半導体製造や大型光学検査におけるナノメートルレベルの精度への飽くなき追求は、モーションコントロールシステムへのかつてない要求を突きつけています。エンジニアは、エアベアリングステージの摩擦のない優雅さを求めるか、それとも花崗岩をベースとした機械式ステージの堅牢性と振動減衰の信頼性を求めるかという、重要な設計上の選択にしばしば直面します。ZHHIMGグループでは、最適なソリューションは材料科学と流体力学の交差点にあることが多いことを認識しています。
核心的な議論：エアベアリングステージ vs. グラナイトステージ
この違いを理解するには、接触のメカニズムに注目する必要があります。従来の花崗岩ステージでは、クロスローラーやボールスライドなどの高精度機械式ベアリングが、ステージに直接組み込まれていることがよくあります。花崗岩の土台これらのシステムは、高い耐荷重性と卓越した剛性で高く評価されています。花崗岩の自然な減衰特性により、モーターや環境からの残留振動が速やかに消散するため、高負荷計測において欠かせない存在となっています。
対照的に、エアベアリングステージは最高峰の滑らかさを誇ります。移動キャリッジを加圧空気の薄い膜（通常わずか数ミクロンの厚さ）で支持することで、物理的な接触を排除します。この摩擦がゼロであることは、スティクション（静止摩擦）と摩耗をゼロにすることにつながり、スキャニングアプリケーションに求められる極めて一定の速度を実現します。エアベアリングは優れた幾何学的精度を提供しますが、クリーンで乾燥した空気の供給が必要であり、一般的に機械式に比べて偏心荷重の影響を受けやすいという欠点があります。
特殊用途向け光学ステージの種類の分析
光学分野では特殊な動作プロファイルが求められ、様々な光学ステージが開発されています。適切なタイプは、必要な自由度と検査環境に応じて選択されます。
リニア光学ステージはおそらく最も一般的であり、高荷重用のリードスクリュー、または高加速用のリニアモーターのいずれかを採用しています。長い移動距離にわたってナノメートルレベルの真直度が求められる場合、エアベアリング式リニアステージはフィードバック用のレーザー干渉計と組み合わせられることがよくあります。
回転光学ステージは、ゴニオメトリやレンズ要素の芯出し検査など、角度に依存する測定に不可欠です。特にエアベアリング回転ステージは、軸方向および半径方向の振れがほぼゼロであるため、回転中でも光軸が正確に調整された状態を維持するため、特に有利です。
XYスタックやXYZスタックなどの多軸システムは、自動ウェーハ検査で頻繁に使用されます。これらの構成では、花崗岩製のベースプレートの選択は不可欠です。花崗岩は、ある軸の動きが別の軸の精度に影響を与えるのを防ぐのに必要な質量と熱慣性を提供します。
花崗岩とエアベアリングの相乗効果
エアベアリングステージと花崗岩のステージこれらは互いに排他的です。実際、最先端のモーションシステムはこの2つを組み合わせたものです。ハイエンドのエアベアリングステージでは、ガイド面としてほぼ例外なく花崗岩が使用されています。その理由は、花崗岩は広い面積をサブミクロン単位の平坦度で研磨できるためです。これはアルミニウムやスチールでは実現が困難です。
エアベアリングはガイド表面の凹凸を「平均化」するため、ZHHIMG製の花崗岩ビームの極めて平坦な形状により、移動距離全体にわたって空気膜が均一に保たれます。この相乗効果により、摩擦のない空気の動きと花崗岩の堅牢な安定性という、両方の長所を兼ね備えたモーションシステムが実現します。
メンテナンスと環境に関する考慮事項
これらのシステムの運用には、厳格な環境管理が必要です。機械式の花崗岩ステージは比較的堅牢ですが、異物の蓄積を防ぐため、ベアリングトラックの定期的な潤滑と清掃が必要です。エアベアリングシステムは、潤滑に関してはメンテナンスフリーですが、空気圧供給の品質に依存します。空気ラインに水分や油分が混入すると「オリフィスの詰まり」を引き起こし、空気膜が損なわれて表面接触に重大な損傷が生じる可能性があります。
さらに、熱管理は極めて重要です。どちらのシステムも、リニアモーターのヒートシンクとして機能する花崗岩の高い熱容量の恩恵を受けています。しかし、ナノメートルスケールのアプリケーションでは、1℃の温度変化でも大きな膨張を引き起こす可能性があります。専門的なラボでは、ステージ周辺の安定した微気候を維持するために、特殊な花崗岩製の筐体を使用することがよくあります。
結論：イノベーションのための適切な基盤の選択
アプリケーションが機械式花崗岩ステージの高い耐荷重性を必要とする場合でも、エアベアリングシステムの極めて滑らかな速度制御を必要とする場合でも、基礎は最も重要なコンポーネントです。ZHHIMGは、ステージを提供するだけでなく、お客様の最も野心的なプロジェクトに必要な地質学的および機械的な確実性を提供します。半導体および光学産業がさらに厳しい公差へと進む中、当社は優れた材料と精密エンジニアリングへのこだわりにより、お客様のモーションコントロールシステムが研究や生産の制約要因となることがありません。
投稿日時: 2026年1月22日