(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石定盤上においてＸ軸方向、Ｙ軸方向の少なくとも一方の方向に可動とされたテーブル上に搭載されて前記Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に直角なＺ軸方向に可動のＺ軸可動部を備えたステージ装置において、
前記Ｚ軸可動部の駆動源として、前記テーブル上に搭載された流体圧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用い、
しかも前記高速微駆動機構におけるＺ軸リニアアクチュエータの固定部側を、静圧空気軸受けを介して前記石定盤上に置いて該高速微駆動機構が前記石定盤上を前記テーブルと一体に可動とした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ことを特徴とするステージ装置。
【請求項３】
請求項２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ボイスコイルモータを用い、前記Ｚ軸可動部はその両側に可動部側を連結した少なくとも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ことを特徴とするステージ装置。
【請求項４】
請求項３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、前記テーブルは、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３を参照して説明する。
【０００３】
図３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３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１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３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リニアスケール７１、Ｙ２リニアスケール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７６、Ｙ２リニアエンコーダ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リニアスケール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７９が設けられる。
【０００９】
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４を参照して説明する。ここでは、ベース（石定盤）８０上に、図３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３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３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４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転可能である。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】
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の駆動・案内系は、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】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは、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案した。
【００１６】
図５を参照して、この提案例について説明する。この提案例でも、ベース（石定盤）５０上に、図３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５１（図３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が搭載されている。図３で説明したように、Ｘ−Ｙテーブル５１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５２に沿って可動である。つまり、Ｘ−Ｙテーブル５１はＹステージ５２との間に設けられたＸ軸リニアモータ５３により駆動される。
【００１７】
なお、Ｘ−Ｙテーブル５１は、図４に示したものと同様、その両脚部の内側に設けられてＹステージ５２に対して浮上する静圧空気軸受けパッド５４−１、５４−２（２個のみ図示）と、両脚部に設けられてベース５０に対して浮上する静圧空気軸受けパッド５５−１、５５−２（２個のみ図示）とで案内される。Ｙステージ５２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５１はＸ軸方向に可動であると共に、Ｙステージ５２と一緒にＹ軸方向にも可動である。
【００１８】
次に、Ｚ軸可動部及びその駆動機構について説明する。このステージ装置は、Ｚ軸方向に駆動されるＺ軸可動部２０及びこれに搭載されたワークテーブル２３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。つまり、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Ｘ−Ｙテーブル５１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が設けられ、側壁側に静圧空気軸受け用の通路が設けられる。
【００１９】
高速微駆動機構は、Ｘ−Ｙテーブル５１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。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（固定部側）のギャップ部に可動コイル（可動部側）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５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。
【００２０】
このように、図５によるステージ装置によれば、図４のステージ装置における問題点を解消できるが、高速微駆動用のＺ軸ボイスコイルモータ４１、４２がＸ−Ｙテーブル５１への振動伝搬による機械共振を起こし、ステージ装置の応答性、駆動、停止精度を低下させる可能性がある。
【００２１】
そこで本発明の課題は、粗動駆動機構と高速微駆動機構によるＺ軸可動部を備えたステージ装置に改良を加えることで、ステージ装置の応答性、駆動、停止精度の向上を図ることにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、石定盤上においてＸ軸方向、Ｙ軸方向の少なくとも一方の方向に可動とされたテーブル上に搭載されて前記Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に直角なＺ軸方向に可動のＺ軸可動部を備えたステージ装置において、前記Ｚ軸可動部の駆動源として、前記テーブル上に搭載された流体圧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用い、しかも前記高速微駆動機構におけるＺ軸リニアアクチュエータの固定部側を、静圧空気軸受けを介して前記石定盤上に置いて該高速微駆動機構が前記石定盤上を前記テーブルと一体に可動としたことを特徴とする。
【００２３】
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。
【００２４】
前記Ｚ軸リニアアクチュエータとしてボイスコイルモータを用いることができ、前記Ｚ軸可動部はその両側に可動部側を連結した少なくとも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ことが好ましい。
【００２５】
前記ハイブリッド駆動源の制御手段としては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る。
【００２６】
前記テーブルは、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。
【００２７】
【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実施の形態について説明する。本形態によるステージ装置は、図５で説明した、本発明者らにより提案されているステージ装置に改良を加えたものであり、図５に示されている部分と同じ部分には同一番号を付している。
【００２８】
本形態によるステージ装置と、図５に示されたステージ装置の大きな違いは、Ｚ軸ボイスコイルモータとＺ軸可動部との結合構造にある。つまり、高速微駆動機構におけるＺ軸ボイスコイルモータ１１、１２の固定部側（固定子側）をそれぞれ、静圧空気軸受けパッド１３−１、１３−２を介してベース（石定盤）５０上に置く。しかも、固定部側をＸ−Ｙテーブル５１の脚部と機械的に連結することにより、この高速微駆動機構のＺ軸ボイスコイルモータ１１、１２が石定盤５０上をＸ−Ｙテーブル５１と一体に可動としたことを特徴とする。
【００２９】
本形態でも、ベース（石定盤）５０上に、図３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５１（図３のＸステージ６７に対応すると考えて良い）にＺ軸可動部２０と粗動駆動機構とが組み合わされている。図３で説明したように、Ｘ−Ｙテーブル５１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５２に沿って可動である。つまり、Ｘ−Ｙテーブル５１はＹステージ５２との間に設けられたＸ軸リニアモータ５３により駆動される。
【００３０】
Ｘ−Ｙテーブル５１は、その両脚部の内側に設けられてＹステージ５２の外面に対して浮上する静圧空気軸受けパッド５４−１、５４−２（２個のみ図示）と、両脚部に設けられてベース５０に対して浮上する静圧空気軸受けパッド５５−１、５５−２（２個のみ図示）とで案内される。Ｙステージ５２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５１はＸ軸方向に可動であると共に、Ｙステージ５２と一緒にＹ軸方向にも可動である。
【００３１】
このステージ装置においてＺ軸可動部２０をＺ軸方向に駆動するための駆動源はハイブリッド駆動源である。ハイブリッド駆動源は、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１１、１２による高速微駆動機構との組合わせによるものである。粗動駆動機構３０はＸ−Ｙテーブル５１に組み合わされるが、Ｚ軸ボイスコイルモータ１１、１２による高速微駆動機構はベース５０とＺ軸駆動部２０の両端部との間に設けられる。
【００３２】
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。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駆動用の圧縮空気の通路及び圧縮空気導入部が設けられ、側壁側に静圧空気軸受け用の通路及び圧縮空気導入部が設けられる。これらの圧縮空気導入部はフレキシブルホースのような可撓性配管部材を介して外部の圧縮空気発生源と接続される。
【００３３】
高速微駆動機構は、ベース５０とＺ軸可動部２０の両側との間にそれぞれ剛性を持つ支持体１４−１、１４−２を介してＺ軸ボイスコイルモータ１１、１２を設けることで実現される。特に、Ｚ軸ボイスコイルモータ１１、１２は、その固定部側が静圧空気軸受けパッド１３−１、１３−２を介してベース５０に対して浮上可能に置かれている。しかも、Ｚ軸ボイスコイルモータ１１、１２の固定部側は、連結部材１５−１、１５−２を介してＸ−Ｙテーブル５１の脚部と連結されている。
【００３４】
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１２について言えば、固定部（固定子）側は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１２−１、１２−２を持つ。可動部（可動子）側は、永久磁石１２−１、１２−２のギャップ部に配置され、支持体１４−２に取り付けられた可動コイル１２−３を持つ。可動コイル１２−３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。
【００３５】
なお、Ｚ軸可動部２０の変位量を検出するためにＺ軸リニアセンサが設けられる。Ｚ軸リニアセンサの一例として、リニアエンコーダを用いる場合には、次のようにすれば良い。支持体１４−１あるいは１４−２のＺ軸に平行な部分にテープ状のスケールを貼り付け、これに対向するＸ−Ｙテーブル５１側にはスケールを光学的あるいは磁気的に検出するエンコーダヘッドを設ける。この種のリニアセンサは良く知られている。
【００３６】
図２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、上記の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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。つまり、エアシリンダ３１内に規定の圧縮エアを送ってワークテーブル２３を指令位置まで浮上させ、そこからの高速微駆動はＺ軸ボイスコイルモータ１１、１２により行われる。
【００３９】
上記の説明で明らかなように、本形態ではワークテーブル２３は静圧空気軸受で案内される粗動駆動機構３０と結合されており、Ｘ−Ｙテーブル５１と水平（Ｘ−Ｙ）方向に対しては高い剛性で結合されている。
【００４０】
Ｚ（垂直）軸方向のアクチュエータにはワークテーブル２３の粗動駆動と重力分の補償としてエアシリンダ駆動系を用い、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方式としている。エアシリンダ駆動系のピストン体３２は応答速度も遅く、振動源になり得ないためＸ−Ｙテーブル５１に内蔵しても問題無い。一方、高速微駆動をするＺ軸ボイスコイルモータ１１、１２はＸ−Ｙテーブル５１への振動伝搬による機械共振を避けるため、ベース５０を基準としてＸ−Ｙテーブル５１と同様に静圧空気軸受けパッド１３−１、１３−２を介して支持している。また、連結部材１５−１、１５−２は、例えば板バネのようにＸ−Ｙ方向（水平方向）には高い剛性を発揮し、Ｚ軸方向には剛性の低い構造として、高速微動機構の駆動反力（振動）をＸ−Ｙテーブルに伝搬しにくくしている。
【００４１】
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の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は、２個が好ましいが、３個以上あるいは１個でも良い。また、Ｚ軸可動部が搭載されるテーブルはＸ−Ｙテーブルのみならず、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向に駆動される一軸駆動テーブルであっても良い。更に、高速駆動用の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く、エアシリンダに代えて他の気体、例えば窒素ガス等による流体圧シリンダを用いても良い。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。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、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。
【００４３】
特に、図５のような構造では、エアシリンダとＺ軸ボイスコイルモータからのＺ軸方向反力が直接Ｘ−Ｙテーブルに伝達される。このため、Ｘ−Ｙテーブルの機械共振による激しい振動が駆動周波数と共振周波数の一致する場合に発生することとなる。これに対し、本発明の構造では、ワークテーブルの駆動反力がベースに直接作用し、Ｘ−Ｙテーブルに対して伝搬しにくい構造となる。このため、ステージ装置各部との共振によるワークテーブルの駆動精度への影響が小さくなる。また、Ｘ−Ｙテーブルとワークテーブルを分離することでＺ軸方向に駆動するワークテーブルの駆動負荷は大幅に軽減され、高速応答させるに有利な条件となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるステージ装置の構成を示した断面図である。
【図２】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３】本発明によるＺ軸可動部が組み合わされるＸ−Ｙステージ装置の構成例を示した斜視図である。
【図４】図３のＸ−Ｙステージ装置に組み合わされる、従来のＺ軸可動部の駆動機構の例を示した図である。
【図５】図３のＸ−Ｙステージ装置に組み合わされる、本発明者らにより提案されているＺ軸可動部の駆動機構の例を示した図である。
【符号の説明】
１１、１２    Ｚ軸ボイスコイルモータ
１２−１、１２−２    永久磁石
１２−３    可動コイル
１３−１、１３−２、５４−１、５４−２、５５−１、５５−２    静圧空気軸受けパッド
１４−１、１４−２、２０−１、２０−２    支持体
２０    Ｚ軸可動部
３０    粗動駆動機構
３１    エアシリンダ
３２    ピストン体
５０    ベース（石定盤）
５１    Ｘ−Ｙテーブル
５２    Ｙステージ
５３    Ｘ軸リニアモータ
【図１】
0003732763.tif 000002
【図２】
0003732763.tif 000003
【図３】
0003732763.tif 000004
【図４】
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【図５】
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