(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動ステージとしてのテーブルを搭載して該テーブルと共に鉛直軸（以下、Ｚ軸と呼ぶ）方向に駆動される被駆動部材であるＺ軸可動部の駆動源として、エアシリンダ制御手段により駆動制御されるエアシリンダを用いた粗動駆動機構と少なくとも１つのＺ軸リニアアクチュエータを用いた高速微駆動機構との組合わせによるハイブリッド駆動源を前記Ｚ軸可動部に組付けたものにおいて、
前記エアシリンダ内に移動可能に配置されたピストン体は、エアシリンダ内壁に静圧空気軸受を介してガイドされることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
請求項１記載のステージ装置において、前記ハイブリッド駆動源が、前記Ｚ軸方向に関して回転するθ軸方向に駆動されるθ軸可動部に搭載されていることを特徴とするステージ装置。
【請求項３】
請求項１記載のステージ装置において、前記ハイブリッド駆動源が、前記Ｚ軸に直角でかつ互いに直角なＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動されるＸ−Ｙ可動部に搭載されていることを特徴とするステージ装置。
【請求項４】
請求項２記載のステージ装置において、前記θ軸可動部が、前記Ｚ軸に直角でかつ互いに直角なＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動されるＸ−Ｙ可動部に搭載されていることを特徴とするステージ装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のステージ装置において、前記ピストン体の上部に前記Ｚ軸可動部が取り付けられていることを特徴とするステージ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のステージ装置において、前記Ｚ軸リニアアクチュエータとしてＺ軸ボイスコイルモータを用い、前記Ｚ軸可動部は少なくとも２つの前記Ｚ軸ボイスコイルモータにより駆動されることを特徴とするステージ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のステージ装置において、前記Ｚ軸可動部のＺ軸方向への変位量を検出するためのＺ軸リニアセンサを備えることを特徴とするステージ装置。
【請求項８】
請求項７記載のステージ装置において、前記ハイブリッド駆動源の制御手段としてハイブリッド制御系を備え、該ハイブリッド制御系はＺ軸ボイスコイルモータ制御手段と前記エアシリンダ制御手段とを含み、
前記Ｚ軸ボイスコイルモータ制御手段は前記Ｚ軸リニアセンサからのＺ軸変位量と位置目標値との差に基づいて電流値を出力する第１の制御手段を含んで該第１の制御手段からの電流値に基づいて前記Ｚ軸ボイスコイルモータを励磁して前記Ｚ軸可動部の位置制御を行い、
前記エアシリンダ制御手段は前記第１の制御手段からの電流値と電流指令値との差に基づいて電流値を出力する第２の制御手段を含んで該第２の制御手段からの電流値に基づいて前記エアシリンダへの圧縮エア流量を調整することを特徴とするステージ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステージ装置に関し、特にステージを沿直方向（以下、Ｚ軸方向と呼ぶ）に高速・高精度で駆動するのに適したステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステージ装置の一例を、本出願人により提案（特願平１０−３３２２１３号）されたＸ−Ｙステージ装置について図７を参照して説明する。
【０００３】
図７において、このＸ−Ｙステージ装置の固定部分は上面を静圧軸受け案内面としたベース（石定盤）６０とベース６０上に固定された一対のガイドレール６１及び６２である。ガイドレール６１、６２はそれぞれ、互いに対向し合う案内面６１ａ、６２ａを持つ。図７中、案内面６１ａ、６２ａに沿ってＹ軸方向に直線案内される部分は、ガイドレール６１と６２との間に配置されて両端にＴ字状部を持つＹステージ６３と、Ｘ−Ｙ平面に垂直なＺ軸まわりの回転自由度を持つ４個の継ぎ手６４（２個のみ図示）を介してＹステージ６３のＴ字状部の側面に接続された４個の静圧空気軸受けパッド６５（１個のみ図示）と、Ｙステージ６３の下面に接続された３個の静圧空気軸受けパッド６６−１〜６６−３である。なお、静圧空気軸受けパッド６６−３は、Ｙステージ６３の中心軸に対応する箇所に設けられ、静圧空気軸受けパッド６６−１、６６−２はＹステージ６３の中心軸に関してほぼ対称な位置に設けられる。すなわち、静圧空気軸受けパッド６６−１〜６６−３は、それぞれの中心が二等辺三角形を形成するように配置される。Ｙステージ６３は、その延在方向に平行な２つの側面がＸステージ６７を案内するための基準面として形成されている。
【０００４】
図７中、Ｙ軸方向に直線案内されながらＸ軸方向にも直線案内される部分は、Ｙステージ６３をまたぐように組み合わされたコ字形状のＸステージ６７（Ｘ−Ｙ可動部）と、Ｙステージ６３の側面に対向するようにＸステージ６７のコ字形状の内面に接続された４個の静圧空気軸受けパッド６９−１〜６９−４と、Ｘステージ６７の下面に接続された３個の静圧空気軸受けパッド７０−１〜７０−３である。
【０００５】
Ｙステージ６３は静圧空気軸受けパッド６５によって、ベース６０に対するＸ軸方向の拘束を非接触に受ける。Ｙステージ６３はまた、静圧空気軸受けパッド６６−１〜６６−３とＹステージ６３の自重によって、ベース６０に対するＺ軸方向の拘束を非接触に受ける。この２方向の拘束によりＹステージ６３はＹ軸方向に運動（直線案内）可能となる。
【０００６】
同様に、Ｘステージ６７は静圧空気軸受けパッド６９−１〜６９−４によって、Ｙステージ６３に対するＹ軸方向の拘束を非接触に受ける。Ｘステージ６７はまた、静圧空気軸受けパッド７０−１〜７０−３とＸステージ６７の自重によって、ベース６０に対するＺ軸方向の拘束を非接触に受ける。これらの構成により、Ｘステージ６７は、ベース６０に対してＸ軸方向とＹ軸方向に直線案内される。
【０００７】
ここでは、Ｙステージ６３の駆動系として、ガイドレール６１、６２上にそれぞれ構成された一対のＹ１リニアモータ７４、Ｙ２リニアモータ７５を使用し、Ｘステージ６７の駆動系としてＹステージ６３上に構成されたＸリニアモータ７３をそれぞれ使用している。
【０００８】
例えばＹ２リニアモータ７５について簡単に説明すると、ギャップをおいて配列した多数の上側永久磁石７５−１と多数の下側永久磁石７５−２との間にＹステージ６３から延ばしたコイル（図示せず）を配置して成る。Ｙステージ６３の２つのＴ字状部には、ガイドレール６１、６２に設けられたＹ１リニアエンコーダ７１、Ｙ２リニアエンコーダ７２と共にＹ１リニアモータ７４、Ｙ２リニアモータ７５による移動量を検出するためのＹ１リニアエンコーダヘッド７６、Ｙ２リニアエンコーダヘッド７７が設けられる。Ｘステージ６７には、Ｙステージ６３に設けられたＸリニアエンコーダ７８と共にＸリニアモータ７３による移動量を検出するためのＸリニアエンコーダヘッド７９が設けられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のＸ−Ｙステージ装置を、半導体、液晶、磁気・光記憶装置等の検査を目的とするステージ装置として使用する場合には、Ｘステージ６７には更に、垂直方向に光学系の焦点合わせのための高速フォーカス駆動機構（Ｚ軸駆動機構）、及び搭載ワークの回転方向のアライメントを行うための回転駆動機構（θ軸駆動機構）を搭載する必要がある。
【００１０】
通常、高速フォーカス駆動機構は、数１０μｍから数１００μｍの微小範囲で高速動作する微動機構と、搭載ワークの厚み方向のばらつきに対応するために１〜２ｍｍ程度動作する、あまり移動速度の速くない（低応答）粗動機構とから構成される。このため、構造が複雑となり、摺動部を有するためにそこからの発塵が問題となる。また、回転駆動機構はウォーム歯車を使用した機構が多く用いられている。このため、発塵に加えてバックラッシ、停止精度が大きな問題となっている。
【００１１】
Ｘ軸、Ｙ軸方向の駆動に加えて、Ｚ軸方向、θ軸方向の駆動をも可能としたステージ装置の一例を図８を参照して説明する。ここでは、ベース（石定盤）８０上に、図７で説明したようなＸ−Ｙステージ装置が構築され、その中のＸ−Ｙテーブル８１（Ｘ−Ｙ可動部であり、図７のＸステージ６７に対応すると考えて良い）にＺ軸可動部及びその駆動機構とθ軸可動部及びその駆動機構が搭載されているものとして説明する。図７で説明したように、Ｘ−Ｙテーブル８１は、その内側であって図面に垂直な方向（Ｘ軸方向とする）に延びるように配設されているＹステージ８２に沿って可動である。つまり、Ｘ−Ｙテーブル８１はＹステージ８２との間に設けられたＸ軸リニアモータ８３により駆動される。Ｘ−Ｙテーブル８１の案内系としては、Ｘ−Ｙテーブル８１の両脚部に設けられてベース８０に対して浮上する静圧空気軸受けパッド８４−１、８４−２（２個のみ図示）と、Ｘ−Ｙテーブル８１の両脚部の内側に設けられてＹステージ８２の外面に対して浮上する静圧空気軸受けパッド８５−１、８５−２（２個のみ図示）がある。Ｙステージ８２は図面の左右方向（Ｙ軸方向とする）に可動であり、Ｘ−Ｙテーブル８１はＸ軸方向、Ｙ軸方向に可動である。次に、Ｚ軸可動部及びその駆動機構とθ軸可動部及びその駆動機構について説明する。
【００１２】
図８において、Ｘ−Ｙテーブル８１上にウォーム歯車等で駆動されるθ軸テーブル（θ軸可動部）８６が搭載される。θ軸テーブル８６はＺ軸方向の中心軸に関して回動可能である。θ軸テーブル８６上にはスライドウエッジ等で構成され１〜２ｍｍ程度移動する粗動Ｚ軸機構８７が搭載され、更にその上にピエゾ素子を用いて数１０μｍから数１００μｍ程度移動する微動Ｚ軸機構８８が搭載されている。微動Ｚ軸機構８８にはＺ軸可動部８９を介してワークテーブル９０が搭載されている。粗動Ｚ軸機構８７は高い応答性は要求されないが、微動Ｚ軸機構８８には数１００Ｈｚ程度の高い応答性が要求される。
【００１３】
θ軸テーブル８６の駆動はウォーム歯車等で駆動されることがほとんどであるため、バックラッシ及び停止時の安定性が大きな問題となっている。微動Ｚ軸機構８８はピエゾ素子を使用しているため、一定期間での交換がかならず必要となり、検査装置メーカから敬遠される傾向にある。一方、粗動Ｚ軸機構８７は、スライドウエッジで構成されることが多いため、運動真直度が問題となることがある。
【００１４】
このように、従来の構造ではＺ軸可動部及びその駆動機構とθ軸可動部及びその駆動機構の駆動・案内系のほとんどは摺動部を有しているため、発塵、メンテナンス及び経年変化が問題となる。
【００１５】
そこで、本発明の課題は、上記のような問題点を解決できるＺ軸可動部及びその駆動機構を備えたステージ装置を提供することにある。
【００１６】
本発明は更に、上記のＺ軸可動部及びその駆動機構に加えてθ軸可動部及びその駆動機構をも備えたステージ装置を提供することを課題とする。
【００１７】
本発明の具体的な課題は、上記の問題を解決する新たな高速・高精度フォーカス調整機能と回転調整機能を持つステージ装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被駆動ステージとしてのテーブルを搭載して該テーブルと共に鉛直軸（以下、Ｚ軸と呼ぶ）方向に駆動される被駆動部材であるＺ軸可動部の駆動源として、エアシリンダ制御手段により駆動制御されるエアシリンダを用いた粗動駆動機構と少なくとも１つのＺ軸リニアアクチュエータを用いた高速微駆動機構との組合わせによるハイブリッド駆動源を前記Ｚ軸可動部に組付けたものにおいて、前記エアシリンダ内に移動可能に配置されたピストン体は、エアシリンダ内壁に静圧空気軸受を介してガイドされることを特徴とするステージ装置が提供される。
【００１９】
このステージ装置においては、前記Ｚ軸可動部と前記ハイブリッド駆動源とが、前記Ｚ軸方向に関して回転する方向（以下、θ軸方向と呼ぶ）に駆動されるθ軸可動部に搭載されても良いし、あるいは前記Ｚ軸可動部と前記ハイブリッド駆動源とが、前記Ｚ軸に直角でかつ互いに直角な方向（以下、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向と呼ぶ）に駆動されるＸ−Ｙ可動部に搭載されても良い。更には、前記θ軸可動部が、前記Ｚ軸に直角でかつ互いに直角な方向（以下、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向と呼ぶ）に駆動されるＸ−Ｙ可動部に搭載されても良い。
【００２０】
本ステージ装置においては、前記粗動駆動機構は、エアシリンダと、該エアシリンダに対して圧縮エアを導入、排出することで該エアシリンダ内に移動可能に配置されたピストン体とを含み、該ピストン体に前記Ｚ軸可動部の中央部が取り付けられ、前記ピストン体は前記エアシリンダ内壁において静圧空気軸受を介してガイドされる。
【００２１】
本ステージ装置においてはまた、前記Ｚ軸リニアアクチュエータとしてＺ軸ボイスコイルモータを用い、前記Ｚ軸可動部はその側面に設けられた少なくとも２つの前記Ｚ軸ボイスコイルモータにより駆動され、前記Ｚ軸可動部のＺ軸方向への変位量を検出するためのＺ軸リニアセンサを備える。
【００２２】
本ステージ装置においては更に、前記θ軸可動部は少なくとも１つのθ軸ボイスコイルモータにより駆動され、前記θ軸可動部のθ軸方向への変位量を検出するためのθ軸センサを備える。
【００２３】
本ステージ装置においては更に、前記ハイブリッド駆動源の制御手段としてハイブリッド制御系を備え、該ハイブリッド制御系はＺ軸ボイスコイルモータ駆動系とエアシリンダ駆動系とを含み、前記Ｚ軸ボイスコイルモータ駆動系は前記Ｚ軸リニアセンサからのＺ軸変位量と位置目標値との差に基づいて電流値を出力する第１の制御手段を含んで該第１の制御手段からの電流値に基づいて前記Ｚ軸ボイスコイルモータを励磁して前記Ｚ軸可動部の位置制御を行い、前記エアシリンダ駆動系は前記第１の制御手段からの電流値と電流指令値との差に基づいて電流値を出力する第２の制御手段と該第２の制御手段からの電流値に基づいて前記エアシリンダへの圧縮エア流量を調整するエアシリンダ制御手段とを含んで前記第１の制御手段からの電流値が実電流値として該エアシリンダ駆動系にフィードバックされることにより、定常状態では前記Ｚ軸ボイスコイルモータへの励磁電流が０に収束するように構成されている。
【００２４】
本ステージ装置においては更に、前記θ軸可動部には前記Ｚ軸可動部に搭載されるワークテーブルを貫通してその上面に出没自在に複数のリフトピンがＺ軸方向に延びるように設けられている。
【００２５】
なお、前記Ｘ−Ｙ可動部は、Ｘ軸方向駆動用のＸ軸リニアモータとＹ軸方向駆動用のＹ軸リニアモータにより駆動される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明によるステージ装置の基本構成について説明する。ここでも、ベース（石定盤）１０上に、図７で説明したようなＸ−Ｙステージ装置が構築され、その中のＸ−Ｙテーブル１１（Ｘ−Ｙ可動部であり、図７のＸステージ６７に対応すると考えて良い）上にＺ軸可動部及びその駆動機構とθ軸可動部及びその駆動機構が搭載されているものとして説明する。図７で説明したように、Ｘ−Ｙテーブル１１は、その内側であって図面に垂直な方向（Ｘ軸方向とする）に延びるように配設されているＹステージ１２に沿って可動である。つまり、Ｘ−Ｙテーブル１１はＹステージ１２との間に設けられたＸ軸リニアモータ１３により駆動される。Ｘ−Ｙテーブル１１の案内系としては、Ｘ−Ｙテーブル１１の両脚部に設けられてベース１０に対して浮上する静圧空気軸受けパッド１４−１、１４−２（２個のみ図示）と、Ｘ−Ｙテーブル１１の両脚部の内側に設けられてＹステージ１２の外面に対して浮上する静圧空気軸受けパッド１５−１、１５−２（２個のみ図示）がある。Ｙステージ１２は図面の左右方向（Ｙ軸方向とする）に可動であり、Ｘ−Ｙテーブル１１はＸ軸方向の他、Ｙステージ１２と一緒にＹ軸方向に可動である。次に、Ｚ軸可動部及びその駆動機構とθ軸可動部及びその駆動機構について説明する。
【００２７】
本発明によるステージ装置は、Ｚ軸方向に駆動されるＺ軸可動部２０の駆動源として、エアシリンダを用いた粗動駆動機構３０と２つのＺ軸ボイスコイルモータ４１、４２による高速微駆動機構との組合わせによるハイブリッド駆動源を用いたものを備えることを特徴とする。また、Ｚ軸可動部２０とそのハイブリッド駆動源とがθ軸可動部としてのθ軸テーブル５０に搭載されている。
【００２８】
θ軸テーブル５０は、θ軸案内部５１を介して、Ｚ軸方向の中心軸に関して回動可能にＸ−Ｙテーブル１１上に搭載されている。そして、θ軸テーブル５０はＸ−Ｙテーブル１１との間に設けられた２つのθ軸ボイスコイルモータ５２、５３により回動駆動される。ボイスコイルモータというのは、良く知られているように、簡単に言えば一定のギャップをおいて磁極を対向配置させた複数の永久磁石のギャップ部に可動コイルを配置し、この可動コイルに通電すると永久磁石からの磁束との相互作用により可動コイルには駆動力が作用するという原理を利用したリニアアクチュエータの一種である。図１に概略的に示されるように、θ軸ボイスコイルモータ５２について言えば、回動方向に並べて上下に固定配置した複数の永久磁石５２−１、５２−２のギャップ部に、θ軸テーブル５０に取り付けられた可動コイル５２−３が配置されている。可動コイル５２−３に通電すると、そこに駆動力が作用することによりθ軸テーブル５０が回動する。後で説明されるが、θ軸テーブル５０の回動角度はリニアセンサのような検出器で検出される。リニアセンサの一例をあげれば、可動側（固定側）に設けられるスケールと固定側（可動側）に設けられてスケールを光学的あるいは磁気的に読み取るエンコーダヘッドとから成るリニアエンコーダが良く知られている。
【００２９】
一方、粗動駆動機構３０とＺ軸ボイスコイルモータ４１、４２による高速微駆動機構はθ軸テーブル５０上に搭載されている。粗動駆動機構３０は、エアシリンダ３１とその内部に移動可能に配置されたピストン体３２とを含み、ピストン体３２の上部にＺ軸可動部２０の中央部が取り付けられている。粗動駆動機構３０においては、エアシリンダ３１に対して圧縮エアを導入、排出することでピストン体３２がＺ軸方向に駆動される。なお、図示していないが、エアシリンダ３１の内壁とピストン体３２との間には静圧空気軸受けが設けられる。これは、エアシリンダ３１の内壁からある高さ位置においてピストン体３２に向けて圧縮エアを吹き出すようにすれば良い。このために、エアシリンダ３１の壁には、底壁側にピストン体３２駆動用の圧縮エアの通路及び圧縮エアの導入部が設けられ、側壁側に静圧空気軸受け用の通路及び圧縮エアの導入部が設けられる。これらの導入部はフレキシブルホースのような可撓性配管を介して外部の圧縮エア発生源に接続される。
【００３０】
高速微駆動機構は、θ軸テーブル５０とＺ軸可動部２０の両側との間にそれぞれ支持体２０−１，２０−２を介してＺ軸ボイスコイルモータ４１、４２を設けることで実現される。Ｚ軸ボイスコイルモータは、前に述べたボイスコイルモータと動作原理はまったく同じである。図１に概略的に示されるように、Ｚ軸ボイスコイルモータ４２について言えば、Ｚ軸方向に並べて左右両側に固定配置した複数の永久磁石４２−１、４２−２のギャップ部に、支持体２０−２に取り付けられた可動コイル４２−３が配置されている。可動コイル４２−３に通電すると、そこに駆動力が作用することによりＺ軸可動部２０がＺ軸方向に移動する。Ｚ軸可動部２０の上にはワークテーブル２３が取り付けられる。Ｚ軸可動部２０とθ軸テーブル５０との間にも、Ｚ軸可動部２０のＺ軸方向の変位量を検出するためにリニアセンサのような検出器が設けられる。
【００３１】
図２は、図１に示されたステージ装置の基本構成を採用した、本発明の実施の形態によるステージ装置を示し、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は側方から見た半断面図である。また、図３は図２のステージ装置の斜視図である。なお、図２、図３はワークテーブルを取り外した状態で示している。また、以降で説明される図面において図１の各要素に対応する部分には同一番号を付している。
【００３２】
本形態によるステージ装置は、Ｚ軸方向に駆動されるＺ軸可動部２０の駆動源として、エアシリンダを用いた粗動駆動機構３０と２つのＺ軸ボイスコイルモータ４１、４２による高速微駆動機構との組合わせによるハイブリッド駆動源を用いたものを備えている。Ｚ軸可動部２０とハイブリッド駆動源はθ軸テーブル５０に搭載されている。
【００３３】
θ軸テーブル５０は、θ軸案内系としてのクロスローラガイド１１−１を介して、Ｚ軸方向の中心軸に関して回動可能にＸ−Ｙテーブル１１上に搭載され、Ｘ−Ｙテーブル１１との間に設けられた２つのθ軸ボイスコイルモータ５２、５３により回動駆動される。θ軸テーブル５０の回動角度はリニアセンサのような検出器で検出される。ここでは、θ軸用のリニアセンサは、以下のようにして実現されている。θ軸テーブル５０にＸ−Ｙテーブル１１まで延びる突出部５５を設け、この突出部５５の先端にはその回動半径で規定される曲面を形成してスケールを貼り付ける。一方、このスケールに対向するＸ−Ｙテーブル１１上にはスケールを光学的あるいは磁気的に検出するθ軸エンコーダヘッド１６を設けている。
【００３４】
一方、粗動駆動機構３０とＺ軸ボイスコイルモータ４１、４２による高速微駆動機構はθ軸テーブル５０上に搭載されている。前に述べたように、粗動駆動機構３０は、エアシリンダとその内部に移動可能に配置されたピストン体とを含み、このピストン体の上部にＺ軸可動部２０の中央部が取り付けられている。粗動駆動機構３０においては、エアシリンダに対して圧縮エアを導入、排出することでピストン体がＺ軸方向に駆動される。本形態でも、エアシリンダの内壁とピストン体との間には静圧空気軸受けが設けられる。
【００３５】
高速微駆動機構は、θ軸テーブル５０とＺ軸可動部２０の両側との間にそれぞれＺ軸ボイスコイルモータ４１、４２を設けることで実現されている。Ｚ軸ボイスコイルモータは、前に述べたボイスコイルモータと動作原理はまったく同じである。Ｚ軸可動部２０とθ軸テーブル５０との間にも、Ｚ軸可動部２０のＺ軸方向の変位量を検出するためにリニアセンサのような検出器が設けられる。ここでは、Ｚ軸用のリニアセンサは、以下のようにして実現されている。Ｚ軸可動部２０にθ軸テーブル５０上に延びる突出部２５を設け、この突出部２５にはＺ軸方向に延びる板部材を設けてスケールを貼り付ける。一方、このスケールに対向するθ軸テーブル５０上にはスケールを光学的あるいは磁気的に検出するＺ軸エンコーダヘッド２６を設けている。
【００３６】
本形態では更に、θ軸テーブル５０に、Ｚ軸可動部２０、及びこれに取り付けられるワークテーブル（後述する）とを貫通してその上面に出没自在に複数（ここでは１２０°の角度間隔をおいて３本）のリフトピン５７がＺ軸方向に延びるように設けられている。本形態におけるリフトピン５７はθ軸テーブル５０に固定されており、ワークテーブルに搭載されたワークをハンドリングロボット等で把持する際には、Ｚ軸可動部２０の下動によりリフトピン５７の上端がワークテーブルから突出するようにされている。
【００３７】
図４は、図２、図３に示されたステージ装置にワークテーブル１を搭載したものを示し、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は側方から見た半断面図である。また、図５は図４のステージ装置の斜視図である。ワークテーブル１には、前に述べた３本のリフトピン５７（図３参照）が出入り可能な３つの貫通孔１ａが設けられている。ワークテーブル１に搭載されたワークを別場所に移すような場合には、ワークテーブル１が下動される結果、リフトピン５７が突出してワークを持ち上げる。この状態でハンドリングロボット等によりワークが把持される。その後、例えば別のワークが３本のリフトピン５７上に置かれると、ワークテーブル１は元の高さ位置に戻され、ワークはワークテーブル１上に載置される。
【００３８】
図６は、上記のハイブリッド駆動源の制御手段としてのハイブリッド制御系を示す。このハイブリッド制御系はＺ軸ボイスコイルモータ駆動系５とエアシリンダ駆動系６とを含む。Ｚ軸ボイスコイルモータ駆動系５は、Ｚ軸リニアセンサからのＺ軸変位量と位置目標値との差を算出する減算器５−１と、減算器５−１で算出された差信号に基づいて電流値を出力するＰＩＤ制御器（第１の制御手段）５−２と、ＰＩＤ制御器５−２からの電流値を増幅する電流アンプ５−３とを含み、Ｚ軸ボイスコイルモータの可動コイルをこの増幅された電流値により励磁することでＺ軸方向の位置制御が行われる。
【００３９】
一方、エアシリンダ駆動系６はＰＩＤ制御器５−２からの電流値と電流指令値との差を算出する減算器６−１と、減算器６−１で算出された差信号に基づいて電流値を出力するＰＩＤ制御器（第２の制御手段）６−２と、ＰＩＤ制御器６−２からの電流値に基づいてエアシリンダへの圧縮エア流量を調整するサーボバルブ６−３とを含み、Ｚ軸可動部２０の粗動駆動が行われる。エアシリンダ駆動系６はエア負荷補償機構として作用する。
【００４０】
ハイブリッド制御系全体として見ると、Ｚ軸ボイスコイルモータで発生される推力と、エアシリンダで発生される推力とが加算され、加算された推力でＺ軸可動部２０が駆動されることとなる。特に、Ｚ軸可動部２０の位置制御をＺ軸ボイスコイルモータ駆動系５により行い、Ｚ軸ボイスコイルモータへの電流値を０とするようエアシリンダ駆動系６に実電流値をフィードバックする。これにより、定常状態ではＺ軸ボイスコイルモータへの電流値は原理的に０に収束し、可動コイルの抵抗損失による発熱が抑えられる。
【００４１】
θ軸テーブル５０については、θ軸ボイスコイルモータの推力をθ軸用のリニアセンサの位置フィードバック値に基づいて制御することで、ワークテーブル１の回転方向の位置決めを行うことができる。
【００４２】
上記の説明で明らかなように、θ軸テーブル５０は、バックラッシを無くし、停止時の高い安定性を確保するため、θ軸ボイスコイルモータでダイレクトに駆動し、かつ曲面に貼り付けたテープ式のスケールとエンコーダヘッドとによるリニアセンサにより位置を直接計測する構成としている。
【００４３】
一方、Ｚ軸可動部２０の駆動源は、構造を簡素化し高い応答性を確保するため、エアシリンダにおけるピストン体の案内系を静圧空気軸受けにより構成している。特に、駆動は、粗動駆動とＺ軸可動部２０の重力分の補償としてエアシリンダ駆動方式を用い、高速微駆動に対してはＺ軸ボイスコイルモータを使用したハイブリッド駆動方式としている。
【００４４】
位置検出は、リニアセンサにより計測する構成とし、案内・駆動・計測を全て非接触で行うようにしている。
【００４５】
また、本形態では特に、リフトピン５７をθ軸テーブル５０に固定し、ワークの受け渡しに際して必要なストロークをＺ軸可動部２０に持たせることにより、Ｚ軸駆動機構側がワークの受け渡し機構を兼ねる構成とし、全体構造を簡素化している。しかし、場合によっては、ハンドリングロボット等の搬送系とのワークの受け渡しは、θ軸テーブル５０に搭載されたリフトピン５７を昇降（１０ｍｍ程度）させて行うようにしても良い。
【００４６】
以上、本発明を好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでは無い。例えば、Ｚ軸ボイスコイルモータや、θ軸ボイスコイルモータは、２個が好ましいが、３個以上でも良く、少なくとも１個あれば良い。本発明が適用されるステージ装置の構成は、実施の形態のようなＸ−Ｙテーブル、θ軸テーブル、Ｚ軸可動部という構成に限定されず、Ｘ−ＹテーブルとＺ軸可動部との組み合わせやＺ軸可動部単独のステージ構成であっても良い。また、高速駆動用のリニアアクチュエータにはボイスコイルモータだけでなく、ストローク等の仕様に併せてリニアモータなどのアクチュエータを適用しても良い。更に、本発明によるステージ装置の用途は検査用装置に限定されず、アライメントや高さ補正を必要とするステージ装置に広く応用可能である。加えて、粗動駆動機構におけるエアシリンダに代えて、エア以外の気体、例えば窒素ガス等で駆動されるシリンダを用いることもできる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果が得られる。
【００４８】
１）θ軸テーブルの駆動にボイスコイルモータを採用し、位置計測にはテープ貼り付け式のスケールを用いたリニアセンサを採用したことにより、従来技術では困難であった、バックラッシのない高速・高精度な位置決めを行うことが可能となった。そして、バックラッシが無くなったことにより、停止時の安定性を向上させることも可能となった。
【００４９】
２）θ軸テーブルの位置計測に使用しているリニアセンサの分解能及びテープ貼り付け式によるスケールの貼り付け位置の半径を選定することにより、任意の角度分解能を得ることが可能となった。
【００５０】
３）Ｚ軸可動部の駆動源にボイスコイルモータとエアシリンダのハイブリッド方式を採用したことにより、従来の粗・微動機構に比べて、高速・高精度な性能を実現しつつ大幅に機構を簡素化することが可能となった。
【００５１】
４）摺動部分をθ軸テーブルの案内系（クロスローラガイド）のみとすることにより、発塵しにくい構成となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステージ装置の基本構成を示した断面図である。
【図２】図１に示されたステージ装置の基本構成を採用した、本発明の実施の形態によるステージ装置をワークテーブルを取り外した状態で示し、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は側方から見た半断面図である。
【図３】図２のステージ装置の斜視図である。
【図４】図２に示されたステージ装置をワークテーブルを取り付けた状態で示し、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は側方から見た半断面図である。
【図５】図４のステージ装置の斜視図である。
【図６】本発明に使用されるＺ軸可動部のハイブリッド駆動源の制御手段としてのハイブリッド制御系を示した図である。
【図７】本発明によるＺ軸可動部、θ軸テーブルが組み合わされるＸ−Ｙステージ装置の構成を示した斜視図である。
【図８】図７のＸ−Ｙステージ装置に組み合わされる、従来のＺ軸可動部、θ軸テーブルの駆動機構の例を示した図である。
【符号の説明】
１１    Ｘ−Ｙテーブル
１１−１    クロスローラガイド
１２    Ｙステージ
１３    Ｘ軸リニアモータ
１６    θ軸エンコーダヘッド
２０    Ｚ軸可動部
２６    Ｚ軸エンコーダヘッド
３０    粗動駆動機構
３１    エアシリンダ
３２    ピストン体
４１、４２    Ｚ軸ボイスコイルモータ
５０    θ軸テーブル
５２、５３    θ軸ボイスコイルモータ
５７    リフトピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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