精密ステージ – 業界の期待に応える精度


精密ステージは、物を正確に配置したり移動させたりするために使われる機器で、精密モーションステージや精密モーションプラットフォームとも呼ばれています。工業分野だけでなく、科学分野でも広く活用されています。

精密ステージにおけるポジションエンコーダの役割

A banner of various Renishaw position encoders, including optical encoders and magnetic encoders.jpg

ここ数年、AI や 5G、IoT などの新技術の急速な発達に伴い、半導体の需要が伸び続けています。装置メーカー各社は、高精度かつ高度な製造プロセスで求められる課題に対応するために、新モデル開発への投資を徐々に拡大しています

半導体の製造では、フォトリソグラフィ用のデュアルウェハステージ、ウェハ接合装置、レーザーアニーリング装置、機器フロントエンドモジュールなどが用いられています。

高精度エンコーダが半導体製造装置や精密ステージにどのように使われているか、その事例を以下にご紹介いたします。エンコーダ選定の際の目安になれば幸いです。


位置の検出

精密ステージの可動部に精密エンコーダが組み込まれ、エンコーダによってステージの直線状のずれや角度のずれが正確に測定されます。このずれが電気信号に変換され、コントローラ側で処理されます。

VIONiC™ は、レニショーがラインアップする光学式インクリメンタルエンコーダの中で最も高性能を誇るエンコーダシステムです。高度な内挿分割チップを内蔵し、分解能 2.5nm を達成しています。あらゆる場面で高い精度と繰り返し精度を発揮できます。

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クローズドループ制御

精密ステージはクローズドループ制御に組み込まれることも少なくありません。ステージの現在位置が、エンコーダからコントローラに常時フィードバックされます。そして実際の位置と指令位置とが比較され、求められる位置になるよう調整されます。



高精度

高精度エンコーダを使うことで、高い精度での位置測定が可能になります。精密ステージが対象を正確に配置できるかは、エンコーダの精度にかかっています。

VIONiC™ は、レニショーがラインアップする光学式インクリメンタルエンコーダの中で最も高性能を誇るエンコーダシステムです。高度な内挿分割チップを内蔵し、分解能 2.5nm を達成しています。あらゆる場面で高い精度と繰り返し精度を発揮できます。




動きの解析

高精度エンコーダからは、ステージの速度や加速度といった情報が出力されます。この情報を活用することで、動きを制御でき、スムーズな始動や停止、移動が可能になります。



複数軸システム

複数の軸を持ち、動作させる装置やシステムが多数存在しています。精密ステージも複数軸を有することがあり、軸それぞれに搭載されたエンコーダが、軸同士のアライメントや同期に貢献します。

RESOLUTE™ は、電源 ON 直後から位置を確立する、高速かつ高分解能のアブソリュートエンコーダです。多種多様なシリアルプロトコルに対応しています。

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克服すべき課題 – 精度、温度、ほこり、振動

半導体やフラットパネルディスプレイ、太陽電池といった近代的なセクタでは、精密ステージが欠かせません。位置がごくわずかにずれているだけで、深刻な不具合や故障につながってしまうため、精密ステージの精度や信頼性が生産プロセス全体を通じて重要な意味を持っています。

求められる精度レベルを実現するうえで重要な役割を担っているのがエンコーダです。高分解能、高精度、低周期誤差、信頼性などが求められます。

加えて、過酷な産業条件に耐えられること、温度変化やほこり、振動の影響を受けにくいことも要求されます。ステージを細かく制御するには、エンコーダの応答性が高くなければなりません。応答性が高いことで、現代産業で当たり前に求められる、正確な高速動作が可能になります。

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汚れは測定誤差の原因のひとつ


レニショーは、精密製造の厳格な規則や規格に完璧に適合したソリューションを提供してきました。当社のエンコーダは最高でナノメートルレベルの精度を誇ります。さらに、お客様ごとの要件合わせた、最適なカスタムソリューションもお届けすることも可能です。




精密ステージ向けにエンコーダを選定する際に考慮する要素

下表に、精密ステージにエンコーダを選定する際に考慮する、エンコーダの精度、環境条件、取付け条件などといった代表的な要素を記載します。

精密ステージ

パフォーマンス

✔ スケール精度
✔ スケールリニアリティ
✔ 分解能
✔ 周期誤差
✔ 軸長
✔ スケールの熱膨張率
✔ 速度
✔ コントローラの入力周波数
✔ ケーブルの屈曲寿命
✔ ケーブルの曲げ半径


環境

✔ 温度
✔ 湿度
✔ 振動
✔ IP 保護等級
✔ 清潔さ (ほこり、液体)
✔ 真空/X 線への暴露/明るさ
✔ 電磁両立性 (EMC)

取付け

✔ 寸法
✔ 取付け高さの公差
✔ ヨー、ピッチ、ロール
✔ コネクタ
✔ ケーブルの延長
✔ リードヘッドの移動方向
✔ 取付け方 (上面または側面)
✔ 機材のタイプ
✔ 取付け手段 (両面テープ、ガイド、端部の固定、エポキシ接着剤かねじ)
✔ 基準点
✔ リミット


その他

✔ アナログ、デジタル
✔ 内挿分割クロック周波数
✔ アラームタイプ
✔ リファレンスリミット
✔ プロトコル

サクセスストーリー: 精密ステージ

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半導体 - 世界トップメーカー

ウェハのアセンブリ/パッケージング装置の世界最大のサプライヤである ASM Pacific Technology 社 (ASMPT 社)。高い精度と高い安定性で有名な同社の装置には、

汚れに強い高品質な位置決めシステムが不可欠である。レニショーのエンコーダはリードヘッドにオプチカルフィルタ機構 (特許取得済み) を実装しており、グリースやほこり、傷などへの耐性を備えている。


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レニショーさんのエンコーダは高い汚れ耐性を備えていて、メンテナンスをほとんどしなくても安定した動作が可能です。お客様からも肯定的な意見が聞こえています。

ASM Pacific Technology 社Close quotation mark


さらにはコンパクトさも要求される。ASMPT 社のコンパクトなボンダに最適なのが TONiC™ 光学式 インクリメンタルエンコーダである。

TONiC™ だけでなく、RESOLUTE™ 光学式アブソリュートエンコーダや LM10 磁気式エンコーダ など、さまざまなレニショーエンコーダが同社の装置には採用されている。

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ASMPT 社製装置におけるレニショーエンコーダの採用例:

AB559 ウェッジボンダ: 8in×4in のボンディング領域、1 秒あたりワイヤ 4.1 本の最高速度
MCM12 ダイボンダ: フルオートのダイ、SMD、フリップチップボンディングシステム。最高 14 種類のピッキングツール、12in のウェハのハンドリング可能
SMD とフリップチップボンダ: 300mm のウェハまで対応可能
UV 硬化ダイボンダ: イメージセンサーに採用。最高分解能 50nm、動作時温度 300ºC で最高速度 3.5m/s





半導体 - 市場における競争力


U-Precision Tech 社は、北京に拠点を構える、精密装置製造におけるマーケットリーダーである。同社の半導体装置やモーションステージには主に TONiC™ 光学式エンコーダが採用されている。

厚さわずか 0.1mm のマスタリングスケールは、機材と同じ熱伸縮を見せる。

Encoder for stages - Uprecision.png

TONiC™ 光学式エンコーダ は半導体製造装置に理想的なエンコーダである。U-Precision 社をはじめ多数の OEM 各社にとってコストや製品面でメリットを期待できる製品である。

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光学式エンコーダは、ステージや工程内の機械にとって最も重要なコンポーネントのひとつです。徹底的な評価や検査を行ったうえで、レニショーさんのエンコーダを採用し、現在も継続して使用しています。

Beijing U-Precision Tech 社 (中国)Close quotation mark




精密プラットフォーム - 低いコストで高いパフォーマンス


TONiC™ UHV はフラットパネルディスプレイ製造装置や半導体製造装置の厳しい要件を満たすことができる、超高真空での使用を前提に開発されたエンコーダである。

VAD Instrument 社は、半導体やフラットパネルディスプレイ、エレクトロニクスといった各分野での真空環境で使える精密モーションステージを製造している企業である。同社が誇る最新の真空対応プラットフォームに採用されたのが、TONiC™ UHV と RLE レーザーエンコーダである。


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半導体プロセス用の真空ステージ

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レニショーさんのエンコーダは市場で高い評価を得ているようです。TONiC™ は業界的にも定番で、さまざまな高性能装置に採用されています。

VAD Instrument 社 (韓国)Close quotation mark



DD モータ - イノベーションでオーダーを勝ち取る


JUSTEK 社はモーションコントールのコンポーネント製造で市場をけん引している韓国の企業である。リニアモータ、ダイレクトドライブロータリモータ、モーションステージ、コンベヤなどを設計、製造している。同社のダイレクトドライブロータリモータとモーションステージには、レニショーの ATOM™ が採用されている。

「ATOM™ のコンパクトさは、内部のスペースが非常に限られているダイレクトドライブモータに理想的でした。何度もテストし、信頼性とパフォーマンスについてメリットが大きいという結論に至りました」(JUSTEK 社の製品マネージャ)


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レニショーさんは精密測定分野で有名です。レニショーさんの製品は、当社製品にも長年にわたって使用しています。

JUSTEK 社 (韓国)Close quotation mark

JUSTEK 社製ダイレクトドライブモータ (JTR30 シリーズ)

ATOM™ リードヘッドの大きさは、わずか 7.3×20.5×12.7mm である。このサイズ感の光学式エンコーダは市場にごくわずかしかなく、信号の安定性、汚れ耐性、信頼性といった点が優れている。


JUSTEK 社が採用したレニショー光学式エンコーダ:

ATOM™ 超小型エンコーダ (ダイレクトドライブモータ、モーションステージ)
TONiC™ エンコーダ (OLED パネル検査装置)
RESOLUTE™ エンコーダ (OLED パネルインクジェットプリント装置)


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精密プラットフォーム - 低いコストで高いパフォーマンス


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精密ステージ

For electric vehicles (EVs)

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VIONiC™ インクリメンタルデジタルエンコーダ

動的なモーションシステムに最適な、高性能光学式オープンタイプエンコーダです。

✔ 高精度

高速、高分解能

超低周期誤差

高いコストパフォーマンス


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TONiC™ インクリメンタルエンコーダ

動的なモーションシステムに最適な、高性能光学式オープンタイプエンコーダです。

✔ (超) 低ジッタ

最高 1nm の高分解能

✔ 高いコストパフォーマンス


RESOLUTE™ アブソリュートエンコーダ

高速高分解能を誇る真のアブソリュートエンコーダです。電源の ON と同時に位置を取得するため、なめらかな速度制御が可能で、高い位置安定性を発揮します。リニアシステムとロータリシステムのどちらも構築可能で、複数のシリアルインターフェースに対応しています。

高速

汚れに対する優れた耐性

低周期誤差

低ジッタ

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ATOM™ 超小型光学式エンコーダ

超小型ボディに、優れた信号安定性、汚れ耐性および信頼性を融合した革新的設計が施された、光学式インクリメンタルエンコーダです。リニアシステムおよびロータリシステムに対応しています。

✔ 超小型

安定した信号出力

汚れに対する耐性

✔ 信頼性


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QUANTiC™ インクリメンタルエンコーダ

実績あるフィルタリング機構と内挿分割機構を小型ボディに集約したオープンタイプの光学式インクリメンタルエンコーダです。アナログタイプとデジタルタイプをラインナップしており、広い取付け公差とキャリブレーション機能が特徴です。

✔ 広い取付け公差

汚れに対する耐性

高性能

✔ 堅牢

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LM10 磁気式インクリメンタルエンコーダ

LM10 は、過酷な環境でのリニアまたはロータリモーションシステム向けに設計された、高速非接触磁気式エンコーダです。リードヘッドはコンパクトな密閉式で、両面テープ式の磁気スケールまたはリングの表面から最大高さ 1.0mm に取り付けます。

両面テープ式リファレンスマーク

高速動作

IP68 準拠の優れた耐環境性

最大軸長 100m

高い信頼性

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サクセスストーリーの詳細をぜひご覧ください。


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