特許 7445490 アクチュエータ装置及びステージ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-28

(45)【発行日】2024-03-07

(54)【発明の名称】アクチュエータ装置及びステージ装置

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/00 20060101AFI20240229BHJP

   F15B 15/10 20060101ALI20240229BHJP

【ＦＩ】

F15B15/00 A

F15B15/10 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020057193

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021156364

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】中島 龍太

(72)【発明者】

【氏名】吉田 達矢

【審査官】高吉 統久

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１１７３１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭３７－０００４１２（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】実開昭６３－０２２４０４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５７－０９６７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１６７０８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１５Ｂ １５／００

Ｆ１５Ｂ １５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

連結部材と、
所定の軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室を有し、前記軸方向において前記連結部材に対し第１側で前記連結部材に連結され、前記圧力室の伸縮により前記連結部材を前記軸方向に駆動するメインアクチュエータと、
それぞれが、前記軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室を有し、前記軸方向において前記連結部材に対し前記第１側とは反対の第２側で前記連結部材に連結され、前記圧力室の伸縮により前記連結部材を前記軸方向に駆動する複数のサブアクチュエータと、を備え、
前記連結部材は、前記軸方向に垂直な方向から見てクランク形状を有することを特徴とするアクチュエータ装置。

【請求項2】

前記メインアクチュエータと前記複数のサブアクチュエータは、前記軸方向に少なくとも部分的にオーバーラップして配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。

【請求項3】

前記複数のサブアクチュエータは、前記メインアクチュエータに対して前記軸方向に垂直な方向にオフセットを有して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ装置。

【請求項4】

前記メインアクチュエータの前記圧力室は、伸縮部と、前記伸縮部に接続され前記連結部材に連結された可動体と、を備え、
各サブアクチュエータの前記圧力室は、伸縮部と、前記伸縮部に接続され前記連結部材に連結された可動体と、を備え、
前記メインアクチュエータの前記可動体の受圧面積は、各サブアクチュエータの前記可動体の受圧面積の合計に等しいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ装置。

【請求項5】

前記複数のサブアクチュエータは、前記メインアクチュエータに対して前記軸方向に垂直な方向に均等にオフセットを有して配置された一組または複数組のサブアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータ装置。

【請求項6】

前記メインアクチュエータの前記圧力室、および前記複数のサブアクチュエータの前記圧力室はそれぞれ、ガスの給排に伴う圧力変化により前記軸方向に伸縮するように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のアクチュエータ装置。

【請求項7】

連結部材と、
所定の軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室を有し、前記軸方向において前記連結部材に対し第１側で前記連結部材に連結され、前記圧力室の伸縮により前記連結部材を前記軸方向に駆動するメインアクチュエータと、
前記軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室を有し、前記軸方向において前記連結部材に対し前記第１側とは反対の第２側で前記連結部材に連結され、前記圧力室の伸縮により前記連結部材を前記軸方向に駆動するサブアクチュエータと、を備え、
前記連結部材は、前記軸方向に垂直な方向から見てクランク形状を有することを特徴とするアクチュエータ装置。

【請求項8】

Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な可動部を有するＸＹステージと、
請求項１から７のいずれかに記載のアクチュエータ装置と、を備え、
前記アクチュエータ装置は、Ｚ軸駆動機構として前記ＸＹステージの前記可動部に搭載されていることを特徴とするステージ装置。

【請求項9】

並進自由度についての駆動機構として、請求項１から７のいずれかに記載のアクチュエータ装置を備えることを特徴とするステージ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクチュエータ装置及びステージ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、固定側のベース体と可動側のトッププレートとの間をベローズで連結し、ベース体に設けられた導入口より作動流体を導入することでベローズを伸ばし、ばね手段によりベローズの復帰力を得るようにした一軸アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－３４６００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のようなアクチュエータが利用される代表的な用途の１つとして、半導体製造設備などの精密機械分野がある。こうした分野では、処理装置内の真空環境において被処理物を精確に位置決めすることが近年ますます求められている。

【0005】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、真空環境において使用可能なアクチュエータ装置及びステージ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様によると、アクチュエータ装置は、連結部材と、所定の軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室を有し、軸方向において連結部材に対し第１側で連結部材に連結され、圧力室の伸縮により連結部材を軸方向に駆動するメインアクチュエータと、それぞれが、軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室を有し、軸方向において連結部材に対し第１側とは反対の第２側で連結部材に連結され、圧力室の伸縮により連結部材を軸方向に駆動する複数のサブアクチュエータと、を備える。複数のサブアクチュエータは、メインアクチュエータに対して軸方向に垂直な方向にオフセットを有して配置されている。

【0007】

本発明のある態様によると、アクチュエータ装置は、連結部材と、所定の軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室を有し、軸方向において連結部材に対し第１側で連結部材に連結され、圧力室の伸縮により連結部材を軸方向に駆動するメインアクチュエータと、軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室を有し、軸方向において連結部材に対し第１側とは反対の第２側で連結部材に連結され、圧力室の伸縮により連結部材を軸方向に駆動するサブアクチュエータと、を備える。サブアクチュエータは、メインアクチュエータに対して軸方向に垂直な方向にオフセットを有して配置されている。

【0008】

本発明のある態様によると、ステージ装置は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な可動部を有するＸＹステージと、上述のアクチュエータ装置と、を備える。アクチュエータ装置は、Ｚ軸駆動機構としてＸＹステージの可動部に搭載されている。

【0009】

本発明のある態様によると、ステージ装置は、並進自由度についての駆動機構として、上述のアクチュエータ装置を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、真空環境において使用可能なアクチュエータ装置及びステージ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係るステージ装置を示す図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線断面図である。

【図3】実施形態に係るアクチュエータ装置の側面図である。

【図4】実施形態に係るメインアクチュエータの内部構造を示す模式図である。

【図5】実施形態に係るメインアクチュエータの変形例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0013】

図１は、実施形態に係るステージ装置を示す図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。図３は、実施形態に係るアクチュエータ装置の側面図である。図４は、実施形態に係るメインアクチュエータの内部構造を示す模式図である。図３において上方向は＋Ｚ方向を示し、下方向は－Ｚ方向を示す。図４には、メインアクチュエータの中心軸を含む平面（たとえばＹＺ面）による断面が模式的に示される。

【0014】

アクチュエータ装置１２０は、一軸リニアアクチュエータであり、被駆動体を支持し、被駆動体を所定の軸方向（たとえばＺ軸方向）に駆動するように構成される。被駆動体は、たとえば半導体ウェハなどの被処理物を保持するテーブル７０であってもよい。被駆動体は、アクチュエータ装置１２０の構成要素の１つとみなされてもよく、または、そうでなくてもよい。この実施形態では、一例として、アクチュエータ装置１２０は、ＸＹステージであるステージ装置１００におけるＺ軸駆動機構として用いられる。ステージ装置１００は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な可動部（たとえば第１可動部６４）を有し、この可動部にアクチュエータ装置１２０が搭載される。この可動部は、アクチュエータ装置１２０を支持する支持体とみなされる。

【0015】

図３および図４を参照して、アクチュエータ装置１２０の構成を説明する。アクチュエータ装置１２０は、１つのメインアクチュエータ１２２と、２つのサブアクチュエータ１２４、１２６と、連結部材１３０とを備える。アクチュエータ装置１２０は、真空環境に配置され、使用されうる。

【0016】

なお、「メインアクチュエータ」および「サブアクチュエータ」との名称は、両者に主従関係があることを意味するものではない。よって、「メインアクチュエータ」および「サブアクチュエータ」はそれぞれ、「第１アクチュエータ」および「第２アクチュエータ」と称されてもよい。また、サブアクチュエータ１２４、１２６は、メインアクチュエータ１２２と同様の構成要素を備える。共通する構成については、メインアクチュエータ１２２を例として説明し、冗長を避けるため、サブアクチュエータ１２４、１２６について重複する説明は適宜省略する。

【0017】

メインアクチュエータ１２２は、Ｚ軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室１５０を有し、Ｚ軸方向において連結部材１３０に対し第１側（図３では下側）で連結部材１３０に連結され、圧力室１５０の伸縮により連結部材１３０をＺ軸方向に駆動する。メインアクチュエータ１２２の圧力室１５０は、ガスの給排に伴う圧力変化によりＺ軸方向に伸縮するように構成されている。圧力室１５０は、基部１４４と、可動体１４６と、伸縮部１４８とを有する。

【0018】

メインアクチュエータ１２２は、アクチュエータ装置１２０の支持体である第１可動部６４から連結部材１３０へとＺ軸方向に延在する。メインアクチュエータ１２２の下端に基部１４４が設けられ、基部１４４は、第１可動部６４に固定されている。メインアクチュエータ１２２の上端に可動体１４６が設けられ、可動体１４６は、連結部材１３０に固定されている。伸縮部１４８は、基部１４４から可動体１４６へとＺ軸方向に延在し、基部１４４を可動体１４６に接続するＺ軸方向に伸縮可能な隔壁である。伸縮部１４８は、この実施形態では、ベローズであり、たとえば、金属材料またはそのほか適宜の材料で形成された真空ベローズである。圧力室１５０は、基部１４４、可動体１４６、および伸縮部１４８によって囲まれ密封される内部容積として、メインアクチュエータ１２２内に定められる。

【0019】

可動体１４６は、受圧部１４６ａと、受圧部１４６ａの中心から下向きに延び圧力室１５０内に配置されたシャフト１４６ｂとを備える。受圧部１４６ａの下面外周部には伸縮部１４８の上端が接続されている。受圧部１４６ａの下面のうち圧力室１５０に露出した領域が、可動体１４６の受圧面となる。たとえば、受圧部１４６ａは、Ｚ軸に垂直な平面に沿って配置される円板形状を有し、シャフト１４６ｂは、受圧部１４６ａよりも小径の円柱形状を有してもよい。この場合、可動体１４６の受圧面は、受圧部１４６ａの下面のうち伸縮部１４８から径方向に内側かつシャフト１４６ｂから径方向に外側の円環状領域となる。

【0020】

基部１４４は、圧力室１５０内において上向きに延びるガイド部１５４を有する。ガイド部１５４にはシャフト１４６ｂが挿入され、それにより、基部１４４は、可動体１４６のＺ軸方向の移動をガイドする。ガイド部１５４は、たとえば、シャフト１４６ｂを受け入れる円筒形状を有する。基部１４４、可動体１４６、および伸縮部１４８は、メインアクチュエータ１２２の中心軸に同軸に配置されている。

【0021】

また、メインアクチュエータ１２２は、基部１４４を貫通して圧力室１５０内まで延びる導管１５２を備える。図示される例では、導管１５２の先端が、ガイド部１５４の下部で、シャフト１４６ｂの底面の近傍に位置する。導管１５２は、外部の作動ガス源（図示せず）に接続され、作動ガス源から導管１５２を通じて圧力室１５０に作動ガスが供給される。また、導管１５２は、外部の排気ポンプ（図示せず）に接続されてもよく、圧力室１５０から導管１５２を通じて作動ガスが排出されてもよい。この実施形態では、アクチュエータ装置１２０はたとえば、空気圧式のアクチュエータ（いわゆるエアアクチュエータ）として構成され、作動ガスは、空気である。

【0022】

メインアクチュエータ１２２には、メインアクチュエータ１２２の移動量を測定するための位置センサ１５６が設けられている。位置センサ１５６はたとえば、基部１４４に設置され、基部１４４に対する可動体１４６の位置（たとえばＺ軸方向の位置）を測定するように構成されてもよい。

【0023】

サブアクチュエータ１２４、１２６は、それぞれが、Ｚ軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室１５０を有し、Ｚ軸方向において連結部材１３０に対し第１側とは反対の第２側（図３では上側）で連結部材１３０に連結され、圧力室１５０の伸縮により連結部材１３０をＺ軸方向に駆動する。各サブアクチュエータ１２４、１２６の圧力室１５０は、ガスの給排に伴う圧力変化によりＺ軸方向に伸縮するように構成されている。圧力室１５０は、基部１４４と、可動体１４６と、伸縮部１４８とを有する。

【0024】

サブアクチュエータ１２４、１２６は、上下の配置がメインアクチュエータ１２２とは反転されている。よって、各サブアクチュエータ１２４、１２６の下端に可動体１４６が設けられ、可動体１４６は、連結部材１３０に固定されている。伸縮部１４８は、基部１４４から可動体１４６へとＺ軸方向に延在し、基部１４４を可動体１４６に接続するＺ軸方向に伸縮可能な隔壁である。各サブアクチュエータ１２４、１２６の上端に基部１４４が設けられ、基部１４４は、支持フランジ１３２に固定されている。支持フランジ１３２は、アクチュエータ装置１２０に対し径方向外側に設けられ、第１可動部６４に固定されている。圧力室１５０は、基部１４４、可動体１４６、および伸縮部１４８によって囲まれ密封される内部容積として、各サブアクチュエータ１２４、１２６内に定められる。可動体１４６の受圧部１４６ａの下面のうち圧力室１５０に露出した領域が、可動体１４６の受圧面となる。

【0025】

この実施形態においては、メインアクチュエータ１２２の可動体１４６の受圧面積は、各サブアクチュエータ１２４、１２６の可動体１４６の受圧面積の合計に等しい。２つのサブアクチュエータ１２４、１２６は同じ構成を有するので、各サブアクチュエータ１２４、１２６の可動体１４６の受圧面積は、メインアクチュエータ１２２の可動体１４６の受圧面積の半分に等しい。

【0026】

また、メインアクチュエータ１２２の受圧面、及びサブアクチュエータ１２４、１２６の受圧面の重心がＸＹ平面において重なるように配置することが好ましい。これにより、ＸＹ平面上での力の作用点を一致させ、テーブル７０をＸＹ平面と平行に維持できる。

【0027】

メインアクチュエータ１２２とサブアクチュエータ１２４、１２６の位置関係を説明する。サブアクチュエータ１２４、１２６は、メインアクチュエータ１２２に対してＺ軸方向に垂直な第１方向（図３ではＹ軸方向）にオフセットを有して配置されている。オフセットは均等であり、すなわち、一組のサブアクチュエータ１２４、１２６が、それらの間にメインアクチュエータ１２２を挟むようにしてメインアクチュエータ１２２から等距離に配置されている。

【0028】

また、メインアクチュエータ１２２とサブアクチュエータ１２４、１２６は、Ｚ軸方向に少なくとも部分的にオーバーラップして配置されている。たとえば、図３に示されるように、サブアクチュエータ１２４、１２６の下端がメインアクチュエータ１２２の上端よりも低い位置に配置され、メインアクチュエータ１２２とサブアクチュエータ１２４、１２６は全体として、Ｚ軸方向に概ね同じ高さに配置されている。

【0029】

連結部材１３０は、第１固定部１３４と、Ｚ軸方向に第１固定部１３４と異なる高さに配置された一対の第２固定部１３６、１３８とを備える。第１固定部１３４は、第２固定部１３６、１３８よりも上方に配置されている。また、連結部材１３０は、Ｚ軸方向に垂直な第２方向（図３ではＸ軸方向）から見て、クランク形状を形成するように第１固定部１３４と第２固定部１３６を接続する一対の壁部１４０、１４２を備える。壁部１４０、１４２は、Ｚ軸に沿って延びている。連結部材１３０は、剛性が高い金属材料等によって形成される。

【0030】

第１固定部１３４の下面には、メインアクチュエータ１２２の可動体１４６が固定されており、メインアクチュエータ１２２は、第１固定部１３４と一対の壁部１４０、１４２で形成された連結部材１３０の凹部内に配置されている。第１固定部１３４の上面には、テーブル７０が固定されている。また、一対の第２固定部１３６、１３８それぞれの上面には、対応するサブアクチュエータ１２４、１２６の可動体１４６が固定されており、各サブアクチュエータ１２４、１２６は、対応する壁部１４０、１４２と支持フランジ１３２との間に配置されている。第１固定部１３４は、サブアクチュエータ１２４、１２６の基部１４４と概ね同じ高さに配置され、第２固定部１３６、１３８は、メインアクチュエータ１２２の基部１４４と概ね同じ高さに配置されている。

【0031】

このようにして、メインアクチュエータ１２２の可動体１４６とサブアクチュエータ１２４、１２６の基部１４４は、サブアクチュエータ１２４、１２６の可動体１４６に対して同じ側（図３では上側）に配置されることになる。また、サブアクチュエータ１２４、１２６の可動体１４６とメインアクチュエータ１２２の基部１４４は、メインアクチュエータ１２２の可動体１４６に対して同じ側（図３では下側）に配置されることになる。

【0032】

また、アクチュエータ装置１２０は、メインアクチュエータ１２２およびサブアクチュエータ１２４、１２６を制御する制御部１２８を備える。制御部１２８は、メインアクチュエータ１２２とサブアクチュエータ１２４、１２６を連動させて、または両者を独立に制御することができる。

【0033】

制御部１２８は、メインアクチュエータ１２２およびサブアクチュエータ１２４、１２６それぞれの圧力室１５０の圧力を制御するように構成される。導管１５２を介して圧力室１５０に作動ガスが供給されるとき圧力室１５０の圧力が高まり、圧力室１５０から作動ガスが排出されるとき圧力室１５０の圧力が下がる。

【0034】

制御部１２８は、位置センサ１５６の出力を受け、当該出力に基づいて、メインアクチュエータ１２２およびサブアクチュエータ１２４、１２６それぞれの圧力室１５０の圧力を制御するように構成されてもよい。制御部１２８は、位置センサ１５６の出力から、連結部材１３０すなわちテーブル７０のＺ軸方向位置を取得してもよく、取得されたＺ軸方向位置を目標位置に一致させるように圧力室１５０の圧力を制御してもよい。

【0035】

制御部１２８の内部構成は、ハードウェア構成としてはコンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や回路で実現され、ソフトウェア構成としてはコンピュータプログラム等によって実現されるが、図では適宜、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

【0036】

続いて、アクチュエータ装置１２０の動作を説明する。アクチュエータ装置１２０の動作が開始されると、制御部１２８による制御のもと、メインアクチュエータ１２２およびサブアクチュエータ１２４、１２６それぞれの圧力室１５０には作動ガスが供給される。各圧力室１５０の圧力は、たとえば、メインアクチュエータ１２２とサブアクチュエータ１２４、１２６の駆動力のバランス、連結部材１３０（およびテーブル７０）のＺ軸方向位置の制御特性など諸要因を考慮して定められる。

【0037】

メインアクチュエータ１２２の作動ガス圧力は、サブアクチュエータ１２４、１２６の可動体１４６、連結部材１３０、およびテーブル７０の重量を支持するために、サブアクチュエータ１２４、１２６の作動ガス圧力よりも大きくてもよい。各サブアクチュエータ１２４、１２６の圧力は、互いに等しい圧力に調整される。

【0038】

テーブル７０のＺ軸方向位置が目標位置よりも低い場合には、メインアクチュエータ１２２に作動ガスが供給され、メインアクチュエータ１２２の圧力室１５０が昇圧される。これにより、メインアクチュエータ１２２の伸縮部１４８がＺ軸方向に伸長され、可動体１４６がＺ軸方向に上方に移動する。これとともに、またはこれに代えて、サブアクチュエータ１２４、１２６から作動ガスが排出され、サブアクチュエータ１２４、１２６の圧力が低下されてもよい。このようにして、可動体１４６とともに連結部材１３０が＋Ｚ方向に移動され、さらにはテーブル７０が連結部材１３０と一体に＋Ｚ方向に目標位置に向けて移動される。

【0039】

テーブル７０を上昇させる場合、制御部１２８は位置センサ１５６の検出結果に基づき、メインアクチュエータ１２２の伸び量がサブアクチュエータ１２４、１２６の伸び量よりも大きくなるように空気量を調整してもよい。これにより、連結部材１３０に対して±Ｚ方向から同時に力を作用させられ、連結部材１３０が急上昇するのを抑制し、かつ連結部材１３０の振動を抑制できる。連結部材１３０のゆっくりとした上昇に伴ってテーブル７０も上昇する。

【0040】

逆に、テーブル７０のＺ軸方向位置が目標位置よりも高い場合には、サブアクチュエータ１２４、１２６に作動ガスが供給され、サブアクチュエータ１２４、１２６の圧力室１５０が昇圧される。これにより、サブアクチュエータ１２４、１２６の伸縮部１４８がＺ軸方向に伸長され、可動体１４６がＺ軸方向に下方に移動する。これとともに、またはこれに代えて、メインアクチュエータ１２２から作動ガスが排出され、メインアクチュエータ１２２の圧力が低下されてもよい。このようにして、可動体１４６とともに連結部材１３０が－Ｚ方向に移動され、さらにはテーブル７０が連結部材１３０と一体に－Ｚ方向に目標位置に向けて移動される。

【0041】

本実施形態に係るアクチュエータ装置１２０においては、メインアクチュエータ１２２が所定の軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室１５０を有し、複数のサブアクチュエータ１２４、１２６のそれぞれが、当該軸方向に伸縮可能な密閉された圧力室１５０を有する。より具体的には、メインアクチュエータ１２２、およびサブアクチュエータ１２４、１２６は、たとえばベローズ１４８を用いた密封構造を有する。こうして、圧力室１５０が密閉されているので、アクチュエータ装置１２０の周囲への作動ガスの漏洩は防止または抑制される。したがって、真空環境において使用可能なアクチュエータ装置１２０が提供される。

【0042】

比較のために、一対のメインアクチュエータ１２２が同軸に対向配置される構成を考える。そうすると、連結部材１３０を挟んで２つのメインアクチュエータ１２２が直列に並ぶことになる。一方のメインアクチュエータ１２２の上方のスペースが他方のメインアクチュエータ１２２で占められるので、このスペースにテーブル７０を設置することが難しい。そこで、メインアクチュエータ１２２に対しテーブル７０をＸＹ面内方向にずらして設けたとすると、テーブル７０の大きさや重さによるが、Ｚ軸方向直線移動を保証するためにはテーブル７０の周囲（たとえば両側または四方）に複数対のメインアクチュエータ１２２が必要となりうる。

【0043】

これに対して、本実施形態においては、複数のサブアクチュエータ１２４、１２６がメインアクチュエータ１２２に対してＺ軸方向に垂直な方向にオフセットを有して配置されている。メインアクチュエータ１２２の上方にテーブル７０などの被駆動体を配置するスペースを設けやすく、被駆動体をメインアクチュエータ１２２と同軸に配置することができる。１つのアクチュエータ装置１２０で駆動機構を実現しうるので、駆動機構の小型化につながりうる。

【0044】

また、メインアクチュエータ１２２と複数のサブアクチュエータ１２４、１２６がＺ軸方向に少なくとも部分的にオーバーラップして配置されている。これを実現するために、好ましくは、クランク形状をもつ連結部材１３０が用いられる。これにより、アクチュエータ装置１２０のＺ軸方向の高さを小さく抑えることができる。よって、アクチュエータ装置１２０は、ＸＹステージの第１可動部６４上に搭載されるＺ軸駆動機構のように、全高の低減が求められる用途に適する。

【0045】

一般に、典型的なエアアクチュエータでは、その内部構造に依存するが、アクチュエータの前進動作と後退動作で受圧面積が異なり、その結果、前進動作と後退動作で制御特性が異なるケースがしばしばある。これに対して、本実施形態においては、アクチュエータ装置１２０は、メインアクチュエータ１２２の可動体１４６の受圧面積が各サブアクチュエータ１２４、１２６の可動体１４６の受圧面積の合計に等しくなるように設計されている。アクチュエータ装置１２０が連結部材１３０およびテーブル７０を軸方向に押すときと引くときとで同様に制御することができる。たとえば、押し引きの力の感度（ゲイン）を等しくすることができ、これは、アクチュエータ装置１２０の位置決め精度の向上に役立つ。

【0046】

以下、アクチュエータ装置１２０を適用しうるステージ装置１００の例示的な構成を図１および図２を参照して説明する。なお、言うまでも無いが、アクチュエータ装置１２０は、以下に説明するステージ装置１００だけでなく、種々の位置決め装置または駆動機構にも適用可能である。

【0047】

説明の便宜上、図示のように、盤面１０ａに平行なある方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交する盤面１０ａに平行な方向をＹ軸方向、両者に直交する（すなわち盤面１０ａに直交する）方向をＺ軸方向とするＸＹＺ直交座標系を定める。図１は、ステージ装置１００を示す斜視図である。ステージ装置１００は、ＸＹステージと称され、対象物をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に位置決めする。

【0048】

ステージ装置１００は、定盤１０と、第１移動体１２と、第２移動体１４と、第１Ｘ軸駆動部１６と、第２Ｘ軸駆動部１８と、第１Ｙ軸駆動部２０と、第２Ｙ軸駆動部２２と、第１ガイド２４と、第２ガイド２６と、４つの連結部材８８と、を備える。

【0049】

定盤１０は、平面視で矩形状の部材である。定盤１０の上面である盤面１０ａには、平面加工が施される。また、Ｙ軸方向に沿って延在する第１側面１０ｂにも、平面加工が施される。盤面１０ａおよび第１側面１０ｂは、後述するようにエアベアリングが滑走する滑走面として機能する。

【0050】

第１Ｙ軸駆動部２０は、第１Ｙ軸固定子２８と、第１Ｙ軸可動子３０とを含む。第１Ｙ軸固定子２８は、細長い円柱状の部材であり、複数の円柱状の磁石を連結して構成される。第１Ｙ軸固定子２８は、その軸線方向がＹ軸方向と一致するよう配置され、定盤１０の第１側面１０ｂに固定された一対の保持部材（不図示）により両端が保持される。すなわち、第１Ｙ軸固定子２８は、平面視において、定盤１０の外側に配置される。

【0051】

第１Ｙ軸可動子３０は、ハウジング３２と、コイル（不図示）とを含む。ハウジング３２には、Ｙ軸方向に貫通する断面が円形の挿通孔が形成されており、第１Ｙ軸固定子２８が挿通される。コイルは、第１Ｙ軸固定子２８を取り囲むよう挿通孔内に配置され、挿通孔の周面に固定される。コイルに電流が流れると、コイルと第１Ｙ軸固定子２８との間に電磁力が発生し、その電磁相互作用によってコイルひいては第１Ｙ軸可動子３０がＹ軸方向に移動する。

【0052】

第２Ｙ軸駆動部２２は、第２Ｙ軸固定子３４と、第２Ｙ軸可動子３６と、を含む。第２Ｙ軸固定子３４、第２Ｙ軸可動子３６は、第１Ｙ軸固定子２８、第１Ｙ軸可動子３０と同様に構成される。なお、第２Ｙ軸固定子３４は、その軸線方向がＹ軸方向と一致し、かつ、第１Ｙ軸固定子２８と平行に並ぶよう配置される。また、第２Ｙ軸固定子３４は、盤面１０ａ上に固定された一対の保持部材（不図示）により両端が支持される。

【0053】

第２移動体１４は、第２可動部３８と、複数のＹ軸ヨーエアベアリング４０と、ガイドビーム４２と、複数のＹ軸リフトエアベアリング４４と、を含む。

【0054】

第２可動部３８は、板状の部材であり、２つの主面がＸ軸方向を向くよう配置される。第２可動部３８は、第１Ｙ軸可動子３０の下方に設けられ、第１Ｙ軸可動子３０に連結される。したがって、第２可動部３８は、第１Ｙ軸可動子３０とともに移動する。第２可動部３８の下側部分は、定盤１０の第１側面１０ｂと対向する。

【0055】

複数のＹ軸ヨーエアベアリング４０は、定盤１０の第１側面１０ｂと対向する第２可動部３８の下側部分に固定され、第１側面１０ｂに対して空気などの気体を噴出する。その反発力により、第２可動部３８と第１側面１０ｂとの非接触状態が維持される。

【0056】

ガイドビーム４２は、長尺状の部材であり、第１Ｘ軸固定子５２（後述）と第２Ｘ軸固定子５８（後述）との間に、その長手方向がＸ軸方向に一致するよう配置される。ガイドビーム４２は、一端が第２可動部３８に連結され、他端が第２Ｙ軸可動子３６に連結される。ガイドビーム４２は、Ｘ軸方向に直交する断面の形状が凹形を有する。詳しくは、ガイドビーム４２は、底壁４６と、第１側壁４８と、第２側壁５０と、を含む。底壁４６は、Ｘ軸方向に長い平板状の部材であり、２つの主面がＺ軸方向を向くよう設けられる。第１側壁４８は、Ｘ軸方向に長い立壁であり、底壁４６の上面（すなわち一方の主面）のＹ軸方向の一端から立設する。第２側壁５０は、第１側壁４８と同様、Ｘ軸方向に長い立壁であり、第１側壁４８とＹ軸方向で対向するように底壁４６の上面のＹ軸方向の他端から立設する。

【0057】

第１側壁４８の外側の面、すなわち第２側壁５０と対向する面とは反対側の面は、平面加工が施され、エアベアリングが滑走するための滑走面として機能する。以下、第１側壁４８の外側の面を第１滑走面４８ａと呼ぶ。同様に、第２側壁５０の外側の面は、平面加工が施され、エアベアリングが滑走するための滑走面として機能する。以下、第２側壁５０の外側の面を第２滑走面５０ａと呼ぶ。

【0058】

複数のＹ軸リフトエアベアリング４４は、ガイドビーム４２に固定されている。Ｙ軸リフトエアベアリング４４は、定盤１０の盤面１０ａに対して気体を噴出する。その反発力によってＹ軸リフトエアベアリング４４ひいてはガイドビーム４２は、盤面１０ａと非接触のまま、詳しくは盤面１０ａとの間に数μｍ程度の隙間を介して、Ｚ軸方向に支持される。

【0059】

第１Ｘ軸駆動部１６は、第１Ｘ軸固定子５２と、第１Ｘ軸可動子５４と、第１支持部材５６と、を含む。第１Ｘ軸固定子５２は、第１Ｙ軸固定子２８や第２Ｙ軸固定子３４と同様に構成される。第１Ｘ軸固定子５２は、その軸線方向がＸ軸方向と一致するよう配置され、第１支持部材５６により両端が支持される。第１Ｘ軸可動子５４は、第１Ｙ軸可動子３０や第２Ｙ軸可動子３６と同様に構成され、第１Ｘ軸固定子５２との電磁相互作用によってＸ軸方向に移動する。

【0060】

第２Ｘ軸駆動部１８は、第２Ｘ軸固定子５８と、第２Ｘ軸可動子６０と、第２支持部材６２と、を含む。第２Ｘ軸固定子５８、第２Ｘ軸可動子６０は、第１Ｘ軸固定子５２と、第１Ｘ軸可動子５４と同様に構成される。第２Ｘ軸固定子５８は、その軸線方向がＸ軸方向と一致し、かつ、第１Ｘ軸固定子５２と平行に並ぶよう配置され、第２支持部材６２により両端が支持される。

【0061】

図２に示されるように、第１移動体１２は、第１可動部６４と、複数のＸ軸ヨーエアベアリング６６と、複数のＸ軸リフトエアベアリング６８と、テーブル７０と、を含む。第１可動部６４は、四角筒状の部材であり、ガイドビーム４２が挿通される。第１可動部６４は、底壁７２と、上壁７４と、第１側壁７６と、第２側壁７８と、を含む。第１側壁７６はガイドビーム４２の第１滑走面４８ａと対向し、第２側壁はＹ軸ガイドの第２滑走面５０ａと対向する。第１側壁の外側の面には、接続部材（不図示）を介して第１Ｘ軸可動子５４が連結され、第２側壁の外側の面には、接続部材（不図示）を介して第２Ｘ軸可動子６０が連結されている。したがって、第１可動部６４は、第１Ｘ軸可動子５４および第２Ｘ軸可動子６０とともに移動する。

【0062】

複数のＸ軸ヨーエアベアリング６６は、第１側壁７６の内面（すなわち第２側壁と対向する面）７６ａ、第２側壁７８の内面（すなわち第１側壁と対向する面）７８ａに固定され、ガイドビーム４２の第１滑走面４８ａ、第２滑走面５０ａに対して気体を噴出する。また、複数のＸ軸リフトエアベアリング６８は、底壁７２の下面７２ａに固定され、盤面１０ａに対して気体を噴出する。第１可動部６４は、Ｘ軸ヨーエアベアリング６６およびＸ軸リフトエアベアリング６８が気体を噴出することによる反発力によって、ガイドビーム４２および盤面１０ａと非接触のまま、詳しくはガイドビーム４２および盤面１０ａとの間に数μｍ程度の隙間を介して、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に支持される。

【0063】

第１可動部６４上にはアクチュエータ装置１２０が配置され、テーブル７０はアクチュエータ装置１２０により第１可動部６４に対してＺ軸に沿って移動可能に支持される。テーブル７０は、アクチュエータ装置１２０により駆動される。

【0064】

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。

【0065】

図５は、メインアクチュエータの変形例を示す。変形例によるメインアクチュエータ１８０は、ベローズ構造に換えてダイヤフラム構造を有する。メインアクチュエータ１８０は、内部に圧力室１５０が定められた基部１８２、及び可動体１８４を備える。圧力室１５０内には、ダイヤフラム１８６が設けられる。外部の空気源から導管１５２を介して圧力室１５０に空気が送り込まれるとダイヤフラム１８６の内圧が高まり膨張する。ダイヤフラム１８６を膨張させることで可動体１８４が上昇し、テーブル７０を上昇させられる。この構造は、サブアクチュエータ１２４、１２６に適用してもよい。ダイヤフラム１８６を用いたメインアクチュエータ１８０も真空環境下で使用可能である。

【0066】

また、上述の実施形態では、アクチュエータ装置１２０がステージ装置１００のＺ軸駆動機構として用いられる場合を例として説明したが、本発明はこれに限られない。ある実施形態においては、アクチュエータ装置１２０は、Ｘ軸駆動機構、またはＹ軸駆動機構として用いられてもよい。ある実施形態においては、ステージ装置は、任意の並進自由度（すなわち、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の少なくとも１つ）についての駆動機構として、アクチュエータ装置１２０を備えてもよい。

【0067】

ある実施形態においては、アクチュエータ装置１２０は、２つより多数のサブアクチュエータを備えてもよい。複数組のサブアクチュエータがそれぞれ、メインアクチュエータに対して軸方向に垂直な方向に均等にオフセットを有して配置されてもよい。たとえば、３つまたは４つのサブアクチュエータが設けられ、これらがＸＹ平面において、メインアクチュエータ１２２から等距離に配置され、かつメインアクチュエータ１２２を中心に等角度間隔で配置されてもよい。この場合にも、メインアクチュエータの可動体の受圧面積は、各サブアクチュエータの可動体の受圧面積の合計に等しくてもよい。たとえば、各サブアクチュエータの可動体の受圧面積は、メインアクチュエータの可動体の受圧面積の１／３または１／４であってもよい。

【0068】

必要に応じて、アクチュエータ装置１２０は、１つのメインアクチュエータと、１つのサブアクチュエータとを備えてもよい。つまり、サブアクチュエータは、１つだけでもよい。あるいは、アクチュエータ装置１２０は、複数のメインアクチュエータを備えてもよい。

【0069】

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

【符号の説明】

【0070】

１００ ステージ装置、 １２０ アクチュエータ装置、 １２２ メインアクチュエータ、 １２４ サブアクチュエータ、 １８０ メインアクチュエータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】