JP2007331087A

JP2007331087A - ステージ装置

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Publication number: JP2007331087A
Application number: JP2006169422A
Authority: JP
Inventors: Makoto Harada; 真原田; Yuji Kobayashi; 雄二小林; Tatsuya Obara; 達也小原
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2026-06-19
Also published as: KR100919391B1; TW200818217A; CN101093813A; JP4402078B2; KR20070120441A; TWI360133B; CN100521143C

Abstract

【課題】本発明はワークが載置される吸着板を支持する石定盤を不要にしてワークの大型化に対応すると共に、ステージの位置精度を確保することを課題とする。
【解決手段】ステージ装置１０は、床面に固定された架台１２と、架台１２上に支持された一対のガイド部１４Ａ，１４Ｂと、一対のガイド部１４Ａ，１４Ｂ間に横架されて両端を架台１２上に支持された複数の梁１６と、一対のガイド部１４Ａ，１４Ｂに沿ってＹ方向に移動するＹステージ１８と、Ｙステージ１８の両端部をＹ方向に駆動する一対のリニアモータ２０Ａ,２０Ｂとを有する。また、梁１６には、平板状のワークが載置される吸着板２４が載置される。ワークの面積が大型化されてＹステージ１８の移動距離を延長する場合には、ガイド部１４Ａ，１４Ｂを延長することにより対応することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明はステージ装置に係り、特にワークの大型化に伴うスライダの間隔及び移動距離の増大に対応するように構成されたステージ装置に関する。

例えば、ステージ装置においては、ステージの移動をガイドするステージガイド機構は、上記定盤上に固定された石材からなる一対のガイド部を有すると共に、ガイド部に沿って移動するステージのスライダには、ガイド部のガイド面に対して数μ〜十数μの隙間を介して対向する静圧軸受けパッドが設けられており、静圧軸受けパッドからガイド面に吹き付けられる空気圧によってスライダが浮上した状態で移動するように構成されている。

このような、ステージ装置では、ワークとして供給される基板の大型化に伴って装置全体が大型化しており、その分ステージの移動距離も延長されつつある。

既存の機械加工技術では、例えば、全長が従前通り１ｍ程度のガイド部であれば、数μの加工精度で加工することが可能である。しかしながら、ステージの移動距離が延長されるのに伴って、ガイド部の全長が２ｍ以上に長くなると、精密に計測することが難しくなり、ガイド部を全長に亘り真直度を計測する際の計測誤差も大きくなるので、要求される精度をクリアするように真直度を有するガイド部の製造が難しくなっており、さらに熱膨張による寸法変化がガイド部の歪みや捩れに影響している。

一対のガイド部は、ステージの移動位置を検出するためのリニアスケールが設けられており、ステージ側に取り付けられたセンサ（例えば、フォトインタラプタ）がリニアスケールに沿って移動しなら検出信号（パルス信号）を出力する。そして、リニアスケールのセンサからの信号をカウントすることで移動した距離を演算して位置を求めている。

また、ステージの直進精度及びリニアスケールによる位置検出精度を保つには、ガイド部の全長が長くなるほど一対のガイド部の平行度をより高精度に管理する必要がある。

このような、一対のガイド部の真直度や平行度のばらつきによる影響を小さくするため、例えば、一対のガイド部に沿って移動する一対のスライダと、一対のスライダ間を連結するビームとの間を板バネを介在させて連結することにより、ガイド部にかかる負担を低減する構造のものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２１４２８０号公報

しかしながら、上記特許文献１により開示されたステージ装置では、ガイド部にかかる負担を低減することができるものの限界があり、例えば、ステージの移動距離が２ｍ〜３ｍに延長される構成ものでは、上記板バネの弾性変形量だけではステージの静的及び動的安定性を確保することが難しい。

さらに、ステージ装置の大型化により定盤の上面精度を確保できないときや、ガイド部が定盤上ではなく架台上に支持される構成になってしまうときには、一対のガイド部の平行度を得ることが難しい。

そのため、一対のガイド部の平高度が高精度に管理できないと、ステージの左右両端に配された一対のスライダの相対位置にもずれが生じて一対のスライダの並進精度が低下したり、あるいはスライダに設けられている静圧軸受けパッドがガイド部に接触してしまうおそれがある。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決したステージ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

本発明は、床面に固定された架台と、該架台に支持されて平行に配された一対のガイド部と、該一対のガイド部間に横架され、両端が前記架台に支持された梁と、前記梁に支持されたワーク載置板と、前記一対のガイド部の延在方向に沿って移動する一対のスライダと、前記一対のスライダ間を横架された横架部とを有し、前記ワーク載置板の上方を移動するステージと、前記一対のスライダを駆動する一対のリニアモータと、前記ステージの移動位置を計測する一対のリニアスケールと、該一対のリニアスケールにより計測された移動位置が等しくなるように前記一対のリニアモータを制御する制御部と、を備えており、上記課題を解決するものである。

また、本発明は、前記横架部の高さ位置を調整する昇降機構と、前記梁に載置されたワーク載置板の上面に対する前記横架部の高さ位置を計測する高さ方向検出センサと、該高さ方向検出センサにより検出された計測データと前記ステージの移動位置との関係を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前記ステージの移動位置に対応する計測データと前記リニアスケールにより計測された移動位置データに基づいて前記昇降機構をならい制御する昇降制御手段とを有することが望ましい。

また、前記横架部は、前記スライダと回動可能に連結されていることが望ましい。

本発明によれば、架台に支持されて平行に配された一対のガイド部間に横架され、両端が前記架台に支持された梁にワーク載置板が支持され、ワーク載置板の上方にステージを移動させるため、石定盤をワークサイズに応じて大型化するのには限界があるので、石定盤を使用せずに一対のガイド部の平行度の精度を高められると共に、ワークの大型化にも対応することができる。

また、本発明によれば、記憶手段に記憶されたステージの移動位置に対応する計測データとリニアスケールにより計測された移動位置データに基づいて昇降機構をならい制御するため、一対のガイド部の平行度にずれが生じた場合でもワーク載置板の上方を移動するスライダの高さ位置を予め設定された所定高さ位置を維持するようにスライダを移動させることが可能になる。

また、本発明によれば、横架部がスライダと回動可能に連結されているため、ステージのスライダを並進させる際に相対的な位置ずれが生じた場合でも横架部が撓むことを防止することができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明によるステージ装置の一実施例を示す斜視図である。図２は図１に示すステージ装置の正面図である。図３は図１に示すステージ装置の側面図である。図４は図１に示すステージ装置の平面図である。

図１乃至図４に示されるように、ステージ装置１０は、ガントリ部を移動させるガントリ移動型ステージであり、コンクリート製の床面に固定された架台１２と、架台１２上に支持された一対のガイド部１４Ａ，１４Ｂと、一対のガイド部１４Ａ，１４Ｂ間に横架されて両端を架台１２上に支持された複数の梁１６と、一対のガイド部１４Ａ，１４Ｂに沿ってＹ方向に移動するＹステージ１８と、Ｙステージ１８の両端部をＹ方向に駆動する一対のリニアモータ２０Ａ,２０Ｂとを有する。また、左側のガイド部１４Ａの上部左右側面には、Ｙステージ１８の位置を検出する一対のリニアスケール２２Ａ，２２Ｂが設けられている。

また、梁１６には、液晶基板などからなる平板状のワーク（被加工物）が載置される吸着板２４（ワーク載置板）が載置される。ガイド部１４Ａ，１４Ｂは、架台１２に支持され、且つ梁１６によってＸ方向の離間距離を一定になるように位置合わせされて平行に配されている。

また、一対のガイド部１４Ａ，１４Ｂは、石材を加工したもの、あるいは鉄等の金属材を加工したものである。そのため、ワークの面積が大型化されてＹステージ１８の移動距離が延長された場合でも、ガイド部１４Ａ，１４Ｂの全長を延長することにより対応することが可能であり、例えば、従来のようにワーク面積に応じた大きい面積を有する石定盤を移動距離に応じて延長する場合よりも容易であり、且つ従来のようにワーク面積に応じた石定盤を製作する必要がないので、ステージ装置１０を安価に製作することが可能になる。

一対のリニアモータ２０Ａ,２０Ｂは、Ｙステージ１８の移動位置を検出する一対のリニアスケール２２Ａ，２２Ｂからの位置検出信号に基づいて並進駆動させるように制御される。

図２に示されるように、Ｙステージ１８は、ガイド部１４Ａ，１４Ｂの上方をＸ方向に横架された横架部（ビーム）３０と、横架部３０の両端に結合されガイド部１４Ａ，１４Ｂに沿って移動する一対のスライダ３２Ａ，３２Ｂとを有する。スライダ３２Ａ，３２Ｂには、横架部３０を昇降させて高さ位置を調整する昇降機構３３Ａ，３３Ｂが設けられている。また、横架部３０には、吸着板２４に吸着されたワーク（図示せず）に対する所定の作業、あるいは加工後の検査などを行うための治具６０が装着される。

さらに、横架部３０には、吸着板２４の上面との距離（Ｚ方向位置データ）を検出する高さ方向検出センサ７０Ａ，７０Ｂが設けられている。この高さ方向検出センサ７０Ａ，７０Ｂは、例えば、超音波センサなどからなり、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間差から距離を計測することができる。吸着板２４の上面の平面度は、高精度に加工されており、ならい制御の基準面として用いることができる。

ガイド部１４Ａ，１４Ｂは、水平となるように架台１２により高さ調整され、且つ梁１６により平行となるように設定されているが、ガイド部１４Ａ，１４Ｂの何れか一方が微小な誤差により水平でない状態になっていると、Ｚ軸方向にずれが生じる場合がある。その場合、Ｙステージ１８は、吸着板２４の上方で水平状態のままＹ方向に移動する過程でＺ軸方向に変動（振動）するおそれがあり、治具６０と吸着板２４の上面との距離が一定ではなくなる。このようなガイド部１４Ａ，１４ＢによるＹステージ１８のＺ軸方向に変動を抑制するため、ステージ装置１０では、Ｙ方向の各移動位置に対する吸着板２４の上面と横架部３０とのＺ軸方向相対距離を予め計測し、このＺ軸方向計測データに基づいて昇降機構３３Ａ，３３Ｂを動作させて治具６０と吸着板２４の上面との距離が一定となるようにならい制御を行う。

ガイド部１４Ａ，１４Ｂのうち左側のガイド部１４Ａは、スライダ３２Ａの移動をガイドしており、また、右側のガイド部１４Ｂは、スライダ３２Ｂの移動をガイドする。スライダ３２Ａ，３２Ｂは、ガイド部１４の左右側面及び上面に対向するように逆Ｕ字状に形成されており、ガイド部１４Ａ，１４Ｂの左右側面に対向するヨーパッド（Ｙ方向静圧空気軸受）３４，３５と、Ｚ方向で対向するリフトパッド（Ｚ方向静圧空気軸受）３６とを有する。従って、スライダ３２Ａ，３２Ｂは、Ｘ方向及びＺ方向を規制されながらＹ方向にガイドされる。

また、スライダ３２Ａの移動をガイドするガイド部１４の上部左右側面には、片側のスライダ３２Ａの位置を検出する一対のリニアスケール２２Ａ，２２Ｂが設けられている。第１のリニアスケール２２Ａは、ガイド部１４Ａの左側面に対するスライダ３２Ａの移動位置を測定する。また、第２のリニアスケール２２Ｂは、第１のリニアスケール２２Ａが配されたガイド部１４Ａの左側面と平行な反対側の右側面に対するスライダ３２Ａの移動位置を測定する。

第１、第２のヨーパッド３４，３５は、夫々第１、第２のリニアスケール２２Ａ，２２Ｂの近傍に配されており、第１、第２のリニアスケール２２Ａ，２２Ｂの検出精度のばらつきを抑制している。

一対のリニアスケール２２Ａ，２２Ｂは、例えば、光電方式ものが用いられており、発光素子と受光素子とを有するセンサと、一定のピッチのスリットを有するスケールと有する。本実施例では、センサがスライダ３２Ａの左右内壁に設けられ、スケールがガイド部１４の左右側面に取り付けられている。

また、横架部３０及びスライダ３２Ａ，３２Ｂは、リフトパッド３６からの空気圧によりガイド部１４Ａ，１４Ｂに対して浮上して非接触で移動する。そのため、Ｙステージ１８は、殆ど摩擦のない状態でＹ方向に移動することができる。

リニアモータ２０Ａ,２０Ｂは、コ字状に形成された固定子（永久磁石を有する）４０と、固定子４０に側方から挿入された可動子（コイルを有する）４２とから構成されており、微小な隙間を介して非接触状態で可動子４２をＹ方向に移動させるようにコイル印加電圧を制御される。可動子４２は、スライダ３２Ａ，３２Ｂの側面に結合されており、コイルに電圧が印加されることにより固定子４０との間で発生した推力をスライダ３２Ａ，３２Ｂに伝達し、スライダ３２Ａ，３２ＢをＹ方向に駆動する。

さらに、リニアモータ２０Ａ,２０Ｂの固定子４０は、リニアモータ支持部４６により支持されている。従って、リニアモータ２０Ａ,２０Ｂの駆動力によりＹステージ１８をＹ方向に移動させる際に発生する反力は、リニアモータ支持部４６を介してコンクリート床面に伝達される。

これにより、リニアモータ２０Ａ,２０Ｂが受ける反力は、コンクリート床面で減衰される。よって、架台１２に伝播されるリニアモータ２０Ａ,２０Ｂの反力は、極めて小さくなっている。

図５はステージ装置１０の制御系を説明するためのブロック図である。図５に示されるように、ステージ装置１０の制御装置１００には、上記リニアモータ２０Ａ,２０Ｂ、リニアスケール２２Ａ，２２Ｂ、高さ方向検出センサ７０Ａ，７０Ｂ、昇降機構３３Ａ，３３Ｂを駆動するＺ軸モータ８０Ａ，８０Ｂ、記憶装置９０が接続されている。制御装置１００は、Ｙステージ１８をＹ方向に移動する過程でリニアスケール２２Ａ，２２Ｂにより計測されたＹ方向位置データと、Ｙ方向位置データに対応させて高さ方向検出センサ７０Ａ，７０Ｂにより計測されたＺ方向位置データとを関連付けたＺ軸データテーブル９２を作成して記憶装置９０に記憶させる。このＺ軸データテーブル９２の作成は、例えば、ワーク交換毎に行っても良いし、あるいは予め決められた所定時間毎に行って更新するようにしても良い。

そして、制御装置１００は、リニアスケール２２Ａ，２２Ｂにより計測されたＹ方向位置データに対応するＺ方向位置データを記憶装置９０に記憶されたＺ軸データテーブル９２から読み込んでＺ軸モータ８０Ａ，８０Ｂをならい制御するように予めプログラム（昇降制御手段）されている。

一対のガイド部１４Ａ，１４Ｂは、梁１６によってＸ方向の離間距離を一定になるように位置合わせされて平行に配されているが、平行度に誤差が生じる場合がある。例えば、一対のガイド部１４Ａ，１４ＢのＸ方向の離間距離がＹ方向位置によって狭くなったり、あるいは広くなったりする場合や、一対のガイド部１４Ａ，１４ＢのＺ方向の位置がＹ方向位置によって上方に位置したり、あるいは下方に位置する場合がある。

このような、一対のガイド部１４Ａ，１４Ｂの平行度に誤差が生じると、Ｙステージ１８に装着された治具６０と吸着板２４との距離が変動してしまい、吸着板２４に吸着されたワーク（図示せず）に対する加工精度や検査精度が低下することになる。しかしながら、本発明では、Ｙステージ１８をＹ方向に移動させる際に制御装置１００がＹ方向位置データに対応するＺ方向位置データを記憶装置９０に記憶されたＺ軸データテーブル９２から読み込んで昇降機構３３Ａ，３３ＢのＺ軸モータ８０Ａ，８０Ｂを制御するため、ガイド部１４Ａ，１４Ｂの平行度に誤差によるＺ方向の変動を殆どゼロに抑制することが可能になる。すなわち、制御装置１００は、Ｙステージ１８をＹ方向に移動させる過程でガイド部１４Ａ，１４Ｂに沿って移動するスライダ３２Ａ，３２Ｂが上下方向に変動するＺ方向位置データが計測されていた場合は、そのＹ方向位置を通過する際にＺ軸モータ８０Ａ，８０Ｂを駆動して横架部３０の高さ位置をＺ方向位置データと逆方向に調整してみかけ上、横架部３０と吸着板２４との距離を一定となるように制御することが可能になる。

図６は変形例を示す正面図である。図６に示されるように、ガイド部１４Ａ，１４Ｂのうち左側のガイド部１４Ａは、右ガイド部１４ＢよりもＸ方向の幅寸法が上記実施例よりも大きく幅広になっている。そのため、リニアスケール２２Ａの検出位置とリニアスケール２２Ｂの検出位置との差が拡大してＹステージ１８のヨー角θを検出しやすくなる。

さらに、横架部３０の右端に設けられた貫通孔３０ａには、スライダ３２Ｂより起立した連結軸５０が挿通されている。そのため、横架部３０の右端とスライダ３２Ｂとの間は、ヨー方向への旋回動作が可能となるように垂直な連結軸５０を介して連結されている。

さらに、右側のスライダ３２Ｂには、ヨーパッド３４，３５が設けられておらず、Ｚ方向で対向するリフトパッド３６のみが設けられている。そのため、スライダ３２Ｂは、ガイド部１４ＢのＺ方向の浮上位置のみが規制された状態でＹ方向にガイドされる。

例えば、ガイド部１４Ａ，１４Ｂの平行度のずれや、ガイド部１４Ａ，１４Ｂの一方がＸ方向の反りを有する場合に、あるいは一対のスライダ３２Ａ，３２Ｂの並進動作にずれが生じた場合に、スライダ３２Ｂが連結軸５０を中心としてＺ軸周りに回動して移動方向を修正して横架部３０が撓むことを防止することができる。

上記実施例では、液晶基板などからなるワークを加工するステージ装置を例に挙げて説明したが、ステージ装置の用途としては、これに限らず、他のワークの加工または検査を行なう場合にも適用できるのは勿論である。

本発明によるステージ装置の一実施例を示す斜視図である。図１に示すステージ装置の正面図である。図１に示すステージ装置の側面図である。図１に示すステージ装置の平面図である。ステージ装置１０の制御系を説明するためのブロック図である。変形例を示す正面図である。

符号の説明

１０ステージ装置
１２架台
１４Ａ，１４Ｂガイド部
１８Ｙステージ
２０Ａ，２０Ｂリニアモータ
２２Ａ，２２Ｂリニアスケール
３０横架部
３２Ａ，３２Ｂスライダ
３３Ａ，３３Ｂ昇降機構
４６リニアモータ支持部
６０治具
７０Ａ，７０Ｂ高さ方向検出センサ
８０Ａ，８０ＢＺ軸モータ
９０記憶装置
９２Ｚ軸データテーブル
１００制御装置

Claims

床面に固定された架台と、
該架台に支持されて平行に配された一対のガイド部と、
該一対のガイド部間に横架され、両端が前記架台に支持された梁と、
前記梁に支持されたワーク載置板と、
前記一対のガイド部の延在方向に沿って移動する一対のスライダと、前記一対のスライダ間を横架された横架部とを有し、前記ワーク載置板の上方を移動するステージと、
前記一対のスライダを駆動する一対のリニアモータと、
前記ステージの移動位置を計測する一対のリニアスケールと、
該一対のリニアスケールにより計測された移動位置が等しくなるように前記一対のリニアモータを制御する制御部と、
を備えたことを特徴とするステージ装置。
前記横架部の高さ位置を調整する昇降機構と、
前記梁に載置されたワーク載置板の上面に対する前記横架部の高さ位置を計測する高さ方向検出センサと、
該高さ方向検出センサにより検出された計測データと前記ステージの移動位置との関係を記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された前記ステージの移動位置に対応する計測データと前記リニアスケールにより計測された移動位置データに基づいて前記昇降機構をならい制御する昇降制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のステージ装置。
前記横架部は、前記スライダと回動可能に連結されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステージ装置。