(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下両面が所定の平面度を持つように作られ、上面側に開口した複数の吸着用の穴を持つ定盤と、
該定盤の下側に配置され、上面が前記所定の平面度と同じになるように作られていると共に、前記複数の穴に連通する吸引用通路を持つ吸着ボックス体と、
該吸着ボックス体を貫通して前記定盤にねじ込まれたプリロード用ボルトを含んで、該吸着ボックス体と前記定盤との間にあらかじめ定められた与圧をかけるための複数の与圧機構とを含み、
前記与圧機構は、前記吸着ボックス体と前記定盤との間の伸縮に伴う相互の水平方向のずれを許容するベアリング機構を持つことを特徴とする吸着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の吸着装置において、前記定盤は石製であり、前記吸着ボックス体は前記定盤とは異なる金属材料から成ることを特徴とする吸着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の吸着装置において、前記定盤の複数の穴はそれぞれ該定盤を上下方向に貫通するように設けられており、前記吸着ボックス体の前記吸引用通路は、その上面に形成されて前記複数の穴に連通する溝あるいは凹部と、該溝あるいは凹部から前記吸着ボックス体の外部に至る通路とから成ることを特徴とする吸着装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の吸着装置において、前記プリロード用ボルトは前記吸着ボックス体を遊嵌状態で貫通しており、前記プリロード用ボルトのヘッド部と前記吸着ボックス体との間に、前記あらかじめ定められた与圧をかけるためのコイルスプリングと、前記吸着ボックス体と前記定盤との間の伸縮に伴う相互の水平方向のずれによる前記吸着ボックス体に対する該プリロード用ボルトの水平微動を許容する前記ベアリング機構とが介在していることを特徴とする吸着装置。
【請求項５】
請求項４に記載の吸着装置において、前記プリロード用ボルトのヘッド部と前記ベアリング機構との間であって前記コイルスプリングの周囲には、前記あらかじめ定められた与圧を管理するための筒状のカラーが配置されていることを特徴とする吸着装置。
【請求項６】
請求項４あるいは５に記載の吸着装置において、前記定盤と前記吸着ボックス体とは、駆動機構により少なくとも一軸方向に駆動されるものであり、該吸着装置の中央部には、前記吸着ボックス体から前記定盤へ向けて、前記吸着ボックス体と前記定盤との締付けを行うためのボルトがねじ込まれていることを特徴とする吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は減圧吸引作用を利用した吸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶等の大型基板を加工する際には、大型の吸着盤を持つ吸着装置が必要となり、吸着盤の平面度は非常に高い精度を要求される。
【０００３】
従来、この種の吸着装置は、図７、図８に示すような吸着盤１００を備えている。吸着盤１００は上面側に開口した複数の吸着用の穴１００ａを持つ。穴１００ａは上下方向に形成され、吸着盤１００内には穴１００ａに連通する横方向の通路１００ｂが複数本形成されている。これら複数本の通路１００ｂは吸着盤１００の１つの側面に至り、それぞれ配管に接続されている。複数の配管は集合管１０１に接続され、更に真空引き用の真空ポンプに接続される。
【０００４】
通常、このような吸着盤１００は別の構造体で支持され、Ｘ−Ｙステージ装置のような駆動機構により、この構造体と共に少なくとも一軸方向に可動とされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
吸着盤１００は、その表面を高精度な平面度（例えば、１０μｍ程度）にすることが要求されるために、通常、石で作られ、高精度に研磨加工されている。吸着盤１００自体の厚さもその剛性を確保するため、相当の寸法を必要としている。また、吸着盤１００をＸ−Ｙステージ装置に取付ける際、吸着盤１００を支持する構造体による影響を極小化するため、支持する構造体の温度による伸縮を吸着盤１００に伝達しないように、ケルビンクランプ等で支持するのが一般的である。つまり、吸着盤１００とこれを支持する構造体は、Ｘ−Ｙステージ装置により一体的に駆動されるので、機械的に一体的であることが必要である。ところが、構造体は、吸着盤１００とは別の材料で作られているため、温度変化に伴う線膨張係数が異なる。この場合、吸着盤１００と構造体とが機械的に一体的に結合していると、温度変化があった場合にバイメタルの原理で反りが生じてしまう。このような反りによる平面度の悪化を防止するために、吸着盤１００と構造体との間にはケルビンクランプのような支持構造が必要とされる。このために、吸着盤１００と構造体とによる高さ方向の寸法が大きくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、吸着盤の平面度の精度を維持しつつ、剛性を高め、かつ高さ方向の寸法を小さくできるような吸着装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上下両面が所定の平面度を持つように作られ、上面側に開口した複数の吸着用の穴を持つ定盤と、該定盤の下側に配置され、上面が前記所定の平面度と同じになるように作られていると共に、前記複数の穴に連通する吸引用通路を持つ吸着ボックス体と、該吸着ボックス体を貫通して前記定盤にねじ込まれたプリロード用ボルトを含んで、該吸着ボックス体と前記定盤との間にあらかじめ定められた与圧をかけるための複数の与圧機構とを含み、前記与圧機構は、前記吸着ボックス体と前記定盤との間の伸縮に伴う相互の水平方向のずれを許容するベアリング機構を持つことを特徴とする吸着装置が提供される。
【０００８】
なお、前記定盤は石製であり、前記吸着ボックス体は前記定盤とは異なる金属材料から成る。
【０００９】
また、前記定盤の複数の穴はそれぞれ該定盤を上下方向に貫通するように設けられており、前記吸着ボックス体の前記吸引用通路は、その上面に形成されて前記複数の穴に連通する溝あるいは凹部と、該溝あるいは凹部から前記吸着ボックス体の外部に至る通路とから成る。
【００１０】
更に、前記プリロード用ボルトは前記吸着ボックス体を遊嵌状態で貫通しており、前記プリロード用ボルトのヘッド部と前記吸着ボックス体との間に、前記あらかじめ定められた与圧をかけるためのコイルスプリングと、前記吸着ボックス体と前記定盤との間の伸縮に伴う相互の水平方向のずれによる前記吸着ボックス体に対する該プリロード用ボルトの水平微動を許容する前記ベアリング機構とが介在している。
【００１１】
更に、前記プリロード用ボルトのヘッド部と前記ベアリング機構との間であって前記コイルスプリングの周囲には、前記あらかじめ定められた与圧を管理するための筒状のカラーが配置されることが望ましい。
【００１２】
更に、前記定盤と前記吸着ボックス体とは、駆動機構により少なくとも一軸方向に駆動されるものであり、該吸着装置の中央部には、前記吸着ボックス体から前記定盤へ向けて、前記吸着ボックス体と前記定盤との締付けを行うためのボルトがねじ込まれている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明による吸着装置を簡略化して示した縦断面図である。吸着装置１は、上下両面が所定の平面度（例えば１０μｍ程度）及び平行度を持つように作られ、上面側に開口した複数の吸着用の穴１０ａを持つ石定盤１０と、石定盤１０の下側に配置され、上面が上記の所定の平面度と同じになるように作られていると共に、複数の穴１０ａに連通する吸引用通路を持つ金属製の吸着ボックス体２０と、吸着ボックス体２０を貫通して石定盤１０にねじ込まれたプリロード用ボルト３１を含んで吸着ボックス体２０と石定盤１０との間にあらかじめ定められた与圧をかけるための複数の与圧機構３０とを含む。石定盤１０は、前に述べた吸着盤として作用することは言うまでも無い。
【００１４】
石定盤１０は石製であり、吸着ボックス体２０は石定盤１０とは異なる金属材料、例えばアルミニウム合金から成る。石定盤１０の複数の穴１０ａはそれぞれ、石定盤１０を上下方向に貫通するように設けられている。一方、吸着ボックス体２０の前記吸引用通路は、その上面に形成されて複数の穴１０ａに連通する凹部２０ａと、この凹部２０ａから吸着ボックス体２０の外部に至る通路２０ｂとから成る。なお、凹部２０ａに代えて１本以上の溝を設けるようにしても良い。いずれにしても、本形態によれば、石定盤１０に複数の穴１０ａを設け、吸着ボックス体２０に凹部２０ａと通路２０ｂとを設けるだけで吸引用のエア回路が形成される。通路２０ｂには配管２１が接続され、真空引き用の真空ポンプ（図示せず）に接続される。
【００１５】
与圧機構３０は、吸着ボックス体２０と石定盤１０との間にあらかじめ定められた与圧、つまり締付け力を加えるためのものである一方、線膨張係数が異なることによる吸着ボックス体２０と石定盤１０との間の伸縮に伴う相互の水平方向のずれを吸収するためのものである。言い換えれば、与圧機構３０は、水平方向には完全に力を負担しないようにするための機構である。このため、後で詳しく説明されるように、与圧機構３０は吸着ボックス体２０と石定盤１０との間の伸縮に伴う相互の水平方向のずれを許容するベアリング機構を持つ。
【００１６】
なお、プリロード用ボルト３１の先端側は石定番１０にねじ込む必要がある。このために、図３に示すように、石定盤１０の下面側におけるプリロード用ボルト３１のねじ込み箇所には、穴１０ｂを設け、この穴１０ｂには雌ねじ１１ａを切った金属部材１１が充填、固定されている。
【００１７】
図４をも参照して、与圧機構３０について説明する。与圧機構３０は、プリロード用ボルト３１と、ベアリング機構３２と、前記あらかじめ定められた与圧をかけるためのコイルスプリング３３と、ワッシャ３４と、前記あらかじめ定められた与圧を管理するための筒状のカラー３５とを含む。プリロード用ボルト３１のヘッド部は、ここでは後端部にも雄ねじを切ることでダブルナット３６ａ、３６ｂにより実現するようにしている。
【００１８】
吸着ボックス体２０に設ける貫通穴２０ｃの径をプリロード用ボルト３１の径よりも大きくすることで、プリロード用ボルト３１は吸着ボックス体２０を遊嵌状態で貫通している。そして、プリロード用ボルト３１のヘッド部、つまりダブルナット３６ａ、３６ｂと吸着ボックス体２０との間に、ベアリング機構３２とコイルスプリング３３とが介在するようにしている。カラー３５は、ワッシャ３４を介してプリロード用ボルト３１のヘッド部とベアリング機構３２との間であってコイルスプリング３３の周囲に配置されている。
【００１９】
ベアリング機構３２は、前に述べたように、吸着ボックス体２０と石定盤１０との間に、温度変化により伸縮率の異なる膨張あるいは収縮が生じた場合に、相互の水平方向のずれによる吸着ボックス体２０に対するプリロード用ボルト３１の水平方向の微動を許容するためのものである。
【００２０】
なお、前記あらかじめ定められた与圧の値は、石定盤１０及び吸着ボックス体２０の寸法や重量により異なってくるが、数十（Ｎ）程度の値である。そして、この値は、カラー３５が存在することにより自由に管理することができる。つまり、与圧はコイルスプリング３３に圧縮力を加えることで発生するが、所望の与圧を得るために必要なベアリング機構３２とワッシャ３４との間の間隔を計測しておき、カラー３５の長さをこの間隔に合わせることで、必要以上の与圧を加えることができないようにすることができる。これは、ナット３６ａのねじ込み量がカラー３５で規制されるからである。但し、実際には、ワッシャ３４とカラー３５との間にはわずかな隙間ができるように、ナット３６ａは一杯に締付けした後、少し緩められる。ナット３６ｂは、振動等によりナット３６ａが緩むことで一旦設定された与圧が変化することを防止するものであることは言うまでも無い。また、ベアリング機構３２は、繰り返し述べるが、プリロード用ボルト３１の回転を自在にするためのものではなく、水平方向の運動をフリーにするためのものである。
【００２１】
図５は、上記の吸着装置１における与圧機構３０の設置箇所の一例を示した平面図であり、数十箇所に設けられる。なお、中央部の４箇所については、与圧機構ではなく、石定盤１０と吸着ボックス体２０とを一体的に移動可能にするために、単に締付けを行うためのボルトが設けられる。これは、吸着装置１の中央部において石定盤１０と吸着ボックス体２０との間を堅く締付けたとしても、両者がこの中央部を中心にして伸縮するものと考えれば、この中央部以外の部分で両者が伸縮自在になっていれば良いからである。
【００２２】
図６は、１２００ｍｍ（Ｗ）、７５０ｍｍ（Ｄ）の石定盤１０における平面度の計測結果を示した図である。完全な平面に近い平面度を持つように研磨した石定盤１０に対し、周囲温度２３℃で６×７の４２点で計測を行った結果、最も大きな変形量は７．５μｍであり、十分に規格を満足する値であった。
【００２３】
図１は、本発明による吸着装置１を、Ｘ−Ｙステージ装置５０に実装した状態を示す縦断面図である。ここでは、Ｘ−Ｙステージ装置５０は、定盤５１上に平行に配設した２本のレール５２（１本のみ図示、他方は図面の奥行き方向に位置する）に沿って走行する２つのＸ軸リニアモータ５３（一方のみ図示、他方は図面の奥行き方向に位置する）と、２つのＸ軸リニアモータ５３の間に架け渡されたレール５４に沿って走行する１つのＹ軸リニアモータ５５とを備える。レール５２は図１において左右方向に延び、レール５４は図面に垂直な方向に延びている。Ｙ軸リニアモータ５５で駆動される被駆動部に、連結部５６を介して吸着ボックス体２０が連結されている。なお、３８は、前に述べた、石定盤１０と吸着ボックス体２０との間を堅く締付けするためのボルトである。
【００２４】
本発明による吸着装置は、周囲の温度が変化すると、石定盤（石製）１０と吸着ボックス体（金属製）２０の線膨張係数の違いから、延び縮み量が異なるが、石定盤１０と吸着ボックス体２０は管理されているプリロードによって接合しているので、水平方向の摩擦は小さく、互いにずれることができる。これにより、石定盤１０と吸着ボックス体２０は、水平方向のみ伸び縮みするので、平面度に影響を与えることがない。
【００２５】
なお、本発明による吸着装置には、リニアモータによる駆動機構のみならず、圧縮空気等の流体を使用した流体圧アクチュエータのような駆動機構にも組合わせ可能であることは言うまでも無い。
【００２６】
【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。
【００２７】
（１）石定盤において実用的に十分な平面度を確保できる。
（２）平面度は石定盤と吸着ボックス体の合成した剛性に依存するので、石部品単独の剛性はそれほど必要とされず、石定盤の厚さを薄くすることができる。
（３）従来の支持構造において必要とされていたケルビンクランプが不要となり、構成が単純かつ、全体の高さ方向の寸法を低くできる。
（４）吸着に要するエア回路の構造が単純になる。すなわち、従来の吸着装置では、吸着盤自体に全体のエア回路を構成する必要があるため、吸着盤に複雑なエア回路用の穴を多数加工する必要があり、これが、制約条件となる場合があった。一方、本発明では石定盤と吸着ボックス体とが密着する構造となっているため、石定盤には一方向にのみ延びる貫通穴を設け、吸着ボックス体には貫通穴に連通する溝や凹部を設ければ良いので、容易に複雑なエア回路の構成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吸着装置を、Ｘ−Ｙステージ装置に実装した状態を示す縦断面図である。
【図２】本発明による吸着装置を簡略化して示した縦断面図である。
【図３】図２に示された石定盤におけるプリロード用ボルトのねじ込み部を説明するための断面図である。
【図４】図２に示された与圧機構の構造を示す断面図である。
【図５】本発明による吸着装置における与圧機構の設置箇所の一例を示す平面図である。
【図６】本発明による吸着装置において平面度の測定結果の一例を示した図である。
【図７】従来の吸着装置における吸着盤を概略的に示した斜視図である。
【図８】図７の吸着盤の断面図である。
【符号の説明】
１    吸着装置
１０    石定盤
１１    金属部材
２０    吸着ボックス体
３０    与圧機構
３１    プリロード用ボルト
３２    ベアリング機構
３３    コイルスプリング
３４    ワッシャ
３５    カラー
３６ａ、３６ｂ    ナット
３８    ボルト
５０    Ｘ−Ｙステージ装置
５１、５３    レール
５２    Ｘ軸リニアモータ
５４    Ｙ軸リニアモータ
【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】
0003766787.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003766787.tif 000008
【図８】
0003766787.tif 000009