JP4917050B2 - Stage equipment - Google Patents
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Description
本発明は、Z軸方向とZ軸回りθ方向とにテーブルを駆動するステージ装置に関する。 The present invention relates to a stage device that drives a table in a Z-axis direction and a θ-direction around the Z-axis.
従来、Z軸方向と、Z軸回りθ方向(以下、単に「θ方向」という)と、にテーブルを駆動するステージ装置が開発されている。このようなステージ装置としては、例えば特許文献1に記載されたものが知られている。特許文献1に記載されたステージ装置は、ベース(X−Yテーブル)に支持されたθ軸テーブルと、θ軸テーブルに支持されたZ軸テーブルと、を備えており、ベースに設けられたθ軸ボイスコイルモータによってθ軸テーブルがθ方向に駆動されると共に、θ軸テーブルに設けられたZ軸ボイスコイルモータによってZ軸テーブルがZ軸方向に駆動される。
ここで、上述したようなステージ装置では、Z軸機構の全てがθ軸テーブルの負荷となることから、θ軸モータに余計な負荷がかかる。この負荷は、テーブルの位置決め制御の制御性に悪影響を及ぼしてしまう。そのため、例えば外乱が加わった際、テーブルの整定時間が長くなる場合があり、テーブルの位置決め制御の制御性が低下するおそれがある。また、近年のステージ装置においては、より大きな荷重をテーブルに負荷できるものが望まれている。 Here, in the stage apparatus as described above, since all of the Z-axis mechanism is a load on the θ-axis table, an extra load is applied to the θ-axis motor. This load adversely affects the controllability of the table positioning control. Therefore, for example, when a disturbance is applied, the table settling time may become longer, and the controllability of the table positioning control may be reduced. In recent stage apparatuses, it is desired that a larger load can be applied to the table.
そこで、本発明は、Z軸方向とZ軸回りθ方向とにテーブルを駆動する場合において、より大きな荷重をテーブルに負荷することができ、且つテーブルの位置決め制御の制御性を高めることが可能なステージ装置を提供することを課題とする。 Therefore, according to the present invention, when the table is driven in the Z-axis direction and the direction around the Z-axis θ, a larger load can be applied to the table, and the controllability of the table positioning control can be improved. It is an object to provide a stage device.
上記課題を解決するため、本発明に係るステージ装置は、Z軸方向とZ軸回りθ方向とにテーブルを駆動するステージ装置であって、Z軸方向を軸線方向として配置され、この軸線回りに回転可能な第1の回転体と、第1の回転体上に配置され、軸線回りに回転可能な第2の回転体と、第1及び第2の回転体のそれぞれを軸線回りに回転駆動する駆動手段と、を備え、第1及び第2の回転体は、Z軸方向に傾斜しながら軸線回りに螺旋状に延在する螺旋状傾斜面を介して互いに接触していることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a stage apparatus according to the present invention is a stage apparatus that drives a table in the Z-axis direction and the θ-direction around the θ-axis. A first rotating body that can rotate, a second rotating body that is disposed on the first rotating body and that can rotate around the axis, and each of the first and second rotating bodies is driven to rotate about the axis. Drive means, wherein the first and second rotating bodies are in contact with each other via a helically inclined surface extending in a spiral shape around the axis while being inclined in the Z-axis direction. .
このステージ装置によれば、駆動手段によって第1及び第2の回転体を軸線回りに互いに相対回転させた場合、第1及び第2の回転体が螺旋状傾斜面を介して互いに接触しているため、第2の回転体に対して第1の回転体がくさびのように作用することになり、第2の回転体がZ軸方向にせり上げられ、若しくは戻される。よって、例えば第2の回転体でテーブルをZ軸方向に支持することで、テーブルをZ軸方向に並進駆動することができる。つまり、螺旋状傾斜面によって回転体のθ方向の回転運動がZ軸方向の並進運動に変換され、テーブルがZ軸方向に並進移動されることになる。また、駆動手段によって第1及び第2の回転体を軸線回りに同期回転させた場合、上記のくさびの作用が働かずに第1及び第2の回転体が一緒に回転することになる。よって、例えば第1及び第2の回転体の少なくとも一方をテーブルとθ方向に係合させることで、テーブルをθ方向に回転駆動することができる。ここで、本発明のステージ装置では、上記のように、第1及び第2の回転体が螺旋状傾斜面を介して互いに接触され、この螺旋状傾斜面によって回転運動を並進運動に変換している。そのため、かかる変換に、例えばボールネジ等を用いた場合に比べ、接触面積を増大させることができ、テーブルの支持剛性を高めることが可能となる。その結果、より大きな荷重をテーブルに負荷することができると共に、外乱が加わった際の整定時間を短縮化することができ、テーブルの位置決め制御の制御性を高めることが可能となる。 According to this stage apparatus, when the first and second rotating bodies are rotated relative to each other around the axis by the driving means, the first and second rotating bodies are in contact with each other via the spiral inclined surface. Therefore, the first rotating body acts like a wedge with respect to the second rotating body, and the second rotating body is raised or returned in the Z-axis direction. Therefore, for example, by supporting the table in the Z-axis direction with the second rotating body, the table can be driven to translate in the Z-axis direction. That is, the rotational motion in the θ direction of the rotating body is converted into the translational motion in the Z-axis direction by the spiral inclined surface, and the table is translated in the Z-axis direction. When the first and second rotating bodies are synchronously rotated around the axis by the driving means, the first and second rotating bodies rotate together without the above-mentioned wedge action. Therefore, for example, the table can be rotationally driven in the θ direction by engaging at least one of the first and second rotating bodies with the table in the θ direction. Here, in the stage apparatus of the present invention, as described above, the first and second rotating bodies are brought into contact with each other via the spiral inclined surface, and the rotational motion is converted into a translational motion by the spiral inclined surface. Yes. Therefore, compared with the case where a ball screw etc. are used for this conversion, for example, a contact area can be increased and it becomes possible to raise the support rigidity of a table. As a result, a larger load can be applied to the table, the settling time when a disturbance is applied can be shortened, and the controllability of the table positioning control can be improved.
ここで、駆動手段は、ベースに設けられていることが好ましい。このように、駆動手段をベースに設けることで、駆動手段に余計な負荷をかけずに、ベースから第1及び第2の回転体に駆動力を直接伝えることができる。よって、テーブルの位置決め制御の制御性を一層高めることが可能となる。 Here, the driving means is preferably provided on the base. Thus, by providing the drive means on the base, the drive force can be directly transmitted from the base to the first and second rotating bodies without applying an extra load to the drive means. Therefore, the controllability of the table positioning control can be further enhanced.
また、上記作用効果を好適に奏する構成としては、第1の回転体は、大径部と大径部上に設けられた小径部とを有する軸体であり、第2の回転体は、軸体と同軸な環状を呈し、小径部に摺動可能に嵌挿されていると共に、螺旋状傾斜面を介して大径部に接触している構成が挙げられる。 Moreover, as a structure which has the said effect suitably, a 1st rotary body is a shaft body which has a large diameter part and a small diameter part provided on the large diameter part, and a 2nd rotary body is a shaft. An example is a configuration in which the ring is coaxial with the body, is slidably fitted into the small diameter portion, and is in contact with the large diameter portion via a spiral inclined surface.
また、第1の回転体に設けられ、テーブルの移動をガイドするガイド手段を備え、ガイド手段は、第1の回転体に対し、θ方向に係合し且つZ軸方向に移動可能に構成されていることが好ましい。この場合、第2の回転体を第1の回転体に対して回転したとき(第1の回転体を回転しないとき)、ガイド手段を、回転させずにZ軸方向に移動させ、テーブルのZ軸方向の並進移動を、当該テーブルを回転させずにガイドすることができる。 Further, the first rotating body is provided with guide means for guiding the movement of the table, and the guide means is configured to engage with the first rotating body in the θ direction and move in the Z-axis direction. It is preferable. In this case, when the second rotating body is rotated with respect to the first rotating body (when the first rotating body is not rotated), the guide means is moved in the Z-axis direction without rotating, and the table Z Axial translation can be guided without rotating the table.
また、第1の回転体の螺旋状傾斜面と第2の回転体の螺旋状傾斜面との間には、ボール又はローラが介在されていることが好ましい。この場合、テーブルを滑らかに駆動することができる。 Moreover, it is preferable that a ball or a roller is interposed between the spiral inclined surface of the first rotating body and the spiral inclined surface of the second rotating body. In this case, the table can be driven smoothly.
また、テーブルをZ軸方向に支持するように設けられたスラストベアリングをさらに備えることが好ましい。これにより、テーブルを滑らかに駆動することができる。 In addition, it is preferable to further include a thrust bearing provided to support the table in the Z-axis direction. Thereby, the table can be driven smoothly.
また、駆動手段は、電磁アクチュエータであることが好ましい。この場合、印加する電流を制御することで、第1及び第2の回転体の駆動力を直接制御することができる。よって、テーブルの位置決め制御の制御性を一層高めることが可能となる。 The drive means is preferably an electromagnetic actuator. In this case, the driving force of the first and second rotating bodies can be directly controlled by controlling the applied current. Therefore, the controllability of the table positioning control can be further enhanced.
このとき、電磁アクチュエータの固定子は、上方に開口するように構成されていることが好ましい。これにより、上述した第2の回転体のせり上げの際、電磁アクチュエータの可動子と固定子とを互いに接触させずに、第2の回転体をZ軸方向に駆動させることができる。 At this time, it is preferable that the stator of the electromagnetic actuator is configured to open upward. Thus, when the second rotating body is raised, the second rotating body can be driven in the Z-axis direction without bringing the mover and the stator of the electromagnetic actuator into contact with each other.
また、電磁アクチュエータの固定子は、リング状を呈していることが好ましい。この場合、ステージ装置の低背化を図りつつ第1及び第2の回転体を駆動する駆動力を向上させることが可能となる。 The stator of the electromagnetic actuator preferably has a ring shape. In this case, it is possible to improve the driving force for driving the first and second rotating bodies while reducing the height of the stage device.
本発明によれば、Z軸方向とZ軸回りθ方向とにテーブルを駆動する場合において、より大きな荷重をテーブルに負荷することができ、且つテーブルの位置決め制御の制御性を高めることが可能となる。 According to the present invention, when the table is driven in the Z-axis direction and the direction around the Z-axis θ direction, a larger load can be applied to the table, and the controllability of the table positioning control can be improved. Become.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、「上」、「下」の語は、Z軸方向(鉛直方向)における上方、下方に対応したものである。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. The terms “upper” and “lower” correspond to the upper and lower sides in the Z-axis direction (vertical direction).
図1は本発明の一実施形態に係るステージ装置を示す概略分解図、図2は図1のステージ装置を示す概略断面図である。図1及び図2に示すように、本実施形態のステージ装置1は、例えば、半導体ウェハの検査用若しくは製造用装置、又は工作機械に用いられるものである。ステージ装置1は、定盤2上をX軸方向及びY軸方向に移動可能なベース3上に設けられており、駆動対象物を載置するためのテーブル4をZ軸方向とZ軸回りの回転方向であるθ方向とに駆動する。このステージ装置1は、回転軸(第1の回転体)5、回転リング(第2の回転体)6、電磁アクチュエータ(駆動手段)7及びガイドプレート(ガイド手段)9を備えている。
FIG. 1 is a schematic exploded view showing a stage apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view showing the stage apparatus of FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3は図1のステージ装置における回転軸を示す斜視図、図4は図1のステージ装置における回転軸を示す平面図である。図3に示すように、回転軸5は、Z軸方向を軸線G方向として配置された軸体であって、本体部(大径部)10を有している。本体部10は、軸線G方向視において円形状を呈している。本体部10の下側の端部には、回転軸5をベース3に回転可能に取り付けるためのものとして、径方向外側に開口する環状凹部11が設けられている。
3 is a perspective view showing a rotation axis in the stage apparatus of FIG. 1, and FIG. 4 is a plan view showing the rotation axis in the stage apparatus of FIG. As shown in FIG. 3, the rotating
この本体部10の上面の外縁部10aは、Z軸方向に傾斜しながら軸線G回りに螺旋状に延在するようなスパイラル面(螺旋状傾斜面)S1となっている。スパイラル面S1は、具体的には、Z軸方向に一定勾配で傾斜する帯状の傾斜面が、軸線G回りに螺旋状に1周するように延在され、そして、この傾斜面の一端と他端とが段差12を介して連続されて構成されている。
The
このスパイラル面S1は、回転運動を並進(直線)運動に変換(いわゆる逆変換)するためのものであり、ここでは、回転軸5と回転リング6との相対回転運動を、回転リング6のZ軸方向に沿う並進運動に変換させる(詳しくは後述)。なお、スパイラル面の傾斜角度は、逆変換効率を低下させる目的で水平方向に対し45°以下とし、テーブル4に加わる荷重に対して位置保持性能を高めている。
The spiral surface S1 is for converting rotational motion into translational (linear) motion (so-called reverse conversion). Here, the relative rotational motion between the rotating
一方、本体部10の上面において外縁部10aの内側には、本体部10と同軸な略円柱形状を呈する嵌合部(小径部)14が設けられている。嵌合部14は、回転リング6に摺動可能に嵌挿されるものである。この嵌合部14の上面における中央部には、本体部10と同軸な略円柱形状を呈するガイド部15が設けられている。ガイド部15は、テーブル4の移動をガイドするためのものである。このガイド部15の外周面15aには、Z軸方向に延在する溝16が複数設けられている。ここでの溝16は、図4に示すように、外周面15aにおける周方向の四等配位置に延在している。なお、この溝16は、かかる構成に限定されず、複数設けられていればよい。
On the other hand, a fitting portion (small diameter portion) 14 having a substantially cylindrical shape coaxial with the
そして、この回転軸5は、図2に示すように、ボールベアリング等のベアリング17の内輪が環状凹部11に嵌合されている。このベアリング17の外輪にあっては、ベース3のZ軸方向に延在する貫通孔18に嵌合され、貫通孔18の内周面の凸部19と環状の板形状を呈するリングプレート20とでZ軸方向に挟持されて、ベース3に固定されている。これにより、回転軸5は、ベース3に対し軸線G回りに回転可能に支持される。
As shown in FIG. 2, the
図5は、図1のステージ装置における回転リングを示す斜視図である。図1及び図5に示すように、回転リング6は、環状のリング体であって、その内径が回転軸5の嵌合部14の外径と略等しくなっている。この回転リング6の下面6aは、上記スパイラル面S1に対応するようなスパイラル面S2となっている。すなわち、スパイラル面S2にあっても、Z軸方向に一定勾配で傾斜する帯状の傾斜面が、軸線G回りに螺旋状に1周するように延在され、傾斜面の一端と他端とが段差12を介して連続されて構成されている。
FIG. 5 is a perspective view showing a rotating ring in the stage apparatus of FIG. As shown in FIGS. 1 and 5, the
そして、この回転リング6においては、図2に示すように、回転軸5の嵌合部14に摺動可能に(インロー構造で)嵌挿されており、ベース3及び回転軸5に対して軸線G回りに回転可能となっている。これと共に、回転リング6は、そのスパイラル面S2が、回転軸5のスパイラル面S1に当接されている。つまり、回転リング6は回転軸5上に配置され、回転軸5及び回転リング6はスパイラル面S(S1,S2)を介して互いに接触している。
As shown in FIG. 2, the
図1に戻り、電磁アクチュエータ7は、回転軸5と回転リング6とのそれぞれをθ方向の回転駆動するものであり、具体的には、回転軸5と回転リング6とが軸線G回りに互いに相対回転且つ同期回転するように、回転軸5及び回転リング6を駆動する。この電磁アクチュエータ7は、回転軸5に取り付けられた電磁アクチュエータ7aと、回転リング6に取り付けられた電磁アクチュエータ7bと、の一対で構成されている。これらの電磁アクチュエータ7は、ベース3の同一平面上に配置されている。電磁アクチュエータ7a,7bは、互いに同様な構造を有しており、これらの電磁アクチュエータ7a,7bとして、例えばボイスコイルモータが用いられている。
Returning to FIG. 1, the
電磁アクチュエータ7aは、回転軸5に推力を与えるものであり、例えば永久磁石からなる磁石部41を含む固定子22と、例えばコイルからなるコイル部42を含む可動子23と、を有している。
The
固定子22は、上方に開口する開口部24が形成されるように断面コの字状を呈している。また、図6に示すように、上方視において開口部24が円弧状に延在するように、外形が円弧状を呈している。また、図2に示すように、固定子22は、ベース3の上面に固定されている。ここでは、固定子22は、回転軸5に近接させるべく、ベース3に設けられたリングプレート20の上面に固定されている。可動子23は、そのコイル部42が固定子22の開口部24に非接触で上方から進入するように、回転軸5の本体部10の外周面10bに取り付けられている。
The
電磁アクチュエータ7bは、回転リング6に推力を与えるものであり、例えば永久磁石からなる磁石部43を含む固定子27と、例えばコイルからなるコイル部44を含む可動子28と、を有している。
The
固定子27は、上方に開口する開口部29が形成されるように断面コの字状を呈し、上方視において開口部29が円弧状に延在するように、外形が円弧状を呈している。また、固定子27は、ベース3の上面に固定されている。ここでは、固定子27は、回転リング6に近接させるべく、ベース3に設けられたリングプレート20の上面に固定されている。可動子28は、そのコイル部44が固定子27の開口部29に非接触で進入するように、回転リング6の外周面6bに取り付けられている。
The
なお、本実施形態の電磁アクチュエータ7a,7bは、固定子22,27が磁石部41,43を含み、可動子23,28がコイル部42,44を含んでいるが、固定子がコイル部を含み、可動子が磁石部を含んでいてもよい。また、例えば、回転軸5及び回転リング6が回転する角度範囲が小さい場合等においては、上方視において開口部24,29が直線状に延在するように電磁アクチュエータ7a,7bを構成してもよい。
In the
また、電磁アクチュエータ7a,7bには、制御装置31が接続されている。制御装置31は、電磁アクチュエータ7に印加する電流を制御するものである。電磁アクチュエータ7に印加する電流を制御することで、回転軸5、回転リング6に駆動トルクを直接伝えることができる。
A
ガイドプレート9は、図1に示すように、テーブル4の移動をガイドするものである。このガイドプレート9は、プレート部32と、ボールスプライン部33と、を有している。ボールスプライン部33は、プレート部32の下面の中央部に設けられた円筒壁34と、円筒壁34の内周面に自転可能に固定された複数のボール35と、を含んで構成されている。
As shown in FIG. 1, the
このガイドプレート9は、図2に示すように、そのプレート部32の上面がテーブル4の下面に固定され、ボールスプライン部33が回転軸5のガイド部15に外挿されている。そして、ボールスプライン部33の複数のボール35が、ガイド部15の外周面に接触されていると共に、この複数のボール35のうちの一部が、溝16に係合されている。つまり、ガイドプレート9は、回転軸5に設けられており、回転軸5に対してθ方向に係合し且つZ軸方向に移動可能に構成されている。
As shown in FIG. 2, the upper surface of the
このガイドプレート9の構造により、回転リング6が回転軸5に対して回転した際(回転軸5が回転しない場合)、ガイドプレート9を、回転リング6と同期回転させずにZ軸方向に移動させることが可能となる。一方、回転軸5が回転した際、ガイドプレート9を回転リング6と同期回転させることが可能になる。
Due to the structure of the
なお、ガイドプレート9は、図示しないセンサを有しており、このセンサによって、回転軸5と回転リング6の回転角度(位置)が検出されてフィードバック制御され、テーブル4のθ方向とZ軸方向との位置決め制御がなされている。
The
また、ガイドプレート9のプレート部32の下面と回転リング6の上面との間には、スラストベアリング21が配設されている。スラストベアリング21は、ガイドプレート9及びプレート4をZ軸方向に支持する。つまり、ガイドプレート9及びテーブル4は、回転リング6に対し、Z軸方向に係合し且つθ方向に回転可能に構成されている。
A
以上のように構成されたステージ装置1では、電磁アクチュエータ7に電流を印加し、当該電磁アクチュエータ7によって回転軸5と回転リング6とを軸線G回りに互いに相対回転させると、テーブル4がZ軸方向に沿って並進駆動される。
In the
すなわち、図7(a)に示すステージ装置1の状態において、電磁アクチュエータ7aで回転軸5を軸線G回りに回転させると共に、電磁アクチュエータ7bで回転リング6を軸線G回りに回転しないように軸線G回りに保持させる。ここで、上述したように、回転軸5の本体部10と回転リング6とがスパイラル面Sを介して互いに接触していることから、回転リング6に対して本体部10がくさびのように作用する。そのため、回転リング6がZ軸方向にせり上げられ、若しくは戻される。
That is, in the state of the
そして、テーブル4がスラストベアリング21を介して回転リング6でZ軸方向に支持されていることから、図7(b)に示すように、テーブル4にあっては、ガイドプレート9のボールスプライン部33及び回転軸5のガイド部15によって、Z軸方向に案内されて移動する。つまり、スパイラル面Sによって、回転軸5及び回転リング6の相対回転運動がZ軸方向の並進運動に変換されて、テーブル4がZ軸方向に並進移動されることになる。
Since the table 4 is supported in the Z-axis direction by the
他方、ステージ装置1では、電磁アクチュエータ7によって回転軸5と回転リング6とを軸線G回りに同期回転させると、テーブル4が軸線G回りθ方向に回転駆動される。
On the other hand, in the
すなわち、電磁アクチュエータ7a,7bで、回転軸5及び回転リング6を互いに同期するように軸線G回りに回転させる。これにより、上記のくさびの作用が働かずに回転軸5及び回転リング6が一緒に回転される。そして、前述のようにテーブル4が回転軸5に対してθ方向に同期回転可能なことから、当該テーブル4が、Z軸方向に移動せずにθ方向に回転されることになる。
That is, the
従って、本実施形態のステージ装置1によれば、テーブル4をZ軸方向とθ方向とに駆動することができる。そして、上述したように、回転軸5及び回転リング6をスパイラル面Sで接触させて回転運動を並進運動に変換しているため、かかる変換に例えばボールネジ等を用いた場合に比べ、接触面積を増大させてテーブル4の支持剛性を高くできる(滑りを生じ難くすることができる)。よって、より大きな荷重をテーブル4に負荷することが可能となる。その結果、例えばステージ装置1を工作機械に用いる場合には、約3tの荷重がテーブル4に負荷されることがあるが、この場合でも、Z軸方向とθ方向とにテーブル4を安定させて確実に駆動することができる。さらに、上記のようにテーブル4の支持剛性を高くできるため、外乱が加わった際の整定時間を短縮化することができ、テーブルの位置決め制御の制御性を高めることが可能となる。
Therefore, according to the
また、上述したように、電磁アクチュエータ7(7a,7b)がベース3に設けられていることから、電磁アクチュエータ7に余計な負荷をかけずに、回転軸5及び回転リング6に駆動トルクをベース3から直接伝えて、回転軸5及び回転リング6をベース3から直接駆動することができる。よって、テーブルの位置決め制御の制御性を一層高めることが可能となる。
Further, as described above, since the electromagnetic actuator 7 (7a, 7b) is provided on the
また、ステージ装置1では、θ方向に回転するテーブルとZ軸方向に移動するテーブルとのそれぞれを備えることが不要であることから、ステージ装置1を低背化して扁平構造にすることができ、ステージ装置1の重心位置を低くすることが可能となる。その結果、ベース3をX軸方向又はY軸方向に駆動する際に、テーブル4の揺れを抑制でき、且つテーブル4の制振性を高めることも可能となる。
In addition, since it is not necessary to provide each of the
また、ステージ装置1では、上述したように、回転軸5に設けられ、テーブル4の移動をガイドするガイドプレート9を備え、ガイドプレート9は、回転軸5に対し、θ方向に係合し且つZ軸方向に移動可能に構成されている。これにより、回転リング6を回転軸5に対して回転したとき(回転軸5を回転しないとき)、ガイドプレート9を、回転させずにZ軸方向に移動させることができる。よって、テーブル4におけるZ軸方向の並進移動を、当該テーブル4を回転させずにガイドすることが可能となる。
In addition, as described above, the
また、ステージ装置1では、上述したように、テーブル4がスラストベアリング21を介して回転リング6でZ軸方向に支持されている。つまり、ステージ装置1は、テーブル4をZ軸方向に支持するように設けられたスラストベアリングを備えている。よって、テーブル4を滑らかに駆動することができる。
In the
また、ステージ装置1では、電磁アクチュエータ7によって回転軸5及び回転リング6を駆動することから、電磁アクチュエータ7に印加する電流を制御することで、回転軸5及び回転リング6の駆動を制御することができる。その結果、テーブル4の位置決め制御の制御性を一層高めることが可能となる。
Further, in the
また、ステージ装置1では、上述したように、電磁アクチュエータ7bの固定子27は、上方に開口するように形成されている。これにより、回転リング6は、電磁アクチュエータ7bの可動子28(コイル部44)が上方に移動するのを許容しつつ、せり上がることになる(図7(b)参照)。すなわち、回転リング6のせり上げの際、可動子28と固定子27とを互いに接触させずに、回転リング6をZ軸方向に駆動させることができる。ここで、ウォームギアやタイミングベルト等の駆動手段で回転軸5及び回転リング6を相対回転することも考えられるが、この場合には、回転リング6のせり上げに対応するのが困難である。よって、回転リング6のせり上げに電磁アクチュエータ7を好適に対応させるという上記効果は、特に有効なものである。
Further, in the
また、ステージ装置1では、上述したように、電磁アクチュエータ7aが回転軸5に近接されており、また、電磁アクチュエータ7bが回転リング6に近接されている。これにより、駆動手段と被駆動部位とが離れているために生じる振動を抑制することができる。
In the
ところで、従来のステージ装置では、テーブル4をエアガイド(静圧ガイド)等により非接触でガイドする場合があるが、この場合には、非接触のためにテーブル4が振動(いわゆる面振れ)してしまうことがある。この面振れは、半導体ウェハ等の薄いものをテーブル4に載置するときに、特に問題となる。また、このようにエアガイドを用いると、コストが高くなってしまう。この点、本実施形態のステージ装置1では、上述したように、テーブル4のガイドに関し、ボールスプライン部33の複数のボール35をガイド部15の外周面に確実に接触させている。よって、面振れの発生を抑制することができ、また、ステージ装置1の低コスト化を実現することが可能となる。
By the way, in the conventional stage apparatus, there is a case where the table 4 is guided in a non-contact manner by an air guide (static pressure guide) or the like. May end up. This surface vibration becomes a problem particularly when a thin object such as a semiconductor wafer is placed on the table 4. Moreover, if the air guide is used in this way, the cost becomes high. In this regard, in the
また、ボールネジ等によって回転運動を並進運動に変換する場合には、意図しない力(外乱)がテーブル4に負荷されたときにでも、テーブル4が移動してしまうおそれがある。そこで、ステージ装置1では、上述したように、回転軸5及び回転リング6をスパイラル面Sを介して接触させ、このスパイラル面Sによって回転運動を並進運動に変換している。また、スパイラル面Sの傾斜が45°以下となっている。よって、逆変換効率が低いものとなり、外乱に対しての回転軸5及び回転リング6の回転を防止することができ、外乱に対してテーブル4の姿勢を安定化することができる。なお、ステージ装置1の逆効率については、回転軸5及び回転リング6の材質(滑り摩擦係数)と、スパイラル面の傾斜角度と、を適宜に設定して所望に設定することができる。
Further, when the rotational motion is converted into the translational motion by a ball screw or the like, the table 4 may move even when an unintended force (disturbance) is applied to the table 4. Therefore, in the
ちなみに、本実施形態では、テーブル4をZ軸方向に駆動させるべく回転軸5と回転リング6とを軸線G回りに互いに相対回転する際、回転軸5を軸線G回りに回転すると共に回転リング6を軸線G回りに回転しないように保持したが、これらを独立して自由に駆動してもよく、例えば、回転軸5を回転しないように保持すると共に回転リング6を軸線G回りに回転してもよい。本実施形態のように回転軸5を軸線G回りに回転させた場合、テーブル4が回転軸5に対してθ方向に同期回転可能なことから、テーブル4が軸線G回りに回転もする。また、回転軸5と回転リング6とのそれぞれを互いに反対方向になるように軸線G回りに回転させることで、これらを相対回転させてもよい。回転軸5と回転リング6とのそれぞれを、角速度が異なるように同じ方向に軸線G回りに回転させることで、これらを相対回転させてもよい。
Incidentally, in this embodiment, when the
さらに、このように回転軸5と回転リング6とを個別に駆動制御することが可能であるため、テーブル4をZ軸方向とθ方向とに同時に駆動することが可能である。この際、図示しないセンサにより回転軸5、回転リング6の変位量、Z軸方向への変位量を検出してフィードバック制御することで、テーブル4を精度よく位置決め制御することが可能である。
Further, since the
また、本実施形態は、X軸方向及びY軸方向に駆動されるベース3上に設けられている。よって、ベース3をX軸方向及びY軸方向に駆動することで、テーブル4をX軸方向及びY軸方向にも駆動することができる。なお、ベース3は、X軸方向又はY軸方向の何れか一方に駆動されるものでもよく、駆動されないものでもよい。
Moreover, this embodiment is provided on the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、上記実施形態の電磁アクチュエータ7では、その固定子22,27が円弧状を呈しているが、リング状を呈していてもよい。図8は、図6の電磁アクチュエータの固定子の他の例を示す平面図である。図8に示すように、固定子51は、上方視において、上方に開口する開口部54がリング状に延在するようにリング状を呈している。この固定子51は、電磁アクチュエータ7a,7bの双方の固定子として機能するものであり、複数の磁石部41と,この磁石部41と同数の磁石部43と、を有している。なお、この場合の可動子23,28は、磁石部41,43に対応するような数や配置等の構成で設けられる。これにより、ステージ装置1を低背化しつつ電磁アクチュエータ7による駆動力を増大することができる。
For example, in the
また、上記実施形態では、回転軸5のスパイラル面S1と回転リング6のスパイラル面S2とを互いに接触させているが、例えば、図9(a)に示すように、スパイラル面S1,S2間にボール52を介在させて配置し、回転軸5及び回転リング6を、ボール52を介して互いに接触させてもよい。この場合、回転軸5と回転リング6とを軸線G回りに滑らかに相対回転させることができ、テーブル4を滑らかに駆動させることができる。また、回転軸5及び回転リング6を、ローラを介して互いに接触させてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the spiral surface S1 of the
また、上記実施形態では、回転軸5及び回転リング6が、軸線G回りに螺旋状に1周するように延在するスパイラル面S(S1,S2)を介して接触しているが、複数に分割されたスパイラル面を介して接触してもよい。例えば、図9(b)に示すように、軸線G回りの周方向の一部に螺旋状に延在するスパイラル面Sdが複数存在し、これらのスパイラル面Sdが段差53を介して連続していてもよい。上記実施形態のように軸線G回りに螺旋状に1周するスパイラル面Sでは、比較的狭いZ軸方向ストローク範囲でテーブル4をZ軸方向に並進駆動でき、複数に分割されたスパイラル面Sdでは、比較的広いZ軸方向ストローク範囲且つ扁平な機構で、テーブル4をZ軸方向に並進駆動できる。このように、本発明では、スパイラル面を仕様に応じて適宜設定することができる。また、スパイラル面の斜面の勾配を調整することで、テーブル4の様々な駆動態様に対応することが可能である。
Moreover, in the said embodiment, although the
1…ステージ装置、3…ベース、4…テーブル、5…回転軸(第1の回転体)、6…回転リング(第2の回転体)、7,7a,7b…電磁アクチュエータ(駆動手段)、9…ガイドプレート(ガイド手段)、10…本体部(大径部)、14…嵌合部(小径部)、21…スラストベアリング、22,27,51…固定子、G…軸線、S,S1,S2,Sd…スパイラル面(螺旋状傾斜面)。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
Z軸方向を軸線方向として配置され、この軸線回りに回転可能な第1の回転体と、
前記第1の回転体上に配置され、前記軸線回りに回転可能な第2の回転体と、
前記第1及び第2の回転体のそれぞれを前記軸線回りに回転駆動する駆動手段と、を備え、
前記第1及び第2の回転体は、Z軸方向に傾斜しながら前記軸線回りに延在する螺旋状傾斜面を介して互いに接触していることを特徴とするステージ装置。 A stage device that drives a table in the Z-axis direction and the θ-axis θ direction,
A first rotating body that is arranged with the Z-axis direction as the axial direction and is rotatable about this axis;
A second rotating body disposed on the first rotating body and rotatable about the axis;
Drive means for driving each of the first and second rotating bodies to rotate about the axis,
The stage device is characterized in that the first and second rotating bodies are in contact with each other via a helically inclined surface extending around the axis while being inclined in the Z-axis direction.
前記第2の回転体は、前記軸体と同軸な環状を呈し、前記小径部に摺動可能に嵌挿されていると共に、前記螺旋状傾斜面を介して前記大径部に接触していることを特徴とする請求項1又は2記載のステージ装置。 The first rotating body is a shaft body having a large diameter portion and a small diameter portion provided on the large diameter portion,
The second rotating body has an annular shape coaxial with the shaft body, is slidably fitted into the small diameter portion, and is in contact with the large diameter portion via the spiral inclined surface. The stage apparatus according to claim 1 or 2, wherein
前記ガイド手段は、前記第1の回転体に対し、前記θ方向に係合し且つ前記Z軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項記載のステージ装置。 A guide means provided on the first rotating body for guiding the movement of the table;
The said guide means is comprised so that it can engage with the said (theta) direction with respect to a said 1st rotary body, and it can move to the said Z-axis direction. Stage equipment.
The stage apparatus according to claim 8, wherein the stator of the electromagnetic actuator has a ring shape.
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