移動テーブル装置、露光装置、及びエアパッド
【課題】静圧気体軸受の軸受案内面の精度が不十分であったとしても、移動テーブルの変形が生じにくく移動テーブルを安定姿勢で移動させることができる移動テーブル装置及び露光装置並びにエアパッドを提供する。
【解決手段】ＸＹテーブル装置は、軸受案内面２ａを有するベース２と、ベース２上を直線移動する移動テーブル１と、気体を噴出する噴出口１０ｂが形成された気体軸受面１０ａを備え軸受案内面２ａと気体軸受面１０ａとの間に静圧気体軸受を構成可能なエアパッド６と、を備える。エアパッド６は、気体軸受面１０ａを備える軸受部１０と、気体軸受面１０ａの垂直方向に進退可能に軸受部１０を保持するハウジング部１１と、を備える。さらにエアパッド６は、軸受部１０を気体軸受面１０ａの垂直方向に進退させて、移動テーブル１とベース２との間の垂直方向距離を一定に保つコイルバネ２０を備える。
【解決手段】ＸＹテーブル装置は、軸受案内面２ａを有するベース２と、ベース２上を直線移動する移動テーブル１と、気体を噴出する噴出口１０ｂが形成された気体軸受面１０ａを備え軸受案内面２ａと気体軸受面１０ａとの間に静圧気体軸受を構成可能なエアパッド６と、を備える。エアパッド６は、気体軸受面１０ａを備える軸受部１０と、気体軸受面１０ａの垂直方向に進退可能に軸受部１０を保持するハウジング部１１と、を備える。さらにエアパッド６は、軸受部１０を気体軸受面１０ａの垂直方向に進退させて、移動テーブル１とベース２との間の垂直方向距離を一定に保つコイルバネ２０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動テーブル装置、露光装置、及びエアパッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の直動テーブル装置としては、例えば図８に示すようなものがある。この直動テーブル装置は、移動テーブル１０１、テーブルベース１０２、ボールねじ１０３、及び４本のリニアガイド１０４を備えている。ボールねじ１０３及びリニアガイド１０４は、移動テーブル１０１とテーブルベース１０２との間に設けられているが、ボールねじ１０３は、テーブル幅方向（直動方向に直交する方向）の中心に配されており、リニアガイド１０４は、テーブル幅方向の両端及びこれら両端のリニアガイド１０４とボールねじ１０３との間に配されている。そして、移動テーブル１０１の上には、固定体や移動体１０５（例えば、移動テーブル１０１とは移動方向が異なる移動テーブル）が載置される。
【０００３】
このような直動テーブル装置は、移動テーブル１０１が４本のリニアガイド１０４で支持されているので、自重や積載物の荷重によって変形しにくく、また、移動体１０５の移動に伴う移動テーブル１０１の重心位置の移動によっても変形しにくい。よって、移動テーブル１０１の変形によるボールねじ１０３の芯高さの変化が生じにくいので、移動テーブル１０１を安定姿勢で移動させることができる。しかしながら、４本のリニアガイド１０４について高さ及び移動方向の調整を精度良く行う必要があるため、直動テーブル装置の組立時の調整が非常に難しいという問題があった。
【０００４】
そこで、このような問題が生じにくい直動テーブル装置が特許文献１に提案されている（図９を参照）。特許文献１に開示の直動テーブル装置は、図８の直動テーブル装置において、テーブル幅方向両端のリニアガイド１０４とボールねじ１０３との間に２本のリニアガイド１０４を設ける代わりに、移動テーブル１０１側からテーブルベース１０２に向けてエアを吹き付けるエアパッド１０６を移動テーブル１０１に設けたものである。
【０００５】
移動テーブル１０１の自重及び積載物の質量等に応じてエアパッド１０６のエア吹き付け圧を調整することにより、移動テーブル１０１のテーブル幅方向中心部分を上方に浮上させ、移動テーブル１０１とテーブルベース１０２との間隔（垂直方向距離）を移動テーブル１０１の全面にわたって一定とすることができる。これにより、移動テーブル１０１に積載した移動体１０５の移動等により重心位置が移動しても、移動テーブル１０１に変形が生じ難くなる。また、リニアガイド１０４の数は２本なので、図８の直動テーブル装置のように組立時の調整が非常に難しいという問題はほとんどない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２７７３５１号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、エアパッド１０６は移動テーブル１０１に固定されているので、静圧気体軸受の軸受案内面であるテーブルベース１０２の平面の精度が悪い場合には、エアパッド１０６と軸受案内面との間隔（垂直方向距離）が一定とはならず、軸受案内面の場所によって変化することとなる。
そのため、移動テーブル１０１をテーブルベース１０２から浮上させる力（すなわち、静圧気体軸受により移動テーブル１０１に付与される力）が変動してしまうので、移動テーブル１０１とテーブルベース１０２との間隔（垂直方向距離）を移動テーブル１０１の全面にわたって一定とすることができず、移動テーブル１０１に変形が生じるおそれがあった。その結果、ボールねじ１０３の芯高さの変化が生じて、移動テーブル１０１を安定姿勢で移動させることができないおそれがあった。
【０００８】
特許文献２に開示の技術のように、静圧軸受の代わりにリニアガイドを用いれば、面精度の影響を排除することができるものの、リニアガイドから生じる微小振動が移動テーブルに伝わる、リニアガイドの摩擦が移動テーブルの位置決めに対して外乱力となるなどの問題が生じるおそれがある。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、静圧気体軸受の軸受案内面の精度が不十分であったとしても、移動テーブルの変形が生じにくく移動テーブルを安定姿勢で移動させることができる移動テーブル装置及び露光装置並びにエアパッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の態様は次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る移動テーブル装置は、静圧気体軸受の軸受案内面を有するベースと、前記ベース上を直線移動又は回転する移動テーブルと、前記ベースと前記移動テーブルとの間に配され前記移動テーブルを前記ベース上に支持しつつ前記移動テーブルの直線移動又は回転を案内する案内機構と、を備える移動テーブル装置であって、気体を噴出する噴出口が形成された気体軸受面を備え、該気体軸受面から軸受隙間を介して対向する前記軸受案内面に向かって気体を噴出することにより前記軸受案内面と前記気体軸受面との間に静圧気体軸受を構成可能なエアパッドが、前記気体軸受面を前記軸受案内面に向けて前記移動テーブルの前記ベースに対向する面に固定され、前記エアパッドは、前記気体軸受面を備える軸受部と、前記移動テーブルに固定され且つ前記軸受部を保持するハウジング部と、を備え、前記ハウジング部は、前記気体軸受面が露出するように前記軸受部を収容する凹部を有し、前記気体軸受面の垂直方向に進退可能に前記軸受部を前記凹部内に保持し、さらに前記エアパッドは、前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退させて、前記移動テーブルと前記ベースとの間の垂直方向距離を一定に保つ進退機構を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような移動テーブル装置においては、前記進退機構が、前記ハウジング部と前記軸受部との間に配され前記ハウジング部と前記軸受部とに前記気体軸受面の垂直方向の付勢力を付与するバネであることが好ましい。そして、前記バネがコイルバネ及び空気バネの少なくとも一方であることがより好ましい。また、前記進退機構は、前記バネの付勢力を調整する調整機構を備えることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の他の態様に係る露光装置は、被露光材を載せて移動し前記被露光材の位置決めをする位置決め装置を備え、位置決めされた前記被露光材に露光用光を照射してパターンを形成する露光装置であって、前記位置決め装置として上記移動テーブル装置を用いたことを特徴とする。
さらに、本発明の他の態様に係るエアパッドは、軸受案内面に向かって気体を噴出する噴出口が形成された気体軸受面を備え、前記軸受案内面と前記気体軸受面との間に静圧気体軸受を構成可能な軸受部と、前記気体軸受面が露出するように前記軸受部を収容する凹部を有し、前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退可能に前記凹部内に保持するハウジング部と、前記ハウジング部と前記軸受部との間に配され前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退させる進退機構と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このようなエアパッドにおいては、前記進退機構が、前記ハウジング部と前記軸受部とに前記気体軸受面の垂直方向の付勢力を付与するバネであることが好ましい。そして、前記バネがコイルバネ及び空気バネの少なくとも一方であることがより好ましい。また、前記進退機構は、前記バネの付勢力を調整する調整機構を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の移動テーブル装置は、移動テーブルとベースとの間の垂直方向距離を一定に保つ進退機構を有するエアパッドを備えているので、静圧気体軸受の軸受案内面の精度が不十分であったとしても、移動テーブルの変形が生じにくく移動テーブルを安定姿勢で移動させることができる。
また、本発明の露光装置は、移動テーブルを安定姿勢で移動させることができるので、被露光材の位置決めが正確である。
【００１４】
さらに、本発明のエアパッドは、静圧気体軸受の軸受案内面に向かって気体を噴出する噴出口が形成された気体軸受面を備える軸受部を、ハウジング部に対して気体軸受面の垂直方向に進退させる進退機構を備えているので、軸受案内面の精度が不十分であったとしても、ハウジング部が取り付けられる部材と軸受案内面との間の垂直方向距離を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る移動テーブル装置の一実施形態であるＸＹテーブル装置の構造を示す正面図である。
【図２】図１のＸＹテーブル装置のエアパッドを示す断面図である。
【図３】第一変形例のエアパッドを示す断面図である。
【図４】第二変形例のエアパッドを示す断面図である。
【図５】非給気時の第二変形例のエアパッドを示す断面図である。
【図６】第三変形例のエアパッドを示す断面図である。
【図７】第四変形例のエアパッドを示す断面図である。
【図８】従来のＸＹテーブル装置の構造を示す正面図である。
【図９】別の従来のＸＹテーブル装置の構造を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る移動テーブル装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る移動テーブル装置の一実施形態であるＸＹテーブル装置の構造を示す正面図である。また、図２は、図１のＸＹテーブル装置に使用されるエアパッドの断面図である。
平板状のベース２の上面に、２つの直動案内装置４，４が互いに平行をなすように並んで固定されている。この２つの直動案内装置４，４の上には、長方形平板状の移動テーブル１が載置され、固定されている。移動テーブル１の長手方向と直動案内装置４の軸方向（以下「Ｘ方向」と記すこともある）とは平行をなしている。
【００１７】
詳述すると、ベース２の上面に直動案内装置４，４の案内レール４ａ，４ａが固定され、この案内レール４ａ，４ａに軸方向に移動可能に取り付けられた直動案内装置４，４のスライダ４ｂ，４ｂが、移動テーブル１の下面の幅方向両端部にそれぞれ取り付けられている。
よって、ベース２と移動テーブル１との間に配された直動案内装置４，４は、移動テーブル１をベース２上に支持しつつ移動テーブル１の直線移動を案内する案内機構として機能する。なお、直動案内装置４の数は２つなので、図８の直動テーブル装置のような組立時の調整が非常に難しいという問題はほとんどない。
【００１８】
また、移動テーブル１の下面の幅方向中央部には、ボールねじ３が取り付けられている。このボールねじ３の軸方向は、移動テーブル１の長手方向と平行をなしている。また、このボールねじ３には、ねじ軸を回転駆動するモータ等の駆動装置（図示せず）が連結されている。よって、駆動装置によってねじ軸を回転させると、ボールねじ３のナットがＸ方向に移動するので、移動テーブル１は直動案内装置４，４に案内されてベース２上をＸ方向に移動することとなる。
【００１９】
さらに、ベース２の上面に対向する移動テーブル１の下面には、複数のエアパッド６が取り付けられている。詳述すると、複数のエアパッド６は、移動テーブル１の幅方向における直動案内装置４とボールねじ３との間の位置に、移動テーブル１の長手方向全体にわたって直線状に並んで取り付けられている。
エアパッド６は、空気等の気体を噴出する噴出口１０ｂが形成された気体軸受面１０ａを備えており、この気体軸受面１０ａをベース２の上面に形成された静圧気体軸受の軸受案内面２ａに向けて移動テーブル１の下面に取り付けられている。よって、エアパッド６の気体軸受面１０ａは、ベース２の軸受案内面２ａと隙間（軸受隙間）を介して対向しており、気体軸受面１０ａから軸受案内面２ａに向かって気体を噴出すれば、軸受案内面２ａと気体軸受面１０ａとの間に静圧気体軸受（非接触軸受）が構成されるようになっている。
【００２０】
ここで、エアパッド６の構造について、図２を参照しながらさらに詳細に説明する。エアパッド６は、略円柱状の軸受部１０と、軸受部１０の外径形状にほぼ対応する形状の略円柱状の凹部１１ａを有するハウジング部１１と、を備えている。ハウジング部１１は、凹部１１ａを下方の軸受案内面２ａに向けて移動テーブル１の下面に固定されており、このハウジング部１１の凹部１１ａ内に軸受部１０が収容されている。
【００２１】
略円柱状の軸受部１０の平行な２つの平面のうち一方は、ハウジング部１１の凹部１１ａの底面に対向している。また、前記平行な２つの平面のうち他方は、凹部１１ａの外に露出して軸受案内面２ａに対向しており、静圧気体軸受の構成要素である気体軸受面１０ａをなしている。この気体軸受面１０ａには、ベース２の上面に形成された静圧気体軸受の軸受案内面２ａに向かって気体を噴出する噴出口１０ｂが複数形成されている。
【００２２】
この噴出口１０ｂから噴出される気体は、ハウジング部１１の外面に開口する給気口１３からエアパッド６内に導入され、エアパッド６（ハウジング部１１及び軸受部１０）内に形成されている通気路１４により噴出口１０ｂに供給される。すなわち、ハウジング部１１の通気路１４が、ハウジング部１１の内部を通って凹部１１ａの底面に至り、ハウジング部１１の凹部１１ａの底面に対向する平面に開口する軸受部１０の通気路１４に接続する。両通気路１４，１４の接続部分には、気体の漏洩を防ぐためにＯリング１５等のシールが装着されている。軸受部１０の通気路１４は、軸受部１０の内部を通って気体軸受面１０ａに形成されている噴出口１０ｂに接続する。なお、気体は、ハウジング部１１を介さず、軸受部１０に直接導入してもよい。
【００２３】
また、軸受部１０の通気路１４は、軸受部１０の内部で分岐して軸受部１０の円柱面にも開口している。すなわち、軸受部１０の円柱面にも気体を噴出する噴出口１０ｃが形成されており、軸受部１０の円柱面と隙間を介して対向するハウジング部１１の凹部１１ａの円柱面に気体が噴出されて、両円柱面の間に静圧気体軸受（非接触軸受）が構成されるようになっている。なお、両円柱面の間の静圧気体軸受については、軸受部１０の進退を妨げず且つ軸受案内面２ａの傾き方向の影響を伝えないように、軸受隙間を広く設定し且つ軸受剛性は低くする方が好ましい。ただし、軸受剛性が低すぎると共振現象が生じるおそれがあるので、共振現象が生じない程度の軸受剛性とする必要がある。
【００２４】
さらに、ハウジング部１１には、凹部１１ａの内周面と外周面とを連通する貫通孔１６（例えば、気体軸受面１０ａに平行な方向に延びる貫通孔）が設けられていて、軸受部１０の円柱面に形成された噴出口１０ｃからハウジング部１１の凹部１１ａの円柱面に向かって噴出された気体が、下方を向いた凹部１１ａの開口部（軸受部１０の円柱面とハウジング部１１の凹部１１ａの円柱面との間の隙間の開口）とともにこの貫通孔１６からも、エアパッド６の外部に排出されるようになっている。
【００２５】
さらに、ハウジング部１１の凹部１１ａの底面の中心部には有底穴２２が形成されており、この有底穴２２の中に、軸受部１０を気体軸受面１０ａの垂直方向に進退させる進退機構を構成するバネが配置されている。すなわち、軸受部１０は、気体軸受面１０ａの垂直方向に進退可能にハウジング部１１の凹部１１ａ内に保持されている。図２の例では、進退機構としてコイルバネ２０が配置されていて、このコイルバネ２０が、ハウジング部１１と軸受部１０とに気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力を付与するようになっている。詳述すると、コイルバネ２０は、ハウジング部１１に気体軸受面１０ａの垂直方向上方に向く付勢力を付与し、軸受部１０に気体軸受面１０ａの垂直方向下方に向く付勢力を付与する。このコイルバネ２０のバネ定数は、ハウジング部１１に付与したい付勢力（すなわち移動テーブル１に付与したい力）の強さに応じて適宜選択すればよい。
【００２６】
また、ハウジング部１１の凹部１１ａの底面の外周部には磁石２３が取り付けられており、この磁石２３の磁力により、軸受部１０がハウジング部１１の底面側に引き寄せられている。軸受部１０には、コイルバネ２０によって気体軸受面１０ａの垂直方向下方に向く付勢力が付与されているが、この磁石２３により引き寄せられているので、静圧気体軸受の非作動時（例えばメンテナンス時）に軸受部１０がハウジング部１１から脱落することはない。
【００２７】
さらに、移動テーブル１の上には、移動方向がこの移動テーブル１の移動方向とは直交する方向（すなわち、移動テーブル１の幅方向であり、以下「Ｙ方向」と記すこともある）である移動テーブル５が設けられている。図示は省略してあるが、移動テーブル１と移動テーブル５との間には直動案内装置とボールねじが配されていて、ベース２と移動テーブル１との間に設けられた前述の機構と全く同様の機構により、移動テーブル５が直動案内装置に案内されて移動テーブル１上をＹ方向に移動するようになっている。つまり、移動テーブル１は、ベース２上を移動する移動体であると同時に、移動テーブル５のベースの役割を有している。
【００２８】
また、図示は省略してあるが、移動テーブル５の下面にも複数のエアパッドが取り付けられている。このエアパッドの構成はエアパッド６と全く同様であるので、移動テーブル１のエアパッド６と全く同様の機構により、移動テーブル１の上面に形成された軸受案内面と移動テーブル５のエアパッドの気体軸受面との間に静圧気体軸受（非接触軸受）が構成されるようになっている。
【００２９】
次に、本実施形態のＸＹテーブル装置の動作について説明する。給気口１３からエアパッド６内に気体を導入すると、軸受部１０の気体軸受面１０ａに形成された噴出口１０ｂからベース２の軸受案内面２ａに向かって気体が噴出されるとともに、軸受部１０の円柱面に形成された噴出口１０ｃからハウジング部１１の凹部１１ａの円柱面に向かって気体が噴出される。その結果、軸受部１０の気体軸受面１０ａとベース２の軸受案内面２ａとの間に静圧気体軸受が構成されるとともに、軸受部１０の円柱面とハウジング部１１の凹部１１ａの円柱面との間に静圧気体軸受が構成される。
【００３０】
両円柱面の間に静圧気体軸受が構成されるため、軸受部１０とハウジング部１１は両円柱面において非接触状態が維持され、軸受部１０が円滑に進退可能となっている。また、軸受部１０の気体軸受面１０ａとベース２の軸受案内面２ａとの間に静圧気体軸受が構成されるため、軸受部１０には気体軸受面１０ａの垂直方向上方に向く力が付与され、軸受部１０の気体軸受面１０ａとベース２の軸受案内面２ａとの非接触状態が維持される。
【００３１】
前述したように、軸受部１０にはコイルバネ２０により気体軸受面１０ａの垂直方向下方に向く付勢力が付与されている（すなわち、コイルバネ２０により軸受部１０に予圧が付与されている）ので、コイルバネ２０による付勢力と静圧気体軸受による力とが釣り合った高さ位置で、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａに保持される。
移動テーブル１は幅方向両端部で直動案内装置４，４により支持されており、幅方向中心部分は支持されていないので、移動テーブル１の自重や積載物の質量による荷重を受けて、下方に撓み変形するおそれがあるが、静圧気体軸受が構成されることによって移動テーブル１の幅方向中心部分に垂直方向上方に向く力が作用するので、移動テーブル１の幅方向中心部分が上方に持ち上げられる。
【００３２】
よって、移動テーブル１の自重及び積載物の質量等に応じてエアパッド６の気体軸受面１０ａからの気体噴出圧を設定し、また、適切な付勢力を付与するコイルバネ２０を選定しておけば、移動テーブル１のテーブル幅方向中心部分が上方に持ち上げられ、移動テーブル１の自重や積載物の荷重による撓み変形が抑制される。あるいは、移動テーブル１に積載した移動テーブル５等の積載物の移動による移動テーブル１の撓み変形も抑制できる。
【００３３】
したがって、移動テーブル１とベース２との間隔（垂直方向距離）を、移動テーブル１の幅方向全体にわたって一定とすることができる。しかも、エアパッド６は、移動テーブル１の長手方向（移動方向）全体にわたって直線状に並んで取り付けられているので、移動テーブル１とベース２との間隔（垂直方向距離）を、移動テーブル１の全面にわたって一定とすることができる。
【００３４】
また、移動テーブル１の幅が大きい場合は、移動テーブル１に撓み変形が生じやすいが、そのような場合でも撓み変形を抑制するために移動テーブル１の厚さを大きくする必要がない。よって、移動テーブル１の幅が大きい場合でも、ＸＹテーブル装置を薄型とすることができる。
前述の進退機構をエアパッドに備えていない従来品では、ベースの軸受案内面の精度が低いと、移動テーブルの移動に伴って気体軸受面と軸受案内面との間の隙間（軸受隙間）の大きさが変動してしまうおそれがある。例えば、軸受隙間が大きくなると、静圧気体軸受によって軸受部に付与される気体軸受面の垂直方向上方に向く力が小さくなるので、移動テーブルに付与される垂直方向上方に向く力も小さくなって、移動テーブルが下方に凸に撓み変形するおそれが生じる。また、軸受隙間が小さくなると、静圧気体軸受によって軸受部に付与される気体軸受面の垂直方向上方に向く力が大きくなるので、移動テーブルに付与される垂直方向上方に向く力も大きくなって、移動テーブルが上方に凸に撓み変形するおそれが生じる。
【００３５】
しかしながら、本実施形態のＸＹテーブル装置は、軸受部１０を気体軸受面１０ａの垂直方向に進退させる進退機構を備えているので、ベース２の軸受案内面２ａの精度が低く移動テーブル１の移動に伴って気体軸受面１０ａと軸受案内面２ａとの間の隙間（軸受隙間）の大きさが変動したとしても、移動テーブル１に撓み変形が生じにくく、移動テーブル１とベース２との間隔（垂直方向距離）が一定に保たれる。よって、移動テーブル１の変形によるボールねじ３の芯高さの変化が生じにくいので、移動テーブル１を安定姿勢で移動させることができる。
【００３６】
このメカニズムについて、以下に詳細に説明する。例えば、ベース２の軸受案内面２ａの精度不十分に起因して軸受隙間が大きくなると、静圧気体軸受によって軸受部１０に付与される気体軸受面１０ａの垂直方向上方に向く力が小さくなるが、そうすると、前述したコイルバネ２０による付勢力と静圧気体軸受による力との釣り合いが崩れ、コイルバネ２０による気体軸受面１０ａの垂直方向下方に向く付勢力によって軸受部１０が下方に移動する（すなわち、エアパッド６の垂直方向長さが大きくなる）。そして、コイルバネ２０による付勢力と静圧気体軸受による力とが釣り合った高さ位置で、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａ内に保持される。
【００３７】
逆に、軸受隙間が小さくなると、静圧気体軸受によって軸受部１０に付与される気体軸受面１０ａの垂直方向上方に向く力が大きくなるが、そうすると、前述したコイルバネ２０による付勢力と静圧気体軸受による力との釣り合いが崩れ、静圧気体軸受によって軸受部１０に付与される気体軸受面１０ａの垂直方向上方に向く力によって軸受部１０が上方に移動する（すなわち、エアパッド６の垂直方向長さが小さくなる）。そして、コイルバネ２０による付勢力と静圧気体軸受による力とが釣り合った高さ位置で、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａ内に保持される。
【００３８】
このように、軸受隙間が大きくなると、軸受部１０が下方に移動することによりエアパッド６の垂直方向長さが大きくなるし、軸受隙間が小さくなると、軸受部１０が上方に移動することによりエアパッド６の垂直方向長さが小さくなるので、移動テーブル１の移動に伴って軸受隙間が変動したとしても、移動テーブル１の自重及び積載物の質量等に応じて初期に設定したエアパッド６の気体軸受面１０ａからの気体噴出圧を軸受隙間の変動に応じて調整することなく、移動テーブル１とベース２との間隔（垂直方向距離）は一定に保たれることとなる。よって、軸受案内面２ａの精度の影響を受けずに、移動テーブル１を常に安定姿勢で移動させることができる。
【００３９】
なお、進退機構については、下記のような各変形例を採用可能である。例えば、進退機構は、バネの付勢力を調整する調整機構を備えていてもよい。図３には、調整機構として間座２１を用いた例（第一変形例）が示されている。すなわち、有底穴２２の底部とコイルバネ２０との間に例えば環状の間座２１を配してコイルバネ２０の圧縮量を調整すれば、付勢力の強さを調整することができる。また、間座２１の厚さや間座２１を設ける垂直方向位置を調整して、付勢力の強さを調整することができる。なお、図３〜７においては、移動テーブル１の図示は省略してある。
【００４０】
また、図４に示すように、進退機構としてコイルバネ２０と気体供給による空気バネとを併用することもできる（第二変形例）。コイルバネ２０を配した有底穴２２をＯリング１７等で密封し、密封された有底穴２２の空間に気体を供給し陽圧とすれば、コイルバネ２０と空気バネの付勢力によって、ハウジング部１１と軸受部１０とに気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力を付与することができる。また、有底穴２２の空間の圧力を調整することにより、間座２１を用いなくても、ハウジング部１１と軸受部１０とに付与される気体軸受面の垂直方向の付勢力の強さを調整することができる。
【００４１】
また、コイルバネ２０の付勢力よりも磁石２３の吸引力の方を大とすれば、有底穴２２への気体の非供給時に、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａの底面に接触した状態とすることができる（図５を参照）。そうすれば、軸受部１０の気体軸受面１０ａとベース２の軸受案内面２ａとの間に大きな隙間を設けることができるので、静圧気体軸受が機能していない状況でも移動テーブル１を移動させることができる。よって、ＸＹテーブル装置のメンテナンス時等において、移動テーブル１を人手で移動させることが可能である。ただし、コイルバネ２０の付勢力を弱めることが困難である場合には、有底穴２２の空間を陰圧とすることによって、軸受部１０を上方に移動させて、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａの底面に接触した状態としてもよい。
【００４２】
なお、有底穴２２の空間への気体の供給は安定しない場合があり、有底穴２２の空間の圧力が不安定となるおそれがあるので、ハウジング部１１と軸受部１０とに付与される気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力の強さを安定させるために、コイルバネ２０の方を主体として付勢力を付与することが好ましい。また、ＸＹテーブル装置が陽圧又は陰圧条件下で使用される場合には、有底穴２２の空間の圧力が変動するおそれがあるので、ハウジング部１１と軸受部１０とに付与される気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力の強さを安定させるために、コイルバネ２０の方を主体として付勢力を付与することが好ましい。
【００４３】
さらに、図６に示すように、コイルバネ２０を用いずに、気体供給による空気バネのみで進退機構を構成することもできる（第三変形例）。ハウジング部１１の凹部１１ａの底面の中心部に有底穴２４を設け、Ｏリング２５等で密封された有底穴２４の空間に気体を供給し陽圧とすれば、ハウジング部１１と軸受部１０とに気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力を付与することができる。
【００４４】
また、有底穴２４の空間の圧力を調整することにより、ハウジング部１１と軸受部１０とに付与される気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力の強さを調整することができる。さらに、有底穴２４の空間の圧力を調整することにより、付勢力の強さを動的に調整することができる。この付勢力の強さの動的調整は、第二変形例でも可能である。さらに、コイルバネ２０を備えていないので、有底穴２２への気体の非供給時には、磁石２３の吸引力により、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａの底面に接触した状態とすることができる。
【００４５】
さらに、図７に示すように、第三変形例において磁石２３を用いない構成とすることもできる（第四変形例）。この第四変形例のＸＹテーブル装置を、軸受部１０の気体軸受面１０ａを重力方向下方に向けて使用する場合には、ＸＹテーブル装置のメンテナンス時等においては、軸受部１０の脱落を防ぐために、有底穴２４の空間を陰圧とすることが好ましい。また、第四変形例のＸＹテーブル装置は、軸受部１０の気体軸受面１０ａを重力方向上方に向けて使用する場合に好適である。軸受部１０の気体軸受面１０ａを重力方向上方に向けて使用する場合には、軸受部１０の脱落防止手段は不要であり、したがって有底穴２４の空間を陰圧とする必要はない。
【００４６】
このような本実施形態のＸＹテーブル装置は、露光装置（例えば、半導体ウエハ，液晶パネル等の平板状基板にパターンを形成するための半導体露光装置）、組み立て装置、検査装置、精密工作機械等に用いられる位置決め装置として使用することができる。
例えば、半導体ウエハを露光してパターンを形成する露光装置は、被露光材である半導体ウエハを載せて移動し半導体ウエハの位置決めをする位置決め装置と、位置決めされた半導体ウエハに露光用光を照射する光学系と、これらを制御する制御装置と、を備えている。位置決め装置としては、本実施形態のＸＹテーブル装置が好適に用いられる。
【００４７】
移動テーブル上にウエハを載せたＸＹテーブル装置を駆動して、ウエハを所定の位置に移動させたら、光学系の光源からウエハに露光用光を照射して露光を行い、ウエハにパターンを形成する。露光が終了したらＸＹテーブル装置を駆動して、別のウエハを所定の位置に移動させ、上記と同様に露光を行い、そのウエハにパターンを形成する。
このような露光装置において位置決め装置として用いられる本実施形態のＸＹテーブル装置は、移動テーブルの変形が生じにくく移動テーブルを安定姿勢で移動させることができるので、露光装置は被露光材の位置決めが正確である。
【００４８】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、移動テーブル装置の例としてＸＹテーブル装置をあげて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は、移動テーブルを一方向に直動させる直動テーブル装置に適用することもできる。また、本発明は、移動テーブルの回転を案内する案内機構によりベースに支持された移動テーブルをベース上で回転させる回転テーブル装置に適用することもできる。
【００４９】
また、本実施形態においては、移動テーブル１を移動させる送り機構としてボールねじ３を使用したが、送り機構はボールねじに限定されるものではない。
さらに、バネの種類は、コイルバネや空気バネに限定されるものではなく、板バネ等の他種のバネを用いることができる。また、ゴム等の弾性体の塊状物からなるバネを用いることもできる。さらに、コイルバネ、板バネの材質は金属に限定されるものではなく、樹脂材料、木材、竹材等を用いることも可能である。
【００５０】
さらに、静圧気体軸受の絞りには、図２〜７に示した自成絞り以外にオリフィス絞り、表面絞り、多孔質絞り等の形式があるが、本発明にはいずれの形式も使用可能である。ただし、これらの中でも自成絞りは、キリ穴を絞りとして使用するため、製造が容易で好ましい。
【符号の説明】
【００５１】
１ 移動テーブル
２ ベース
２ａ 軸受案内面
３ ボールねじ
４ 直動案内装置
４ａ 案内レール
４ｂ スライダ
５ 移動テーブル
６ エアパッド
１０ 軸受部
１０ａ 気体軸受面
１０ｂ 噴出口
１１ ハウジング部
１１ａ 凹部
２０ コイルバネ
２１ 間座
２２ 有底穴
２４ 有底穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動テーブル装置、露光装置、及びエアパッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の直動テーブル装置としては、例えば図８に示すようなものがある。この直動テーブル装置は、移動テーブル１０１、テーブルベース１０２、ボールねじ１０３、及び４本のリニアガイド１０４を備えている。ボールねじ１０３及びリニアガイド１０４は、移動テーブル１０１とテーブルベース１０２との間に設けられているが、ボールねじ１０３は、テーブル幅方向（直動方向に直交する方向）の中心に配されており、リニアガイド１０４は、テーブル幅方向の両端及びこれら両端のリニアガイド１０４とボールねじ１０３との間に配されている。そして、移動テーブル１０１の上には、固定体や移動体１０５（例えば、移動テーブル１０１とは移動方向が異なる移動テーブル）が載置される。
【０００３】
このような直動テーブル装置は、移動テーブル１０１が４本のリニアガイド１０４で支持されているので、自重や積載物の荷重によって変形しにくく、また、移動体１０５の移動に伴う移動テーブル１０１の重心位置の移動によっても変形しにくい。よって、移動テーブル１０１の変形によるボールねじ１０３の芯高さの変化が生じにくいので、移動テーブル１０１を安定姿勢で移動させることができる。しかしながら、４本のリニアガイド１０４について高さ及び移動方向の調整を精度良く行う必要があるため、直動テーブル装置の組立時の調整が非常に難しいという問題があった。
【０００４】
そこで、このような問題が生じにくい直動テーブル装置が特許文献１に提案されている（図９を参照）。特許文献１に開示の直動テーブル装置は、図８の直動テーブル装置において、テーブル幅方向両端のリニアガイド１０４とボールねじ１０３との間に２本のリニアガイド１０４を設ける代わりに、移動テーブル１０１側からテーブルベース１０２に向けてエアを吹き付けるエアパッド１０６を移動テーブル１０１に設けたものである。
【０００５】
移動テーブル１０１の自重及び積載物の質量等に応じてエアパッド１０６のエア吹き付け圧を調整することにより、移動テーブル１０１のテーブル幅方向中心部分を上方に浮上させ、移動テーブル１０１とテーブルベース１０２との間隔（垂直方向距離）を移動テーブル１０１の全面にわたって一定とすることができる。これにより、移動テーブル１０１に積載した移動体１０５の移動等により重心位置が移動しても、移動テーブル１０１に変形が生じ難くなる。また、リニアガイド１０４の数は２本なので、図８の直動テーブル装置のように組立時の調整が非常に難しいという問題はほとんどない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２７７３５１号公報
【特許文献２】特開２００６−２８１４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、エアパッド１０６は移動テーブル１０１に固定されているので、静圧気体軸受の軸受案内面であるテーブルベース１０２の平面の精度が悪い場合には、エアパッド１０６と軸受案内面との間隔（垂直方向距離）が一定とはならず、軸受案内面の場所によって変化することとなる。
そのため、移動テーブル１０１をテーブルベース１０２から浮上させる力（すなわち、静圧気体軸受により移動テーブル１０１に付与される力）が変動してしまうので、移動テーブル１０１とテーブルベース１０２との間隔（垂直方向距離）を移動テーブル１０１の全面にわたって一定とすることができず、移動テーブル１０１に変形が生じるおそれがあった。その結果、ボールねじ１０３の芯高さの変化が生じて、移動テーブル１０１を安定姿勢で移動させることができないおそれがあった。
【０００８】
特許文献２に開示の技術のように、静圧軸受の代わりにリニアガイドを用いれば、面精度の影響を排除することができるものの、リニアガイドから生じる微小振動が移動テーブルに伝わる、リニアガイドの摩擦が移動テーブルの位置決めに対して外乱力となるなどの問題が生じるおそれがある。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、静圧気体軸受の軸受案内面の精度が不十分であったとしても、移動テーブルの変形が生じにくく移動テーブルを安定姿勢で移動させることができる移動テーブル装置及び露光装置並びにエアパッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明の態様は次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る移動テーブル装置は、静圧気体軸受の軸受案内面を有するベースと、前記ベース上を直線移動又は回転する移動テーブルと、前記ベースと前記移動テーブルとの間に配され前記移動テーブルを前記ベース上に支持しつつ前記移動テーブルの直線移動又は回転を案内する案内機構と、を備える移動テーブル装置であって、気体を噴出する噴出口が形成された気体軸受面を備え、該気体軸受面から軸受隙間を介して対向する前記軸受案内面に向かって気体を噴出することにより前記軸受案内面と前記気体軸受面との間に静圧気体軸受を構成可能なエアパッドが、前記気体軸受面を前記軸受案内面に向けて前記移動テーブルの前記ベースに対向する面に固定され、前記エアパッドは、前記気体軸受面を備える軸受部と、前記移動テーブルに固定され且つ前記軸受部を保持するハウジング部と、を備え、前記ハウジング部は、前記気体軸受面が露出するように前記軸受部を収容する凹部を有し、前記気体軸受面の垂直方向に進退可能に前記軸受部を前記凹部内に保持し、さらに前記エアパッドは、前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退させて、前記移動テーブルと前記ベースとの間の垂直方向距離を一定に保つ進退機構を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような移動テーブル装置においては、前記進退機構が、前記ハウジング部と前記軸受部との間に配され前記ハウジング部と前記軸受部とに前記気体軸受面の垂直方向の付勢力を付与するバネであることが好ましい。そして、前記バネがコイルバネ及び空気バネの少なくとも一方であることがより好ましい。また、前記進退機構は、前記バネの付勢力を調整する調整機構を備えることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の他の態様に係る露光装置は、被露光材を載せて移動し前記被露光材の位置決めをする位置決め装置を備え、位置決めされた前記被露光材に露光用光を照射してパターンを形成する露光装置であって、前記位置決め装置として上記移動テーブル装置を用いたことを特徴とする。
さらに、本発明の他の態様に係るエアパッドは、軸受案内面に向かって気体を噴出する噴出口が形成された気体軸受面を備え、前記軸受案内面と前記気体軸受面との間に静圧気体軸受を構成可能な軸受部と、前記気体軸受面が露出するように前記軸受部を収容する凹部を有し、前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退可能に前記凹部内に保持するハウジング部と、前記ハウジング部と前記軸受部との間に配され前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退させる進退機構と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このようなエアパッドにおいては、前記進退機構が、前記ハウジング部と前記軸受部とに前記気体軸受面の垂直方向の付勢力を付与するバネであることが好ましい。そして、前記バネがコイルバネ及び空気バネの少なくとも一方であることがより好ましい。また、前記進退機構は、前記バネの付勢力を調整する調整機構を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の移動テーブル装置は、移動テーブルとベースとの間の垂直方向距離を一定に保つ進退機構を有するエアパッドを備えているので、静圧気体軸受の軸受案内面の精度が不十分であったとしても、移動テーブルの変形が生じにくく移動テーブルを安定姿勢で移動させることができる。
また、本発明の露光装置は、移動テーブルを安定姿勢で移動させることができるので、被露光材の位置決めが正確である。
【００１４】
さらに、本発明のエアパッドは、静圧気体軸受の軸受案内面に向かって気体を噴出する噴出口が形成された気体軸受面を備える軸受部を、ハウジング部に対して気体軸受面の垂直方向に進退させる進退機構を備えているので、軸受案内面の精度が不十分であったとしても、ハウジング部が取り付けられる部材と軸受案内面との間の垂直方向距離を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る移動テーブル装置の一実施形態であるＸＹテーブル装置の構造を示す正面図である。
【図２】図１のＸＹテーブル装置のエアパッドを示す断面図である。
【図３】第一変形例のエアパッドを示す断面図である。
【図４】第二変形例のエアパッドを示す断面図である。
【図５】非給気時の第二変形例のエアパッドを示す断面図である。
【図６】第三変形例のエアパッドを示す断面図である。
【図７】第四変形例のエアパッドを示す断面図である。
【図８】従来のＸＹテーブル装置の構造を示す正面図である。
【図９】別の従来のＸＹテーブル装置の構造を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る移動テーブル装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る移動テーブル装置の一実施形態であるＸＹテーブル装置の構造を示す正面図である。また、図２は、図１のＸＹテーブル装置に使用されるエアパッドの断面図である。
平板状のベース２の上面に、２つの直動案内装置４，４が互いに平行をなすように並んで固定されている。この２つの直動案内装置４，４の上には、長方形平板状の移動テーブル１が載置され、固定されている。移動テーブル１の長手方向と直動案内装置４の軸方向（以下「Ｘ方向」と記すこともある）とは平行をなしている。
【００１７】
詳述すると、ベース２の上面に直動案内装置４，４の案内レール４ａ，４ａが固定され、この案内レール４ａ，４ａに軸方向に移動可能に取り付けられた直動案内装置４，４のスライダ４ｂ，４ｂが、移動テーブル１の下面の幅方向両端部にそれぞれ取り付けられている。
よって、ベース２と移動テーブル１との間に配された直動案内装置４，４は、移動テーブル１をベース２上に支持しつつ移動テーブル１の直線移動を案内する案内機構として機能する。なお、直動案内装置４の数は２つなので、図８の直動テーブル装置のような組立時の調整が非常に難しいという問題はほとんどない。
【００１８】
また、移動テーブル１の下面の幅方向中央部には、ボールねじ３が取り付けられている。このボールねじ３の軸方向は、移動テーブル１の長手方向と平行をなしている。また、このボールねじ３には、ねじ軸を回転駆動するモータ等の駆動装置（図示せず）が連結されている。よって、駆動装置によってねじ軸を回転させると、ボールねじ３のナットがＸ方向に移動するので、移動テーブル１は直動案内装置４，４に案内されてベース２上をＸ方向に移動することとなる。
【００１９】
さらに、ベース２の上面に対向する移動テーブル１の下面には、複数のエアパッド６が取り付けられている。詳述すると、複数のエアパッド６は、移動テーブル１の幅方向における直動案内装置４とボールねじ３との間の位置に、移動テーブル１の長手方向全体にわたって直線状に並んで取り付けられている。
エアパッド６は、空気等の気体を噴出する噴出口１０ｂが形成された気体軸受面１０ａを備えており、この気体軸受面１０ａをベース２の上面に形成された静圧気体軸受の軸受案内面２ａに向けて移動テーブル１の下面に取り付けられている。よって、エアパッド６の気体軸受面１０ａは、ベース２の軸受案内面２ａと隙間（軸受隙間）を介して対向しており、気体軸受面１０ａから軸受案内面２ａに向かって気体を噴出すれば、軸受案内面２ａと気体軸受面１０ａとの間に静圧気体軸受（非接触軸受）が構成されるようになっている。
【００２０】
ここで、エアパッド６の構造について、図２を参照しながらさらに詳細に説明する。エアパッド６は、略円柱状の軸受部１０と、軸受部１０の外径形状にほぼ対応する形状の略円柱状の凹部１１ａを有するハウジング部１１と、を備えている。ハウジング部１１は、凹部１１ａを下方の軸受案内面２ａに向けて移動テーブル１の下面に固定されており、このハウジング部１１の凹部１１ａ内に軸受部１０が収容されている。
【００２１】
略円柱状の軸受部１０の平行な２つの平面のうち一方は、ハウジング部１１の凹部１１ａの底面に対向している。また、前記平行な２つの平面のうち他方は、凹部１１ａの外に露出して軸受案内面２ａに対向しており、静圧気体軸受の構成要素である気体軸受面１０ａをなしている。この気体軸受面１０ａには、ベース２の上面に形成された静圧気体軸受の軸受案内面２ａに向かって気体を噴出する噴出口１０ｂが複数形成されている。
【００２２】
この噴出口１０ｂから噴出される気体は、ハウジング部１１の外面に開口する給気口１３からエアパッド６内に導入され、エアパッド６（ハウジング部１１及び軸受部１０）内に形成されている通気路１４により噴出口１０ｂに供給される。すなわち、ハウジング部１１の通気路１４が、ハウジング部１１の内部を通って凹部１１ａの底面に至り、ハウジング部１１の凹部１１ａの底面に対向する平面に開口する軸受部１０の通気路１４に接続する。両通気路１４，１４の接続部分には、気体の漏洩を防ぐためにＯリング１５等のシールが装着されている。軸受部１０の通気路１４は、軸受部１０の内部を通って気体軸受面１０ａに形成されている噴出口１０ｂに接続する。なお、気体は、ハウジング部１１を介さず、軸受部１０に直接導入してもよい。
【００２３】
また、軸受部１０の通気路１４は、軸受部１０の内部で分岐して軸受部１０の円柱面にも開口している。すなわち、軸受部１０の円柱面にも気体を噴出する噴出口１０ｃが形成されており、軸受部１０の円柱面と隙間を介して対向するハウジング部１１の凹部１１ａの円柱面に気体が噴出されて、両円柱面の間に静圧気体軸受（非接触軸受）が構成されるようになっている。なお、両円柱面の間の静圧気体軸受については、軸受部１０の進退を妨げず且つ軸受案内面２ａの傾き方向の影響を伝えないように、軸受隙間を広く設定し且つ軸受剛性は低くする方が好ましい。ただし、軸受剛性が低すぎると共振現象が生じるおそれがあるので、共振現象が生じない程度の軸受剛性とする必要がある。
【００２４】
さらに、ハウジング部１１には、凹部１１ａの内周面と外周面とを連通する貫通孔１６（例えば、気体軸受面１０ａに平行な方向に延びる貫通孔）が設けられていて、軸受部１０の円柱面に形成された噴出口１０ｃからハウジング部１１の凹部１１ａの円柱面に向かって噴出された気体が、下方を向いた凹部１１ａの開口部（軸受部１０の円柱面とハウジング部１１の凹部１１ａの円柱面との間の隙間の開口）とともにこの貫通孔１６からも、エアパッド６の外部に排出されるようになっている。
【００２５】
さらに、ハウジング部１１の凹部１１ａの底面の中心部には有底穴２２が形成されており、この有底穴２２の中に、軸受部１０を気体軸受面１０ａの垂直方向に進退させる進退機構を構成するバネが配置されている。すなわち、軸受部１０は、気体軸受面１０ａの垂直方向に進退可能にハウジング部１１の凹部１１ａ内に保持されている。図２の例では、進退機構としてコイルバネ２０が配置されていて、このコイルバネ２０が、ハウジング部１１と軸受部１０とに気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力を付与するようになっている。詳述すると、コイルバネ２０は、ハウジング部１１に気体軸受面１０ａの垂直方向上方に向く付勢力を付与し、軸受部１０に気体軸受面１０ａの垂直方向下方に向く付勢力を付与する。このコイルバネ２０のバネ定数は、ハウジング部１１に付与したい付勢力（すなわち移動テーブル１に付与したい力）の強さに応じて適宜選択すればよい。
【００２６】
また、ハウジング部１１の凹部１１ａの底面の外周部には磁石２３が取り付けられており、この磁石２３の磁力により、軸受部１０がハウジング部１１の底面側に引き寄せられている。軸受部１０には、コイルバネ２０によって気体軸受面１０ａの垂直方向下方に向く付勢力が付与されているが、この磁石２３により引き寄せられているので、静圧気体軸受の非作動時（例えばメンテナンス時）に軸受部１０がハウジング部１１から脱落することはない。
【００２７】
さらに、移動テーブル１の上には、移動方向がこの移動テーブル１の移動方向とは直交する方向（すなわち、移動テーブル１の幅方向であり、以下「Ｙ方向」と記すこともある）である移動テーブル５が設けられている。図示は省略してあるが、移動テーブル１と移動テーブル５との間には直動案内装置とボールねじが配されていて、ベース２と移動テーブル１との間に設けられた前述の機構と全く同様の機構により、移動テーブル５が直動案内装置に案内されて移動テーブル１上をＹ方向に移動するようになっている。つまり、移動テーブル１は、ベース２上を移動する移動体であると同時に、移動テーブル５のベースの役割を有している。
【００２８】
また、図示は省略してあるが、移動テーブル５の下面にも複数のエアパッドが取り付けられている。このエアパッドの構成はエアパッド６と全く同様であるので、移動テーブル１のエアパッド６と全く同様の機構により、移動テーブル１の上面に形成された軸受案内面と移動テーブル５のエアパッドの気体軸受面との間に静圧気体軸受（非接触軸受）が構成されるようになっている。
【００２９】
次に、本実施形態のＸＹテーブル装置の動作について説明する。給気口１３からエアパッド６内に気体を導入すると、軸受部１０の気体軸受面１０ａに形成された噴出口１０ｂからベース２の軸受案内面２ａに向かって気体が噴出されるとともに、軸受部１０の円柱面に形成された噴出口１０ｃからハウジング部１１の凹部１１ａの円柱面に向かって気体が噴出される。その結果、軸受部１０の気体軸受面１０ａとベース２の軸受案内面２ａとの間に静圧気体軸受が構成されるとともに、軸受部１０の円柱面とハウジング部１１の凹部１１ａの円柱面との間に静圧気体軸受が構成される。
【００３０】
両円柱面の間に静圧気体軸受が構成されるため、軸受部１０とハウジング部１１は両円柱面において非接触状態が維持され、軸受部１０が円滑に進退可能となっている。また、軸受部１０の気体軸受面１０ａとベース２の軸受案内面２ａとの間に静圧気体軸受が構成されるため、軸受部１０には気体軸受面１０ａの垂直方向上方に向く力が付与され、軸受部１０の気体軸受面１０ａとベース２の軸受案内面２ａとの非接触状態が維持される。
【００３１】
前述したように、軸受部１０にはコイルバネ２０により気体軸受面１０ａの垂直方向下方に向く付勢力が付与されている（すなわち、コイルバネ２０により軸受部１０に予圧が付与されている）ので、コイルバネ２０による付勢力と静圧気体軸受による力とが釣り合った高さ位置で、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａに保持される。
移動テーブル１は幅方向両端部で直動案内装置４，４により支持されており、幅方向中心部分は支持されていないので、移動テーブル１の自重や積載物の質量による荷重を受けて、下方に撓み変形するおそれがあるが、静圧気体軸受が構成されることによって移動テーブル１の幅方向中心部分に垂直方向上方に向く力が作用するので、移動テーブル１の幅方向中心部分が上方に持ち上げられる。
【００３２】
よって、移動テーブル１の自重及び積載物の質量等に応じてエアパッド６の気体軸受面１０ａからの気体噴出圧を設定し、また、適切な付勢力を付与するコイルバネ２０を選定しておけば、移動テーブル１のテーブル幅方向中心部分が上方に持ち上げられ、移動テーブル１の自重や積載物の荷重による撓み変形が抑制される。あるいは、移動テーブル１に積載した移動テーブル５等の積載物の移動による移動テーブル１の撓み変形も抑制できる。
【００３３】
したがって、移動テーブル１とベース２との間隔（垂直方向距離）を、移動テーブル１の幅方向全体にわたって一定とすることができる。しかも、エアパッド６は、移動テーブル１の長手方向（移動方向）全体にわたって直線状に並んで取り付けられているので、移動テーブル１とベース２との間隔（垂直方向距離）を、移動テーブル１の全面にわたって一定とすることができる。
【００３４】
また、移動テーブル１の幅が大きい場合は、移動テーブル１に撓み変形が生じやすいが、そのような場合でも撓み変形を抑制するために移動テーブル１の厚さを大きくする必要がない。よって、移動テーブル１の幅が大きい場合でも、ＸＹテーブル装置を薄型とすることができる。
前述の進退機構をエアパッドに備えていない従来品では、ベースの軸受案内面の精度が低いと、移動テーブルの移動に伴って気体軸受面と軸受案内面との間の隙間（軸受隙間）の大きさが変動してしまうおそれがある。例えば、軸受隙間が大きくなると、静圧気体軸受によって軸受部に付与される気体軸受面の垂直方向上方に向く力が小さくなるので、移動テーブルに付与される垂直方向上方に向く力も小さくなって、移動テーブルが下方に凸に撓み変形するおそれが生じる。また、軸受隙間が小さくなると、静圧気体軸受によって軸受部に付与される気体軸受面の垂直方向上方に向く力が大きくなるので、移動テーブルに付与される垂直方向上方に向く力も大きくなって、移動テーブルが上方に凸に撓み変形するおそれが生じる。
【００３５】
しかしながら、本実施形態のＸＹテーブル装置は、軸受部１０を気体軸受面１０ａの垂直方向に進退させる進退機構を備えているので、ベース２の軸受案内面２ａの精度が低く移動テーブル１の移動に伴って気体軸受面１０ａと軸受案内面２ａとの間の隙間（軸受隙間）の大きさが変動したとしても、移動テーブル１に撓み変形が生じにくく、移動テーブル１とベース２との間隔（垂直方向距離）が一定に保たれる。よって、移動テーブル１の変形によるボールねじ３の芯高さの変化が生じにくいので、移動テーブル１を安定姿勢で移動させることができる。
【００３６】
このメカニズムについて、以下に詳細に説明する。例えば、ベース２の軸受案内面２ａの精度不十分に起因して軸受隙間が大きくなると、静圧気体軸受によって軸受部１０に付与される気体軸受面１０ａの垂直方向上方に向く力が小さくなるが、そうすると、前述したコイルバネ２０による付勢力と静圧気体軸受による力との釣り合いが崩れ、コイルバネ２０による気体軸受面１０ａの垂直方向下方に向く付勢力によって軸受部１０が下方に移動する（すなわち、エアパッド６の垂直方向長さが大きくなる）。そして、コイルバネ２０による付勢力と静圧気体軸受による力とが釣り合った高さ位置で、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａ内に保持される。
【００３７】
逆に、軸受隙間が小さくなると、静圧気体軸受によって軸受部１０に付与される気体軸受面１０ａの垂直方向上方に向く力が大きくなるが、そうすると、前述したコイルバネ２０による付勢力と静圧気体軸受による力との釣り合いが崩れ、静圧気体軸受によって軸受部１０に付与される気体軸受面１０ａの垂直方向上方に向く力によって軸受部１０が上方に移動する（すなわち、エアパッド６の垂直方向長さが小さくなる）。そして、コイルバネ２０による付勢力と静圧気体軸受による力とが釣り合った高さ位置で、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａ内に保持される。
【００３８】
このように、軸受隙間が大きくなると、軸受部１０が下方に移動することによりエアパッド６の垂直方向長さが大きくなるし、軸受隙間が小さくなると、軸受部１０が上方に移動することによりエアパッド６の垂直方向長さが小さくなるので、移動テーブル１の移動に伴って軸受隙間が変動したとしても、移動テーブル１の自重及び積載物の質量等に応じて初期に設定したエアパッド６の気体軸受面１０ａからの気体噴出圧を軸受隙間の変動に応じて調整することなく、移動テーブル１とベース２との間隔（垂直方向距離）は一定に保たれることとなる。よって、軸受案内面２ａの精度の影響を受けずに、移動テーブル１を常に安定姿勢で移動させることができる。
【００３９】
なお、進退機構については、下記のような各変形例を採用可能である。例えば、進退機構は、バネの付勢力を調整する調整機構を備えていてもよい。図３には、調整機構として間座２１を用いた例（第一変形例）が示されている。すなわち、有底穴２２の底部とコイルバネ２０との間に例えば環状の間座２１を配してコイルバネ２０の圧縮量を調整すれば、付勢力の強さを調整することができる。また、間座２１の厚さや間座２１を設ける垂直方向位置を調整して、付勢力の強さを調整することができる。なお、図３〜７においては、移動テーブル１の図示は省略してある。
【００４０】
また、図４に示すように、進退機構としてコイルバネ２０と気体供給による空気バネとを併用することもできる（第二変形例）。コイルバネ２０を配した有底穴２２をＯリング１７等で密封し、密封された有底穴２２の空間に気体を供給し陽圧とすれば、コイルバネ２０と空気バネの付勢力によって、ハウジング部１１と軸受部１０とに気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力を付与することができる。また、有底穴２２の空間の圧力を調整することにより、間座２１を用いなくても、ハウジング部１１と軸受部１０とに付与される気体軸受面の垂直方向の付勢力の強さを調整することができる。
【００４１】
また、コイルバネ２０の付勢力よりも磁石２３の吸引力の方を大とすれば、有底穴２２への気体の非供給時に、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａの底面に接触した状態とすることができる（図５を参照）。そうすれば、軸受部１０の気体軸受面１０ａとベース２の軸受案内面２ａとの間に大きな隙間を設けることができるので、静圧気体軸受が機能していない状況でも移動テーブル１を移動させることができる。よって、ＸＹテーブル装置のメンテナンス時等において、移動テーブル１を人手で移動させることが可能である。ただし、コイルバネ２０の付勢力を弱めることが困難である場合には、有底穴２２の空間を陰圧とすることによって、軸受部１０を上方に移動させて、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａの底面に接触した状態としてもよい。
【００４２】
なお、有底穴２２の空間への気体の供給は安定しない場合があり、有底穴２２の空間の圧力が不安定となるおそれがあるので、ハウジング部１１と軸受部１０とに付与される気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力の強さを安定させるために、コイルバネ２０の方を主体として付勢力を付与することが好ましい。また、ＸＹテーブル装置が陽圧又は陰圧条件下で使用される場合には、有底穴２２の空間の圧力が変動するおそれがあるので、ハウジング部１１と軸受部１０とに付与される気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力の強さを安定させるために、コイルバネ２０の方を主体として付勢力を付与することが好ましい。
【００４３】
さらに、図６に示すように、コイルバネ２０を用いずに、気体供給による空気バネのみで進退機構を構成することもできる（第三変形例）。ハウジング部１１の凹部１１ａの底面の中心部に有底穴２４を設け、Ｏリング２５等で密封された有底穴２４の空間に気体を供給し陽圧とすれば、ハウジング部１１と軸受部１０とに気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力を付与することができる。
【００４４】
また、有底穴２４の空間の圧力を調整することにより、ハウジング部１１と軸受部１０とに付与される気体軸受面１０ａの垂直方向の付勢力の強さを調整することができる。さらに、有底穴２４の空間の圧力を調整することにより、付勢力の強さを動的に調整することができる。この付勢力の強さの動的調整は、第二変形例でも可能である。さらに、コイルバネ２０を備えていないので、有底穴２２への気体の非供給時には、磁石２３の吸引力により、軸受部１０がハウジング部１１の凹部１１ａの底面に接触した状態とすることができる。
【００４５】
さらに、図７に示すように、第三変形例において磁石２３を用いない構成とすることもできる（第四変形例）。この第四変形例のＸＹテーブル装置を、軸受部１０の気体軸受面１０ａを重力方向下方に向けて使用する場合には、ＸＹテーブル装置のメンテナンス時等においては、軸受部１０の脱落を防ぐために、有底穴２４の空間を陰圧とすることが好ましい。また、第四変形例のＸＹテーブル装置は、軸受部１０の気体軸受面１０ａを重力方向上方に向けて使用する場合に好適である。軸受部１０の気体軸受面１０ａを重力方向上方に向けて使用する場合には、軸受部１０の脱落防止手段は不要であり、したがって有底穴２４の空間を陰圧とする必要はない。
【００４６】
このような本実施形態のＸＹテーブル装置は、露光装置（例えば、半導体ウエハ，液晶パネル等の平板状基板にパターンを形成するための半導体露光装置）、組み立て装置、検査装置、精密工作機械等に用いられる位置決め装置として使用することができる。
例えば、半導体ウエハを露光してパターンを形成する露光装置は、被露光材である半導体ウエハを載せて移動し半導体ウエハの位置決めをする位置決め装置と、位置決めされた半導体ウエハに露光用光を照射する光学系と、これらを制御する制御装置と、を備えている。位置決め装置としては、本実施形態のＸＹテーブル装置が好適に用いられる。
【００４７】
移動テーブル上にウエハを載せたＸＹテーブル装置を駆動して、ウエハを所定の位置に移動させたら、光学系の光源からウエハに露光用光を照射して露光を行い、ウエハにパターンを形成する。露光が終了したらＸＹテーブル装置を駆動して、別のウエハを所定の位置に移動させ、上記と同様に露光を行い、そのウエハにパターンを形成する。
このような露光装置において位置決め装置として用いられる本実施形態のＸＹテーブル装置は、移動テーブルの変形が生じにくく移動テーブルを安定姿勢で移動させることができるので、露光装置は被露光材の位置決めが正確である。
【００４８】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、移動テーブル装置の例としてＸＹテーブル装置をあげて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明は、移動テーブルを一方向に直動させる直動テーブル装置に適用することもできる。また、本発明は、移動テーブルの回転を案内する案内機構によりベースに支持された移動テーブルをベース上で回転させる回転テーブル装置に適用することもできる。
【００４９】
また、本実施形態においては、移動テーブル１を移動させる送り機構としてボールねじ３を使用したが、送り機構はボールねじに限定されるものではない。
さらに、バネの種類は、コイルバネや空気バネに限定されるものではなく、板バネ等の他種のバネを用いることができる。また、ゴム等の弾性体の塊状物からなるバネを用いることもできる。さらに、コイルバネ、板バネの材質は金属に限定されるものではなく、樹脂材料、木材、竹材等を用いることも可能である。
【００５０】
さらに、静圧気体軸受の絞りには、図２〜７に示した自成絞り以外にオリフィス絞り、表面絞り、多孔質絞り等の形式があるが、本発明にはいずれの形式も使用可能である。ただし、これらの中でも自成絞りは、キリ穴を絞りとして使用するため、製造が容易で好ましい。
【符号の説明】
【００５１】
１ 移動テーブル
２ ベース
２ａ 軸受案内面
３ ボールねじ
４ 直動案内装置
４ａ 案内レール
４ｂ スライダ
５ 移動テーブル
６ エアパッド
１０ 軸受部
１０ａ 気体軸受面
１０ｂ 噴出口
１１ ハウジング部
１１ａ 凹部
２０ コイルバネ
２１ 間座
２２ 有底穴
２４ 有底穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静圧気体軸受の軸受案内面を有するベースと、前記ベース上を直線移動又は回転する移動テーブルと、前記ベースと前記移動テーブルとの間に配され前記移動テーブルを前記ベース上に支持しつつ前記移動テーブルの直線移動又は回転を案内する案内機構と、を備える移動テーブル装置であって、
気体を噴出する噴出口が形成された気体軸受面を備え、該気体軸受面から軸受隙間を介して対向する前記軸受案内面に向かって気体を噴出することにより前記軸受案内面と前記気体軸受面との間に静圧気体軸受を構成可能なエアパッドが、前記気体軸受面を前記軸受案内面に向けて前記移動テーブルの前記ベースに対向する面に固定され、
前記エアパッドは、前記気体軸受面を備える軸受部と、前記移動テーブルに固定され且つ前記軸受部を保持するハウジング部と、を備え、前記ハウジング部は、前記気体軸受面が露出するように前記軸受部を収容する凹部を有し、前記気体軸受面の垂直方向に進退可能に前記軸受部を前記凹部内に保持し、
さらに前記エアパッドは、前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退させて、前記移動テーブルと前記ベースとの間の垂直方向距離を一定に保つ進退機構を備えることを特徴とする移動テーブル装置。
【請求項２】
前記進退機構が、前記ハウジング部と前記軸受部との間に配され前記ハウジング部と前記軸受部とに前記気体軸受面の垂直方向の付勢力を付与するバネであることを特徴とする請求項１に記載の移動テーブル装置。
【請求項３】
前記バネがコイルバネ及び空気バネの少なくとも一方であることを特徴とする請求項２に記載の移動テーブル装置。
【請求項４】
前記進退機構が、前記バネの付勢力を調整する調整機構を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の移動テーブル装置。
【請求項５】
被露光材を載せて移動し前記被露光材の位置決めをする位置決め装置を備え、位置決めされた前記被露光材に露光用光を照射してパターンを形成する露光装置であって、前記位置決め装置として請求項１〜４のいずれか一項に記載の移動テーブル装置を用いたことを特徴とする露光装置。
【請求項６】
軸受案内面に向かって気体を噴出する噴出口が形成された気体軸受面を備え、前記軸受案内面と前記気体軸受面との間に静圧気体軸受を構成可能な軸受部と、
前記気体軸受面が露出するように前記軸受部を収容する凹部を有し、前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退可能に前記凹部内に保持するハウジング部と、
前記ハウジング部と前記軸受部との間に配され前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退させる進退機構と、
を備えることを特徴とするエアパッド。
【請求項７】
前記進退機構が、前記ハウジング部と前記軸受部とに前記気体軸受面の垂直方向の付勢力を付与するバネであることを特徴とする請求項６に記載のエアパッド。
【請求項８】
前記バネがコイルバネ及び空気バネの少なくとも一方であることを特徴とする請求項７に記載のエアパッド。
【請求項９】
前記進退機構が、前記バネの付勢力を調整する調整機構を備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のエアパッド。
【請求項１】
静圧気体軸受の軸受案内面を有するベースと、前記ベース上を直線移動又は回転する移動テーブルと、前記ベースと前記移動テーブルとの間に配され前記移動テーブルを前記ベース上に支持しつつ前記移動テーブルの直線移動又は回転を案内する案内機構と、を備える移動テーブル装置であって、
気体を噴出する噴出口が形成された気体軸受面を備え、該気体軸受面から軸受隙間を介して対向する前記軸受案内面に向かって気体を噴出することにより前記軸受案内面と前記気体軸受面との間に静圧気体軸受を構成可能なエアパッドが、前記気体軸受面を前記軸受案内面に向けて前記移動テーブルの前記ベースに対向する面に固定され、
前記エアパッドは、前記気体軸受面を備える軸受部と、前記移動テーブルに固定され且つ前記軸受部を保持するハウジング部と、を備え、前記ハウジング部は、前記気体軸受面が露出するように前記軸受部を収容する凹部を有し、前記気体軸受面の垂直方向に進退可能に前記軸受部を前記凹部内に保持し、
さらに前記エアパッドは、前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退させて、前記移動テーブルと前記ベースとの間の垂直方向距離を一定に保つ進退機構を備えることを特徴とする移動テーブル装置。
【請求項２】
前記進退機構が、前記ハウジング部と前記軸受部との間に配され前記ハウジング部と前記軸受部とに前記気体軸受面の垂直方向の付勢力を付与するバネであることを特徴とする請求項１に記載の移動テーブル装置。
【請求項３】
前記バネがコイルバネ及び空気バネの少なくとも一方であることを特徴とする請求項２に記載の移動テーブル装置。
【請求項４】
前記進退機構が、前記バネの付勢力を調整する調整機構を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の移動テーブル装置。
【請求項５】
被露光材を載せて移動し前記被露光材の位置決めをする位置決め装置を備え、位置決めされた前記被露光材に露光用光を照射してパターンを形成する露光装置であって、前記位置決め装置として請求項１〜４のいずれか一項に記載の移動テーブル装置を用いたことを特徴とする露光装置。
【請求項６】
軸受案内面に向かって気体を噴出する噴出口が形成された気体軸受面を備え、前記軸受案内面と前記気体軸受面との間に静圧気体軸受を構成可能な軸受部と、
前記気体軸受面が露出するように前記軸受部を収容する凹部を有し、前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退可能に前記凹部内に保持するハウジング部と、
前記ハウジング部と前記軸受部との間に配され前記軸受部を前記気体軸受面の垂直方向に進退させる進退機構と、
を備えることを特徴とするエアパッド。
【請求項７】
前記進退機構が、前記ハウジング部と前記軸受部とに前記気体軸受面の垂直方向の付勢力を付与するバネであることを特徴とする請求項６に記載のエアパッド。
【請求項８】
前記バネがコイルバネ及び空気バネの少なくとも一方であることを特徴とする請求項７に記載のエアパッド。
【請求項９】
前記進退機構が、前記バネの付勢力を調整する調整機構を備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のエアパッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−９６５１６（Ｐ２０１３−９６５１６Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０４９８（Ｐ２０１１−２４０４９８）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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