JP3884637B2

JP3884637B2 - ステージユニット及びｘ−ｙステージ装置

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Publication number: JP3884637B2
Application number: JP2001311200A
Authority: JP
Inventors: 英彦森; 大輔篠平; 正信杉峰; 靖小梁川; 征司大塚; 道太郎臼井
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-10-09
Also published as: JP2003121573A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリニアモータを使用した高精度の位置決めの可能なステージユニット及びこれを用いたＸ−Ｙステージ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアモータ駆動による一軸ステージ装置の構成は、搬送物を搬送直線上に維持するためのガイド部と、駆動源としてのリニアモータから成る。ガイド部はさらにベースに固定されるガイドバーと可動部のスライダに分かれ、リニアモータもベースに固定される固定子と可動子に分かれる。リニアモータの可動子とガイド部のスライダとは結合されて動く。
【０００３】
図１０に典型的な一軸ステージ装置の例を示す。図１０（ａ）は概観図で、図１０（ｂ）は図１０（ａ）の線Ａ−Ａ´による断面図である。このステージ装置は、図中左側のリニアモータ１０１、中央の転がり軸受け型のガイド部１０２、右側のケーブル（信号線、電力線等）を収納する可撓性のキャタピラ型のケーブルベア１０３から成る。転がり軸受けは接触型のガイドであり、コンパクトで剛性も高いが、接触型であるため振動発生源となる。そして、一軸ステージとしての位置決め精度を上げるためには、非接触型のガイドを使うことが必要になる。
【０００４】
なお、リニアモータは良く知られているのでここでは構造のみについて簡単に説明する。リニアモータ１０１は、断面略Ｕ形状のヨーク１０１ａ、その両側の内壁に走行方向に間隔をおいて固着された複数の永久磁石１０１ｂ、両側の永久磁石１０１ｂとギャップをおいて配置されるコイル１０１ｃを含み、ここではコイル１０１ｃが可動部となる。以降で示されるリニアモータも、ほぼ同様の構造を持つ。
【０００５】
図１１は非接触型ガイドの一種であるエアスライド型ガイドを示す。このエアスライド型ガイドは、断面四角形のガイドバー１１１と、これを囲むように装着されてガイドバー１１１に沿ってスライドするスライダ１１２とを有する。スライダ１１２には、搬送物を搭載するためのテーブルが組み合わされる。ガイドバー１１１は通常、その両端を支持される。スライダ１１２の内壁四面全域を多孔質材料で作ってガイドバー１１１の外面にエアを吹き出し可能とし、ガイドバー１１１との間に生ずる静圧によって浮上力を得る。
【０００６】
但し、浮上力を確保するためには、スライダ１１２−ガイドバー１１１間の隙間を５〜２０μｍ程度に正確に維持することが必要である。このためには、ガイドバー１１１およびスライダ１１２のいずれについても、壁面精度を正確にだすこと、および搬送物の負荷によって大きく変形しないことなどが要求される。このため材質として通常、セラミクスが用いられ、価格が高くなる。
【０００７】
空気静圧を用いたガイド手段として、図１２に示すようなエアベアリングを用いた構成がある。このガイド手段は、ガイド用の溝を持つガイドバー１２１と、溝内にスライド可能に収容されたスライダ１２２とを持つ。この構成では、スライダ１２２の壁面全体を静圧面とするのではなく、エアベアリングと呼ばれる方形あるいは円形の複数のエアパッド１２３を、例えば図１２（ａ）に示すように配置し、３軸方向の力とモーメントを受けようというものである。パッド面の空気噴出口としては、多孔質材料を用いる場合と、金属材料に数個の自成絞り孔またはオリフィス絞り孔を設ける場合とがある。
【０００８】
なお、エアパッド１２３の配置の形態としては、ガイドバー１２１、スライダ１２２の断面形状を変えることにより、図１２（ｂ）に示すような複数の例が提案されている。
【０００９】
エアベアリングは、図１２（ｃ）に示すように、エアパッド１２３の取り付け部を１２３ａのピボット支持構造とすることによって、静圧面が常にガイドバー１２１のガイド面と平行を保つようにすることができる。したがって、スライダ１２２およびガイドバー１２１の面は図１１のエアスライド型ガイドほどの精度と剛性を要求されない。しかし、エアベアリングは静圧面積を大きくとれないので、負荷容量が小さくなるという欠点を持つ。
【００１０】
図１２（ｂ）に示す例では、いずれもモーメントを大きく取れるように、偶力を生成するペアのエアベアリング間距離を大きくとっている。そして、スライダ１２２の駆動源としてリニアモータを用いる場合には、リニアモータは図１２（ｂ）の各例における真ん中の空間部分に入れるのが一般的である。図１２（ｂ）下側の固定部に相当するところは、かなり広い幅を必要とするので、精度を確保するため石定盤等が用いられる。
【００１１】
このようなエアベアリングを用いた場合、ステージ装置全体としての設計に適用するにはよいが、図１０あるいは図１１に示すようなコンパクトな汎用の軸受けを想定してはいない。
【００１２】
エアベアリングを用いたコンパクトな一軸ステージユニットとして、公知ではないが、考えられる例を図１３に示す。図１３（ａ）はエアベアリングガイド系の概観図である。このエアベアリングガイド系は、ガイドバー１３１と、ガイドバー１３１にその上側からかぶさるように組み合わされた断面略Ｕ形状のスライダ１３２とを有する。スライダ１３２の内壁には複数のエアベアリング１３３が設置されている。図１３（ｂ）は図１３（ａ）のエアベアリングガイド系に駆動源としてのリニアモータを組み合わせた場合の断面構造を示す。つまり、エアベアリングガイド系の側方に連結部材１３４を介してリニアモータ１３５が組み合わされている。リニアモータ１３５は、前に述べたように、断面略Ｕ形状のヨーク１３５ａ、その両側の内壁に走行方向に間隔をおいて固着された複数の永久磁石１３５ｂ、両側の永久磁石１３５ｂとギャップをおいてヨーク１３５ａ内に挿入されるコイル１３５ｃを含む。そして、コイル１３５ｃの上部が連結部材１３４に連結されている。搬送物搭載用のテーブルは例えば、連結部材１３４の上部に組み合わされる。
【００１３】
エアベアリング１３３は図１３（ｂ）に示すように、上側１個、左側１個、右側２個の４個を一組として、スライダ１３２のＹ方向の両端に各一組、合計８個設置される。エアベアリング１３３はいずれもピボット支持構造付きである。右側に２個配置するのは、ロールモーメントＭｙを発生させるためである。
【００１４】
このような構造により、一応のエアベアリングを用いた一軸ステージユニットを構成することはできる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、リニアモータ１３５が横についているため、自重によるロールモーメントＭｒが常時発生している。すなわち、駆動源により定常的なロールモーメント負荷が加わることになるので好ましくない。言い換えれば、上記の構造は、搬送物に対するロールモーメント負荷の許容範囲が小さく、スペース的にもコンパクトとはいいがたい。
【００１６】
そこで、本発明の課題は、必要スペース、特に断面に関してのスペースを縮小できるステージユニットを提供することにある。
【００１７】
本発明の他の課題は、上記ステージユニットを複数組み合わせたＸ−Ｙ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、リニアモータを駆動源とするステージユニットにおいて、前記リニアモータは、走行方向に延びる断面略Ｕ形状のヨークと該ヨークの両内壁にそれぞれ走行方向に間隔をおいて固着された複数の永久磁石とを含んで両端部において支持される固定部とする一方、前記両内壁の永久磁石とギャップをおいて存在するように前記ヨーク内に挿入されたコイルと該コイルに連結されたスライダとを可動部として構成され、前記ヨークにはその閉端側の外面を覆うように断面略Ｕ形状のガイドバーが一体化され、前記スライダは、前記固定部の周囲を囲むことのできるような枠形の断面形状を有し、該スライダの内壁には前記ガイドバーの外面と対向する箇所に複数のエアベアリングを設けたことを特徴とするステージユニットが提供される。
【００１９】
本ステージユニットにおいては、前記ヨークとガイドバーはそれらの閉端側を上方に向けてしかもそれらの閉端部においてのみ接合するように締結して一体化され、前記スライダは断面が四角形の筒状であってその底部側の内壁において前記コイルと連結されている。
【００２０】
本ステージユニットにおいてはまた、前記エアベアリングは、前記ガイドバーの両側の側面に対向する箇所と上面に対向する箇所とを１組とし、前記スライダの両端に近い２つの領域に２組設けられる。なお、前記２組の各組において前記ガイドバーの両側の側面のうち一方に対向する箇所にはそれぞれ、上下に２つのエアベアリングが設けられても良い。また、前記ガイドバーの両側の側面のうち一方に対向する箇所、及び前記上面に対向する箇所に設けられるエアベアリングをピボット支持構造付きのエアベアリングとし、前記２組の各組において前記ガイドバーの両側の側面のうち他方に対向する箇所に設けられるエアベアリングを、前記スライダのほぼ全長にわたる長さを持ち、そのほぼ全域を静圧面とする１つの静圧軸受け部で実現するようにしてもよい。
【００２１】
本ステージユニットにおいては更に、前記ガイドバーの開口側の２つの端部に、互いに接近するように曲げ部を設けて前記ヨークをそこからの漏洩磁束を減らすように包囲するようにしてもよい。
【００２２】
本ステージユニットにおいては、前記固定部をその両端部において支持している支持部がベース上に固定され、一方の前記支持部と前記スライダとの間に、可撓性のケーブル収容体が接続されている。
【００２３】
本発明によればまた、上記のステージユニットを第１、第２、第３として３つ組み合わせて成るＸ−Ｙステージ装置であって、前記第１、第２のステージユニットはそれらの固定部が間隔をおいて第１の方向に平行に延在するようにベース上に設置され、前記第１、第２のステージユニットにおける２つの前記スライダの間が、前記第１の方向と直角に交差する方向に延びる前記第３のステージユニットの前記固定部で連結されて成ることを特徴とするＸ−Ｙステージ装置が提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態によるステージユニットについて説明する。図１は、本発明によるステージユニットの、図１３（ｂ）に対応する部分を示す。このステージユニットは、固定部１０と可動部２０とから成る。固定部１０は、可動部２０の走行方向に延びる断面略Ｕ形状のガイドバー１１と、同じ方向に延びる断面略Ｕ形状のヨーク１２と、ヨーク１２の両側の内壁にそれぞれ走行方向に間隔をおいて固着された複数の永久磁石１３とを含む。
【００２５】
一方、可動部２０は、固定部１０の四周を囲むような断面四角形の筒形状を持つスライダ２１と、永久磁石１３とギャップを介して存在するようにヨーク１２内に挿入されスライダ２１の内側の底部に連結固定されたコイル２２と、スライダ２１の内壁に装着された複数のエアベアリング２３とを含む。エアベアリングはピボット２３ａがついており、静圧面にならって回転できる構造になっている。勿論、可動部２０の長さは固定部１０に比べて十分に短い。エアベアリング２３は、図１に示されるものを１組として、スライダ２１の長さ方向の両端部に２組設置される。スライダ２１の材料としては例えば、アルミがあげられる。
【００２６】
本発明の実施の形態によるステージユニットの第１の要点は、リニアモータのヨーク１２とガイドバー１１とを一体化することにより、断面に関する省スペースを図っていることにある。つまり、リニアモータのヨーク１２とガイドバー１１は固定であるので、原理的にはヨーク１２をそのままガイドバー１１として用いてもよい。しかし、ヨーク１２には永久磁石の吸引力によって通常１００μｍレベルの曲げ変形が生ずる。一方、ガイドバー１１はμｍ単位の平面度が必要である。したがって、通常のヨークとは異なった構造が要求される。
【００２７】
このような要求に対しては、ヨーク１２とガイドバー１１を一体構造とする方法、およびヨーク１２とガイドバー１１を構造的には分離して重ね合わせる形にする方法が考えられる。
【００２８】
一体構造とする場合、永久磁石の吸引力による曲げ変形の大きさは、ヨークの板厚の３乗に逆比例する。したがって、１００μｍのオーダの変形をμｍオーダに抑えようとすると、ヨークの板厚を４〜５倍にしなければならず現実的でない。
【００２９】
したがって、本発明の実施の形態ではヨーク１２とガイドバー１１を構造的には分離して重ね合わせる方法を採用する。ガイドバー１１は磁性材料である必要はないので、できるだけ軽くヤング率の高い材料が適している。例えば、セラミクスやアルミ、鉄系材料があげられる。
【００３０】
重ね合わせる方法としては、ヨーク１２のベース部分、つまり閉端部の外面をガイドバー１１のベース部分、つまり閉端部の内面に接合させてボルトで締結する。しかし、ヨーク１２の外側面とガイドバー１１の内側面は接合しない。ガイドバー１１およびヨーク１２はいずれも両端部を把持する構造とする。このようにすると、鉛直方向荷重に対して、ガイドバー１１およびヨーク１２はいずれも強度部材になるので、たわみを小さく抑えることができる。
【００３１】
鉛直方向の負荷を支えるベアリング装着のため、リニアモータはヨーク１２のベース部分を上側にしている。搬送物搭載用のテーブルはスライダ２１の４面のどこにでも取り付け可能であるが、ロールモーメントを小さくするためには上面または下面が望ましい。なお、位置決め制御のための位置検出用のリニアスケールはガイドバー１１あるいはヨーク１２の開口側、つまり下部側面に付けることができる。この場合、このリニアスケールに対向するスライダ２１の内壁には、リニアスケールと組み合わされる光学あるいは磁気センサが設置される。
【００３２】
ロールモーメントＭｙを発生させるために普通に考えられるのは、図１の左側面に示すように、ピボット支持構造付きのエアベアリング２３を上下２個配置するという方法である。この構造でも、リニアモータがロールモーメント負荷を生ずることを防止している点で、図１３に比べると改善がはかられている。
【００３３】
しかしながら、エアベアリング２３を一側面に２個装着するため、ガイドバー１１の縦の寸法が大きくなる。エアベアリング２３のエアパッド面に生ずる空気圧力に対してガイドバー１１下部の変形を小さく抑えるためには、ガイドバー構造をかなり強くすることが必要である。
【００３４】
ガイドバー１１の形状を小さくすること、および発生できるロールモーメントを大きくすることを目的として、第１の変形例として図２に示すように、スライダ２１の横１面（ここでは右横面）については、エアベアリングとして静圧軸受け部２４を設けてその領域全面をスライダ固定の静圧面として使うようにしても良い。
【００３５】
すなわち、図３に示すように、スライダ２１の１側面だけはＹ方向のほぼ全長にわたって静圧軸受け部２４に空気噴出孔を分布させ、対向する横１面と上面については長さ方向の両端にピボット支持構造付きエアベアリング２３を各１個付けるという形である。固定の静圧軸受け部２４は、図１の左側面における上下２個のピボット支持構造付きエアベアリング２３に代わって、ロールモーメントを発生させるために有効である。なお、静圧軸受け部２４は多数の空気噴出孔を一様に分布させるようにしてもよいし、長さ方向にわたるスリット孔を上下に例えば２本持つようなものであってもよい。
【００３６】
この一軸ステージユニットでは、ガイドバー１１の外面と空気噴出孔を持つ静圧軸受け部２４を設けたスライダ２１の内面との平面精度が要求される。しかし、この平面精度が達成されていれば、スライダ２１の姿勢はここで形成される平面で決まり、他の面はこれにならうように、エアベアリング２３におけるピボットの回転によって調整される。また、スライダ２１の他の面の直角度並びに平行度について厳しい要求は不要である。
【００３７】
図４に上記の構造を採用した本発明によるステージユニットの概観図を示す。固定部１０としてのガイドバー１１、ヨーク１２の重ね合わせ構造体はその両端において支持部３１により支持されている。支持部３１はフランジを有し、このフランジにおいてベース３０に固定される。一端側の支持部３１とスライダ２１との間にはケーブル（信号線、電力線、空気配管等）を収納した可撓性のキャタピラ型のケーブルベア３２が設けられる。本例によるステージユニットは、固定部１０もベース３０に接触せず、その両端で支持される形態になる。したがって、支持部３１の設置面が等平面になっていれば、ベース３０全体の平面度は要求されない。
【００３８】
図５は支持部３１を示す。支持部３１は、固定部１０の端部を嵌め込むことのできる凹部を持つ嵌め込み式構造で実現される。図４で述べたように、支持部３１にはケーブルベア３２の固定側を取り付けられるような構造を設けるが、この構造はどのようなものであってもよい。
【００３９】
図６は、図１のステージユニットの第２の変形例を示す。このステージユニットは、磁気漏洩防止型のステージユニットである。ガイド部としての機能面は図２の第１の変形例と同じであるが、ガイドバー１１の開口端側、つまり裾を伸ばし、しかもその下端部を内側に曲げて、ヨーク１２を完全に包み込むようにしている。その結果、リニアモータからの磁気漏洩をきわめて低い値におさえることができる。ガイドバー１１の材質としては、鉄系の高透磁率材を用いる。このような磁気漏洩の少ないリニアモータによるステージユニットは、磁気漏洩による影響を受け易い、例えば電子ビームリソグラフィの分野での使用に適している。
【００４０】
以上のように、本ステージユニットはそれだけで、一軸ステージ装置としての機能を有している。
【００４１】
図７を参照して、本発明の第２の実施の形態によるステージ装置について説明する。このステージ装置は、図１や図２、あるいは図６で説明したステージユニット３個を結合することにより、Ｘ−Ｙステージ装置を構成したものである。ここでは、間隔をおいてＹ軸方向に平行に設置した２つのステージユニット４０Ａ、４０Ｂを下軸とし、それらの間を結んでＸ軸方向に延びるステージユニット４０Ｃを上軸として結合させている。下軸としての２つのステージユニット４０Ａ、４０Ｂは、図４で説明したものと同じでよく、ベース５０上に固定部や可動部が接触しないように設置される。つまり、ステージユニット４０Ａは、ガイドバー１１Ａ、ヨーク１２Ａによる固定部の両端において支持部３１Ａにより支持され、ステージユニット４０Ｂはガイドバー１１Ｂ、ヨーク１２Ｂによる固定部の両端において支持部３１Ｂにより支持される。一方、上軸としてのステージユニット４０Ｃは、ガイドバー１１Ｃ、ヨーク１２Ｃによる固定部の両端において連結部３１Ｃで連結支持されるが、２つの連結部３１Ｃはそれぞれステージユニット４０Ａのスライダ２１Ａ、ステージユニット４０Ｂのスライダ２１Ｂに取り付けられる。
【００４２】
搬送物搭載用のテーブルは上軸のステージユニット４０Ｃに組み合わされ、ステージユニット４０Ａ、４０ＢのＹ軸方向への並進運動とステージユニット４０ＣのＸ軸方向への運動の組み合わせにより、テーブルをＸ−Ｙ方向に移動させることができる。なお、下軸と上軸のガイドバーはほぼ同じ高さとし、リニアモータ駆動時に生ずるモーメントができるだけ小さくなるようにしている。
【００４３】
下軸と上軸を結ぶアダプターは図８のような構成にする。つまり、上軸のステージユニット４０Ｃはその固定部を連結部３１Ｃを介してステージユニット４０Ａ、４０Ｂに連結させる他、ステージユニット４０Ａ、４０Ｂのスライダ２１Ａ、２１Ｂの下部の間にはケーブルベア３２Ｃを支持するためのケーブル支持板４１を架け渡している。ケーブルベア３２Ｃに収容される信号線、電力線、空気配管等における信号の授受、電力供給、圧縮空気供給は、ケーブルベア３２Ａに収容された信号線、電力線、空気配管等を利用して行われる。つまり、ステージユニット４０Ａ側の支持部３１Ｃにはこれらを接続するための接続手段が内蔵されている。
【００４４】
図９は、図７に示した本発明によるＸ−Ｙステージ装置との比較のために、これまでのＸ−Ｙステージ装置の概観を示した図である。このＸ−Ｙステージ装置は、石定盤９０上に並設された２本のガイドレール９１Ａ、９１ＢにそれぞれＹ１リニアモータ９２Ａ、Ｙ２リニアモータ９２Ｂが設けられる。Ｙ１リニアモータ９２Ａのスライド部９３Ａと、Ｙ２リニアモータ９２Ｂのスライド部９３Ｂとの間にはＹスライダ９４が架け渡され、Ｙスライダ９４にはＸリニアモータ９５が設けられる。Ｘリニアモータ９５にはＸスライダ９６が組み合わされている。Ｘスライダ９６には搬送物搭載用のテーブルが組み合わされる。Ｘ−Ｙステージ装置としてのテーブルの動きは、本発明による図７のＸ−Ｙステージ装置と同じであり、このようなＸ−Ｙステージ装置は、例えば特開２００１−２２４４８号に開示されているので詳しい説明は省略する。
【００４５】
ここで、これまでのＸ−Ｙステージ装置におけるエアベアリングは、ガイドレール９１Ａの側面に対向するように配置された２個（９７ａ、９７ｂ）、Ｙスライダ９４の一端側のＴ字部の下側に配置された２個（９７ｃ、９７ｄ）、ガイドレール９１Ｂの側面に対向するように配置された２個（９７ｅ、９７ｆ）、Ｙスライダ９４の他端側のＴ字部の下側に配置された１個（９７ｇ）、Ｘスライダ９６の内壁であってＹスライダ９４の２つの側面に対向するように配置された４個（９７ｈ〜９７ｋ）、Ｘスライダ９６の下側に配置された３個（９７ｍ、９７ｎ、９７ｐ）の合計１４個が必要であった。
【００４６】
しかるに、図９の概観図に現れているエアベアリング、リニアモータ、リニアスケールはすべて、本発明による図７のＸ−Ｙステージ装置によればガイドバーに一括されるので、本発明によるＸ−Ｙステージ装置全体の外観はかなりすっきりしたものになる。
【００４７】
Ｘ軸に関してはいずれのＸ−Ｙステージ装置においても一軸ステージ装置としての機能を持っている。
【００４８】
本発明による図７のＸ−Ｙステージ装置では、ロールモーメントＭｘを図２に示すように静圧軸受け部による１面の静圧壁面と１個のピボット支持構造付きエアベアリングとで発生させている。これに対して、図９のＸ−Ｙステージ装置では３個のＺ軸方向（垂直方向）エアベアリング９７ｍ、９７ｎ、９７ｐを用いている。ロールモーメントとしては、Ｙスライダ９４の長さを大きく取れる分だけ、図９のＸ−Ｙステージ装置の方が大きくなる。
【００４９】
自重については、図９のＸ−Ｙステージ装置では、Ｙ軸方向可動部について３個のエアベアリング（９７ｃ、９７ｄ、９７ｇ）、Ｘ軸方向可動部についても３個のエアベアリング（９７ｍ、９７ｎ、９７ｐ）で独立に受けている。
【００５０】
これに対して、本発明によるＸ−Ｙステージ装置では、Ｘ軸については２個のエアベアリング（上側のエアベアリング２３）、Ｙ軸に関してはＸ軸可動部の重さも含めた形で４個のエアベアリング（上側のエアベアリング２３）で支えている。したがって、搭載物負荷が大きくなるようなケースでは図９のＸ−Ｙステージ装置の方が有利である。
【００５１】
本発明によるステージユニットでＸ−Ｙステージ装置を構成する場合には、ステージユニット質量と搬送物質量が同じ時、３つのステージユニットにかかる静的負荷は同じになる。
【００５２】
図９に示すＸ−Ｙステージ装置では石定盤９０の全面をエアベアリングが滑走するので、石定盤９０はその上面全面が精度のよい平面でなければならない。このためベースとして石定盤を使うようにしている。
【００５３】
これに対して、本発明によるＸ−Ｙステージ装置では、４つの支持部３１Ａ、３１Ｂ（図７）の平面が得られればその他の部分についてはどうでもよい。これは、振動減衰性のよい鋳物のベース（定盤）でもよいことになり、コスト低減を図ることができることを意味する。
【００５４】
以上をまとめると、本発明によるステージユニットを用いたＸ−Ｙステージ装置は、Ｘ軸可動部のストロークおよび推力が比較的小さな場合に適し、大きなコスト低減効果があると言える。
【００５５】
本発明によるステージユニット、特にＸ−Ｙステージ装置は、半導体製造プロセスや液晶製造プロセスにおけるステージ装置や、検査ステージ用のステージ装置、更にはＥＢリソグラフィ用のステージ装置としての適用が可能である。
【００５６】
【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。
【００５７】
１）ガイドバーとヨークを一体化することにより、一軸ステージユニットとしての省スペースおよびコスト低減を図ると共に、外観をすっきりさせることができる。
【００５８】
２）ガイドバーあるいはヨークにリニアスケールを取り付ける位置を確保することにより、一軸ステージユニットとしてまとめることができる。
【００５９】
３）リニアモータ各軸は要求される推力により、２極、３極、４極、・・・等のコイルが用いられる。通常、推力の大きいほど負荷によるモーメント発生も大きくなり、リニアモータのコイルの長さに合わせてスライダの長さを変えると、推力に見合ったモーメント発生を狙うことができる。
【００６０】
４）アダプターを介してステージユニットを３つ結合させることにより、Ｘ−Ｙステージ装置を構成することができる。この場合、Ｘ軸とＹ軸の推力仕様に合ったステージユニットを組み合わせることによって、幅広い用途に応ずることができる。
【００６１】
５）Ｘ−Ｙステージ装置としての外観をすっきりさせることができる。
【００６２】
６）幅広い用途に対して、新規にステージユニットの設計をすることなくステージユニットの組み合わせだけで対応できるため、開発期間を短縮すると共に、コストダウンをはかることができる。
【００６３】
７）ベースを石定盤ではなく、鋳物によるベースで済ませることにより、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるステージユニットを長さ方向の一端側から見た図である。
【図２】図１に示された形態の第１の変形例を示した図である。
【図３】図２に示されたスライダの内側に設置されるエアベリングについて説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるステージユニットの外観図である。
【図５】図４に示されたステージユニットの支持部について説明するための側面図（図ａ）及び正面図（図ｂ）である。
【図６】図１に示された形態の第２の変形例を示した図である。
【図７】図４のステージユニットを組み合わせて構成された本発明の第２の実施の形態によるＸ−Ｙステージ装置の概観図である。
【図８】図７に示されたステージユニット４０Ａと４０Ｃを連結するためのアダプター構成について説明するための図である。
【図９】図７に示された本発明によるＸ−Ｙステージ装置と比較するために、従来のＸ−Ｙステージ装置を示した概観図である。
【図１０】従来の一軸ステージ装置を説明するための外観図（図ａ）及び図（ａ）の線Ａ−Ａ´による断面図である。
【図１１】非接触型ガイドの一種である従来のエアスライド型ガイドを示した概観図である。
【図１２】従来の空気静圧を用いたガイド手段について説明するための図で、図（ａ）はガイド系の概略斜視図、図（ｂ）はエアベリングの配置形態を示した図、図（ｃ）はピボット支持構造付きのエアベリングを用いる場合の作用を説明するための図である。
【図１３】本発明者らにより考えられたステージユニットを説明するための図で、図（ａ）はエアベリングを用いたガイド系の斜視図、図（ｂ）は図（ａ）のガイド系を用いたステージユニットを長さ方向の一端側から見た図である。
【符号の説明】
１０可動部
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃガイドバー
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃヨーク
１３永久磁石
２０固定部
２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃスライダ
２２コイル
２３エアベリング
２４静圧軸受け部
３０、５０ベース
３１、３１Ａ、３１Ｂ支持部
３１Ｃ連結部
３２、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃケーブルベア
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃステージユニット

Claims

リニアモータを駆動源とするステージユニットにおいて、
前記リニアモータは、走行方向に延びる断面略Ｕ形状のヨークと該ヨークの両内壁にそれぞれ走行方向に間隔をおいて固着された複数の永久磁石とを含んで両端部において支持される固定部とする一方、前記両内壁の永久磁石とギャップをおいて存在するように前記ヨーク内に挿入されたコイルと該コイルに連結されたスライダとを可動部として構成され、
前記ヨークにはその閉端側の外面を覆うように断面略Ｕ形状のガイドバーが一体化され、
前記スライダは、前記固定部の周囲を囲むことのできるような枠形の断面形状を有し、
該スライダの内壁には前記ガイドバーの外面と対向する箇所に複数のエアベアリングを設けたことを特徴とするステージユニット。
請求項１記載のステージユニットにおいて、前記ヨークとガイドバーはそれらの閉端側を上方に向けてしかもそれらの閉端部においてのみ接合するように締結して一体化され、前記スライダは断面が四角形の筒状であってその底部側の内壁において前記コイルと連結されていることを特徴とするステージユニット。
請求項２記載のステージユニットにおいて、前記エアベアリングは、前記ガイドバーの両側の側面に対向する箇所と上面に対向する箇所とを１組とし、前記スライダの両端に近い２つの領域に２組設けられることを特徴とするステージユニット。
請求項３記載のステージユニットにおいて、前記２組の各組において前記ガイドバーの両側の側面のうち一方に対向する箇所にはそれぞれ、上下に２つのエアベアリングが設けられることを特徴とするステージユニット。
請求項３あるいは４記載のステージユニットにおいて、前記ガイドバーの両側の側面のうち一方に対向する箇所、及び前記上面に対向する箇所に設けられるエアベアリングはピボット支持構造付きのエアベアリングであり、前記２組の各組において前記ガイドバーの両側の側面のうち他方に対向する箇所に設けられるエアベアリングを、前記スライダのほぼ全長にわたる長さを持ち、そのほぼ全域を静圧面とする１つの静圧軸受け部で実現することを特徴とするステージユニット。
請求項１〜５のいずれか１つに記載のステージユニットにおいて、前記ガイドバーの開口側の２つの端部に、互いに接近するように曲げ部を設けて前記ヨークをそこからの漏洩磁束を減らすように包囲したことを特徴とするステージユニット。
請求項６記載のステージユニットにおいて、前記固定部をその両端部において支持している支持部はベース上に固定され、一方の前記支持部と前記スライダとの間に、可撓性のケーブル収容体が接続されていることを特徴とするステージユニット。
請求項１〜７のいずれか１つに記載のステージユニットを第１、第２、第３として３つ組み合わせて成るＸ−Ｙステージ装置であって、
前記第１、第２のステージユニットはそれらの固定部が間隔をおいて第１の方向に平行に延在するようにベース上に設置され、
前記第１、第２のステージユニットにおける２つの前記スライダの間が、前記第１の方向と直角に交差する方向に延びる前記第３のステージユニットの前記固定部で連結されて成ることを特徴とするＸ−Ｙステージ装置。