JP6068877B2

JP6068877B2 - ステージ装置

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Publication number: JP6068877B2
Application number: JP2012191209A
Authority: JP
Inventors: 幸治明石; 陽一清水; 義久大饗
Original assignee: Kyocera Corp; Advantest Corp
Current assignee: Kyocera Corp; Advantest Corp
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: DE102013217454A1; DE102013217454B4; JP2014049601A; US8992086B2; US20140064643A1

Description

本発明は、ＸＹ拘束ユニット、それを備えたステージ装置およびそれを備えた真空ステージ装置に関する。

近時、精密加工装置および精密測定装置、並びに半導体の製造工程に用いられる描画装置および露光装置などでは、被搬送物をテーブル上に載せて搬送し、所定位置に位置決めするステージ装置が用いられている。このようなステージ装置が備える案内用のガイドには、通常、空気静圧方式のエアースライドが用いられている。また、近時は高精度化および低重心化を実現するために、ステージベースにＸＹ軸をＨ型に配置したＨ型エアースライドを用いることが多くなっている。

しかし、Ｈ型エアースライドを備える従来のステージ装置には、次のような問題があった。すなわち、従来のＨ型エアースライドでは、２つのＹ軸エアースライドを互いに所定の間隔をおいて平行に配置し、２つのＹ軸エアースライドがそれぞれ有するＹ軸スライダの側面に、Ｘ軸エアースライドが有するＸ軸角軸の両端面をボルトなどで直接連結している。そのため、２つのＹ軸スライダを別々に駆動させると、制御の位置ずれがそのままＹ軸スライダに伝わることから、Ｚ方向を軸とする回転、すなわちヨーイングの姿勢精度が悪化したり、Ｙ軸スライダとＸ軸角軸とが接触して、かじるという問題があった。

このような問題を解決するために、特許文献１には、他端が自由端としてＸ軸方向に延在されたＹスライダを備えてなるＸ−Ｙステージ装置が開示されている。
しかし、特許文献１に記載のＸ−Ｙステージ装置では、Ｙスライダのうち自由端側の剛性が低く、それゆえ加減速時にヨーイングの姿勢精度が悪化するという問題があった。また、特許文献１に記載のＸ−Ｙステージ装置には、Ｙスライダの場所による固有振動数の違いから、発振し易いという問題もあった。

特開２００２−１８９０９０号公報

本発明の課題は、ヨーイングの姿勢精度に優れるＸＹ拘束ユニット、それを備えたステージ装置および真空ステージ装置を提供することである。

本発明のＸＹ拘束ユニットは、ＸＹ仮想平面のＹ軸に沿って移動するＹ軸スライダに接続したＹ軸ベースと、前記ＸＹ仮想平面のＸ軸に沿って移動するＸ軸スライダをガイドするＸ軸ガイドに接続したＸ軸ベースとを備え、前記Ｙ軸ベースと前記Ｘ軸ベースとが前記ＸＹ仮想平面と交差するＺ軸の周りに回転可能に、前記Ｙ軸ベースが前記Ｙ軸スライダに接続し、かつ前記Ｘ軸ベースが前記Ｘ軸ガイドに接続している。

本発明の他のＸＹ拘束ユニットは、前記Ｙ軸ベースおよび前記Ｘ軸ベースのうちの少なくとも１つに孔が設けられており、さらに、前記孔に挿入されるとともに、前記Ｙ軸ベースと前記Ｘ軸ベースとを接続する接続部材とを有し、さらに、前記孔の内周面と前記接続部材の外周面との間に位置しているベアリング部材を有する。

本発明のステージ装置は、前記Ｙ軸スライダと、前記Ｘ軸ガイドと上述したＸＹ拘束ユニットを備える。

本発明の他のステージ装置は、ＸＹ仮想平面のＹ軸に平行な第１案内面を有する第１Ｙ軸ガイドと、前記ＸＹ仮想平面のＸ軸に平行な第２案内面を有する第２Ｙ軸ガイドと、前記第１案内面に沿って前記Ｙ軸に沿って移動可能である第１Ｙ軸スライダと、前記第２案内面に沿って前記Ｙ軸に沿って移動可能である第２Ｙ軸スライダと、一端が前記第１Ｙ軸スライダに接続し、且つ他端が前記第２Ｙ軸スライダに接続しているとともに、前記Ｘ軸に平行な第３案内面を有するＸ軸ガイドと、前記第３案内面に沿って前記Ｘ軸に沿って移動可能であるＸ軸スライダと、前記第１Ｙ軸スライダと前記Ｘ軸ガイドとを接続している第１ＸＹ拘束ユニットと、前記第２Ｙ軸スライダと前記Ｘ軸ガイドとを接続している第２ＸＹ拘束ユニットとを備え、前記第１ＸＹ拘束ユニットおよび前記第２ＸＹ拘束ユニットは、前記Ｙ軸スライダに接続したＹ軸ベースと、前記Ｘ軸ガイドに接続したＸ軸ベースとを備え、前記Ｙ軸ベースと前記Ｘ軸ベースとが前記ＸＹ仮想平面と交差するＺ軸の周りに回転可能に、前記Ｙ軸ベースが前記Ｙ軸スライダに接続しており、かつ前記Ｘ軸ベースが前記Ｘ軸ガイドに接続している。

本発明によれば、ヨーイングの姿勢精度に優れるという効果がある。

本発明の第１実施形態に係るＸＹ拘束ユニットおよびステージ装置を示す平面図（上面図）である。図１のａ矢視側面図である。図１のｂ−ｂ線拡大断面図である。図１のＸＹ拘束ユニットおよびステージ装置における第１ＸＹ拘束ユニット近傍を示す部分拡大斜視図である。

＜ＸＹ拘束ユニットおよびステージ装置＞
（第１実施形態）
以下、本発明のＸＹ拘束ユニットおよびステージ装置に係る第１実施形態について、図１〜図４を参照して詳細に説明する。

本実施形態のＸＹ拘束ユニットは、図１および図２に示すように、第１ＸＹ拘束ユニット８および第２ＸＹ拘束ユニット９を含んでおり、ステージ装置１に備えられている。本実施形態のステージ装置１は、平坦な上面１０１を有する略平板状のステージベース１００を備えている。また、本実施形態のステージ装置１は、互いに所定の間隔をおいて上面１０１に位置している第１Ｙ軸ガイドレール２および第２Ｙ軸ガイドレール３を備えている。本実施形態において、第１Ｙ軸ガイドレール２および第２Ｙ軸ガイドレール３のそれぞれは、四角柱状の角軸であり、Ｙ方向と平行に延びており、その両端部を固定部材である複数の固定ネジ１０２によってステージベース１００に固定している。

そして、第１Ｙ軸ガイドレール２はＹ方向に平行な第１案内面２１を有し、第２Ｙ軸ガイドレール３はＹ方向に平行な第２案内面３１を有する。本実施形態においては、第１Ｙ軸ガイドレール２の周方向における全面が第１案内面２１として機能し、第２Ｙ軸ガイドレール３の周方向における全面が第２案内面３１として機能する。

また、本実施形態のステージ装置１は、第１案内面２１に沿ってＹ方向に移動可能である第１Ｙ軸スライダ４と、第２案内面３１に沿ってＹ方向に移動可能である第２Ｙ軸スライダ５とを備えている。

本実施形態の第１Ｙ軸スライダ４は、第１Ｙ軸ガイドレール２とともに、空気静圧方式の第１Ｙ軸エアースライド１Ａを構成している。同様に、本実施形態の第２Ｙ軸スライダ５は、第２Ｙ軸ガイドレール３とともに、空気静圧方式の第２Ｙ軸エアースライド１Ｂを構成している。

具体的に説明すると、第１Ｙ軸スライダ４は、第１Ｙ軸ガイドレール２の一部を周方向に取り囲んでいる。同様に、第２Ｙ軸スライダ５も、第２Ｙ軸ガイドレール３の一部を周方向に取り囲んでいる。第１Ｙ軸スライダ４と第１案内面２１との間、および第２Ｙ軸スライダ５と第２案内面３１との間には、微小隙間が存在している。この微小隙間に加圧気体を供給すると静圧流体層が形成され、各スライダが各案内面に対して静圧支持されることから、第１Ｙ軸エアースライド１Ａおよび第２Ｙ軸エアースライド１Ｂを、空気静圧方式のエアースライドとして機能させることができる。

なお、本実施形態において、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５のそれぞれは、図１に示すように、上面視において、略矩形状である。上面視とは、ステージベース１００の上面１０１側からステージ装置１を見た状態を意味するものとする。

また、本実施形態において、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５のそれぞれは、図２に示すように、複数の板状部材を組み合わせることによって構成されている。このような構成によれば、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５のそれぞれを、高精度に、且つ低コストで加工することができる。なお、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５は、一体成形によって構成することもできる。

本実施形態において、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５は、左右対称形状である。このような構成によれば、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５のそれぞれの剛性が向上することから、加減速時にヨーイングの姿勢精度が悪化するのを抑制することができる。また、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５の場所による固有振動数のバラツキが小さくなることから、発振を抑制し、安定した制御が可能となる。

一方、本実施形態のステージ装置１は、Ｙ方向と直交するＸ方向に延びているＸ軸ガイドレール６を備えている。本実施形態のＸ軸ガイドレール６は、図１に示すように、その一端６ａに位置している第１連結プレート６１と、他端６ｂに位置している第２連結プレート６２とを有する。そして、本実施形態のＸ軸ガイドレール６は、一端６ａが第１連結プレート６１を介して第１Ｙ軸スライダ４に連結し、且つ他端６ｂが第２連結プレート６２を介して第２Ｙ軸スライダ５に連結している。なお、Ｘ軸ガイドレール６は、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５に直接連結することもできる。

本実施形態のＸ軸ガイドレール６は、四角柱状の角軸であり、Ｘ方向に平行な第３案内面６３を有する。本実施形態においては、Ｘ軸ガイドレール６の周方向における全面が第３案内面６３として機能する。

本実施形態のステージ装置１は、第３案内面６３に沿ってＸ方向に移動可能であるＸ軸スライダ７を備えている。本実施形態のＸ軸スライダ７は、Ｘ軸ガイドレール６とともに、上述した第１Ｙ軸エアースライド１Ａおよび第２Ｙ軸エアースライド１Ｂと同様の空気静圧方式のＸ軸エアースライド１Ｃを構成している。すなわち、本実施形態のＸ軸スライダ７は、Ｘ軸ガイドレール６の一部を周方向に取り囲んでいる。Ｘ軸スライダ７と第３案内面６３との間には、微小隙間が存在している。この微小隙間に加圧気体を供給すると静圧流体層が形成され、Ｘ軸スライダ７が第３案内面６３に対して静圧支持されることから、Ｘ軸エアースライド１Ｃを空気静圧方式のエアースライドとして機能させることができる。

本実施形態のステージ装置１は、Ｘ軸スライダ７上に位置する図示しないテーブルを備えている。このテーブルは、半導体ウェハなどの被搬送物を載せるためのものである。第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５をＹ方向に移動させ、Ｘ軸スライダ７をＸ方向移動させることによって、テーブルをＸＹ方向に移動させることができ、その結果、被搬送物を位置決めすることができる。

なお、本実施形態のＸ軸スライダ７は、図１に示すように、上面視において、略矩形状である。また、上面視において、Ｘ軸エアースライド１Ｃ、上述した第１Ｙ軸エアースライド１Ａおよび第２Ｙ軸エアースライド１Ｂは、ステージベース１００の上面１０１にＨ型に配置されている。

本実施形態のステージ装置１は、上述の通り、第１ＸＹ拘束ユニット８および第２ＸＹ拘束ユニット９を含んでいる。本実施形態において、第１ＸＹ拘束ユニット８は、第１Ｙ軸スライダ４とＸ軸ガイドレール６とを連結しており、第２ＸＹ拘束ユニット９は、第２Ｙ軸スライダ５とＸ軸ガイドレール６とを連結している。

より具体的に説明すると、本実施形態において、第１ＸＹ拘束ユニット８は、後述する第１アーム１２を介してＸ軸ガイドレール６の一端６ａと連結しており、第２ＸＹ拘束ユニット９は、後述する第２アーム１３を介してＸ軸ガイドレール６の他端６ｂと連結している。なお、第１ＸＹ拘束ユニット８および第２ＸＹ拘束ユニット９は、Ｘ軸ガイドレール６と直接連結することもできる。

第１ＸＹ拘束ユニット８は、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれに直交するＺ方向を軸として、Ｘ軸ガイドレール６と第１Ｙ軸スライダ４とを矢印Ａ方向に回転可能としている。同様に、第２ＸＹ拘束ユニット９は、Ｚ方向を軸としてＸ軸ガイドレール６と第２Ｙ軸スライダ５とを矢印Ａ方向に回転可能としている。

本実施形態のステージ装置１は、第１Ｙ軸スライダ４に載置された第１支持用ボール１０と、第２Ｙ軸スライダ５に載置された第２支持用ボール１１とを備えている。本実施形態において、第１支持用ボール１０は、第１Ｙ軸スライダ４の上面４１上に載置されており、第２支持用ボール１１は、第２Ｙ軸スライダ５の上面５１上に載置されている。

より具体的に説明すると、第１Ｙ軸スライダ４の上面４１は、その略中央部に位置している第１載置部４１１を有する。第１支持用ボール１０は、第１載置部４１１を介して上面４１上に載置されている。同様に、第２Ｙ軸スライダ５の上面５１は、その略中央部に位置している第２載置部５１１を有し、第２支持用ボール１１は、第２載置部５１１を介して上面５１上に載置されている。

また、図１に示すように、上面視において、本実施形態の第１支持用ボール１０は、第１Ｙ軸ガイドレール２の中心線Ｌ２上に位置している。同様に、上面視において、本実施形態の第２支持用ボール１１は、第２Ｙ軸ガイドレール３の中心線Ｌ３上に位置している。

本実施形態のステージ装置１は、一端１２ａがＸ軸ガイドレール６に接続しているとともに、他端１２ｂが第１支持用ボール１０に支持された第１アーム１２と、一端１３ａがＸ軸ガイドレール６に接続しているとともに、他端１３ｂが第２支持用ボール１１に支持された第２アーム１３とを備えている。すなわち、本実施形態においては、Ｘ軸ガイドレール６と第１Ｙ軸スライダ４とのＺ方向における連結に、第１支持用ボール１０に第１アーム１２を搭載する構造を採用している。同様に、本実施形態においては、Ｘ軸ガイドレール６と第２Ｙ軸スライダ５とのＺ方向における連結に、第２支持用ボール１１に第２アーム１３を搭載する構造を採用している。

本実施形態の第１アーム１２の一端１２ａは、図１および図４に示すように、第１連結プレート６１を介してＸ軸ガイドレール６の一端６ａと接続している。同様に、本実施形態の第２アーム１３の一端１３ａは、第２連結プレート６２を介してＸ軸ガイドレール６の他端６ｂと接続している。なお、第１アーム１２の一端１２ａおよび第２アーム１３の一端１３ａは、Ｘ軸ガイドレール６と直接接続することもできる。

ここで、上述した第１ＸＹ拘束ユニット８は、図１〜図４に示すように、Ｚ方向に沿った第１貫通孔８１１を有する第１Ｙ軸ベース８１と、一部が第１貫通孔８１１を上下方向から挟むように位置している第１Ｘ軸ベース８２と、第１貫通孔８１１に挿入されている第１シャフト８３と、第１シャフト８３を周方向に取り囲むように配列した複数の第１ベアリングボール８４とを有する。以下、本実施形態の第１ＸＹ拘束ユニット８の各構成要素について、詳細に説明する。

本実施形態の第１Ｙ軸ベース８１は、図３および図４に示すように、そのＺ方向における両端部近傍に位置している複数のネジ挿通孔８１３を介したネジ固定によって、第１Ｙ軸スライダ４に接続している。また、本実施形態の第１Ｙ軸ベース８１は、そのＺ方向における略中央部からＸ方向に延びている第１挿入部８１２を有する。図３に示すように、この第１挿入部８１２の略中央部に、上述した第１貫通孔８１１が位置しており、第１貫通孔８１１に第１シャフト８３が挿入されている。そして、第１ＸＹ拘束ユニット８は、図４に示すように、第１シャフト８３のＺ方向に沿った中心線Ｌ８３を中心として、Ｘ軸ガイドレール６と第１Ｙ軸スライダ４とを矢印Ａ方向に若干回転可能としている。

一方、第１Ｘ軸ベース８２は、Ｘ軸ガイドレール６に接続している。第１Ｘ軸ベース８２は、第１アーム１２を介してＸ軸ガイドレール６に接続していてもよいし、Ｘ軸ガイドレール６に直接接続していてもよい。本実施形態の第１Ｘ軸ベース８２は、図４に示すように、そのＺ方向における両端部近傍に位置している複数のネジ挿通孔８２３を介したネジ固定によって、第１アーム１２を介してＸ軸ガイドレール６に接続している。

第１シャフト８３は、図３に示すように、略円柱状であり、上述の通り、第１貫通孔８１１に挿入されている。そして、第１シャフト８３のうち第１貫通孔８１１から露出している上部８３ａおよび下部８３ｂのそれぞれが、上述した第１Ｘ軸ベース８２に固定されている。

具体的に説明すると、本実施形態の第１Ｘ軸ベース８２は、第１シャフト８３の上部８３ａを固定する第１上固定部８２１と、下部８３ｂを固定する第１下固定部８２２とを有する。第１上固定部８２１は、図４に示すように、第１Ｘ軸ベース８２のＺ方向における上部側からＹ方向に延びている部位であり、その略中央部にＺ方向に沿った第１上貫通孔８２１ａを有する。同様に、第１下固定部８２２は、第１Ｘ軸ベース８２のＺ方向における下部側からＹ方向に延びている部位であり、図３に示すように、その略中央部にＺ方向に沿った第１下貫通孔８２２ａを有する。

そして、第１シャフト８３は、その上部８３ａが第１上貫通孔８２１ａに挿入され、中央部８３ｃが第１貫通孔８１１に挿入され、下部８３ｂが第１下貫通孔８２２ａに挿入されている。

ここで、第１上固定部８２１は、図４に示すように、第１上貫通孔８２１ａをＸ方向およびＺ方向に沿って切断した半割り形状に対応している一半部８２１ｂおよび他半部８２１ｃを有する。一半部８２１ｂは、第１Ｘ軸ベース８２の基端部８２４に連続しており、他半部８２１ｃは、自由に動かすことができる。このような構成によれば、以下のようにして第１シャフト８３の上部８３ａを第１上固定部８２１によって固定することができる。

まず、一半部８２１ｂおよび他半部８２１ｃの間に、第１シャフト８３の上部８３ａを挟む。次に、他半部８２１ｃに位置している一対のネジ挿通孔８２５、８２５に、図示しない一対の固定ネジを挿通し、その先端部を、一半部８２１ｂに位置している図示しない一対のネジ孔に嵌める。そして、他半部８２１ｃを上述した一対の固定ネジによって矢印Ｂ方向に締付けると、第１シャフト８３の上部８３ａが、一半部８２１ｂおよび他半部８２１ｃによって挟まれた状態で第１上固定部８２１によって固定される。

上述した第１上固定部８２１と同様に、第１下固定部８２２も一半部８２２ｂおよび他半部８２２ｃを有する。したがって、第１下固定部８２２による第１シャフト８３の下部８３ｂの固定も、上述した第１上固定部８２１と同様にして行うことができる。その結果、第１シャフト８３の上部８３ａおよび下部８３ｂのそれぞれを、第１Ｘ軸ベース８２によって固定することができる。

一方、図３に示すように、複数の第１ベアリングボール８４は、第１貫通孔８１１の内周面と第１シャフト８３の外周面との間に位置している。本実施形態において、複数の第１ベアリングボール８４は、第１貫通孔８１１の内周面と、第１シャフト８３の外周面のうち中央部８３ｃにおける外周面との間に位置している。そして、複数の第１ベアリングボール８４は、上述の通り、第１シャフト８３を周方向に取り囲むように配列している。

このような構成によれば、複数の第１ベアリングボール８４が、回転ベアリングとして機能することから、第１シャフト８３の中心線Ｌ８３を中心として、Ｘ軸ガイドレール６と第１Ｙ軸スライダ４とをスムーズに回転させることが可能となる。また、複数の第１ベアリングボール８４が、第１Ｙ軸スライダ４のローリング方向に自由に動く単列構造をなすことから、第１Ｙ軸スライダ４のローリング成分を吸収してステージの姿勢精度を向上させることが可能となる。

本実施形態の第１ＸＹ拘束ユニット８は、大略、上述した構成要素によって構成されている。ここで、第２ＸＹ拘束ユニット９も、上述した第１ＸＹ拘束ユニット８と同一の構成を備えている。すなわち、本実施形態の第２ＸＹ拘束ユニット９は、図１および図２に示すように、第２Ｙ軸スライダ５に接続しているとともにＺ方向に沿った第２貫通孔９１１を有する第２Ｙ軸ベース９１と、Ｘ軸ガイドレール６に接続した第２Ｘ軸ベース９２と、第２貫通孔９１１に挿入されているとともに第２Ｘ軸ベース９２に固定された第２シャフト９３と、第２貫通孔９１１の内周面と第２シャフト９３の外周面との間に位置しているとともに第２シャフト９３を周方向に取り囲むように配列した図示しない複数の第２ベアリングボールとを有する。また、第２Ｘ軸ベース９２は、第２アーム１３を介してＸ軸ガイドレール６に接続していてもよいし、Ｘ軸ガイドレール６に直接接続していてもよい。本実施形態の第２Ｘ軸ベース９２は、上述した第１Ｘ軸ベース８２と同様に、第２アーム１３を介してＸ軸ガイドレール６に接続している。

このような構成によれば、次のような効果を奏することが可能となる。すなわち、本実施形態においては、第１ＸＹ拘束ユニット８および第２ＸＹ拘束ユニット９と、第１アーム１２および第２アーム１３との双方を有することによって、Ｘ軸ガイドレール６と第１Ｙ軸スライダ４との連結構造、およびＸ軸ガイドレール６と第２Ｙ軸スライダ５との連結構造が、矢印Ａに示す回転方向に自由度を有するようになる。その結果、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５を別々に駆動させても、制御の位置ずれが第１ＸＹ拘束ユニット８および第２ＸＹ拘束ユニット９によって吸収されて各スライダに伝わり難くなることから、ヨーイングの姿勢精度が悪化するのを抑制することが可能となる。また、Ｘ軸ガイドレール６に連結された第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５に加わる応力を低減できることから、浮上量を確保することができ、それゆえ第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５と、第１Ｙ軸ガイドレール２および第２Ｙ軸ガイドレール３とが接触して動かなくなることを抑制することができる。さらに、連結に関与する部品の精度を緩めることができ、ステージ装置１の組み立てを比較的簡単に行うことも可能となる。そして、暴走した際にも、第１ＸＹ拘束ユニット８および第２ＸＹ拘束ユニット９が応力を吸収して連結構造に応力が集中し難くなることから、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５が破損するのを抑制することが可能となる。すなわち、上述した構成によれば、連結構造にヨーイング方向の自由度があることから、暴走しても衝撃力が吸収され、破損する場合には、第１ＸＹ拘束ユニット８および第２ＸＹ拘束ユニット９が破損するようになる。その結果、破損したときのメンテナンスが各ＸＹ拘束ユニットの交換のみで済むことから、メンテナンスが容易になる。

また、このような効果を向上させる上で、本実施形態のステージ装置１は、図１に示すように、第１ＸＹ拘束ユニット８および第２ＸＹ拘束ユニット９をそれぞれ２つずつ備えている。２つの第１ＸＹ拘束ユニット８、８は、Ｘ方向およびＹ方向に平行なＸＹ平面において、Ｘ軸ガイドレール６を介して互いに離れている。同様に、２つの第２ＸＹ拘束ユニット９、９は、ＸＹ平面において、Ｘ軸ガイドレール６を介して互いに離れている。

このような構成によれば、４つのＸＹ拘束ユニットによって、上述した連結構造が、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５の左右対称形状を保ちながら、矢印Ａに示す回転方向の自由度を有するようになる。それゆえ、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５を別々に駆動させたときの制御の位置ずれ、および暴走した際の応力が、４つのＸＹ拘束ユニットによってバランスよく吸収されるようになり、結果として、上述した効果を向上させることが可能となる。

なお、上面視において、本実施形態の２つの第１ＸＹ拘束ユニット８、８は、Ｘ軸ガイドレール６の中心線Ｌ６を対称軸として、対称となるように位置している。同様に、上面視において、本実施形態の２つの第２ＸＹ拘束ユニット９、９は、中心線Ｌ６を対称軸として、対称となるように位置している。

また、本実施形態のステージ装置１は、第１ＸＹ拘束ユニット８および第２ＸＹ拘束ユニット９をそれぞれ２つずつ備えていることに伴って、第１アーム１２および第２アーム１３、並びに第１支持用ボール１０および第２支持用ボール１１も、それぞれ２つずつ備えている。

本実施形態の第１ＸＹ拘束ユニット８は、図３に示すように、第１シャフト５３の中央部８３ｃを周方向に取り囲むとともに、Ｚ方向において、複数の第１ベアリングボール８４を介して互いに離れた一対の第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ｂをさらに有する。同様に、本実施形態の第２ＸＹ拘束ユニット９も、第２シャフト９３を周方向に取り囲むとともにＺ方向において複数の第２ベアリングボールを介して互いに離れた図示しない一対の第２ベアリングＯリングをさらに有する。このような構成によれば、一対の第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ｂおよび一対の第２ベアリングＯリングが、ダンピング部材として機能することから、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５の停止時の振動がはやく減衰するため、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５の位置決め時間を短くすることが可能となる。

また、このような効果を向上させる上で、本実施形態の第１ＸＹ拘束ユニット８は、一対の第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ｂを２組備えている。すなわち、本実施形態の第１ＸＹ拘束ユニット８は、２つの第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ａおよび２つの第１ベアリングＯリング８５ｂ、８５ｂを備えている。２つの第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ａおよび２つの第１ベアリングＯリング８５ｂ、８５ｂはいずれも、第１ＸＹ拘束ユニット８が有する２つのリテーナ８６ａ、８６ｂに取り付けられている。

具体的に説明すると、本実施形態の２つのリテーナ８６ａ、８６ｂはいずれも、円環状であり、その外周面および内周面のそれぞれに、切り欠き部８６１、８６１を有する。この切り欠き部８６１、８６１のそれぞれに、２つの第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ａおよび２つの第１ベアリングＯリング８５ｂ、８５ｂを収容する。

そして、互いに隣接している第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ａの間に、複数の取り付けネジ８７の先端部を介在させることによって、２つの第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ａが、互いに離れた状態でリテーナ８６ａに取り付けられている。同様に、互いに隣接している第１ベアリングＯリング８５ｂ、８５ｂの間に、複数の取り付けネジ８７の先端部を介在させることによって、２つの第１ベアリングＯリング８５ｂ、８５ｂが、互いに離れた状態でリテーナ８６ｂに取り付けられている。

また、上述した効果を向上させる上で、本実施形態の第１ＸＹ拘束ユニット８は、一対の第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ｂが、上下対称となるように位置している。すなわち、本実施形態の一対の第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ｂは、複数の第１ベアリングボール８４のうち、互いに最も離れている２つの第１ベアリングボール８４、８４の中心８４ａ、８４ａ同士を結ぶ直線Ｌ８４を対称軸として、上下対称となるように位置している。

なお、本実施形態の第２ＸＹ拘束ユニット９は、第１ＸＹ拘束ユニット８と同一の構成を備えていることから、第１ＸＹ拘束ユニット８と同様に、一対の第２ベアリングＯリングを２つ備えており、各第２ベアリングＯリングを２つのリテーナに取り付けており、一対の第２ベアリングＯリングが上下対称となるように位置している。一対の第１ベアリングＯリング８５ａ、８５ｂおよび一対の第２ベアリングＯリングの構成材料としては、例えばニトリルゴム、フッ素ゴムなどのゴムが挙げられる。リテーナの構成材料としては、例えばテフロン（登録商標）などの樹脂が挙げられる。

第１Ｘ軸ベース８２、第２Ｘ軸ベース９２、第１Ｙ軸ベース８１、第２Ｙ軸ベース９１、第１シャフト８３、第２シャフト９３、第１ベアリングボール８４および第２ベアリングボールは、セラミックスからなるのが好ましい。これにより、ヒステリシスを少なくすることができ、姿勢精度の再現性を向上させることができる。セラミックスとしては、例えばアルミナ、ジルコニア、窒化珪素などが挙げられる。

一方、本実施形態のステージ装置１は、図１に示すように、第１Ｙ軸スライダ４とＸ軸ガイドレール６との連結部である第１連結部１４と、第２Ｙ軸スライダ５とＸ軸ガイドレール６との連結部である第２連結部１５とを備えている。本実施形態において、第１連結部１４は、上述した第１連結プレート６１を介したＸ軸ガイドレール６の一端６ａと第１Ｙ軸スライダ４との連結部である。また、本実施形態において、第２連結部１５は、上述した第２連結プレート６２を介したＸ軸ガイドレール６の他端６ｂと第２Ｙ軸スライダ５との連結部である。

そして、本実施形態のステージ装置１は、第１連結部１４において、第１Ｙ軸スライダ４とＸ軸ガイドレール６の第１連結プレート６１との間に介在した第１介在Ｏリング１６と、第２連結部１５において、第２Ｙ軸スライダ５とＸ軸ガイドレール６の第２連結プレート６２との間に介在した第２介在Ｏリング１７とをさらに備えている。このような構成によれば、第１介在Ｏリング１６および第２介在Ｏリング１７が、ダンピング部材として機能することから、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５の停止時の振動がはやく減衰するため、第１Ｙ軸スライダ４および第２Ｙ軸スライダ５の位置決め時間を短くすることが可能となる。第１介在Ｏリング１６および第２介在Ｏリング１７の構成材料としては、例えばニトリルゴム、フッ素ゴムなどのゴムが挙げられる。

また、本実施形態において、第１Ｙ軸スライダ４、第２Ｙ軸スライダ５およびＸ軸ガイドレール６のそれぞれの内部には、第１連結部１４および第２連結部１５において互いにつながった図示しない排気経路が形成されている。このような構成によれば、本実施形態のステージ装置１が真空対応型になることから、真空中での使用が可能となる。すなわち、上述した第１介在Ｏリング１６および第２介在Ｏリング１７によって、第１Ｙ軸スライダ４とＸ軸ガイドレール６との間、および第２Ｙ軸スライダ５とＸ軸ガイドレール６との間を、気密に封止することができる。したがって、排気経路に真空ポンプなどの排気手段を接続すれば、上述した静圧流体層を形成する際に供給した加圧気体を、排気経路を介して外部に排気することができ、それゆえ真空度を保持した状態での使用が可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るＸＹ拘束ユニットおよびステージ装置について説明する。本実施形態においては、第１ＸＹ拘束ユニット８および第２ＸＹ拘束ユニット９が、上述した第１実施形態と異なる構成を有する。すなわち、第１実施形態の第１ＸＹ拘束ユニット８では、第１Ｙ軸ベース８１が第１貫通孔８１１を有し、第１シャフト８３が第１Ｘ軸ベース８２に固定されている。これに対し、本実施形態においては、第１Ｘ軸ベース８２が第１貫通孔８１１を有し、第１シャフト８３が第１Ｙ軸ベース８１に固定されている。

同様に、第１実施形態の第２ＸＹ拘束ユニット９では、第２Ｙ軸ベース９１が第２貫通孔９１１を有し、第２シャフト９３が第２Ｘ軸ベース９２に固定されている。これに対し、本実施形態においては、第２Ｘ軸ベース９２が第２貫通孔９１１を有し、第２シャフト９３が第２Ｙ軸ベース９１に固定されている。このような構成によっても、第１実施形態に係るＸＹ拘束ユニットおよびステージ装置１と同じ効果を奏することが可能となる。
その他の構成は、第１実施形態に係るＸＹ拘束ユニットおよびステージ装置１と同様であるので、説明を省略する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るＸＹ拘束ユニットおよびステージ装置について説明する。本実施形態においては、第１ＸＹ拘束ユニット８は、上述した第１実施形態と同じ構成を有する。すなわち、本実施形態の第１ＸＹ拘束ユニット８は、第１Ｙ軸ベース８１が第１貫通孔８１１を有し、第１シャフト８３が第１Ｘ軸ベース８２に固定されている。

一方、本実施形態においては、第２ＸＹ拘束ユニット９が、上述した第１実施形態と異なる構成を有する。すなわち、第１実施形態の第２ＸＹ拘束ユニット９では、第２Ｙ軸ベース９１が第２貫通孔９１１を有し、第２シャフト９３が第２Ｘ軸ベース９２に固定されている。これに対し、本実施形態においては、第２Ｘ軸ベース９２が第２貫通孔９１１を有し、第２シャフト９３が第２Ｙ軸ベース９１に固定されている。このような構成によっても、第１実施形態に係るＸＹ拘束ユニットおよびステージ装置１と同じ効果を奏することが可能となる。
その他の構成は、第１実施形態に係るＸＹ拘束ユニットおよびステージ装置１と同様であるので、説明を省略する。

＜真空ステージ装置＞
次に、本発明の一実施形態に係る真空ステージ装置について説明する。本実施形態の真空ステージ装置は、上述したステージ装置１と、ステージ装置１を内部に収容した真空チャンバとを備えている。

ここで、上述した第１Ｙ軸ガイドレール２、第１Ｙ軸スライダ４、第２Ｙ軸ガイドレール３、第２Ｙ軸スライダ５、Ｘ軸ガイドレール６およびＸ軸スライダ７のそれぞれの内部には、互いにつながった排気経路が形成されている。この排気経路に真空ポンプなどの排気手段を接続すれば、上述した静圧流体層を形成する際に供給した加圧気体を、排気経路を介して外部に排気することができる。したがって、ステージ装置１を真空チャンバの内部に収容しても、真空チャンバの内部の真空度を維持できることから、真空中で被搬送物を搬送して所定位置に位置決めすることが可能となる。また、本実施形態の真空ステージ装置は、上述したステージ装置１を備えていることから、ヨーイングの姿勢精度に優れ、それゆえ被搬送物を高精度に位置決めすることができる。

本実施形態の真空ステージ装置は、例えば精密加工装置および精密測定装置、並びに半導体の製造工程に用いられる描画装置および露光装置などに好適であるが、これらに限定されるものではない。すなわち、本実施形態の真空ステージ装置は、真空中で被搬送物を搬送して所定位置に位置決めすることが要求される分野において、好適に使用することができる。

以上、本発明に係るいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができるのは言うまでもない。

例えば、上述の第１実施形態に係るステージ装置１では、第１Ｙ軸ガイドレール２、第２Ｙ軸ガイドレール３およびＸ軸ガイドレール６が四角柱状であるが、これに代えて、各ガイドレールを、例えば三角柱状、五角柱状、六角柱状などの他の角柱状にすることができる。

１ステージ装置
１Ａ第１Ｙ軸エアースライド
１Ｂ第２Ｙ軸エアースライド
１ＣＸ軸エアースライド
２第１Ｙ軸ガイドレール
２１第１案内面
３第２Ｙ軸ガイドレール
３１第２案内面
４第１Ｙ軸スライダ
４１上面
４１１第１載置部
５第２Ｙ軸スライダ
５１上面
５１１第２載置部
６Ｘ軸ガイドレール
６ａ一端
６ｂ他端
６１第１連結プレート
６２第２連結プレート
６３第３案内面
７Ｘ軸スライダ
８第１ＸＹ拘束ユニット
８１第１Ｙ軸ベース
８１１第１貫通孔
８１２第１挿入部
８１３ネジ挿通孔
８２第１Ｘ軸ベース
８２１第１上固定部
８２１ａ第１上貫通孔
８２１ｂ一半部
８２１ｃ他半部
８２２第１下固定部
８２２ａ第１下貫通孔
８２２ｂ一半部
８２２ｃ他半部
８２３ネジ挿通孔
８２４基端部
８２５ネジ挿通孔
８３第１シャフト
８３ａ上部
８３ｂ下部
８３ｃ中央部
８４第１ベアリングボール
８４ａ中心
８５ａ第１ベアリングＯリング
８５ｂ第１ベアリングＯリング
８６ａリテーナ
８６ｂリテーナ
８６１切り欠き部
８７取り付けネジ
９第２ＸＹ拘束ユニット
９１第２Ｙ軸ベース
９１１第２貫通孔
９２第２Ｘ軸ベース
９３第２シャフト
１０第１支持用ボール
１１第２支持用ボール
１２第１アーム
１２ａ一端
１２ｂ他端
１３第２アーム
１３ａ一端
１３ｂ他端
１４第１連結部
１５第２連結部
１６第１介在Ｏリング
１７第２介在Ｏリング
１００ステージベース
１０１上面
１０２固定ネジ

Claims

ＸＹ仮想平面のＹ軸に平行な第１案内面を有する第１Ｙ軸ガイドと、
前記Ｙ軸に平行な第２案内面を有する第２Ｙ軸ガイドと、
前記第１案内面に沿って前記Ｙ軸に沿って移動可能である第１Ｙ軸スライダと、
前記第２案内面に沿って前記Ｙ軸に沿って移動可能である第２Ｙ軸スライダと、
一端が前記第１Ｙ軸スライダに接続し、且つ他端が前記第２Ｙ軸スライダに接続しているとともに、前記ＸＹ仮想平面のＸ軸に平行な第３案内面を有するＸ軸ガイドと、
前記第３案内面に沿って前記Ｘ軸に沿って移動可能であるＸ軸スライダと、
前記第１Ｙ軸スライダと前記Ｘ軸ガイドとを接続している第１ＸＹ拘束ユニットと、
前記第２Ｙ軸スライダと前記Ｘ軸ガイドとを接続している第２ＸＹ拘束ユニットとを備え、
前記第１ＸＹ拘束ユニットおよび前記第２ＸＹ拘束ユニットは、
前記Ｙ軸スライダに接続したＹ軸ベースと、
前記Ｘ軸ガイドに接続したＸ軸ベースとを備え、
前記Ｙ軸ベースと前記Ｘ軸ベースとが前記ＸＹ仮想平面と交差するＺ軸の周りに回転可能に、前記Ｙ軸ベースが前記Ｙ軸スライダに接続しており、かつ前記Ｘ軸ベースが前記Ｘ軸ガイドに接続しており、
前記第１ＸＹ拘束ユニットは、前記第１Ｙ軸スライダに接続した第１Ｙ軸ベースと、前記Ｘ軸ガイドに接続するとともに前記ＸＹ仮想平面に直交する前記Ｚ軸に沿った第１孔を有する第１Ｘ軸ベースと、前記第１孔に挿入されているとともに前記第１Ｙ軸ベースに固定された第１接続部材と、前記第１孔の内周面と前記第１接続部材の外周面との間に位置している第１ベアリング部材とを有し、
前記第２ＸＹ拘束ユニットは、前記第２Ｙ軸スライダに接続した第２Ｙ軸ベースと、前記Ｘ軸ガイドに接続するとともに前記Ｚ軸に沿った第２孔を有する第２Ｘ軸ベースと、前記第２孔に挿入されているとともに前記第２Ｙ軸ベースに固定された第２接続部材と、前記第２孔の内周面と前記第２接続部材の外周面との間に位置している第２ベアリング部材とを有し、
前記第１ベアリング部材および前記第２ベアリング部材はいずれも複数のベアリングボールであることを特徴とするステージ装置。
ＸＹ仮想平面のＹ軸に平行な第１案内面を有する第１Ｙ軸ガイドと、
前記Ｙ軸に平行な第２案内面を有する第２Ｙ軸ガイドと、
前記第１案内面に沿って前記Ｙ軸に沿って移動可能である第１Ｙ軸スライダと、
前記第２案内面に沿って前記Ｙ軸に沿って移動可能である第２Ｙ軸スライダと、
一端が前記第１Ｙ軸スライダに接続し、且つ他端が前記第２Ｙ軸スライダに接続しているとともに、前記ＸＹ仮想平面のＸ軸に平行な第３案内面を有するＸ軸ガイドと、
前記第３案内面に沿って前記Ｘ軸に沿って移動可能であるＸ軸スライダと、
前記第１Ｙ軸スライダと前記Ｘ軸ガイドとを接続している第１ＸＹ拘束ユニットと、
前記第２Ｙ軸スライダと前記Ｘ軸ガイドとを接続している第２ＸＹ拘束ユニットとを備え、
前記第１ＸＹ拘束ユニットおよび前記第２ＸＹ拘束ユニットは、
前記Ｙ軸スライダに接続したＹ軸ベースと、
前記Ｘ軸ガイドに接続したＸ軸ベースとを備え、
前記Ｙ軸ベースと前記Ｘ軸ベースとが前記ＸＹ仮想平面と交差するＺ軸の周りに回転可能に、前記Ｙ軸ベースが前記Ｙ軸スライダに接続しており、かつ前記Ｘ軸ベースが前記Ｘ軸ガイドに接続しており、
前記第１ＸＹ拘束ユニットは、前記第１Ｙ軸スライダに接続しているとともに前記ＸＹ仮想平面に直交する前記Ｚ軸に沿った第１孔を有する第１Ｙ軸ベースと、前記Ｘ軸ガイドに接続した第１Ｘ軸ベースと、前記第１孔に挿入されているとともに前記第１Ｘ軸ベースに固定された第１接続部材と、前記第１孔の内周面と前記第１接続部材の外周面との間に位置している第１ベアリング部材とを有し、
前記第２ＸＹ拘束ユニットは、前記第２Ｙ軸スライダに接続した第２Ｙ軸ベースと、前記Ｘ軸ガイドに接続しているとともに前記Ｚ軸に沿った第２孔を有する第２Ｘ軸ベースと、前記第２孔に挿入されているとともに前記第２Ｙ軸ベースに固定された第２接続部材と、前記第２孔の内周面と前記第２接続部材の外周面との間に位置している第２ベアリング部材とを有し、
前記第１ベアリング部材および前記第２ベアリング部材はいずれも複数のベアリングボールであることを特徴とするステージ装置。
請求項１または２に記載のステージ装置において、
前記第１Ｘ軸ベース、前記第２Ｘ軸ベース、前記第１Ｙ軸ベース、前記第２Ｙ軸ベース、前記第１接続部材、前記第２接続部材、前記第１ベアリング部材および前記第２ベアリング部材は、セラミックスからなることを特徴とするステージ装置。
請求項１または２に記載のステージ装置において、
前記第１ＸＹ拘束ユニットは、前記第１接続部材を周方向に取り囲むとともに、前記第１ベアリング部材を介して、前記Ｚ軸に沿って互いに離れた一対の第１ベアリングＯリングをさらに有し、
前記第２ＸＹ拘束ユニットは、前記第２接続部材を周方向に取り囲むとともに、前記第２ベアリング部材を介して、前記Ｚ軸に沿って互いに離れた一対の第２ベアリングＯリングをさらに有することを特徴とするステージ装置。
請求項１または２に記載のステージ装置において、
前記第１Ｙ軸スライダに載置された第１支持用ボールと、
前記第２Ｙ軸スライダに載置された第２支持用ボールと、
一端が前記Ｘ軸ガイドに接続しているとともに、他端が前記第１支持用ボールに支持された第１アームと、
一端が前記Ｘ軸ガイドに接続しているとともに、他端が前記第２支持用ボールに支持された第２アームとをさらに備えていることを特徴とするステージ装置。
請求項１または２に記載のステージ装置において、
前記第１ＸＹ拘束ユニットおよび前記第２ＸＹ拘束ユニットをそれぞれ２つずつ備えており、
２つの前記第１ＸＹ拘束ユニットは、前記ＸＹ仮想平面において、前記Ｘ軸ガイドを介して互いに離れており、
２つの前記第２ＸＹ拘束ユニットは、前記XY仮想平面において、前記Ｘ軸ガイドを介して互いに離れていることを特徴とするステージ装置。
請求項１または２に記載のステージ装置において、
前記第１Ｙ軸スライダと前記Ｘ軸ガイドとの第１連結部において、前記第１Ｙ軸スライダと前記Ｘ軸ガイドとの間に介在した第１介在Ｏリングと、
前記第２Ｙ軸スライダと前記Ｘ軸ガイドとの第２連結部において、前記第２Ｙ軸スライダと前記Ｘ軸ガイドとの間に介在した第２介在Ｏリングとをさらに備え、
前記第１Ｙ軸スライダ、前記第２Ｙ軸スライダおよび前記Ｘ軸ガイドのそれぞれの内部には、前記第１連結部および前記第２連結部において互いにつながった排気経路が形成されていることを特徴とするステージ装置。
請求項１または２に記載のステージ装置において、真空チャンバの内部に収容されて用いられることを特徴とするステージ装置。