給源５４Ａ、５４Ｂと、をそれぞれ含む。
【００２２】
エアパッド４０に圧縮気体を供給すると、上述のようにＸ軸スライダ１４がＸ軸ガイド１２に対してわずかに浮上する。この状態で、例えばエアサーボ室４８Ａに圧縮気体を供給するとともに、エアサーボ室４８Ｂから圧縮気体を排出すると、隔壁５６がピストンとして作用して、Ｘ軸スライダ１４が図中の左方向に移動する。このようにして、サーボ弁５２Ａ、５２Ｂの開度を制御することによって、Ｘ軸スライダ１４をＸ軸ガイド１２に対して任意の位置に移動させることができる。
【００２３】
図１に戻り、２つのサイドガイド２２は長尺状の部材である。２つのサイドガイドは、それらの長手方向がＹ軸方向と一致し、かつ、Ｘ軸方向におけるそれらの間にＹ軸ガイド１６が位置するようベースフレーム１０に支持される。
【００２４】
サイドガイド２２の上面である滑走面２２ａには、平面加工が施される。２つのサイドガイド２２の滑走面２２ａは、互いに同じ高さとなるように、すなわちＸ軸方向から見たときに互いに重なるように形成される。また、２つの滑走面２２ａは、Ｘ軸方向から見たときに、Ｙ軸ガイド１６（より具体的には、例えばＹ軸ガイド１６の底壁３２の上面）と平行となるように形成される。
【００２５】
２つの姿勢維持部材２６は、Ｘ軸ガイド１２の下面（すなわち底壁３２の下面）１２ａに固定される。２つの姿勢維持部材２６は特に、Ｙ軸スライダ１８に支持されるＸ軸ガイド１２の被支持部分に対して互いに反対側に位置し、かつ、サイドガイド２２の滑走面２２ａの上方に位置するようＸ軸ガイド１２の下面１２ａに固定される。図１では、２つの姿勢維持部材２６はそれぞれ、Ｘ軸ガイド１２の下面１２ａのＸ軸方向における両端に固定されている。
【００２６】
図４は、姿勢維持部材２６のひとつとその周辺を示す断面図である。図４では、Ｙ軸方向に直交する平面で切断した断面を示す。なお、もうひとつの姿勢維持部材２６についても同様に構成される。姿勢維持部材２６は、本実施の形態ではエアパッド７０を含み、図示しない給気系から供給される高圧の気体を滑走面２２ａに対して噴出する。その反発力により、姿勢維持部材２６ひいてはＸ軸ガイド１２には上向きの力が働く。また、姿勢維持部材２６には、Ｘ軸スライダ１４やＹ軸スライダ１８と同様に、エアパッド７０を取り囲むように差動排気用の排気溝７２、７４、７６が形成されている。排気溝７２、７４、７６はそれぞれ、排気溝４２、４４、４６と同様に構成される。このように、圧縮気体が姿勢維持部材２６とサイドガイド２２との隙間から漏れ出さないようにすることで、ステージ装置１００を真空環境下でも使用可能にすることができる。なお、ステージ装置１００を大気圧環境下で使用する場合には、このような排気溝を設ける必要はない。
【００２７】
図５は、制御部３０の機能および構成を示すブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのＣＰＵ（central processing unit）をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。
【００２８】
制御部３０は、Ｘ軸スライダ１４、Ｙ軸スライダ１８を浮上させるべくエアパッド４０から噴出させる圧縮気体の流量を制御する浮上制御部６２と、Ｘ軸スライダ１４、Ｙ軸スライダ１８を移動させるべくエアサーボ室４８に供給する圧縮気体の流量を制御する移動制御部６４と、Ｘ軸ガイド１２の姿勢を維持するために姿勢維持部材２６のエアパッド７０から噴出する気体の流量を制御する姿勢維持制御部６６と、を含む。上述したように、姿勢維持部材２６が高圧の気体を滑走面２２ａに対して噴出することにより、姿勢維持部材２６ひいてはＸ軸ガイド１２には上向きの力が働く。姿勢維持制御部６６は例えば、この上向きの力により、Ｘ軸スライダ１４が移動することによりＸ軸ガイド１２に生じるであろう荷重変動に対して十分大きな浮上剛性を得られるように、別の言い方をすると荷重変動によるＸ軸ガイド１２の沈み込みを抑止または防止できるように、姿勢維持部材２６のエアパッド７０が噴出する気体の流量を制御する。
【００２９】
以上説明した実施の形態に係るステージ装置１００によると、Ｘ軸ガイド１２の下面１２ａに２つの姿勢維持部材２６が固定され、姿勢維持部材２６から滑走面２２ａに対して気体が噴出される。これにより、姿勢維持部材２６ひいてはＸ軸ガイド１２には上向きの力が働く。ここで、Ｘ軸スライダ１４がＸ軸ガイド１２に沿ってＸ軸方向に移動すると、Ｘ軸ガイド１２に荷重変動が生じてＸ軸ガイド１２がＹ軸方向周りに傾き、Ｘ軸ガイド１２を支持するＹ軸スライダ１８にＹ軸ガイド１６周りのモーメントが生じうる。その結果、Ｙ軸スライダ１８がＹ軸ガイド１６と接触するかじりが生じうる。特に、本実施の形態ではＹ軸スライダ１８が気体の圧力で浮上しているため、Ｙ軸スライダ１８にＹ軸ガイド１６周りのモーメントが生じると、かじりが生じやすい。これに対し、本実施の形態では、上述のように２つの姿勢維持部材２６により、Ｘ軸ガイド１２に上向きの力、例えばＸ軸ガイド１２に生じる荷重変動によるＸ軸ガイド１２の沈み込みを抑止できるような上向きの力が働く。これにより、Ｘ軸スライダ１４が移動してもＸ軸スライダ１４がＹ軸方向周りに傾くのを抑えられ、Ｘ軸スライダ１４を支持するＹ軸スライダ１８にＹ軸ガイド１６周りのモーメントが生じるのが抑止され、その結果、Ｙ軸スライダ１８がＹ軸ガイド１６と接触するかじりが生じるのを抑止できる。また、Ｘ軸ガイド１２がＹ軸方向周りに傾くのが抑止されるため、テーブル２０の姿勢精度が向上する。
【００３０】
また、実施の形態に係るステージ装置１００によると、スライダは、エアパッド４０およびエアサーボ室４８から供給された圧縮気体を外部に排気するための排気溝４２、４４、４６を含む。同様に、姿勢維持部材２６は、エアパッド７０から供給された圧縮気体を外部に排気するための排気溝７２、７４、７６を含む。このように圧縮気体が漏れ出さないようにすることで、ステージ装置１００を真空環境下で使用することが可能になる。
【００３１】
以上、実施の形態に係るステージ装置について説明した。この実施の形態は例示であり、各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。また、実施の形態同士の組み合わせも可能である。
【００３２】
（変形例１）
実施の形態では特に言及しなかったが、姿勢維持制御部６６は、Ｘ軸ガイド１２の被支持部分に対してＸ軸ガイド１２の一方側にＸ軸スライダ１４が移動した場合、その一方側の姿勢維持部材２６のエアパッド７０が噴出する気体の流量を増やしてもよく、その他方側の姿勢維持部材２６のエアパッド７０が噴出する気体の流量を減らすあるいは気体の噴出を止めてもよく、またはこれらを併用してもよい。Ｘ軸ガイド１２の被支持部分に対してＸ軸ガイド１２の他方側にＸ軸スライダ１４が移動した場合も同様である。また、姿勢維持制御部６６は、Ｘ軸ガイド１２が移動するスピードに応じて、すなわちＸ軸スライダ１４に生じる荷重変動の大きさに応じて、２つの姿勢維持制御部６６のエアパッド７０が噴出する気体の流量を調整してもよい。
【００３３】
（変形例２）
実施の形態では、２つの姿勢維持部材２６がＸ軸ガイド１２の被支持部分に対して互いに反対側に位置するようにＸ軸ガイド１２に固定される場合について説明したがこれに限られない。
【００３４】
ステージ装置１００が姿勢維持部材２６を１つだけ備えてもよい。この場合、姿勢維持部材２６は、当然、Ｘ軸ガイド１２の被支持部分の一方側にだけ固定される。この場合、Ｘ軸ガイド１２の被支持部分に対して姿勢維持部材２６が固定されている側にＸ軸スライダ１４が移動した場合、姿勢維持部材２６が噴出する気体の流量を増やし、それとは反対側にＸ軸スライダ１４が移動した場合、姿勢維持部材２６が噴出する気体の流量を減らすまたは気体の噴出を止めればよい。
【００３５】
また、ステージ装置１００は、３つ以上の姿勢維持部材２６を備えていてもよい。この場合、すべての姿勢維持部材２６がＸ軸ガイド１２の被支持部分の一方側にだけ固定されても、姿勢維持部材２６の一部がＸ軸ガイド１２の被支持部分の一方側に固定され、残りが被支持部分の他方側に固定されてもよい。
【００３６】
（変形例３）
実施の形態では、姿勢維持部材２６は、気体を噴出するエアパッド７０を含む場合について説明したが、これに限られない。
【００３７】
例えば、姿勢維持部材２６は、気体を吸引するエアパッドであってもよい。この場合、例えば、Ｘ軸スライダ１４が移動することによりＸ軸ガイド１２に生じるであろう荷重変動と、Ｘ軸スライダ１４が移動してきた側とは反対側の姿勢維持部材２６のエアパッドの浮上剛性を制御することにより当該姿勢維持部材２６ひいてはＸ軸ガイド１２に働く下向きの力とが、実質的に同等になるよう当該姿勢維持部材２６が吸引する吸引量を制御する。別の言い方をすると、荷重変動によるＸ軸ガイド１２の沈み込みを抑止または防止できるように、姿勢維持部材２６が吸引する吸引量を制御する。
【００３８】
また例えば、姿勢維持部材２６は、気体の噴出と、気体の吸引とを同時に行えるエアパッドであってもよい。例えば、姿勢維持部材２６は、その中央部分に気体の噴出部があって、その周囲に気体の吸引部があってもよい。この場合、姿勢維持部材２６による気体の吸引量と噴出量とを制御して姿勢維持部材２６の浮上剛性を制御することにより、荷重変動によるＸ軸ガイド１２の沈み込みを抑止または防止する。
【００３９】
（変形例４）
実施の形態では、姿勢維持部材２６がＸ軸ガイド１２に固定される場合について説明したが、これに限られない。姿勢維持部材２６は、サイドガイド２２の上面に固定されてもよい。この場合、Ｙ軸方向においけるサイドガイド２２の上面の全範囲に、姿勢維持部材２６が敷き詰められてもよい。
【００４０】
（変形例５）
実施の形態および上述の変形例では、姿勢維持部材２６がエアパッド７０を含む場合について説明したが、これに限られない。姿勢維持部材２６は、ベースフレーム１０（サイドガイド２２）またはＸ軸ガイド１２に非接触で、Ｘ軸ガイド１２にＸ軸ガイド１２の姿勢を維持するための力（すなわち姿勢制御力）を付与できるものであればよい。したがって、例えば姿勢維持部材２６は、姿勢制御力としての磁力や電磁力を付与できるものであってもよい。
【００４１】
上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。また、請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、実施の形態および変形例において示された各構成要素の単体もしくはそれらの連係によって実現されることも当業者には理解されるところである。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ベースフレーム、  １２  Ｘ軸ガイド、  １４  Ｘ軸スライダ、  １６  Ｙ軸ガイド、  １８  Ｙ軸スライダ、  ２２  サイドガイド、  ２２ａ  滑走面、  ２６  姿勢維持部材、  ３０  制御部、  ４０  エアパッド、  ７０  エアパッド、  １００  ステージ装置。
【図１】
2018062993.tif 000003
【図２】
2018062993.tif 000004
【図３】
2018062993.tif 000005
【図４】
2018062993.tif 000006
【図５】
2018062993.tif 000007