JP2005333763A - アライメントステージ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 このアライメントステージ装置は，サイズを小形に且つベッドに配設される電機子組立体の配設スペースを大きく確保して推力をアップさせ，高速，高応答等の性能を発揮させる。
【解決手段】電機子組立体１０の電機子コイル５は，扁平で環状に巻回された三相のコアレスコイルに構成され，軸受３の円周外側にあって且つ軸受３に密接してベッド２に配設されている。界磁マグネット４は，板状に形成してターンテーブル１に電機子コイル５に対向して円形平面に磁極を交互に異にして周方向に配設されている。
【選択図】図３

Description

この発明は，半導体製造装置，各種組立装置，試験装置等の各種装置に使用されるモータを内蔵したアライメントステージ装置に関する。

近年，アライメントステージ装置は，半導体製造装置，各種組立装置，試験装置，測定装置等の各種の装置において，益々多用途になると共に，小形で，高速，高応答性，高精度等の性能が要求されるようになった。アライメントステージ装置としては，例えば，一次側の電機子コイルと二次側の界磁マグネットから成る永久磁石式モータが内蔵されているものが知られている。

上記のようなアライメントステージ装置は，例えば，一次側の電機子コイルと二次側の界磁マグネットから成る永久磁石式モータが内蔵され，電機子コイルが扁平で環状に巻回された三相のコアレスコイルからなり，ベッド上に所定の曲率の円形平面に放射状に配向して周方向に沿ってそれぞれ配設されている。界磁マグネットを構成するマグネットは，矩形板状であり，ターンテーブル上に電機子コイルに対応する位置に，マグネットが磁極を交互に異にして放射状に配向して周方向に沿ってそれぞれ配設されており，アライメント角度が大きく設定でき，高精度でクリーンであり，コンパクトに且つ安価に作製できるというものである（例えば，特許文献１参照）。

また，リニアモータを内蔵したステージ装置が知られている。該ステージ装置は，リニアモータを用いて微小の角度位置決めを可能にした小型で薄型化して応答性を向上させたものである。該ステージ装置は，Ｘ方向に移動可能な第１ステージ，Ｙ方向に移動可能な第２ステージ，軸受を介して回転自在な回転ステージ，及び第２ステージに対して回転ステージを回転方向に微小量だけ角度位置決め駆動するリニアモータを有する（例えば，特許文献２参照）。

また，スイング動作用リニアモータが知られている。該スイング動作用リニアモータは，偶数個の磁極を，回転軸の回りに均等間隔で交互に配置した板状界磁用永久磁石と，これに対向する等価的に極数に等しい個数の平面状の電機子コイルとから成り，一方を固定子，他方を回転可能な可動子とし，ヨークは常に固定子側に置かれているものである（例えば，特許文献３参照）。
特開２００４−７２９６０号公報（第１頁，図３） 特開２００２−３２８１９１号公報（第１頁，図２） 特開平５−９１７１０号公報（第１頁，図１）

しかしながら，上記のアライメントステージ装置は，コンパクトと言っても，まだ大きなサイズのものになっていた。また，アライメントステージ装置は，安価に作製するように構成されていたので，電機子コイルが矩形環状になり，界磁マグネットを構成する多数のマグネットが矩形板状に形成されており，他の直動案内ユニットにおけるリニアモータの構成部品を利用する構造に構成されていた。即ち，上記のアライメントステージ装置は，ターンテーブルの推力を得るため，電機子組立体を構成する多数の電機子コイル及び界磁マグネットを構成する多数のマグネットを要し，これらの電機子コイルとマグネットとが円形状に配設された外形即ち外径が大きなサイズに形成されていた。従って，上記のアライメントステージ装置を，更に一層小形な構造に構成し，更に一層の推力をアップさせることが望まれていた。

この発明の目的は，上記の課題を解決するものであり，推力を可能な限りアップさせるために，ベッドに配設される電機子組立体の配設スペースを大きく確保するため電機子組立体を軸受の外輪の外周に密接させてベッドの凹部に組み込む構造に構成して径方向のサイズを可能な限り小さく構成し，それに対応してターンテーブルを軸受の外輪に固着したコンパクトな構造に形成して径方向のサイズを可能な限り小さく構成し，ターンテーブルの推力をアップさせると共に，ターンテーブルの高速，高応答，高精度等の性能を発揮できるダイレクトドライブ方式のモータを内蔵したアライメントステージ装置を提供することである。

この発明は，固定側でなるベッド，前記ベッドに軸受を介して回転支持されたターンテーブル及び前記ベッドに対して前記ターンテーブルを相対回転駆動するモータを有し，前記モータの一次側でなる電機子コイルは扁平で環状に巻回された三相のコアレスコイルからなり且つ前記ベッド上の円形平面に周方向に沿ってそれぞれ配設され，前記モータの二次側でなる界磁マグネットを構成する多数のマグネットは板状に形成され且つ前記ターンテーブルの下面に前記電機子コイルに対向して円形平面に磁極を交互に異にして周方向に沿ってそれぞれ配設されていることから成るアライメントステージ装置において，
前記ベッドに配設された多数の前記電機子コイルを備えた電機子組立体は，前記軸受の円周外側にあって且つ前記軸受に密接して配設されていることを特徴とするアライメントステージ装置に関する。

前記ターンテーブルは，前記軸受の外輪に固着され，前記ベッドに固着した前記軸受の内輪に対して転動体を介して回転支持されている。

前記軸受は，内輪，該内輪の外周側に位置する外輪，及び前記内輪と前記外輪との間で軸心を交互に直交して交差状に配設された転動体でなるローラから成るクロスローラ軸受であり，前記内輪と前記外輪は前記ターンテーブル及び前記ベッドに直接にねじ固定するため固定ねじ孔を備えている。

前記電機子コイル及び前記マグネットは，前記ターンテーブルの回転中心に収束する形状の台形に形成されている。

このアライメントステージ装置は，上記のように構成されているので，本出願人に係る特開２００４−７２９６０号公報に開示されたアライメントステージ装置に比較して，ターンテーブルとベッドとの径方向のサイズを可及的に小さく構成することができ，ベッドの径方向のサイズを可能な限り小さく構成できると共に，軸受の外輪に固着したターンテーブルをコンパクトで可能な限り小さく構成でき，しかも装置そのものを小形に構成したにもかかわらず，所望の性能を持つ永久磁石式のモータを構成する電機子組立体をベッドに且つ界磁マグネットをターンテーブルに配設でき，ターンテーブルの推力をアップさせることができ，ターンテーブルの高速，高応答，高精度等の性能を十分に発揮させることができる。

以下，図面を参照して，この発明によるアライメントステージ装置の実施例を説明する。このアライメントステージ装置は，本出願人に係る特開２００４−７２９６０号公報に開示されたアライメントステージ装置を更に発展させたものであり，上記アライメントステージ装置の特徴も備えているものであり，簡単な構造でありながら，従来のものと比較して一層小形に，高推力でありながら高速，高応答，高精度等の性能を発揮でき，装置そのものが剛性を有するコンパクトな構造に構成されている。このアライメントステージ装置は，例えば，各種の機器，Ｙ軸可動テーブル，Ｘ軸可動テーブル等の各種のベースに取り付けて使用され，ＸＹθ運動を実現できるものである。

このアライメントステージ装置は，固定側でなるベッド２，ベッド２に軸受３を介して回転支持されたターンテーブル１，及びベッド２に対してターンテーブル１を相対回転駆動する永久磁石式モータ２４を有している。ベース２には，例えば，Ｙ軸可動テーブル等の他のベースに固定するための取付用孔２９が形成されている。このアライメントステージ装置は，ＸＹθ運動を実現できるタイプに適用される場合には，ターンテーブル１はθ軸ターンテーブルを構成する。永久磁石式のモータ２４は，多数の電機子コイル５から成る一次側でなる電機子組立体１０と，多数のマグネット４Ｍから成る二次側でなる界磁マグネット４から構成されている。電機子組立体１０は，ベッド２に配設された多数の電機子コイル５と，多数の電機子コイル５を全面にわたって覆うように配設された基板１１とを有している。電機子コイル５には，図１０に示すように，カラー２１がそれぞれ配設され，カラー２１には固定用孔４０が形成されている。電機子コイル５は，固定用孔４０に皿形の固定ねじ１８を通してベッド２にそれぞれ固定されている。

電機子コイル５は，扁平で環状に巻回された三相のコアレスコイルからなり，ベッド２に形成された円環状の凹部即ち円周溝１５の円形平面に周方向に沿ってそれぞれ配設されている。界磁マグネット４を構成するマグネット４Ｍは，板状に形成され，ターンテーブル１の下面に形成された円環状の凹部即ち円周溝１４の円形平面に，電機子コイル５に対向してマグネット４Ｍの磁極を交互に異にして周方向に沿ってそれぞれ配設されている。更に，この実施例では，多数のマグネット４Ｍは，別体としてそれぞれ形成されているが，場合によっては，一体構造の板体に複数の磁極を交互に異なる状態に着磁して形成することもできる。モータ２４は，電機子組立体１０をベッド２に取り付け，界磁マグネット４をターンテーブル１に取り付け，ターンテーブル１をダイレクトに回転駆動するダイレクトドライブ型モータに構成されている。

このアライメントステージ装置は，実施例では，ベッド２に対するターンテーブル１の回転移動角度が，例えば，６０°に設定されているとすれば，６０°の移動角度に対して，電機子コイル５は，図８又は図１０に示すように，ベッド２の円周溝１５の全周には配設されず，円周溝１５に周方向に１２個順次密接して配設され，三相電流を通電するために３の倍数個になっている。また，界磁マグネット４を構成するマグネット４Ｍは，図６に示すように，ターンテーブル１の円周溝１４の全周には配設されず，円周溝１４に周方向に２１個順次密接して交互に磁極を異にして，即ち，隣接するマグネット４Ｍが互いに異なるＮ極とＳ極とが交互になるように配設されており，電機子コイル５が３コイルに対してマグネット４Ｍが４極に対応して構成されていることによって，十分な性能を発揮することができる。このアライメントステージ装置については，電機子コイル５とマグネット４Ｍとの数は，それらの周方向のサイズ，磁力等の性能，或いは要求されるトルク，回転速度等によって変更されることは勿論である。

このアライメントステージ装置において，特に，ベッド２に配設された多数の電機子コイル５でなる電機子組立体１０は，軸受３の円周外側にあって軸受５に密接して配設されていることを特徴としている。この実施例では，軸受３は，内輪１３，内輪１３の外周側に位置する外輪１２，及び内輪１３と外輪１２との間に組み込まれた転動体でなるローラ３１から構成され，ローラ３１が軸心を交互に直交して交差状に配設されているクロスローラ軸受に形成されている。円形状の電機子組立体１０を構成する電機子コイル５及び円形状の界磁マグネット４を構成するマグネット４Ｍは，回転中心Ｏに収束する形状でなる台形状にそれぞれ形成されている。この実施例では，特に，図４に示すように，電機子組立体１０は，その内周面３６の上面角部３９が軸受３の外輪１２の外周面４８の下面角部４９に密接する状態，即ち，外輪１２と電機子組立体１０とは互いに相対摺動可能で密接状態になるように，ベッド２の円周溝１５内に配設されている。このアライメントステージ装置は，上記のように構成することによって，軸受３をターンテーブル１に配設し且つ電機子コイル５をベッド２に配設するにあたって，装置そのものから径方向の無駄スペースを可及的に排除し，その分，径方向のサイズを縮小し，或いは電機子コイル５の配置スペースを十分に確保し，装置そのものを小型に形成することを可能にし，また，ターンテーブル１の回転推力をアップさせることを可能にしている。

このアライメントステージ装置は，ターンテーブル１は，他部品等のワークを取り付けるため，複数の取付用ねじ穴９を備えている。外輪１２には，ターンテーブル１に直接にねじ固定するため固定ねじ孔４２が形成されている。ターンテーブル１には，そのハウジング面３２に外輪１２をターンテーブル１に直接的にねじ固定するため固定用孔３４が形成されている。従って，固定ねじ２２をターンテーブル１の固定用孔３４に通して外輪１２の固定ねじ孔４２に螺入することによって，外輪１２がターンテーブル１に直接的に固着される。また，内輪１３には，内輪１３をベッド２に直接にねじ固定するため固定ねじ孔４３が形成されている。ベッド２には，そのハウジング面３３に内輪１３をベッド２に直接的にねじ固定するため固定用孔３５が形成されている。従って，固定ねじ２３をベッド２の固定用孔３５に通して内輪１３の固定ねじ孔４３に螺入することによって，内輪１３がベッド２に直接的に固着される。このアライメントステージ装置では，ターンテーブル１に固着された外輪１２は，転動体のローラ３１を介して固定状態の内輪１３に回転支持される。また，センサ７等が位置する領域には，異物の侵入を防止するために，カバー６がベッド２に取り付けられている。

ターンテーブル１には中央には径ｄの透視用孔４４が形成され，ベッド２には中央には径ｄの透視用孔４５が形成され，また，内輪１３には，透視用孔４４と透視用孔４５の径ｄより大きいサイズの径を持つ中央孔４６が形成されている。このアライメントステージ装置には，ターンテーブル１の透視用孔４４，ベッド２の透視用孔４５，及び内輪１３の中央孔４６とが回転中心Ｏを中心にしてそれぞれ符合しており，これらの孔４４，４５，４６によって透視用の窓８が形成される。

このアライメントステージ装置において，ターンテーブル１には，透視用孔４４に隣接して周方向に延びるハウジング面３２が形成されている。また，ベッド２には，軸受３を配設するため，透視用孔４５に隣接して周方向に延びる軸受ハウジング４１を構成するハウジング面３３が形成されている。また，ターンテーブル１には，ハウジング面３２と凹状の円周溝１４との境界部にハウジングフランジ部１９が形成されている。また，ベッド２には，透視用孔４５とハウジング面３３との境界部にハウジングフランジ部２０が形成されている。このアライメントステージ装置は，ターンテーブル１のハウジング面３２及びハウジングフランジ部１９と，ベッド２のハウジング面３３及びハウジングフランジ部２０とによって囲まれる領域に，軸受３を配設するための軸受ハウジング４１が形成されている。外輪１２は，ターンテーブル１のハウジング面３２とハウジングフランジ部１９とに接して配置し，次いで，固定ねじ２２をターンテーブル１の固定用孔３４に通して外輪１２に形成した固定ねじ孔４２に螺入することによって，ターンテーブル１に固着される。また，内輪１３は，ベッド２のハウジング面３３とハウジングフランジ部２０とに接して配置し，次いで，固定ねじ２３をベッド２の固定用孔３５に通して内輪１３に形成した固定ねじ孔４３に螺入することによって，ベッド２に固着される。

このアライメントステージ装置は，例えば，ターンテーブル１が予め決められた角度範囲内の所定の角度θに揺動駆動即ち回転してターンテーブル１に取り付けられた機器，部材，ワーク等の物体を予め決められた所定の位置に位置決め可能なステージ装置を構成することできる。このアライメントステージ装置は，この実施例では角度範囲が±３０°になっている。このアライメントステージ装置は，図３に示すように，ターンテーブル１の外径Ｄ，及び装置そのものの総高さＨをコンパクトに構成することができるものである。即ち，このアライメントステージ装置は，コンパクトな構成にするために，ベッド２に配設された多数の電機子コイル５を有する電機子組立体１０を軸受３の外輪１２の外周側に位置して軸受３に密接して配設したことを特徴としている。即ち，このアライメントステージ装置は，図３，図４及び図８に示すように，外輪１２の外径に続くすぐの外側でなる周方向に電機子コイル５が配設され，コンパクトに小形に構成されているが，従来のアライメントステージ装置は，軸受のすぐ外側に位置する部分にベッドに環状支持軸としてのハウジングフランジ部が突出していた。従って，従来のアライメントステージ装置は，環状支持軸分だけ径方向にサイズが大きくなり，コンパクトに構成できない原因になっていた。

このアライメントステージ装置は，コンパクトな構成にするために，図３に示すように，ターンテーブル１を軸受３の外輪１２に固着したことであり，外輪１２は，ベッド２に固着された軸受３の内輪１３に対して転動体を介して回転支持される構造に構成されている。このアライメントステージ装置は，上記ように構成されることによって，軸受３の内輪１３の内径側にベッド２のハウジングフランジ部２０を形成することになり，従来のような軸受３の外輪１２の外径側のハウジングフランジ部をターンテーブル１から無くし，電機子コイル５のスペースを確保したものであり，所望の大きさの電機子コイル５を配設することができる。ベッド２のハウジングフランジ部２０は，軸受３の内輪１３を所定の位置に配設するための位置決めになり，内輪１３をベッド２にずれが無いように固着できるものである。また，このアライメントステージ装置は，上記のように，装置そのものをコンパクトな構成にするために，図３に示すように，軸受３は，転動体でなるローラ３１が軸心を交互に直交して交差状に配設されてなるクロスローラ軸受に構成されており，軸受３をハウジングに固定するための押え板を不要にしてより一層に小形化に構成されている。

このアライメントステージ装置は，上記のようにコンパクトな構造に構成されているにもかかわらず，ターンテーブル１の推力をアップさせることができ，また，図１，図２，図６，図８，及び図１０に示すように，電機子コイル５及び界磁マグネット４のマグネット４Ｍは，ベッド２の上面の所定の円形平面，及びターンテーブル１の下面の所定の円形平面に周方向に沿って隣接できるように，回転中心Ｏに収束する形状でなる所定の台形状に形成されている。更に，このアライメントステージ装置は，従来のものと同様であるが，図３に示すように，上記の装置そのものをコンパクトな構成にするために，ベッド２は，マグネットヨークとしての磁気回路部分になる磁性材料から構成され，また，ターンテーブル１は，コイルヨークとして磁気回路部分になる磁性材料から構成されている。また，このアライメントステージ装置は，図３，図６，及び図７に示すように，ベッド２には，電機子コイル５を埋設する円環状の凹部，即ち円周溝１５が形成され，また，ターンテーブル１には，界磁マグネット４を構成する複数のマグネット４Ｍを埋設する円環状の凹部，即ち円周溝１４が形成されている。

また，このアライメントステージ装置は，図２，図６，図８，及び図１０に示すように，２１個のマグネット４Ｍでなる界磁マグネット４と，１２個の電機子コイル５から成る電機子組立体１０とから構成され，ターンテーブル１の大きな回転角度の移動範囲を実現し，しかもターンテーブル１の推力がアップされ，高速，高応答，高精度の性能を発揮できるものに構成されている。

このアライメントステージ装置は，図２，図５，及び図８に示すように，ターンテーブル１の外周面に貼着された光学式スケール３０と，光学式スケール３０に対向してベッド２に固着されたセンサ７とからなるエンコーダが配設され，ターンテーブル１のベッド２に対する回転位置を検知できるように構成されている。また，センサ７に対向するターンテーブル１には，原点マーク２５が配設され，原点が検出できるように構成されている。センサ７にはセンサ線２６が結線され，電機子組立体１０には，電機子コイル５へ三相電流を通電するための電源線２７，及び電機子コイル５に通電信号等を入力する信号線２８が結線されている。これらの線２６，２７，２８は，ベッド２に支持具によってそれぞれ支持されている。また，このアライメントステージ装置は，図１，図２，図６，及び図８に示されるように，所定範囲の回転角度から逸脱しないように，ベッド２にストッパ１６及びターンテーブル１にストッパ４７がそれぞれ設けられている。また，ストッパ１６には，衝撃を緩和させるため，ウレタンゴム１７が設けられている。

このアライメントステージ装置は，図８及び図１０に示すように，電機子組立体１０には，界磁マグネット４を検知して所定最大範囲の回転角度で停止するように信号を発するリミットセンサ３７及び原点前センサ３８でなるホールＩＣが配設されている。また，ターンテーブル１及びベッド２には，画像処理，透視測定等に利用する透視用孔８が形成されている。

この発明によるアライメントステージ装置は，クリーンルーム，試験実験室等のエリアで稼働される半導体製造装置，各種組立装置，測定装置，試験装置，位置決めテーブル，スライドテーブル等の各種装置に組み込んで使用できるものである。

この発明によるアライメントステージ装置の一実施例を，一部断面を含めて示した斜視図である。 図１のアライメントステージ装置からカバーを取り外した状態を示す平面図である。 図２のアライメントステージ装置におけるＡ−Ｏ−Ａ断面を示す断面図である。 図３に示すアライメントステージ装置の片側部分を拡大して示す断面図である。 図２のアライメントステージ装置におけるターンテーブルを示す正面図である。 図５のターンテーブルを示す下面図である。 図６のターンテーブルにおけるＢ−Ｂ断面における断面図である。 図２のアライメントステージ装置からターンテーブルを取り外した状態を示す平面図である。 図８の電機子組立体を示す正面図である。 図９の電機子組立体を示す下面図である。

符号の説明

１ ターンテーブル
２ ベッド
３ 軸受
４ 界磁マグネット
４Ｍ マグネット
５ 電機子コイル
１０ 電機子組立体
１２ 外輪
１３ 内輪
２４ 永久磁石式モータ
３１ ローラ（転動体）
４２，４３ 固定ねじ孔
Ｏ 回転中心

Claims (4)

1. 固定側でなるベッド，前記ベッドに軸受を介して回転支持されたターンテーブル及び前記ベッドに対して前記ターンテーブルを相対回転駆動するモータを有し，前記モータの一次側でなる電機子コイルは扁平で環状に巻回された三相のコアレスコイルからなり且つ前記ベッド上の円形平面に周方向に沿ってそれぞれ配設され，前記モータの二次側でなる界磁マグネットを構成する多数のマグネットは板状に形成され且つ前記ターンテーブルの下面に前記電機子コイルに対向して円形平面に磁極を交互に異にして周方向に沿ってそれぞれ配設されていることから成るアライメントステージ装置において，
   前記ベッドに配設された多数の前記電機子コイルを備えた電機子組立体は，前記軸受の円周外側にあって且つ前記軸受に密接して配設されていることを特徴とするアライメントステージ装置。
2. 前記ターンテーブルは，前記軸受の外輪に固着され，前記ベッドに固着した前記軸受の内輪に対して転動体を介して回転支持されていることを特徴とする請求項１に記載のアライメントステージ装置。
3. 前記軸受は，内輪，該内輪の外周側に位置する外輪，及び前記内輪と前記外輪との間で軸心を交互に直交して交差状に配設された転動体でなるローラから成るクロスローラ軸受であり，前記内輪と前記外輪は前記ターンテーブル及び前記ベッドに直接にねじ固定するため固定ねじ孔を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアライメントステージ装置。
4. 前記電機子コイル及び前記マグネットは，前記ターンテーブルの回転中心に収束する形状の台形に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアライメントステージ装置。

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