JP5138443B2 - Ｘｙステージ装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、大型の液晶ディスプレイ等の製造に利用されるＸＹステージ装置に関する。

従来のこのような分野の技術として、特開２００７−２１６３４９号公報がある。この公報に記載されたＸＹステージ装置は、Ｙ軸（第１の軸線）方向へ延びる一対の石定盤と、それぞれの石定盤の上面でＹ軸方向へ延びる一対のガイドと、それぞれのガイドに沿って移動する断面コ字型の一対のスライダ（第１のスライダ）と、それぞれのスライダの上壁部に設けられてガイドの上面に対し空気を噴出してスライダを支持するエアパッド（第１の気体軸受）と、Ｘ軸（第２の軸線）方向へ延びると共に両端がそれぞれのスライダに連結されたＹステージ（ガイド部材）と、Ｙステージに沿って移動するＸステージ（第２のスライダ）と、Ｘステージ下面の四隅に設けられてそれぞれの石定盤の上面に対し空気を噴出してＸステージを支持するエアパッドと、Ｘステージ上に配置されて液晶ディスプレイ用ガラス基板等のワーク（対象物）を真空吸着する吸着盤と、吸着盤の下面の四隅に設けられてそれぞれの石定盤の上面に対し空気を噴出して吸着盤を支持するエアパッド（第２の気体軸受）と、を備えている。このような構成により、Ｘステージ及びＹステージの移動に伴って吸着盤及びワークが水平面内で移動する。
特開２００７−２１６３４９号公報

ここで、上記ＸＹステージ装置にあっては、石定盤の上面にスライダ専用のガイドを設けるためのスペースを確保しなくてはならないため、更に、近年液晶ディスプレイ等の大型化によってワークも大きくなる傾向にあるため、それらに伴い石定盤を大きくしなくてはならならず、石材の確保、石材加工、及び石材の輸送等の点において問題を生じると共に、装置が大型化してしまうという問題を生じる。

本発明は、定盤を小さくすると共に装置の小型化を図ることのできるＸＹステージ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＸＹステージ装置は、上面が滑走面とされた定盤と、滑走面に沿って第１の軸線の延在方向に移動する第１のスライダと、第１のスライダに連結されて、水平面内で第１の軸線と直交する第２の軸線の方向へ延びるガイド部材と、ガイド部材に沿って第２の軸線の延在方向に移動する第２のスライダと、第２のスライダ上に配置され、上面に載置された対象物を吸着する吸着盤と、を備え、第１のスライダは滑走面に対し気体を噴出する第１の気体軸受によって支持され、吸着盤は滑走面に対し気体を噴出する第２の気体軸受によって支持され、第１のスライダは定盤にガイドされることを特徴とする。

このＸＹステージ装置では、第２の気体軸受は定盤上面を滑走面として吸着盤を支持することができ、第１の気体軸受も定盤上面を滑走面として第１のスライダを支持することができる。このように、定盤を第１のスライダのガイドとして用いて第１の気体軸受と第２の気体軸受とで滑走面を共有させることにより、第１のスライダ専用のガイドを定盤上面に設けることを不要とし、これによって定盤を小さくすると共に装置の小型化を図ることができる。

また、第１のスライダには、定盤の両側面の側から定盤を挟み込むように配置された第３の気体軸受が設けられ、第１のスライダは定盤によってガイドされることが好ましい。第３の気体軸受で水平方向に支持することによって第１のスライダを滑らかに移動させることができると共に、定盤の両側面を滑走面として有効活用することができる。

また、第１のスライダは滑走面に対向する上壁部を有し、上壁部は三つの第１の気体軸受によって支持されることが好ましい。第１のスライダを三つの第１の気体軸受で支持することによって、第１のスライダの安定性を高めることができる。

また、定盤及び第１のスライダをそれぞれ一対備え、ガイド部材の両端側には第１のスライダがそれぞれ連結されていることが好ましい。一対の定盤のいずれにおいても上面に第１のスライダ専用のガイドを設けることを不要とし、これによってそれぞれの定盤を小さくすると共に一層装置の小型化を図ることができる。

本発明に係るＸＹステージ装置によれば、定盤を小さくすると共に装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明によるＸＹステージ装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

図１〜５に示すように、ＸＹステージ装置１は、ベース２上に並設されてＹ軸方向に延在する一対の石定盤（定盤）３，４と、石定盤３，４に沿ってＹ軸方向へ移動するＹ軸ステージ６と、Ｙ軸ステージ６の駆動部として機能する一対のＹ軸リニアモータ７，８と、Ｙ軸ステージ６上でＸ軸方向へ移動するＸ軸ステージ９と、Ｘ軸ステージ９の駆動部として機能するＸ軸リニアモータ１０と、Ｘ軸ステージ９上に配置される吸着盤１１とを備えている。なお、図１，２に示すように、Ｘ軸（第２の軸線）及びＹ軸（第１の軸線）は水平面上で互いに９０度をなし、鉛直方向をＺ軸方向と定め、以下必要な場合にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いる。

一方の石定盤３は、角柱状の石材からなり、その上面には平面加工が施されることによってエアベアリングが滑走するための上面側滑走面３ａが形成されている。また、Ｙ軸方向に沿って延在する両側面にも、上面と同様に平面加工が施されることによってエアベアリングが滑走するための側面側滑走面３ｂ，３ｃが形成されている。同様に、他方の石定盤４の上面及び両側面にも平面加工が施されることによって上面側滑走面４ａ及び側面側滑走面４ｂ，４ｃが形成されている。

図３及び図４に示すように、Ｙ軸ステージ６は、石定盤３，４にガイドされてそれぞれＹ軸方向へ移動する一対のＹ軸スライダ（第１のスライダ）１２，１３と、Ｙ軸スライダ１２，１３を石定盤３，４の上面側滑走面３ａ，４ａでそれぞれＺ軸方向に支持するためのＹ軸リフトエアベアリング（第１の気体軸受）１４，１６と、Ｙ軸スライダ１２，１３を石定盤３，４の側面側滑走面３ｂ，３ｃ，４ｂ，４ｃでそれぞれ水平方向（Ｘ軸方向）に支持するためのＹ軸ヨーエアベアリング（第３の気体軸受）１７，１８と、Ｙ軸スライダ１２，１３を架け渡すようにＸ軸方向へ延在するガイド部材１９とを備えている。

一方の石定盤３にガイドされるＹ軸スライダ１２は、石定盤３の上面側滑走面３ａに対向する上壁部１２ａと、石定盤３の側面側滑走面３ｂ，３ｃにそれぞれ対向する一対の側壁部１２ｂ，１２ｃとを備える断面略コ字形部材であり、上壁部１２ａの上面にはＹ軸方向における中央位置でガイド部材１９の一端部が連結されている。また、Ｙ軸スライダ１２の上壁部１２ａには、Ｘ軸方向に延びる長円状の貫通孔２１，２２がガイド部材１９を挟んでそれぞれ形成されている。

Ｙ軸スライダ１２をＺ軸方向に支持するＹ軸リフトエアベアリング１４は、Ｙ軸スライダ１２の上壁部１２ａの下面において、Ｙ軸方向における両端部にそれぞれ一個ずつと、Ｙ軸方向における中央位置に一個との合計三個からなり、三角点になるように配置されている。更にＹ軸リフトエアベアリング１４は、上面側滑走面３ａに対して空気などの気体を噴出することで発生する上向きの力とＹ軸スライダ１２等の自重による下向きの力とを釣り合わせることによって、上面側滑走面３ａとの間で数μｍ程度の隙間を保ちながらＹ軸スライダ１２を非接触状態で支持する。なお、Ｙ軸リフトエアベアリング１４は、気体を噴出するのみならず、吸引機能を有していてもよい。

Ｙ軸スライダ１２を水平方向に支持するＹ軸ヨーエアベアリング１７は、Ｙ軸スライダ１２の両方の側壁部１２ｂ，１２ｃにそれぞれ二個ずつ設けられており（図５参照）、側面側滑走面３ｂ，３ｃに対して空気などの気体をそれぞれ噴出することで発生する反発力同士を互いに釣り合わせることによって、側面側滑走面３ｂ，３ｃとの間で各々数μｍ程度の隙間を保ちながらＹ軸スライダ１２を非接触状態で支持する。

他方の石定盤４にガイドされるＹ軸スライダ１３、Ｙ軸リフトエアベアリング１６及びＹ軸ヨーエアベアリング１８は、Ｙ軸スライダ１２、Ｙ軸リフトエアベアリング１４及びＹ軸ヨーエアベアリング１７とＹ軸方向から見て左右対象な構成をなしている。すなわち、Ｙ軸スライダ１３は上壁部１３ａ、側壁部１３ｂ，１３ｃ及び貫通孔２３，２４を有すると共にガイド部材１９の他端部と連結され、Ｙ軸リフトエアベアリング１６は上面側滑走面４ａに対して気体を噴出し、Ｙ軸ヨーエアベアリング１８は側面側滑走面４ｂ，４ｃに対して気体を噴出する。

Ｘ軸ステージ９をガイドするガイド部材１９は、上向きに開口した断面コ字形をなし、Ｘ軸方向に沿って延在するガイド部材１９の外側の両側面には平面加工が施され、この面は、エアベアリングが滑走するための滑走面１９ａ，１９ｂとして利用される（図５参照）。

Ｙ軸ステージ６の駆動部として機能するＹ軸リニアモータ７，８は、Ｙ軸スライダ１２，１３のＸ軸方向における両外側でそれぞれＹ軸方向へ延在するＹ軸マグネットヨーク２６，２７と、Ｙ軸スライダ１２，１３にそれぞれ設けられたＹ軸コイルユニット２８，２９とから構成されている。

Ｙ軸リニアモータ７，８の固定子として機能するＹ軸マグネットヨーク２６，２７は、ベース２のＸ軸方向における両側に配置された枠部３１，３２の上端にそれぞれ固定され、断面コ字形をなす。Ｙ軸マグネットヨーク２６，２７の内壁面には、Ｙ軸方向に沿ってＳ極とＮ極のパターンを繰り返すように連設された複数の永久磁石が固定されている。

Ｙ軸リニアモータ７，８の可動子として機能するＹ軸コイルユニット２８，２９は、Ｙ軸スライダ１２の上壁部１２ａから上方へ向かって突出する支持壁部１２ｄの上端部及びＹ軸スライダ１３の支持壁部１３ｄの上端部にそれぞれ固定されると共にＹ軸マグネットヨーク２６，２７内に挿入される。Ｙ軸コイルユニット２８，２９は複数のコイルを有しており、これらの複数のコイルはＹ軸方向に連結されてケースで覆われている。また、Ｙ軸コイルユニット２８，２９のコイルには、Ｙ軸マグネットヨーク２６，２７の永久磁石のＳ極とＮ極のパターンにあわせて磁極が変化するように通電され、Ｙ軸マグネットヨーク２６，２７との間でそれぞれ反発力を発生させて推力を得ることによってＹ軸ステージ６をＹ軸方向に移動させることができる。

図３及び図５に示すように、Ｘ軸ステージ９は、ガイド部材１９を取り囲むように下向きに開口した断面コ字形をなすと共にガイド部材１９に沿ってＸ軸方向へ移動するＸ軸スライダ（第２のスライダ）３３と、Ｘ軸スライダ３３を石定盤３，４の上面側滑走面３ａ，４ａでＺ軸方向に支持するためのＸ軸脚部３４と、Ｘ軸スライダ３３をガイド部材１９の滑走面１９ａ，１９ｂで水平方向（Ｙ軸方向）に支持するためのＸ軸ヨーエアベアリング３６と、Ｘ軸スライダ３３上に設けられて吸着盤１１をＺ軸周りに回動させるθテーブル３７とを備えている。なお、Ｘ軸スライダ３３は、断面コ字形に限らず、ガイド部材１９を取り囲むような断面ロ字形をなしていてもよい。

Ｘ軸スライダ３３をＺ軸方向に支持する各Ｘ軸脚部３４は、Ｘ軸スライダ３３の四隅に固定され、下方へ向かって延在する支柱３８の端部には、Ｘ軸リフトエアベアリング３９が設けられ、支柱３８は、Ｙ軸スライダ１２の貫通孔２１，２２及びＹ軸スライダ１３の貫通孔２３，２４にそれぞれ通されている。Ｘ軸リフトエアベアリング３９は、上面側滑走面３ａ，４ａに対して空気などの気体を噴出することで発生する上向きの力とＸ軸スライダ３３等の自重による下向きの力とを釣り合わせることによって、上面側滑走面３ａ，４ａとの間で数μｍ程度の隙間を保ちながらＸ軸スライダ３３を非接触状態でそれぞれ支持する。Ｘ軸ステージ９がＸ軸方向へ移動する時、Ｘ軸リフトエアベアリング３９はＹ軸スライダ１２，１３の上壁部１２ａ，１３ａと干渉することなく長円状の貫通孔２１〜２４内で移動することができる。なお、Ｘ軸リフトエアベアリング３９は、気体を噴出するのみならず、吸引機能を有していてもよい。

Ｘ軸スライダ３３を水平方向に支持するＸ軸ヨーエアベアリング３６は、Ｘ軸スライダ３３の両方の側壁部にそれぞれ二個ずつ設けられており（図４参照）、ガイド部材１９の滑走面１９ａ，１９ｂに対して空気などの気体をそれぞれ噴出することで発生する反発力同士を互いに釣り合わせることによって、滑走面１９ａ，１９ｂとの間で各々数μｍ程度の隙間を保ちながらＸ軸スライダ３３を非接触状態で支持する。

Ｘ軸ステージ９の駆動部として機能するＸ軸リニアモータ１０は、ガイド部材１９上でＸ軸方向へ延在するＸ軸マグネットヨーク４１と、Ｘ軸スライダ３３の上壁部の下方に設けられたＸ軸コイルユニット４２とから構成されている。

Ｘ軸リニアモータ１０の固定子として機能するＸ軸マグネットヨーク４１は、横向きに開口した断面コ字形をなす。Ｘ軸マグネットヨーク４１の内壁面には、Ｘ軸方向に沿ってＳ極とＮ極のパターンを繰り返すように連設された複数の永久磁石が固定されている。

Ｘ軸リニアモータ１０の可動子として機能するＸ軸コイルユニット４２は、Ｘ軸スライダ３３の上壁部から下方へ向かって突出する支持壁部に固定されると共にＸ軸マグネットヨーク４１内に挿入される。Ｘ軸コイルユニット４２は複数のコイルを有しており、これらの複数のコイルはＸ軸方向に連結されてケースで覆われている。また、Ｘ軸コイルユニット４２のコイルには、Ｘ軸マグネットヨーク４１の永久磁石のＳ極とＮ極のパターンにあわせて磁極が変化するように通電され、Ｘ軸マグネットヨーク４１との間で反発力を発生させて推力を得ることによってＸ軸ステージ９をＸ軸方向に移動させることができる。

対象物が載置される吸着盤１１は、Ｙ軸方向の幅がＹ軸スライダ１２，１３よりも大きく、Ｘ軸方向の幅がＸ軸スライダ３３よりも大きい矩形板状の部材であり、吸着盤１１は吸着盤脚部４３によって支持されている。また、吸着盤１１の上面には、例えば、液晶ディスプレイ用ガラス基板等の対象物を真空吸着するための吸着孔が多数形成されている。

吸着盤１１を支持する各吸着盤脚部４３は、吸着盤１１の四隅に固定され、下方へ向かって延在する支柱４０の下端には吸着盤リフトエアベアリング（第２の気体軸受）４４が設けられている。四個の吸着盤リフトエアベアリング４４は、上面側滑走面３ａ上に二個配置されると共に上面側滑走面４ａ上に二個配置されており、上面側滑走面３ａ，４ａに対して空気などの気体を噴出することで発生する上向きの力と吸着盤１１等の自重による下向きの力とを釣り合わせることによって、上面側滑走面３ａ，４ａとの間で数μｍ程度の隙間を保ちながら吸着盤１１を非接触状態でそれぞれ支持する。吸着盤１１がＹ軸ステージ６及びＸ軸ステージ９に伴い移動する時、吸着盤リフトエアベアリング４４は上面側滑走面３ａ，４ａ内で移動する。なお、吸着盤リフトエアベアリング４４は、気体を噴出するのみならず、吸引機能を有していてもよい。

以上によって、ＸＹステージ装置１は、吸着盤リフトエアベアリング４４が石定盤３，４の上面を滑走面として吸着盤１１を支持することができ、Ｙ軸リフトエアベアリング１４，１６も石定盤３，４の上面を滑走面としてＹ軸スライダ１２，１３をそれぞれ支持することができる。このように、石定盤３，４をＹ軸スライダ１２，１３のガイドとして用いてＹ軸リフトエアベアリング１４，１６と吸着盤リフトエアベアリング４４とで滑走面を共有させることにより、Ｙ軸スライダ１２，１３専用のガイドを石定盤３，４の上面に設けることを不要とし、これによって石定盤３，４を小さくすると共に装置の小型化を図ることができる。

また、Ｙ軸スライダ１２，１３には、石定盤３，４の側面側滑走面３ｂ，３ｃ，４ｂ，４ｃの側から石定盤３，４を挟み込むように配置されたＹ軸ヨーエアベアリング１７，１８が設けられているため、Ｙ軸ヨーエアベアリング１７，１８で水平方向に支持することによってＹ軸スライダ１２，１３を滑らかに移動させることができると共に、石定盤３，４の両側面を滑走面として有効活用することができる。

また、Ｙ軸スライダ１２の上壁部１２ａが三個のＹ軸リフトエアベアリング１４によって支持され、Ｙ軸スライダ１３の上壁部１３ａが三個のＹ軸リフトエアベアリング１６によって支持されているため、Ｙ軸スライダ１２，１３の安定性を高めることができる。

また、一対の石定盤３，４及びＹ軸スライダ１２，１３を備え、ガイド部材１９の両端側にはＹ軸スライダ１２，１３がそれぞれ連結されているため、一対の石定盤３，４のいずれにおいても上面にＹ軸スライダ１２，１３専用のガイドを設けることを不要とし、これによってそれぞれの石定盤３，４を小さくすると共に一層装置の小型化を図ることができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、Ｘ軸リフトエアベアリング３９は貫通孔２１〜２４内に配置されているが、これに代えて、貫通孔２１〜２４に支柱３８を通過させて、貫通孔２１〜２４の下方にＸ軸リフトエアベアリング３９が配置される構成としてもよい。

また、Ｘ軸スライダ３３は、Ｘ軸リフトエアベアリング３９及びＸ軸ヨーエアベアリング３６を用いることによって石定盤３，４の上面側滑走面３ａ，４ａ及びガイド部材１９の滑走面１９ａ，１９ｂにガイドされてＸ軸方向に移動しているが、これに代えて、転がりガイドによってガイドされる構成としてもよい。

本発明の実施形態に係るＸＹステージ装置を示す斜視図である。 図１に示すＸＹステージ装置から吸着盤を除いた斜視図である。 図１に示すＸＹステージ装置の平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。

符号の説明

１…ＸＹステージ装置、３，４…石定盤（定盤）、３ａ，４ａ…上面側滑走面、１１…吸着盤、１２，１３…Ｙ軸スライダ（第１のスライダ）、１２ａ，１３ａ…上壁部、１４，１６…Ｙ軸リフトエアベアリング（第１の気体軸受）、１７，１８…Ｙ軸ヨーエアベアリング（第３の気体軸受）、１９…ガイド部材、３３…Ｘ軸スライダ（第２のスライダ）、４４…吸着盤リフトエアベアリング（第２の気体軸受）。

Claims (4)

1. 上面が滑走面とされた定盤と、
   前記滑走面に沿って第１の軸線の延在方向に移動する第１のスライダと、
   前記第１のスライダに連結されて、水平面内で前記第１の軸線と直交する第２の軸線の方向へ延びるガイド部材と、
   前記ガイド部材に沿って前記第２の軸線の延在方向に移動する第２のスライダと、
   前記第２のスライダ上に配置され、上面に載置された対象物を吸着する吸着盤と、を備え、
   前記第１のスライダは前記滑走面に対し気体を噴出する第１の気体軸受によって支持され、前記吸着盤は前記滑走面に対し気体を噴出する第２の気体軸受によって支持され、前記第１のスライダは前記定盤によってガイドされることを特徴とするＸＹステージ装置。
2. 前記第１のスライダには、前記定盤の両側面の側から前記定盤を挟み込むように配置された第３の気体軸受が設けられ、前記第１のスライダは前記定盤によってガイドされることを特徴とする請求項１記載のＸＹステージ装置。
3. 前記第１のスライダは前記滑走面に対向する上壁部を有し、前記上壁部は三つの前記第１の気体軸受によって支持されることを特徴とする請求項１又は２記載のＸＹステージ装置。
4. 前記定盤及び前記第１のスライダをそれぞれ一対備え、前記ガイド部材の両端側には前記第１のスライダがそれぞれ連結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ＸＹステージ装置。

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