KR101076950B1 - Flat surface stage apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무거운 정반(定盤)을 사용하지 않고도, 평면 스테이지 표면을 높은 정밀도로 평면으로 유지할 수 있고, 장치 중량이 가볍고, 또한 제작 비용도 저렴한 평면 스테이지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a planar stage device which can maintain a planar stage surface in a high precision plane without using a heavy platen, which is light in weight and low in manufacturing cost.
워크를 올려놓는 평면판(1)에 지지 부재(10)로 3개소 이상에서 지지한다. 또, 이 평면판(1)을 XY축방향으로 이동시키는 구동 기구를 설치한다. 상기 지지 부재(10)는, 평면판(1)과 대향하여 배치되는 에어 베어링을 구비하고, 이 지지 부재(10)에 의해 상기 평면판(1)을 부상(浮上)시킴과 동시에, 평면판(1)을, 이 평면판(1)의 평면에 대해 직교하는 방향으로 임의의 추력(推力)으로 변위시킨다. 그리고, 평면판의 변위 상태를, 선택된 변위 상태로 유지시키고, 상기 평면판의 워크가 올려 놓여지는 면을 수평이면서 평면으로 유지한다.The flat plate 1 on which the work is placed is supported by three or more places with the support member 10. Moreover, the drive mechanism which moves this flat plate 1 to an XY axis direction is provided. The support member 10 includes an air bearing disposed to face the flat plate 1, and lifts the flat plate 1 by the support member 10, and at the same time, the flat plate ( 1) is displaced by arbitrary thrust in the direction orthogonal to the plane of this flat plate 1. Then, the displacement state of the plane plate is maintained in the selected displacement state, and the plane on which the workpiece of the plane plate is placed is kept horizontal and plane.
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 평면 스테이지의 구성을 도시한 도면(측면도),BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 (side view) showing the configuration of a planar stage of a first embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 평면 스테이지의 구성을 도시한 도면(상면도),Fig. 2 is a diagram (top view) showing the configuration of the planar stage of the first embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예의 지지 부재의 구성을 도시한 도면,3 is a view showing the configuration of a supporting member of an embodiment of the present invention;
도 4는 에어 베어링의 갭·프리로드 곡선의 일례를 도시한 도면, 4 is a view showing an example of a gap preload curve of an air bearing;
도 5는 베이스 플레이트의 평면 정도가 나와 있지 않은 경우의 동작을 설명한 도면, 5 is a view for explaining the operation when the plane degree of the base plate is not shown;
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 포저와 플래튼을 도시한 도면,6 shows a poser and platen of a second embodiment of the present invention;
도 7은 포저를 갖는 패드의 단면 구성을 도시한 도면, 7 is a view showing a cross-sectional configuration of a pad having a poser;
도 8은 포저가 이동하는 동작 원리를 설명한 도면, 8 is a view illustrating an operation principle of moving the poser;
도 9는 에어에 의해 부상하여 이동하는 종래의 스테이지의 개략 구성을 도시한 도면이다.9 is a view showing a schematic configuration of a conventional stage which floats and moves by air.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1: 평면판 1a: 평면 보상판1: flat plate 1a: flat compensation plate
10, 10': 지지 부재 11: 에어 베어링10, 10 ': support member 11: air bearing
11a: 패드(에어 분출부) 1lb: 회전 베어링11a: Pad (Air Jet) 1 lb: Rotary Bearing
12: 중간대 13: 고정 디스크 12: middle zone 13: fixed disk
14: 스프링 15: 에어 실린더 14: spring 15: air cylinder
15a: 샤프트 16a: 패드15a: shaft 16a: pad
16b: 에어 로크 기구 17: 포저(이동자)16b: air lock mechanism 17: poser (moveer)
17a: 영구 자석 17b∼17e: 자극(磁極)17a: permanent magnets 17b to 17e: magnetic poles
17f, 17g: 코일 17h: 에어 분출 구멍17f, 17g:
20: 베이스 플레이트 31, 32: X축 이동 기소(機素) 20: base plate 31, 32: X axis moving indictment
33: Y축 이동 기소33: Y axis movement indictment
본 발명은, 워크 등을 올려놓는 평면판을 XY방향으로 이동시키는 평면 스테이지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plane stage device for moving a plane plate on which a work or the like is placed in the XY direction.
평면판을 XY방향(평면판의 면에 평행한 평면상의 직교하는 2축 방향)으로 이동시키는 XY평면 스테이지 장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다.As an XY plane stage apparatus which moves a flat plate in XY direction (two-axis direction orthogonal to the plane parallel to the surface of a flat plate), the thing of patent document 1 is known, for example.
이와 같은 스테이지는, 예를 들면 노광 장치의 워크 스테이지로서 사용된다. 최근, 액정 패널이나 프린트 기판은 해마다 대형화되고, 그에 수반하여, 이들을 노광하는 노광 장치의 워크 스테이지도 대형화되고 있다.Such a stage is used as a work stage of an exposure apparatus, for example. In recent years, a liquid crystal panel and a printed circuit board are enlarged year by year, and with this, the work stage of the exposure apparatus which exposes these is also enlarged.
XY평면 스테이지의, 워크를 흡착하는 평면 스테이지는, 정밀도 좋게 가공된 1장의 금속판이다. 대형화되면 그 만큼 중량이 증가하고, 위치 맞춤 등으로 XY방향으로 이동할 때, 큰 힘을 가할 필요가 있다.The flat stage which adsorb | sucks a workpiece | work of an XY flat stage is one metal plate processed with high precision. When it becomes large, the weight increases by that much, and when it moves to XY direction by alignment etc., it is necessary to apply a big force.
평면 스테이지가 대형화되어 중량이 증가하더라도, 작은 힘으로 이동되어지는 스테이지로서, 예를 들면 특허문헌 2에 기재된 것이 알려져 있다. 동 공보 도 4에는 평면 스테이지를 에어에 의해 부상시켜 이동시키는 구조가 도시되어 있다.Even if a planar stage becomes large and weight increases, what was described in
도 9에, 에어에 의해 부상하여 이동하는 스테이지의 개략 구성을 도시한다.9, the schematic structure of the stage which floats and moves with air is shown.
워크(W)가 올려 놓여지는 평면 스테이지(100)에는, 3개소 이상의 에어 베어링(101)이 장착되어 있으며, 표면이 정밀도 좋게 가공된 정반(102) 상을 부상하여 이동한다.Three or more air bearings 101 are attached to the
평면 스테이지의 이동 기구는, 예를 들면 상기 특허문헌 1에 나타난 바와 같은, 2개의 X축 이동 기소와 1개의 Y축 이동 기소를 평면 스테이지(100)에 장착한 것이 이용된다.As the movement mechanism of the planar stage, for example, the one in which two X-axis moving elements and one Y-axis moving element as shown in the patent document 1 is mounted on the
또, 평면 스테이지의 구동 기구로서, 예를 들면 특허문헌 3에 기재된 서페이스 모터 스테이지(소이어 모터 스테이지라고도 한다)가 알려져 있으며, 상기 도 9에 도시한 스테이지의 구동 기구로서 서페이스 모터를 이용하는 것도 고려된다.Moreover, as a drive mechanism of a planar stage, for example, the surface motor stage (also called a Sawyer motor stage) described in patent document 3 is known, It is also considered to use a surface motor as a drive mechanism of the stage shown in FIG.
서페이스 모터 스테이지는, 바둑판 눈금 형상 혹은 스트라이프 형상으로 강자성체의 볼록극이 설치된 평면 형상의 플래튼과, 에어 등으로 부상시킨 이동체(포저)로 구성되고, 이동체에 이동 자계(磁界)를 발생시키며, 이동체를 플래튼 상에서 이동시키도록 한 것이다.The surface motor stage is composed of a flat platen provided with ferromagnetic convex poles in a checkerboard grid shape or a stripe shape, and a moving body (poser) which is floated by air or the like, and generates a moving magnetic field in the moving body. To move on the platen.
도 9에서 서페이스 모터를 적용하는 경우, 정반(102) 상에 플래튼이 설치되고, 평면 스페이지(100)의 이면에 이동체가 장착된다.In the case of applying the surface motor in FIG. 9, the platen is installed on the surface plate 102, and the movable body is mounted on the rear surface of the
[특허문헌 1 일본국 특개평8-25163호 공보][Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 8-25163]
[특허문헌 2 일본국 특개2002-32129호 공보][
[특허문헌 3 일본국 특개평9-23689호 공보][Patent Document 3 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-23689]
도 9에 도시한 스테이지 장치는 다음과 같은 문제가 있다.The stage device shown in FIG. 9 has the following problems.
(1)워크가 올려 놓여지는 평면 스테이지의 표면뿐만 아니라, 정반의 표면도 높은 평면 정밀도로 가공해야 한다. 도 9에 도시한 것에서는, 평면 스테이지를 에어 베어링에 의해 부상시켜 정반 상을 이동시키며, 정반 표면의 평면 정도가 낮으면, 평면 스테이지는 기울어지거나 상하로 움직인다. 이 때문에, 정반의 표면도, 높은 평면 정밀도로 가공해야만 한다.(1) Not only the surface of the flat stage on which the work is placed, but also the surface of the surface plate should be processed with high plane accuracy. In the case shown in Fig. 9, the plane stage is lifted by the air bearing to move the surface plate, and when the surface degree of the surface surface is low, the plane stage is inclined or moves up and down. For this reason, the surface of a surface plate must also be processed with high plane precision.
(2)상술한 바와 같이, 정반의 표면을 높은 정밀도로 평면으로 유지할 필요가 있지만, 정반의 설치면, 최종적으로는, 평면 스테이지가 놓여지는 공장의 바닥면은 반드시 평탄한 것은 아니다. 따라서, 정반 표면을 높은 평면 정밀도로 가공하더라도, 정반의 강성(剛性)이 낮으면, 정반을 설치했을 때, 정반이 휘어지거나 하여 그 표면을 높은 정밀도로 평면으로 유지하는 것이 곤란하게 된다. 즉 정반의 표면을 높은 정밀도로 평면으로 유지하기 위해서는, 정반의 강성을 높게 할 필요가 있어, 정반의 중량이 증가한다.(2) As described above, it is necessary to keep the surface of the surface plate flat with high accuracy, but the mounting surface of the surface plate and finally, the bottom surface of the plant where the flat stage is placed is not necessarily flat. Therefore, even when the surface of the surface plate is processed with high plane accuracy, when the surface plate has low rigidity, when the surface plate is provided, the surface plate will bend and it will be difficult to maintain the surface in the plane with high accuracy. In other words, in order to maintain the surface of the surface plate in a high precision plane, it is necessary to increase the rigidity of the surface plate and the weight of the surface plate increases.
워크 사이즈가 큰 액정 패널이나 프린트 기판의 노광 장치의 스테이지로서 사용하는 경우, 예를 들면 중량이 1t∼10t까지도 된다.When using as a stage of the exposure apparatus of a liquid crystal panel and a printed board with a large workpiece size, weight may be 1t-10t, for example.
이 때문에, 장치 중량이 매우 무거워짐과 동시에, 장치 비용도 높아진다.Therefore, the weight of the device becomes very heavy and the device cost also increases.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은, 중량이 무거운 정반을 사용하지 않고도, 평면 스테이지 표면을 높은 정밀도로써 평면으로 유지할 수 있고, 장치 중량이 가벼우며, 또한 제작 비용도 저렴한 평면 스테이지 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to maintain a flat stage surface flat with high precision, without using a heavy surface plate, to reduce the weight of the apparatus, and to produce a manufacturing cost. It is also to provide an inexpensive planar stage device.
본 발명은 상기 과제를 다음과 같이 해결한다.The present invention solves the above problems as follows.
(1)워크를 올려놓는 평면판과, 이 평면판을 3개소 이상에서 지지하는 지지 부재와, 상기 평면판을, 적어도 이 평면에 평행하게 이동시키는 이동 기구를 구비한 평면 스테이지 장치에 있어서, 상기 지지 부재에, 평면판과 대향하여 배치되는 에어 베어링을 설치하고, 이 지지 부재에 의해 상기 평면판을 부상시키고, 평면판을, 이 평면판의 평면에 대해 직교하는 방향으로 임의의 추력으로 변위시킨다. 그리고, 평면판의 변위 상태를, 선택된 변위 상태로 유지시키고, 상기 평면판의 워크가 흡착 고정되는 면을 수평이면서 평면으로 유지한다.(1) A flat stage apparatus having a flat plate on which a work is placed, a supporting member for supporting the flat plate at three or more places, and a moving mechanism for moving the flat plate at least in parallel with the plane, wherein The support member is provided with an air bearing disposed to face the plane plate, and the support plate floats the plane plate, and the plane plate is displaced at any thrust in the direction orthogonal to the plane of the plane plate. . Then, the displacement state of the flat plate is maintained at the selected displacement state, and the plane on which the workpiece of the flat plate is adsorbed and fixed is kept horizontal and flat.
(2) 상기 이동 기구를, 상기 지지 부재의 에어 베어링에 설치된, 이동 자계를 발생하는 자극을 갖는 이동자와, 상기 평면판의 이면에, 상기 에어 베어링에 대향하여 설치된 바둑판 눈금 형상 혹은 스트라이프 형상으로 볼록극이 배치된 평면 형상의 플래튼으로 구성되는 구동 기구로 구성한다.(2) The moving mechanism is convex in a mover having a magnetic pole for generating a moving magnetic field provided on the air bearing of the supporting member, and a checkerboard graduation shape or stripe shape provided on the rear surface of the flat plate to face the air bearing. It consists of the drive mechanism which consists of a flat platen with a pole arrange | positioned.
[발명의 실시 형태][Embodiment of the Invention]
도 1, 도 2는 본 발명의 제1 실시예의 XY평면 스테이지의 구성을 도시한 도면으로, 도 1은 측단면도이고, 도 2는 평면도이다.1 and 2 are diagrams showing the configuration of the XY plane stage of the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a side cross-sectional view and FIG. 2 is a plan view.
또한, 도 1은 도 2의 A-A단면도로서, 도 1에는 도 2의 평면판을 그 평면에 평행한 직교하는 XY방향으로 이동시키는 이동 기구인 X축 이동 기소 및 Y축 이동 기소는 도시되어 있지 않다.FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2, and FIG. 1 does not show an X-axis moving insulator and a Y-axis moving insulator, which are moving mechanisms for moving the flat plate of FIG. 2 in an orthogonal XY direction parallel to the plane. .
도 1, 도 2에서, 워크(W)가 올려 놓여지는 평면판(1)은, 표면이 정밀도 좋게 평면 가공되고, 워크(W)를 흡착 유지하는 진공 흡착 홈(1a)이 형성되어 있다. 평면판(1)의 크기는, 예를 들면, 2200mm×2600mm×300mm이다.In FIG. 1 and FIG. 2, the flat plate 1 on which the work W is placed has a flat surface with high precision, and a vacuum suction groove 1a for adsorbing and holding the work W is formed. The size of the flat plate 1 is 2200 mm x 2600 mm x 300 mm, for example.
평면판(1)은, 평면 스테이지가 장착되는 장치, 예를 들면 노광 장치의 베이스 플레이트(20)에 대해, 3개소 이상에 설치된 지지 부재(10)에 의해 지지되어 있다. 또한 도 1, 도 2에서는 6개소에 설치된 지지 부재(10)에 의해, 평면판(1)을 지지한 예가 도시되어 있는데, 지지 부재(10)의 설치 수는 평면판(1)의 크기 등에 따라 적절하게 설정한다.The flat plate 1 is supported by the
지지 부재(10)의 상부에는 에어 베어링(11)이 설치되어 있다. 또, 평면판(1) 이면의 에어 베어링(11)에 대향하는 부분에는, 에어 베어링(11)으로부터 분출하는 에어가 누출되는 것을 방지하기 위해 표면이 평탄한 평면 보상판(1a)이 장착되어 있다. 평면판(1)은 에어 베어링(11)으로부터 분출하는 에어에 의해 부상한다.An
그리고, 평면판(1)은, 도 2에 도시한 X축 이동 기소(31, 32) 및 Y축 이동 기소(33)에 의해 XY방향으로 이동한다.Then, the flat plate 1 is moved in the XY direction by the X-axis moving instructors 31 and 32 and the Y-axis moving instructor 33 shown in FIG. 2.
예를 들면, X축 구동 기소(31, 32)를 동시에 같은 방향으로 같은 양 구동함으로써, 평면 스테이지(1)를 X방향(도 2의 종방향)으로 이동시킬 수 있고, Y축 구동 기소(33)를 구동함으로써, 평면 스테이지(1)를 Y방향(도 2의 횡방향)으로 이동시킬 수 있다.For example, by simultaneously driving the same amount of X-axis driving instructors 31 and 32 in the same direction, the planar stage 1 can be moved in the X-direction (the longitudinal direction in FIG. 2), and the Y-axis driving instructor 33 ), The planar stage 1 can be moved in the Y direction (lateral direction in FIG. 2).
또한, 상기 2개의 X축 구동 기소(31, 32)의 이동량을 변화시키고, 그에 맞추어 Y축 구동 기소(33)를 구동함으로써, 평면판(1)을 평면판(1)에 직교하는 축의 둘레에 필요 각도만큼 회전시키고, θ방향의 위치 결정을 행할 수 있다.In addition, by varying the movement amounts of the two X-axis driving instructors 31 and 32 and driving the Y-axis driving instructor 33 accordingly, the flat plate 1 is circumferentially orthogonal to the plane perpendicular to the flat plate 1. It can rotate by the required angle and can perform positioning in (theta) direction.
도 3에, 지지 부재(10)의 구성을 도시한다. 동 도면은 단면도이다.3, the structure of the
장치의 베이스 플레이트(20) 상에 에어 실린더(15)가 설치된다. 에어 실린더(15)는, 공급하는 에어의 압력을 변화시킴으로써, 샤프트(15a)가 임의의 추력으로 상하이동 한다.An air cylinder 15 is installed on the
에어 실린더(15)의 샤프트(15a)는 중간대(12)에 접속되고, 에어 실린더(15)와 중간대(12)의 사이에는 스프링(14)이 설치되어 있다.The shaft 15a of the air cylinder 15 is connected to the
중간대(12)의 양측에는, 고정 디스크(13)(예를 들면, 판스프링)가 아래 방향으로 연장되어 장착되고, 고정 디스크(13)의 양측에는 고정 디스크(13)를 고정하기 위한 패드(16a)가 설치되고, 패드(16a)는 에어 로크 기구(16b)에 의해 구동된다.The fixed disk 13 (for example, leaf spring) extends downwards on both sides of the intermediate |
에어 로크 기구(16b)에 에어가 공급되면, 패드(16a)는 도면에서 화살 표시 방향으로 이동하고, 고정 디스크(13)가 끼워 넣어져 고정됨으로써, 에어 실린더(15)의 샤프트(15a)의 상하 방향의 위치가 고정된다.When air is supplied to the air lock mechanism 16b, the pad 16a moves in the direction indicated by the arrow in the drawing, and the fixed disk 13 is inserted to fix the upper and lower portions of the shaft 15a of the air cylinder 15. The position of the direction is fixed.
중간대(12)의 상부에는 에어 베어링(11)이 설치되어 있다. 에어 베어링(11) 은, 다공질, 또는 오리피스가 설치된 표면으로부터 에어가 분출하는 패드(11a)(에어 분출부라고 한다)를 구비한 시판되는 것을 사용할 수 있다.The
에어 베어링(11)의 패드(11a)는 자유롭게 각변위 이동하도록 회전 베어링(11b)을 개재하여 중간대(12)에 장착되어 있다.The pad 11a of the
다음에, 본 실시예 XY평면 스테이지 장치를, 설치하는 순서에 대해 설명한다. Next, the procedure for installing the XY plane stage apparatus of the present embodiment will be described.
우선, 지지 부재(10)의 수를 결정한다. 지지 부재(10)는, 평면판(1)의 표면이 평면이 되도록 평면판(1)의 각부를 높이 방향으로 위치 결정하는 것이므로, 최저 3개는 필요하다.First, the number of
지지 부재(1O)의 에어 분출부(11a)의 표면과, 그 위에 올려놓는 평면판(1)의 이면과의 에어 갭의 설정값을 결정한다. 에어 갭의 설정값은, 에어 분출부(11a)와 대향하는 평면판(1)의 이면의 면 거칠기×10배가 표준이다. 평면판(1)의 이면의 평면 보상판(1a)은 이 표면 거칠기를 보상하기 위해 설치한다.The set value of the air gap between the surface of the air blowing part 11a of the
에어 갭이 커지면 에어 베어링(11)이 유지할 수 있는 허용 하중량이 작아진다. 허용 하중량의 변화는 갭의 크기의 변화에 대해 대략적으로는 반비례의 관계가 된다. 갭의 설정값은 허용 하중의 변화에 대해 갭이 크고 변화하지 않는 영역(즉, 강성이 높은 영역)에서 설계하는 것이 표준이며, 갭은 5 내지 10㎛ 정도가 일반적이다.The larger the air gap, the smaller the allowable load that the
또, 에어 분출부(11a)에 공급하는 에어의 압력을 결정한다. 에어의 압력은 장치에 공급되는 유틸리티의 압력×0.7배가 표준이다.Moreover, the pressure of the air supplied to the air blowing part 11a is determined. The air pressure is the standard × 0.7 times the pressure of the utility supplied to the device.
지지 부재(10)에 얹는 평면판(1)의 무게(적재 중량)는, 미리 알고 있기 때문에, 지지 부재(10)에 장착한 에어 베어링(11)의 갭 프리로드 곡선(각각의 에어 베어링에 의해 결정되어 있는 곡선)으로부터, 프리로드(허용 하중)양을 계산한다.Since the weight (loading weight) of the flat plate 1 mounted on the
도 4는, 에어 베어링의 갭·프리로드 곡선의 일례를 도시한 도면이다. 동 도면의 세로축은 에어 갭의 크기이고, 가로축은 프리로드(허용 하중)양이다. 4 is a diagram illustrating an example of a gap preload curve of the air bearing. The vertical axis in the figure is the size of the air gap, and the horizontal axis is the amount of preload (allowable load).
예를 들면, 에어 압력 4.1kg/㎠일 때, 10㎛의 갭이면 약 20N(뉴턴)의 하중이 허용되고, 에어 압력 5.5kg/㎠일 때는, 약 40N의 하중이 허용된다.For example, at an air pressure of 4.1 kg /
적재 중량(평면판(1)의 무게)을, 상기에서 구한 허용 하중으로 나누면, 지지 부재(10)의 개수가 구해진다. 단, 계산상, 지지 부재의 개수가 3 이하인 경우라 하더라도, 지지 부재(10)는 3개로 한다.When the loading weight (weight of the flat plate 1) is divided by the allowable load obtained above, the number of the supporting
여기서, 각 지지 부재(10)의 에어 실린더(15)에 가하는 추력은, 평면판(1)의 표면이 수평이고, 또한, 평면으로 유지되도록 하는 크기로 설정할 필요가 있으며, 예를 들면, 평면판(1)의 표면이 정밀도 좋게 평면으로 가공되어 있는 경우에는, 에어 실린더(15)에 가하는 추력을 「자중(自重) 휨을 취소하는 추력」으로 함으로써, 지지 부재(10) 상에 평면판(1)을 올려 놓았을 때, 평면판(1)의 표면은 수평이면서 평면으로 유지된다.Here, the thrust to apply to the air cylinder 15 of each
「자중에 의한 휨을 취소하는 만큼의 추력」이란, 실제로는 엄밀한 설계가 필요하지만, 다음과 같이 설명할 수 있다.Although "thrust as much as canceling the bending by self weight" actually requires a strict design, it can be explained as follows.
예를 들면, 60kg의 평면판을, 6개소의 지지 부재에 의해 지지하는 경우, 이상적으로는, 60kg÷6=10kg의 10kg이 「자중에 의한 휨을 취소하는 만큼의 추력」이 된다.For example, in the case of supporting a 60 kg flat plate by six supporting members, ideally, 10 kg of 60 kg ÷ 6 = 10 kg becomes "thrust as much as canceling the bending by self weight".
실제로 「자중에 의한 휨을 취소하는 만큼의 추력」을 구하는 방법으로서는 해석 소프트를 이용한 시뮬레이션에 의해, 각 지지 부재(10)에 걸리는 중력을 계산하는 방법이 고려된다. 즉, 미리 평면판(1)의 크기와 무게 및 지지 부재(10)의 위치에 근거하여, 각 지지 부재(10)에 걸리는 중력을 컴퓨터 등을 이용하여 계산한다.As a method of calculating "thrust as much as canceling the bending by own weight", the method of calculating the gravity applied to each
예를 들면, 지지 부재(10)의 개수가 6개이고, 계산에 의해 얻어진 각 지지 부재(10)에 걸리는 중력이, 예를 들면, 24.7kg, 21.6kg, 24.7kg, 24.6kg, 21.6kg, 24.6kg이었다고 한다.For example, the number of the
지지 부재(10)의 에어 실린더(15)에는, 그 지지 부재(10)를 설치한 위치에 걸리는 중력에 상당하는 추력(유지력)이 얻어지도록, 에어를 공급한다.Air is supplied to the air cylinder 15 of the
에어의 압력은, 각 지지 부재(10)에 접속된 에어 배관에 설치된 레귤레이터(도시 생략)에 의해 조정한다.The pressure of air is adjusted by the regulator (not shown) provided in the air piping connected to each
에어 실린더(15)는, 공급하는 에어 압력에 대해 추력(유지력)은 일률적으로 결정되기 때문에, 대상이 되는 지지 부재(10)에 걸리는 중력이 24.7kg이면, 실린더에 24.7kg의 추력(유지력)이 얻어지는 압력을 가하고, 중력이 21.6kg이면, 21.6kg의 추력(유지력)이 얻어지는 압력을 가한다.Since the thrust (holding force) is uniformly determined with respect to the air pressure to supply the air cylinder 15, when the gravity applied to the
다음으로, 지지 부재(10) 상에 평면 보상판(1a)과 에어 분출부(11a)의 위치를 맞추어 평면판(1)을 올려놓고, 상기와 같이 하여 압력을 설정한 에어를 각 지지 부재(10)의 에어 분출부(11a)와 에어 실린더(15)에 공급하고, 에어 분출부(11a)로 부터는 에어를 분출시키고, 또 샤프트(15a)를 상승시킨다. 그리고, 각 지지 부재(10)의 에어 실린더(15)에 의해 평면판(1)의 자중에 의한 휨을 취소하는 추력이 평면판(1)에 가해져 있는 상태에서, 에어 로크 기구(16b)를 동작시켜 고정 디스크 (16a)를 패드(16a)로 끼우고, 각 지지 부재(10)의 샤프트(15a)의 높이 방향의 위치를 고정한다. Next, the flat plate 1 is placed on the supporting
이에 따라, 각 지지 부재(10)에는, 평면판(1)의 각 지지 부재 위치에 있어서의 자중에 따른 힘이 가해진 상태가 되고, 평면판(1)의 표면이 정밀도 좋게 가공되어 있으면, 평면판(1)의 표면이 수평이면서 평면이 되도록 유지된다.Thereby, each
이와 같은 구성을 취함으로써, 가령 지지 부재(10)를 장착하는 장치의 베이스 플레이트(20)의 평면 정도가 도 5에 도시한 바와 같이 충분히 나와 있지 않은 경우라 하더라도, 에어 실린더(15)의 샤프트(15a)가 신축하여 추력을 유지하므로, 평면판(1)의 표면이 수평이면서 평면이 되도록 유지할 수 있다.By adopting such a configuration, even if the plane degree of the
이 상태에서, 도 2에 도시한 X축 이동 기소(31, 32) 및 Y축 이동 기소(33)를 구동함으로써, 평면판(1)은, 에어 실린더(11)의 패드에 대향하여 설치된 평면 보상판의 범위에 있어서, 평면판(1)의 평면에 평행한 직교하는 2축 방향, 및 그 평면에 직행하는 축 둘레의 회전 방향인 XY 및 θ방향으로 이동한다. 평면판(1)은 에어에 의해 부상되며, 대형이라도 작은 힘으로 원활하게 이동한다.In this state, the flat plate 1 is compensated for the plane provided against the pad of the
여기에서, 평면판(1)의 이동량이 크면, 이동 후의 평면판(1)의 수평이면서 평면성을 유지하기 위해, 평면판(1)의 이면의 표면 정밀도에 맞추어 지지 부재(10)의 높이를 변화시킬 필요가 생기지만, 본 발명의 스테이지 장치에 있어서의 평면판 (1)의 이동량은 ±1Omm 이내이며, 평면판(1)의 이면에 장착된 평면 보상판(1a)의 크기도 이 정도이다. Here, when the moving amount of the flat plate 1 is large, the height of the supporting
평면판(1)의 이면측이 어느 정도 평탄하게 가공되어 있으며, 또한, 이동량이 상기한 정도이면, 평면 보상판(1a)의 수평면에 대한 장착 각도의 상대적인 편차는, 0.2°정도가 되고, 평면 보상판(1a)의 표면을 정밀도 좋게 가공하여 두면 평면판(1)이 이동하더라도, 수평판(1)의 높이 방향(Z축 방향)의 변위는 문제가 되지 않는다.If the back surface side of the flat plate 1 is processed to some extent, and if the amount of movement is the above, the relative deviation of the mounting angle with respect to the horizontal plane of the flat compensation plate 1a will be about 0.2 degrees, If the surface of the compensating plate 1a is processed with high precision, even if the flat plate 1 moves, the displacement of the horizontal plate 1 in the height direction (Z-axis direction) does not become a problem.
또한, 평면판(1)의 표면을 평면 형상으로 가공할 때, 지지 부재에 의해 복수 개소에서 평면판(1)을 지지한 상태에서, 그 표면을 평면 형상으로 가공하는 것도 생각할 수 있다.In addition, when processing the surface of the flat plate 1 to a planar shape, it is also possible to process the surface into a planar shape in the state which supported the flat plate 1 by the support member in multiple places.
평면판(1)의 표면을 이와 같이 복수 개소에서 지지하여 평면 형상으로 가공한 경우에는, 이 평면판을 스테이지로서 사용할 때, 가공 시에 지지한 지지 부재와 동일한 위치에 상기 지지부재(10)를 배치하고, 각 에어 실린더(15)의 추력을, 이 가공 시에 평면판을 지지한 지지 부재에 의한 추력과 동일한 추력이 되도록 설정한다. 이와 같이 하면, 평면판(1)의 표면을 가공한 상태가 재현되고, 실장되는 장치에 있어서, 가공 시의 평면 정밀도로, 평면판(1)을 유지할 수 있다.When the surface of the flat plate 1 is supported in a plurality of places in this manner and processed into a flat shape, when the flat plate is used as a stage, the
상기 실시예에서는, 평면판의 구동 기구로서 X축 이동 기소 및 Y축 이동 기소를 사용한 경우를 제시하였지만, 다음에, 상기 구동 기구로서 소이어 모터를 이용한 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명한다.In the above embodiment, the case where the X-axis moving element and the Y-axis moving element are used as the drive mechanism of the flat plate is described. Next, a second embodiment of the present invention using a Sawyer motor as the drive mechanism will be described.
소이어 모터 스테이지(서페이스 모터 스테이지)는, 상기 특허문헌 3에 기재 된 바와 같이, 바둑판 눈금 형상 혹은 스트라이프 형상으로 강자성체의 볼록극이 설치된 평면 형상의 플래튼 상에서, 이동 자계를 발생하는 이동체(이하 포저라고도 한다)를 이동시키도록 한 것이다.As described in Patent Document 3, the Sawyer motor stage (surface motor stage) is a movable body (hereinafter referred to as a poser) that generates a moving magnetic field on a flat platen in which a convex pole of ferromagnetic material is provided in a checkerboard grid shape or a stripe shape. To be moved).
본 실시예의 스테이지 장치의 구성(1)은, 상기 도 1, 도 2에 도시한 것과 마찬가지로, 평면판(1)이, 에어 베어링을 이용한 지지 부재에 의해 3점 이상의 복수 개소에서 지지되어 있지만, 이들 지지 부재 중 3개를 선택하여, 이 3개의 지지 부재의 패드(에어 분출부)(11a)에, 상기 포저를 설치한다. 또, 평면판(1)의 이면의 포저를 설치한 에어 분출부에 대향하는 부분을 평면 형상의 플래튼으로 한다.In the configuration 1 of the stage device of the present embodiment, the flat plate 1 is supported at a plurality of points or more by three or more points by a support member using an air bearing, as shown in Figs. 1 and 2. Three of the support members are selected, and the above-described poser is provided on the pads (air jetting portions) 11a of the three support members. Moreover, the part which opposes the air blowing part which provided the poser of the back surface of the flat plate 1 is made into a flat platen.
도 6에 상기 에어 분출부를 갖는 포저(17)를 구비한 지지 부재(10')와, 이면의 대향하는 부분이 플래튼인 평면판(1)을 도시한다. 또, 도 7에 상기 포저(17)를 갖는 패드(11a)의 단면도를 도시한다.Fig. 6 shows a supporting member 10 'having a
도 7에 도시한 바와 같이, 포저(17)에는, 영구 자석(17a)이 장착되어 있으며, 이에 따라 자극(17b∼17e)에는, N 또는 S의 자극이 발생되어 있다.As shown in FIG. 7, the permanent magnet 17a is attached to the
자극(17b∼17e)에는, 코일(17f, 17g)이 감겨져 있으며, 전류가 흐르게 되면 각 자극(17b∼17e)은 전자석이 된다. 영구 자석(17a)이 만드는 자계와 전자석이 만드는 자계의 방향이 동일하면, 자력은 보강된다. 영구 자석(17a)이 만드는 자계와 전자석이 만드는 자계가 반대이면, 자력은 상쇄된다.The coils 17f and 17g are wound around the magnetic poles 17b to 17e. When the current flows, the magnetic poles 17b to 17e become electromagnets. If the magnetic field produced by the permanent magnet 17a and the magnetic field produced by the electromagnet are the same, the magnetic force is reinforced. If the magnetic field produced by the permanent magnet 17a and the magnetic field produced by the electromagnet are opposite, the magnetic force is canceled.
도 7에 도시한 바와 같이, 포저(17)를 설치한 패드(에어 분출부)(11a)에는 에어가 분출하는 구멍(17h)이 설치되어 있으며, 에어가 공급됨으로써, 평면판(1)을 부상시켜 유지한다. 또한, 도 7에서는, 에어를 분출하는 구멍을 포저의 주위에 설 치되어 있지만, 포저의 정중앙 근방으로부터 에어를 분출하도록 하여도 된다.As shown in FIG. 7, a
도 6에 도시한 바와 같이, 포저(17)가 설치된 패드(에어 분출부)(11a)에 대응하여, 평면판(1)의 이면 측에는 플래튼(1a)이 매립되고, 강자성체의 볼록극(P)이 평면판의 이동 방향에 따른 배열로 바둑판 눈금 형상 혹은 스트라이프 형상으로 설치되고, 볼록극과 볼록극 사이는 비자성체로 매립되어 있다.As shown in FIG. 6, the platen 1a is embedded on the rear surface side of the flat plate 1 in correspondence with the pad (air ejecting portion) 11a provided with the
이하, 평면판(1)이 포저(17)에 대해 도면 좌측 방향으로 이동하는 동작 원리에 대해 설명한다. 도 8은, 평면 스테이지를 구성하는 복수의 볼록극을 갖는 플래튼(1a)과, 자극을 갖는 포저(17)의 단면도로서, 자극(17b∼17e)에 감겨진 각 코일(17f, 17g)에 도시하지 않은 구동 회로로부터, 이하의 순서로 전류를 흐르게 함으로써 이동 자계가 발생하고, 플래튼(1a)(평면판(1))이 포저(17)에 대해, 동 도면 좌측 방햐으로 이동한다.Hereinafter, the operation principle in which the flat plate 1 moves to the left in the drawing with respect to the
(1) STEP 1: 포저(17)의 자극(17b, 17c) 측의 코일(17f)에, 자극(17b)의 자력을 보강하도록 전류를 흘려보낸다. 자극(17d, 17e)의 코일(17g)에는 전류를 흘려보내지 않는다. 자극(17b)은 자력이 보강되기 때문에, 플래튼(1a)의 볼록극(P1)과 강하게 서로 당기고, 자극(17b)과 볼록극(P1)이 대향하는 위치가 된다.(1) STEP 1: A current flows through the coil 17f on the
자극(17c)은 자력이 상쇄되고, 볼록극(P2와 P3) 사이의 비자성체 상에 위치한다. 자극(17d와 17e)은, 각각 경사 방향의 볼록극(P4, P6)과 서로 당긴다.The
(2) STEP 2: 자극(17b, 17c)의 코일(17f)의 전류를 멈추고, 자극(17d, 17e) 측의 코일(17g)에, 자극(17e)의 자력을 보강하도록 전류를 흘려보낸다. 자극(17e)은 볼록극(P6)과 강하게 서로 당기고, 자극(17d)은 자력이 상쇄되어, 볼록극(P4)과 서로 당기지 않게 된다.(2) STEP 2: The current of the coil 17f of the
따라서, 자극(17e)이 볼록극(P6)과 대향하도록, 플래튼(1a)은 포저(17)에 대해 동 도면 좌측 방향으로 이동한다. 자극(17b와 17c)은, 각각 경사 방향의 볼록극(P1, P3)과 서로 당긴다.Therefore, the platen 1a moves in the left direction in the same drawing with respect to the
(3) STEP 3: 자극(17d, 17e)의 코일(17g)의 전류를 멈추고, 자극(17b, 17c) 측의 코일(17f)에, 이번에는 자극(17c)의 자력을 보강하도록 전류를 흘려보낸다. 자극(17c)은 볼록극(P3)과 강하게 서로 당기고, 자극(17b)은 자력이 상쇄되어, 볼록극(P1)과 서로 당기지 않게 된다.(3) STEP 3: The current of the coil 17g of the
자극(17c)이 볼록극(P3)과 대향하도록, 플래튼(1a)은 포저(17)에 대해 동 도면 좌측 방향으로 이동한다.The platen 1a moves in the left direction of the drawing with respect to the
(4) STEP 4: 자극(17b, 17c)의 코일(17f)의 전류를 멈추고, 자극(17d, 17e) 측의 코일(17g)에, 자극(17d)의 자력을 보강하도록 전류를 흘려보낸다. 자극(17d)은 볼록극(15)과 강하게 서로 당기고, 자극(17e)은 자력이 상쇄되어, 볼록극(P6)과 서로 당기지 않게 된다. 자극(17d)이 볼록극(P5)과 대향하도록, 플래튼(1a)은 포저(17)에 대해 동 도면 좌측 방향으로 이동한다.(4) STEP 4: The current of the coil 17f of the
또한, STEP 4의 위치로 이동 후, STEP 4에 도시한 바와 같이, 코일(17g)에 전류를 계속해서 흐르게 함으로써, 포저(17)를 STEP 4의 위치에 유지시킬 수 있다. In addition, after moving to the position of STEP 4, as shown in STEP 4, by continuing to flow an electric current through the coil 17g, the
포저(17)가 설치된 3개의 지지 부재(10') 중, 2개의 지지 부재에 설치하는 포저(17)는, 도 6의 a에 도시한 바와 같이, 자극(17b)이 X축 방향으로 배열되고, 1개의 지지 부재에 설치되는 포저는, 도 6의 b에 도시한 바와 같이, 자극(17b)이 Y 축 방향으로 배열된다.Of the three
Y축 방향으로 자극이 배열된 포저의 자극(17b)의 자력을 상술한 바와 같이 변화시키면, 평면판(1)은 Y축 방향으로 이동한다. X축 방향으로 자극이 배열된 2개의 포저의 자극(17b)의 자력을, 양측 동일하게 변화시키면, 평면판(1)은 X축 방향으로 이동한다. X축 방향으로 자극이 배열된 2개의 포저의 자극(17b)의 자력을, 서로 역방향으로 변화시키면, 평면판(1)은 X축 방향으로 이동한다. X축 방향으로 자극이 배열된 2개의 포저의 자극(17b)의 자력을, 서로 역방향으로 변화시키면, 평면판(1)은 XY평면에 직교하는 축의 둘레를 회전 이동(θ 이동)한다.When the magnetic force of the magnetic pole 17b of the forger whose magnetic poles are arranged in the Y axis direction is changed as described above, the flat plate 1 moves in the Y axis direction. When the magnetic forces of the magnetic poles 17b of the two positioners in which the magnetic poles are arranged in the X-axis direction are changed in the same manner on both sides, the flat plate 1 moves in the X-axis direction. When the magnetic forces of the magnetic poles 17b of the two positioners in which the magnetic poles are arranged in the X-axis direction are changed in opposite directions, the flat plate 1 moves in the X-axis direction. When the magnetic forces of the magnetic poles 17b of the two posers in which the magnetic poles are arranged in the X-axis direction are changed in opposite directions, the flat plate 1 rotates (theta moves) around an axis orthogonal to the XY plane.
본 실시예의 스테이지 장치를 설치하는 순서는, 상기 제1 실시예와 동일하며, 상기 포저(17)를 갖는 3개의 지지 부재(10')를 포함하는 지지 부재(10)에, 평면판(1)의 자중에 의한 휨을 취소하는 추력을 부여해 두고, 지지 부재(10) 위에 평면판(1)을 올려놓아, 에어에 의해 부상시켜 평면판(1)의 자중에 의한 휨을 취소하는 추력이 평면판(1)에 가해져 있는 상태에서, 에어 로크 기구(16b)를 동작시켜 고정 디스크(16a)를 패드(16a)로 끼우고, 각 지지 부재(10)의 높이 방향의 위치를 고정한다.The order of installing the stage device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and the flat plate 1 is provided on the
이에 따라, 각 지지 부재(10)에는, 평면판(1)의 각 지지 위치에 있어서의 자중에 따른 힘이 가해진 상태가 되고, 평면판(1)의 표면이 정밀도 좋게 가공되어 있으면, 평면판(1)의 표면이 수평이면서 평면이 되도록 유지된다. Accordingly, each
이 상태에서, 상술한 바와 같이, 포저의 자극의 자력을 변화시켜, 평면판(1)을 XYθ 방향으로 이동시킨다. 평면판(1)은 에어에 의해 부상되어 있으며, 대형이 라 하더라도 작은 힘으로 원활하게 이동한다.In this state, as described above, the magnetic force of the magnetic pole of the poser is changed to move the flat plate 1 in the XYθ direction. The flat plate 1 is floated by air, and moves smoothly even with a small force even if large.
또한, 통상의 소이어 모터 스테이지는, 플래튼 측은 이동하지 않고, 포저 측이 이동하지만, 본 실시예에서는 그 관계가 반대로 되어, 포저 측은 고정되어 이동하지 않고, 플래튼 측이 이동한다.In addition, although the platen side does not move and the poser side moves in the normal Sawyer motor stage, the relationship is reversed in this embodiment, and the plater side does not move fixedly and the platen side moves.
본 실시예와 같이, 구동 기구로서 소이어 모터를 이용함으로써, 평면판을 이동시키기 위한 기계적인 XYθ 구동 기구가 불필요하게 되어, 스테이지의 구조가 간소화된다. 또, 부품 점수가 줄어들어 조립이 용이해지고, 장치의 비용 저감을 도모할 수 있다. 또, 구동 기구의 동작에 수반하는 기구 부품의 마모나, 그로 인한 먼지발생을 없앨 수도 있다.As in the present embodiment, by using the Sawyer motor as the drive mechanism, the mechanical XYθ driving mechanism for moving the flat plate is unnecessary, and the structure of the stage is simplified. In addition, the number of parts is reduced, the assembly is facilitated, and the cost of the device can be reduced. It is also possible to eliminate the wear of the mechanical parts accompanying the operation of the drive mechanism and the generation of dust.
본 발명에서는, 이하의 효과를 얻을 수 있다. In the present invention, the following effects can be obtained.
(1) 평면판을, 지지 부재에 의해 평면판의 평면에 대해 직교하는 방향으로 임의의 추력으로 변위시키도록 하였기 때문에, 높은 평면 정밀도를 갖는 정반을 이용하지 않고도, 평면판의 표면을 수평이면서 평면으로 유지할 수 있고, 또 정반이 불필요해지므로, 장치의 중량을 가볍게 할 수 있다.(1) Since the flat plate is allowed to be displaced by arbitrary thrust in the direction orthogonal to the plane of the flat plate by the support member, the surface of the flat plate is horizontal and flat without using a surface plate having high flatness accuracy. Can be maintained and the surface plate becomes unnecessary, so that the weight of the device can be reduced.
(2) 정반이 불필요하고, 높은 평면 정밀도로 가공할 필요가 있는 면이, 워크를 올려놓는 평면판의 표면만으로 구성되기 때문에, 장치 비용이 낮아진다.(2) Since the surface is unnecessary and the surface which needs to be processed with high plane precision consists only of the surface of the flat plate on which a workpiece is placed, the apparatus cost is low.
(3) 평면판을 에어로 부상시키도록 구성하였기 때문에, 평면판을 작은 힘으로 이동시킬 수 있다.(3) Since the flat plate is configured to float by air, the flat plate can be moved with a small force.
(4) 평면판의 구동 수단으로서, 이동 자계를 발생하는 자극을 갖는 이동자 와, 바둑판 눈금 형상 혹은 스트라이프 형상으로 볼록극이 배치된 평면 형상의 플래튼으로 구성되는 소이어 모터를 이용함으로써, 기계적인 XYθ 구동 기구가 불필요하게 되어, 스테이지의 구조를 간소화시킬 수 있다. 또, 부품 점수가 줄어들어 조립이 용이해지며, 장치의 비용 저감을 도모할 수 있다. 또, 구동 기구의 동작에 수반하는 기구 부품의 마모나, 그로 인한 먼지발생을 없앨 수도 있다.(4) Mechanical XYθ by using a Sawyer motor comprising a mover having a magnetic pole for generating a moving magnetic field and a planar platen having convex poles arranged in a checkerboard grid shape or stripe shape as drive means for the flat plate. The drive mechanism becomes unnecessary, and the structure of a stage can be simplified. In addition, the number of parts is reduced, so that assembly is easy and the cost of the device can be reduced. It is also possible to eliminate the wear of the mechanical parts accompanying the operation of the drive mechanism and the generation of dust.
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