JP2011119320A - thetaZ DRIVE DEVICE AND STAGE DEVICE WITH THE SAME, AND INSPECTION DEVICE - Google Patents

thetaZ DRIVE DEVICE AND STAGE DEVICE WITH THE SAME, AND INSPECTION DEVICE Download PDF

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JP2011119320A JP2009273139A JP2009273139A JP2011119320A JP 2011119320 A JP2011119320 A JP 2011119320A JP 2009273139 A JP2009273139 A JP 2009273139A JP 2009273139 A JP2009273139 A JP 2009273139A JP 2011119320 A JP2011119320 A JP 2011119320A
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Yoshiaki Kubota
義昭 久保田
Yoichiro Dan
洋一郎 壇
Toshiyuki Kono
寿之 河野
Toru Shikayama
透 鹿山
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Yaskawa Electric Corp
株式会社安川電機
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To miniaturize a θZ drive device positioning a substrate used in a semiconductor manufacturing device or the like. <P>SOLUTION: The θZ drive device includes a cylindrical frame 17 erected on a base 6, a θZ actuator 15 which is arranged on an inner face of the frame 17 and drives a table 1 in a Z direction and a θ direction, a rise and fall supporting part 7 supporting the table 1 so that it can rise and fall in the Z direction, a rotation supporting part 4 supporting the table 1 so that it can rotate in the θ direction, and a position detection unit 31 for acquiring rise/fall positions and a rotation position of the table 1. All of the rise/fall supporting part 7, the rotation supporting part 4 and the position detection unit 31 are arranged on an inner side of the θZ actuator 15 and are arranged so as to be settled in a height of the Z direction of the θZ actuator 15. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば半導体露光装置や半導体検査装置に使用される装置であって、基板をZ方向およびθ方向に位置決めするθZ駆動装置に関する。   The present invention relates to a θZ driving device that is used in, for example, a semiconductor exposure apparatus or a semiconductor inspection apparatus and positions a substrate in a Z direction and a θ direction.
半導体製造装置の分野では基板(ウェハ、液晶ガラス、マスクなど)などを精密に位置決めするために種々の装置が使われている。その装置の中には露光装置や検査装置などに設けられた光学系の機器に対して、基板を鉛直Z方向およびそのZ軸まわりの回転θ方向に位置決めさせるθZ駆動装置がある。θZ駆動装置に求められる基板の位置決め精度は数nmというレベルを要求されている。この位置決め精度は半導体の微細化に伴い、今後さらなる高精度化を要求されている。この高精度位置決めを実現する従来の技術として、例えば特許文献1のような技術がある。   In the field of semiconductor manufacturing equipment, various apparatuses are used for accurately positioning a substrate (wafer, liquid crystal glass, mask, etc.). Among such apparatuses, there is a θZ driving apparatus for positioning a substrate in a vertical Z direction and a rotation θ direction around the Z axis with respect to an optical apparatus provided in an exposure apparatus or an inspection apparatus. Substrate positioning accuracy required for the θZ driving device is required to be several nanometers. This positioning accuracy is required to be further increased in the future with the miniaturization of semiconductors. As a conventional technique for realizing this high-precision positioning, for example, there is a technique as disclosed in Patent Document 1.
特開2007−27659号公報(第7頁、図1,図2)Japanese Patent Laying-Open No. 2007-27659 (Page 7, FIGS. 1 and 2)
しかしながら、特許文献1のような従来のθZ駆動装置では、基板保持部を駆動するZ軸アクチュエータとθ軸アクチュエータが別体になっており、それらが可動部の周囲に配置されているだけなので、θZ駆動装置が大型化してしまうという問題があった。特に、θZ駆動装置のZ方向の高さが高くなってしまい、例えば、θZ駆動装置を特許文献1のように、いわゆるXYステージに搭載すると、これらの装置全体の高さが高くなってしまうという問題がある。
また、従来のθZ駆動装置は、基板を保持する基板保持部をZ方向に駆動させるためのZ軸アクチュエータが板状のマグネットの間に板状のコイルが空隙をもって挿入されているので、基板保持部材がθ方向に回転するときには、マグネットがこの隙間内で移動できる範囲でしか回転できず、θ方向の動作範囲が制限されるという問題があった。つまり、θ方向の回転は微小な範囲でしかできず、基板を様々な方向から検査する場合などに支障をきたしていた。
また、基板保持部をZ方向に案内する昇降支持部にエアースライダーが使用されており、この場合、θZ駆動装置の固定側と可動側との間に必ず数μm以上の空気層が必要となるため、基板保持部が振動しやすく、基板保持部のZ方向の位置決め精度が悪化するという問題が発生する。
また、従来のθZ駆動装置では、可動部の重量のすべてをZ軸アクチュエータが支持しているので、可動部を駆動するZ軸アクチュエータが大型化してしまうという問題があった。
また、従来のθZ駆動装置では、可動部の回転支持部や昇降支持部から発生したパーティクルが基板を汚染するおそれがある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、θ方向の動作範囲を大きくするとともに、Z方向の位置決め精度を向上させ、θZ駆動装置を小型にすることを目的とする。また、θZ装置内部から発生したパーティクルによる基板の汚染を防ぐことができるθZ駆動装置を提供することを目的とする。
However, in the conventional θZ driving device such as Patent Document 1, the Z-axis actuator and the θ-axis actuator that drive the substrate holding part are separated, and they are only arranged around the movable part. There is a problem that the θZ driving device becomes large. In particular, the height in the Z direction of the θZ drive device is increased. For example, when the θZ drive device is mounted on a so-called XY stage as in Patent Document 1, the height of the entire device is increased. There's a problem.
In addition, the conventional θZ drive device holds the substrate because the Z-axis actuator for driving the substrate holding part that holds the substrate in the Z direction is inserted between the plate-like magnets with a gap between them. When the member rotates in the θ direction, the magnet can rotate only within a range in which the magnet can move within the gap, and there is a problem that the operating range in the θ direction is limited. That is, the rotation in the θ direction can be performed only in a very small range, which has been a problem when the substrate is inspected from various directions.
In addition, an air slider is used for the elevating support portion that guides the substrate holding portion in the Z direction. In this case, an air layer of several μm or more is necessary between the fixed side and the movable side of the θZ drive device. For this reason, there is a problem that the substrate holding part is likely to vibrate, and the positioning accuracy of the substrate holding part in the Z direction is deteriorated.
Further, in the conventional θZ driving device, since the Z-axis actuator supports all of the weight of the movable part, there is a problem that the Z-axis actuator that drives the movable part becomes large.
Further, in the conventional θZ driving device, there is a possibility that particles generated from the rotation support part and the lifting support part of the movable part contaminate the substrate.
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to increase the operation range in the θ direction, improve the positioning accuracy in the Z direction, and reduce the size of the θZ driving device. It is another object of the present invention to provide a θZ driving device that can prevent the substrate from being contaminated by particles generated from the inside of the θZ device.
上記問題を解決するため、本発明では、次のように構成した。
すなわち、ベースに対して可動するテーブルが、鉛直なZ方向への昇降と、前記Z方向を回転中心軸とするθ方向への回転と、の2方向への動作が可能なθZ駆動装置において、前記ベースに立設する円筒状のフレームと、前記フレームの内面に設けられて前記テーブルを前記Z方向と前記θ方向に駆動するθZアクチュエータと、前記テーブルが前記Z方向へ昇降可能となるよう支持する昇降支持部と、前記テーブルが前記θ方向へ回転可能となるよう支持する回転支持部と、前記テーブルの昇降位置および回転位置を取得するための位置検出部と、を備え、前記昇降支持部と前記回転支持部と前記位置検出部のすべてが、前記θZアクチュエータの内側にあって、かつ前記θZアクチュエータの前記Z方向の高さにほぼ収まるよう配置したθZ駆動装置とした。
また、前記θZアクチュエータが、前記テーブルの外周面に固定されたマグネット部と、前記フレームの内面に固定された固定子と、からなって、前記θZ駆動装置の最外周部に配置され、前記マグネット部の内側に前記昇降支持部と前記回転支持部と前記位置検出部とが位置するよう配置した。
また、前記テーブルは、昇降テーブル部と回転テーブル部とからなり、前記昇降テーブル部が前記昇降支持部によって昇降自在に支持され、前記回転テーブル部が前記昇降テーブル部の周囲に保持された前記回転支持部によって回転可能に支持されるとともに、前記回転支持部とほぼ同じ高さになるようその外周面に前記マグネット部を備え、前記θZアクチュエータの作用によって回転するときは前記回転テーブル部のみが回転し、昇降するときは前記回転テーブルと前記昇降テーブルとが一体となって昇降するようにした。
また、前記昇降支持部は、第1昇降支持部と第2昇降支持部とからなり、前記第1昇降支持部は、前記昇降テーブルの中央で前記昇降テーブルを支持し、前記第2昇降支持部は、前記昇降テーブルの周囲を複数個所で支持するようにした。
また、前記第1或いは第2の昇降支持部のいずれか一方のみで前記昇降テーブルが支持されるよう構成した。
また、前記θZアクチュエータの前記固定子は、前記フレームの内側に固定されたコアと、前記コアの内側に固定されたθ軸コイルと、前記θ軸コイルの内側に固定されたZ軸コイルと、からなり、前記θZアクチュエータの前記マグネット部は、前記回転テーブル部の外周面に固定されたヨークと、前記ヨークの表面に固定されて前記Z軸コイルと一定の隙間を介して対向するよう配置されたマグネットと、からなり、前記マグネットが、前記ヨークにおいて前記Z方向の上段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチで配設された第1のマグネットと、前記ヨークにおいて前記Z方向の下段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチであって、かつ前記第1のマグネットの磁極とは異極になるよう配設された第2のマグネットと、からなるよう構成した。
また、一端が前記ベースに支持され、他端が前記昇降テーブルに作用して、前記テーブルを含む昇降部分の前記Z方向の自重を支える自重補償バネを備えるよう構成した。
また、前記自重補償バネには、前記自重補償バネの長さを調節するバネ調整機構を備えた。
また、前記フレームに、少なくとも1箇所の排気穴が設けられ、前記ベースと前記テーブルと前記フレームとで囲まれた略閉鎖空間内を前記排気穴から排気するよう構成した。
また、θZ駆動装置と、前記θZ駆動装置を前記Z方向と垂直なY方向に駆動するY駆動装置と、前記θZ駆動装置を前記Z方向と前記Y方向とに垂直なX方向に駆動するX駆動装置と、を備えたXYθZステージを構成した。
また、θZ駆動装置と、前記θZ駆動装置を前記Z方向と垂直なY方向に駆動するY駆動装置と、前記θZ駆動装置を前記Z方向と前記Y方向とに垂直なX方向に駆動するX駆動装置と、を備えたXYθZステージと、前記θZ駆動装置の前記テーブルに保持された基板を検査する検査機構と、を備えた半導体の検査装置を構成した。
また、θZ駆動装置と、前記θZ駆動装置を前記Z方向と垂直なY方向に駆動するY駆動装置と、前記θZ駆動装置を前記Z方向と前記Y方向とに垂直なX方向に駆動するX駆動装置と、を備えたXYθZステージと、前記θZ駆動装置の前記テーブルに保持された基板に対して露光を行なう露光機構と、を備えた半導体の露光装置を構成した。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
That is, in a θZ drive device in which a table movable with respect to the base is capable of operating in two directions: vertical movement in the Z direction and rotation in the θ direction with the Z direction as the rotation center axis. A cylindrical frame standing on the base, a θZ actuator provided on the inner surface of the frame for driving the table in the Z direction and the θ direction, and a support for allowing the table to move up and down in the Z direction. An elevating support unit, a rotating support unit for supporting the table so as to be rotatable in the θ direction, and a position detecting unit for acquiring an elevating position and a rotating position of the table, and the elevating support unit And the rotation support part and the position detection part are located inside the θZ actuator and arranged so as to be substantially within the height of the θZ actuator in the Z direction. A driving device was used.
The θZ actuator includes a magnet portion fixed to the outer peripheral surface of the table and a stator fixed to the inner surface of the frame, and is disposed on the outermost peripheral portion of the θZ drive device, and the magnet The raising / lowering support part, the rotation support part, and the position detection part are arranged inside the part.
Further, the table includes an elevating table unit and a rotating table unit, the elevating table unit is supported by the elevating support unit so as to be movable up and down, and the rotating table unit is held around the elevating table unit. The magnet portion is provided on the outer peripheral surface so as to be substantially the same height as the rotation support portion, and only the rotation table portion rotates when rotating by the action of the θZ actuator. And when raising / lowering, the said rotary table and the said raising / lowering table were made to go up and down integrally.
The elevating support unit includes a first elevating support unit and a second elevating support unit. The first elevating support unit supports the elevating table at a center of the elevating table, and the second elevating support unit. Has supported the periphery of the lifting table at a plurality of locations.
Further, the lifting table is supported by only one of the first and second lifting support portions.
The stator of the θZ actuator includes a core fixed inside the frame, a θ-axis coil fixed inside the core, a Z-axis coil fixed inside the θ-axis coil, The magnet portion of the θZ actuator is disposed so as to face a yoke fixed to the outer peripheral surface of the rotary table portion and a surface of the yoke so as to face the Z-axis coil with a certain gap. A first magnet disposed at an equal pitch so that all of the magnetic poles on the surface of the yoke have the same polarity at the upper stage in the Z direction in the yoke, and the Z direction in the yoke. A second magnet disposed at the lower stage so that all the magnetic poles on the surface thereof have the same polarity and are different from the magnetic poles of the first magnet. , It was constructed so as to be from.
Further, a self-weight compensation spring is provided that has one end supported by the base and the other end acting on the lifting table to support the weight in the Z direction of the lifting part including the table.
The self-weight compensation spring includes a spring adjustment mechanism for adjusting the length of the self-weight compensation spring.
Further, the frame is provided with at least one exhaust hole, and is configured to exhaust from the exhaust hole in a substantially closed space surrounded by the base, the table, and the frame.
Also, a θZ driving device, a Y driving device that drives the θZ driving device in a Y direction perpendicular to the Z direction, and an X that drives the θZ driving device in an X direction perpendicular to the Z direction and the Y direction. And an XYθZ stage including a driving device.
Also, a θZ driving device, a Y driving device that drives the θZ driving device in a Y direction perpendicular to the Z direction, and an X that drives the θZ driving device in an X direction perpendicular to the Z direction and the Y direction. A semiconductor inspection apparatus including an XYθZ stage including a driving device and an inspection mechanism for inspecting a substrate held on the table of the θZ driving device is configured.
Also, a θZ driving device, a Y driving device that drives the θZ driving device in a Y direction perpendicular to the Z direction, and an X that drives the θZ driving device in an X direction perpendicular to the Z direction and the Y direction. A semiconductor exposure apparatus including an XYθZ stage including a driving device and an exposure mechanism that performs exposure on a substrate held on the table of the θZ driving device is configured.
本発明によると、θZ駆動装置において、昇降支持部と回転支持部と位置検出部のすべてが、θZアクチュエータの内側にあってかつθZアクチュエータのZ方向の高さにほぼ収まるよう配置したので、θZ駆動装置が小型になる。また、Z方向の高さが低くなる。
また、θZアクチュエータが、θZ駆動装置の最外周部に配置され、θZアクチュエータのマグネット部の内側に昇降支持部と回転支持部と位置検出部とが位置するよう配置したので、θZアクチュエータの電磁力を大きく確保しつつも、θZ駆動装置を小型化できる。
また、テーブルは、昇降テーブル部と回転テーブル部とからなり、昇降テーブル部が昇降支持部によって昇降自在に支持され、回転テーブル部が昇降テーブル部の周囲に保持された回転支持部によって回転可能に支持されるとともに、回転支持部とほぼ同じ高さになるようその外周面に前記マグネット部を備え、θZアクチュエータの作用によって回転するときは回転テーブル部のみが回転し、昇降するときは回転テーブルと昇降テーブルとが一体となって昇降するよう構成したので、Z方向とθ方向の2方向の移動が可能なテーブルであっても小型化することができる。
また、昇降支持部は、第1昇降支持部と第2昇降支持部とからなり、第1昇降支持部は、昇降テーブルの中央で昇降テーブルを支持し、第2昇降支持部は、昇降テーブルの周囲を複数個所で支持するので、テーブルのZ方向の精密な案内が可能になるとともに、特に、第2昇降支持部は、昇降テーブル中心から遠い位置に配設されることになるので、テーブルがθ方向に回転することを剛性高く抑制することができる。よって、テーブルのθ方向の位置決め精度を向上することができる。
また、第1或いは第2の昇降支持部のいずれか一方のみで昇降テーブルを支持するようにすれば、さらなる小型化やコストダウンが期待できる。
また、θZアクチュエータの固定子は、フレームの内側に固定されたコアと、コアの内側に固定されたθ軸コイルと、θ軸コイルの内側に固定されたZ軸コイルと、からなり、θZアクチュエータのマグネット部は、回転テーブル部の外周面に固定されたヨークと、ヨークの表面に固定されてZ軸コイルと一定の隙間を介して対向するよう配置されたマグネットと、からなり、マグネットが、ヨークにおいてZ方向の上段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチで配設された第1のマグネットと、ヨークにおいてZ方向の下段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチであって、かつ第1のマグネットの磁極とは異極になるよう配設された第2のマグネットと、からなるよう構成したので、θ軸コイルの内側にZ軸コイルを配置し、マグネットとヨークおよびコアをZ軸とθ軸とで共用することになり、また、θとZの2軸のアクチュエータを一体化することになるので、θZ駆動装置を小型にすることができる。また、コイルが配設されたヨークと、マグネットが配設されたヨークと、がともに円筒形状であるので、テーブルをθ方向に無限に回転することが可能になる。
また、一端がベースに支持され、他端が昇降テーブルに作用して、テーブルのZ方向の自重を支える自重補償バネを備えたので、θZアクチュエータは昇降するテーブルなどの自重を支持するための推力を発生する必要がなく、テーブルを駆動するときに必要な加速度を与える推力だけ発生すればよいので、θZアクチュエータを小型にできる。
また、自重補償バネには、前記自重補償バネの長さを調節するバネ調整機構が備えられたので、テーブルの自重と自重補償バネの反発力が釣り合う位置を調整でき、最も動作頻度の高い位置に釣り合い位置を調整することで、θZアクチュエータが平均して発生する推力を最小にすることが可能になり、θZアクチュエータを小型にすることができる。
また、フレームに、少なくとも1箇所の排気穴が設けられ、ベースとテーブルとフレームとで囲まれた略閉鎖空間内を排気穴から排気するよう構成したので、フレームに接続された継手に排気装置からの配管を接続することで、θZ駆動装置内部を負圧にすることができ、昇降支持部や回転支持部のベアリングやリニアガイドで発生したパーティクルの外部への流出を防ぐことができる。また、そのパーティクルを、テーブルが保持した基板に付着させることを防ぐことができる。
According to the present invention, in the θZ driving device, the lifting support portion, the rotation support portion, and the position detection portion are all arranged inside the θZ actuator and substantially within the height of the θZ actuator in the Z direction. The drive device becomes smaller. Further, the height in the Z direction is reduced.
In addition, since the θZ actuator is arranged on the outermost peripheral portion of the θZ drive device and arranged so that the elevating support portion, the rotation support portion, and the position detection portion are located inside the magnet portion of the θZ actuator, the electromagnetic force of the θZ actuator The θZ driving device can be reduced in size while ensuring a large value.
In addition, the table includes an elevating table unit and a rotating table unit. The elevating table unit is supported by an elevating support unit so as to be movable up and down, and the rotating table unit can be rotated by a rotation support unit held around the elevating table unit. The magnet portion is provided on the outer peripheral surface so as to be substantially the same height as the rotation support portion, and when rotating by the action of the θZ actuator, only the rotation table portion rotates, and when moving up and down, the rotation table and Since the lifting table is integrally lifted, the table can be downsized even if the table can move in two directions, Z and θ.
The elevating support unit includes a first elevating support unit and a second elevating support unit. The first elevating support unit supports the elevating table at the center of the elevating table, and the second elevating support unit is configured of the elevating table. Since the periphery is supported at a plurality of locations, precise guidance in the Z direction of the table is possible, and in particular, the second lifting support portion is disposed at a position far from the center of the lifting table. Rotation in the θ direction can be suppressed with high rigidity. Therefore, the positioning accuracy in the θ direction of the table can be improved.
Further, if the lifting table is supported by only one of the first and second lifting support portions, further downsizing and cost reduction can be expected.
Further, the stator of the θZ actuator includes a core fixed inside the frame, a θ-axis coil fixed inside the core, and a Z-axis coil fixed inside the θ-axis coil, and the θZ actuator The magnet part is composed of a yoke fixed to the outer peripheral surface of the rotary table part, and a magnet fixed to the surface of the yoke and arranged to face the Z-axis coil with a certain gap, In the yoke, the first magnet arranged at an equal pitch so that all the magnetic poles on the upper surface in the Z direction have the same polarity, and on the yoke, so that all the magnetic poles on the surface in the lower stage in the Z direction have the same polarity. Since the second magnet has a pitch and is different from the magnetic pole of the first magnet, the Z-axis coil is arranged inside the θ-axis coil. Since the magnet, yoke and core are shared by the Z-axis and the θ-axis, and the two-axis actuators θ and Z are integrated, the θZ driving device can be made smaller. In addition, since the yoke provided with the coil and the yoke provided with the magnet are both cylindrical, the table can be rotated infinitely in the θ direction.
In addition, since the one end is supported by the base and the other end acts on the lifting table and has a self-weight compensation spring that supports the weight of the table in the Z direction, the θZ actuator is a thrust force for supporting the weight of the lifting table, etc. Need not be generated, and only the thrust that gives the necessary acceleration when the table is driven needs to be generated. Therefore, the θZ actuator can be reduced in size.
In addition, since the self-weight compensation spring is provided with a spring adjustment mechanism that adjusts the length of the self-weight compensation spring, the position where the self-weight of the table and the repulsive force of the self-weight compensation spring are balanced can be adjusted. By adjusting the balance position, the thrust generated on average by the θZ actuator can be minimized, and the θZ actuator can be reduced in size.
Further, since the frame is provided with at least one exhaust hole, and the exhaust space is exhausted from the substantially enclosed space surrounded by the base, the table, and the frame, the joint connected to the frame is connected to the joint from the exhaust device. By connecting these pipes, it is possible to make the inside of the θZ driving device have a negative pressure, and it is possible to prevent outflow of particles generated by the bearings and linear guides of the lifting support part and the rotation support part to the outside. In addition, the particles can be prevented from adhering to the substrate held by the table.
本発明を適用したθZ駆動装置の一実施例の側断面図Side sectional view of one embodiment of the θZ drive device to which the present invention is applied 図1とは異なる箇所での側断面図Side cross-sectional view at a different location from FIG. 図1の斜視図1 is a perspective view of FIG. 自重補償バネと、第2の昇降支持部を説明する斜視図A perspective view for explaining the self-weight compensation spring and the second lifting support portion 第1の昇降支持部が無い場合を示す側断面図Side sectional view showing the case where there is no first lifting support section θZアクチュエータを説明する側断面図Side sectional view explaining the θZ actuator θZアクチュエータを説明する上面図Top view explaining the θZ actuator θZアクチュエータのコイルとマグネットのみの全体斜視図Whole perspective view of the θZ actuator coil and magnet only θZ駆動装置を適用したXYθZステージの全体斜視図Whole perspective view of XYθZ stage to which θZ drive device is applied
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明を適用したθZ駆動装置の一実施例を示す側断面図である。図2は同じく側断面図であるが、図1とは異なる部分の断面を示している。図3は図1の斜視図である。ここでは重力に沿った方向をZ方向とし、そのZ方向を中心軸として回転する方向をθ方向とする。また、Z方向とは垂直な平面の2方向をX方向、Y方向とし、X方向とY方向は垂直とする。
図1乃至3において、θZ駆動装置は、概ね、ベース6と、それに立設するよう下端が固定された円筒状のフレーム17と、フレーム17の内周面に位置するθZアクチュエータ15と、そのθZアクチュエータ15によってθ方向への回転とZ方向への昇降とが駆動されるテーブル1と、から構成されている。テーブル1の上面はフレーム17の上端から露出するように構成されている。また、θZアクチュエータ15の内側に配置された昇降支持部7と回転支持部4とがテーブル1を支持しており、テーブル1の一部には位置検出部31も配置されている。以下、各部の詳細な構成を説明する。
FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of a θZ drive device to which the present invention is applied. FIG. 2 is also a side sectional view, but shows a cross section of a portion different from FIG. FIG. 3 is a perspective view of FIG. Here, the direction along gravity is defined as the Z direction, and the direction rotating around the Z direction as the central axis is defined as the θ direction. Also, two directions on a plane perpendicular to the Z direction are defined as an X direction and a Y direction, and the X direction and the Y direction are perpendicular to each other.
1 to 3, the θZ driving device generally includes a base 6, a cylindrical frame 17 having a lower end fixed so as to stand on the base 6, a θZ actuator 15 positioned on the inner peripheral surface of the frame 17, and its θZ The table 15 is driven by an actuator 15 to rotate in the θ direction and to move up and down in the Z direction. The upper surface of the table 1 is configured to be exposed from the upper end of the frame 17. Further, the elevating support portion 7 and the rotation support portion 4 disposed inside the θZ actuator 15 support the table 1, and a position detection unit 31 is also disposed on a part of the table 1. Hereinafter, the detailed configuration of each unit will be described.
まず、テーブル1を回転および昇降させるθZアクチュエータ15について説明する。図6はθZアクチュエータ15の詳細な側断面図で、図7はθZアクチュエータ15の詳細な上面図の一部である。また、図8はθZアクチュエータ15のコイルとマグネット部のみの斜視図である。図8では、理解しやすくするため、コイルとマグネットはZ方向にずらした状態を示している。
まず、図6乃至8を参照して、θZアクチュエータ15の固定子32側について説明する。円筒状のコア16は電磁鋼板を積層して形成されており、これが、同じく円筒形状でベース6の上面に固定されたフレーム17の内面に勘合されて固定されている。
コア16の内面にはθ軸コイル19が複数個等間隔で固定されている。θ軸コイル19は、図7に示すように、θ−U相コイル19a,θ−W相コイル19c,θ−V相コイル19bという順序で配列されている。そのため、θ軸コイル19の総数は3の倍数になる。
Z方向から見て円形状に巻かれたZ軸コイル18は、Z方向に積み重ねられるようにして、上記で説明したθ軸コイル19の内面に固定されている。Z軸コイル18は、図6に示すように、下からZ−U+相コイル18a,Z−W−相コイル18b,Z−V+相コイル18c・・・という順序で固定されている。ここで、例えばZ−U+相コイル18aとZ−U−相コイル18dとでは、流れる電流の大きさは同じであるが、流れる方向が逆であることを示す。
なお、コア16とθ軸コイル19との間、θ軸コイル19とZ軸コイル18との間、にはそれぞれ図示しない絶縁紙が挟まれている。
First, the θZ actuator 15 that rotates and lifts the table 1 will be described. FIG. 6 is a detailed side sectional view of the θZ actuator 15, and FIG. 7 is a part of a detailed top view of the θZ actuator 15. FIG. 8 is a perspective view of only the coil and magnet portion of the θZ actuator 15. In FIG. 8, for easy understanding, the coil and the magnet are shifted in the Z direction.
First, the stator 32 side of the θZ actuator 15 will be described with reference to FIGS. The cylindrical core 16 is formed by laminating electromagnetic steel plates, and is fitted and fixed to the inner surface of a frame 17 that is also cylindrical and fixed to the upper surface of the base 6.
A plurality of θ-axis coils 19 are fixed to the inner surface of the core 16 at equal intervals. As shown in FIG. 7, the θ-axis coil 19 is arranged in the order of a θ-U phase coil 19a, a θ-W phase coil 19c, and a θ-V phase coil 19b. Therefore, the total number of θ-axis coils 19 is a multiple of three.
The Z-axis coil 18 wound in a circular shape when viewed from the Z direction is fixed to the inner surface of the θ-axis coil 19 described above so as to be stacked in the Z direction. As shown in FIG. 6, the Z-axis coil 18 is fixed in the order of Z-U + phase coil 18a, Z-W-phase coil 18b, Z-V + phase coil 18c,. Here, for example, the Z-U + phase coil 18a and the Z-U-phase coil 18d have the same amount of flowing current, but the flowing direction is opposite.
Insulating paper (not shown) is sandwiched between the core 16 and the θ-axis coil 19 and between the θ-axis coil 19 and the Z-axis coil 18.
次に、θZアクチュエータ15のマグネット部33について説明する。マグネット部33はテーブル1の最外周部で下垂するように形成された円筒面1aa(図1参照)に装着されている。円筒面1aaにはヨーク20が装着されている。ヨーク20の周囲にマグネット21が貼り付けられている。
図8が示すように、ヨーク20は円筒形状であり、その外周にZ方向上下2段に分かれてマグネット21が配列されている。マグネット21は、その厚み方向、すなわちヨーク20の半径方向に着磁されている。上段の第1マグネット21aらは、その露出表面がS極になるよう着磁され、それぞれ等ピッチで配列されている。一方、下段の第2マグネット21bらは、上段の第1マグネット21aらとは逆に、その露出表面がN極になるよう着磁され、上段の第1マグネット21aらと同じピッチではあるが、上段とは半ピッチずれた位置に配列されている。
Next, the magnet part 33 of the θZ actuator 15 will be described. The magnet portion 33 is mounted on a cylindrical surface 1aa (see FIG. 1) formed so as to hang down at the outermost peripheral portion of the table 1. A yoke 20 is mounted on the cylindrical surface 1aa. A magnet 21 is attached around the yoke 20.
As shown in FIG. 8, the yoke 20 has a cylindrical shape, and magnets 21 are arranged on the outer periphery of the yoke 20 in two upper and lower stages in the Z direction. The magnet 21 is magnetized in the thickness direction, that is, in the radial direction of the yoke 20. The upper first magnets 21a and the like are magnetized so that their exposed surfaces are S poles, and are arranged at equal pitches. On the other hand, the lower second magnets 21b and the like are magnetized so that the exposed surface is N-pole, contrary to the upper first magnets 21a, and the same pitch as the upper first magnets 21a and the like. The upper stage is arranged at a position shifted by a half pitch.
次に、θZアクチュエータ15がテーブル1をZ方向に駆動する原理を説明する。図6において、下段の第2マグネット21から放出された磁力線は、Z軸コイル18、θ軸コイル19を貫通し、コア16内を通って上段の第1マグネット21に戻り、ヨーク20内から下段の第2マグネット21に戻る、というループを形成する。このように磁力線がZ軸コイル18に鎖交しているので、図示しないドライバ(電流供給装置)により、U−V−W相の三相電流を、マグネット21のZ方向の位置に応じて適切な位相で流すことにより、テーブル1をZ方向に駆動することができる。   Next, the principle that the θZ actuator 15 drives the table 1 in the Z direction will be described. In FIG. 6, the lines of magnetic force emitted from the lower second magnet 21 pass through the Z-axis coil 18 and the θ-axis coil 19, return to the upper first magnet 21 through the core 16, and from the inside of the yoke 20 to the lower stage. A loop of returning to the second magnet 21 is formed. Since the magnetic lines of force are linked to the Z-axis coil 18 in this way, a U-V-W-phase three-phase current is appropriately applied according to the position of the magnet 21 in the Z direction by a driver (current supply device) (not shown). By flowing in a correct phase, the table 1 can be driven in the Z direction.
次に、θZアクチュエータ15によりテーブル1をθ方向に駆動する原理を説明する。図7に、上から見たマグネット21が形成する磁力線を示す。Z軸コイル18と同様にθ軸コイル19にも鎖交して磁力線が形成されている。ここで、図示しないドライバでθ軸コイル19にマグネット21の角度に応じて適切な位相で三相電流を流すことで、テーブル1をθ方向に駆動することができる。   Next, the principle of driving the table 1 in the θ direction by the θZ actuator 15 will be described. FIG. 7 shows lines of magnetic force formed by the magnet 21 as viewed from above. Similarly to the Z-axis coil 18, the θ-axis coil 19 is linked to form magnetic lines of force. Here, the table 1 can be driven in the θ direction by flowing a three-phase current to the θ-axis coil 19 with an appropriate phase according to the angle of the magnet 21 with a driver (not shown).
以上のように、θZアクチュエータ15はテーブル1の最外周部に位置するため、θ軸コイル、Z軸コイル、およびマグネットを多数配置でき、テーブル1に対して大きな電磁力を発生することができる構造になっている。一方、θ方向とZ方向の2軸のコイルおよびマグネットをそれぞれ一体化することになるので、θZアクチュエータ15を小型にすることができる。また、コイルが配設されたヨークと、マグネットが配設されたヨークと、がともに円筒形状であるので、テーブル1をθ方向に無限に回転することが可能になる。   As described above, since the θZ actuator 15 is located on the outermost peripheral portion of the table 1, a large number of θ-axis coils, Z-axis coils, and magnets can be arranged, and a structure capable of generating a large electromagnetic force with respect to the table 1. It has become. On the other hand, since the biaxial coils and magnets in the θ direction and the Z direction are respectively integrated, the θZ actuator 15 can be reduced in size. In addition, since the yoke provided with the coil and the yoke provided with the magnet are both cylindrical, the table 1 can be rotated infinitely in the θ direction.
次に、図1乃至3を参照してテーブル1の詳細な構成について説明する。テーブル1は、昇降テーブル部1bと回転テーブル部1aとからなる。回転テーブル1aの上面はフレーム17の上端付近で外部に露出している。図示しないが、回転テーブル1aの上面には基板を保持する機構などが装着される。回転テーブル1aの最外周部には、上述したマグネット部33を保持するための円筒面1aaが下垂している。また、この円筒面1aaのさらに内側にも円筒面1abが下垂しており、この円筒面1abの内周が回転支持部4によって支持されている。本実施例では回転支持部4はベアリング3になっている。これによって回転テーブル1aはθ方向に回転可能である。そして、回転テーブル1aは、上述したθZアクチュエータ15の電磁力によって回転する。なお、回転支持部4は、Z方向においてマグネット部33とほぼ同じ高さになるよう位置している。これにより、θZアクチュエータ15の電磁力が回転テーブル1aに作用しても、回転支持部4に過大なモーメントがかかることがない。   Next, the detailed configuration of the table 1 will be described with reference to FIGS. The table 1 includes an elevating table portion 1b and a rotary table portion 1a. The upper surface of the turntable 1 a is exposed to the outside near the upper end of the frame 17. Although not shown, a mechanism for holding the substrate is mounted on the upper surface of the turntable 1a. A cylindrical surface 1aa for holding the above-described magnet portion 33 hangs down on the outermost peripheral portion of the turntable 1a. A cylindrical surface 1ab also hangs down further inside the cylindrical surface 1aa, and the inner periphery of the cylindrical surface 1ab is supported by the rotation support portion 4. In this embodiment, the rotation support portion 4 is a bearing 3. Thereby, the turntable 1a can rotate in the θ direction. Then, the turntable 1a is rotated by the electromagnetic force of the θZ actuator 15 described above. In addition, the rotation support part 4 is located so that it may become substantially the same height as the magnet part 33 in the Z direction. Thereby, even if the electromagnetic force of the θZ actuator 15 acts on the rotary table 1a, an excessive moment is not applied to the rotation support portion 4.
上記の回転支持部4を保持しているのが昇降テーブル1bである。昇降テーブル1bの周囲に回転支持部4が保持されている。昇降テーブル1bは、θ方向の回転中心の位置で第1昇降支持部7aによって昇降可能に支持されている。本実施例では第1昇降支持部7aはスプライン26とスプラインシャフト25とから構成されている。スプライン26はベース6に固定されたスプラインシャフト25に昇降自在に勘合している。スプライン26が昇降テーブル1bに締結されている。
さらに昇降テーブル1bは、回転支持部4を保持している部分からさらに下垂して外側に延び、さらに上方向に延びた部分で第2昇降支持部7bによって支持されている。つまり、第2昇降支持部7bは、回転支持部4の外側であってθZアクチュエータ15の内側に位置して昇降テーブル1bを支持している。本実施例では第2昇降支持部7bはリニアガイド5が使用されている。第2昇降支持部7bは昇降テーブル1bの周囲の側面の複数個所に備えられている。本実施例ではリニアガイド5が3箇所設けられている。第2昇降支持部7bは下端がベース6に固定されていて、昇降テーブル1bを昇降可能に支持している。
第1昇降支持部7aや第2昇降支持部7bは、回転支持部4と同様に、θZアクチュエータ15の内側に位置しており、θZアクチュエータ15のZ方向の高さにほぼ収まる位置に配置されている。
第1昇降支持部7aと第2昇降支持部7b、すなわちリニアガイド5とスプライン26は、ともに昇降テーブル1bをZ方向に案内支持すると同時に、昇降テーブル1bがθ方向に回転することを抑制する機能を持つ。従って、θZアクチュエータ15の作用によってテーブル1が回転するときは回転テーブル1aのみが回転し、昇降するときは回転テーブル1aと昇降テーブル1bとが一体となって昇降する。
The rotary table 1b holds the rotation support portion 4 described above. A rotation support portion 4 is held around the lifting table 1b. The elevating table 1b is supported by the first elevating support portion 7a so as to be movable up and down at the position of the rotation center in the θ direction. In the present embodiment, the first elevating support portion 7 a is composed of a spline 26 and a spline shaft 25. The spline 26 is engaged with a spline shaft 25 fixed to the base 6 so as to be movable up and down. A spline 26 is fastened to the lifting table 1b.
Further, the lifting table 1b extends further outward from a portion holding the rotation support portion 4, and is supported by the second lifting support portion 7b at a portion extending further upward. That is, the second lifting support portion 7b is positioned outside the rotation support portion 4 and inside the θZ actuator 15, and supports the lifting table 1b. In the present embodiment, a linear guide 5 is used for the second lifting support portion 7b. The second lifting support portions 7b are provided at a plurality of locations on the side surface around the lifting table 1b. In this embodiment, three linear guides 5 are provided. The second elevating support portion 7b has a lower end fixed to the base 6 and supports the elevating table 1b so that it can be raised and lowered.
The first elevating support portion 7a and the second elevating support portion 7b are located inside the θZ actuator 15 as in the rotation support portion 4, and are arranged at positions that are substantially within the height of the θZ actuator 15 in the Z direction. ing.
The first elevating support portion 7a and the second elevating support portion 7b, that is, the linear guide 5 and the spline 26 both support the elevating table 1b in the Z direction and at the same time suppress the rotation of the elevating table 1b in the θ direction. have. Therefore, when the table 1 is rotated by the action of the θZ actuator 15, only the rotary table 1a is rotated, and when the table 1 is moved up and down, the rotary table 1a and the lift table 1b are moved up and down integrally.
ここで、第1昇降支持部7aと第2昇降支持部7b、つまり本実施例において、リニアガイド5とスプライン26の両方を備えた理由を以下に説明する。図5は、θZ駆動装置において、スプライン26を取り除いた構造を示す図である。この場合であってもリニアガイド5により、昇降テーブル1bは、昇降自在に支持されると同時にθ方向への回転を抑制される。
しかしながらこの構造の場合、図5のように、いわゆるリニアガイド5の機械的なガタによって、テーブル1の左側が下側に、テーブル1の右側が上側に、それぞれサブミクロンレベルの量で微小に移動することが予想される。この微小な移動はテーブル1が図5に示す矢印のように鉛直軸周りに微振動する原因になる。この微振動はテーブル1のZ軸方向の位置決め精度に影響する。
そこで、本実施例のようにスプライン26を備えることで、図面鉛直軸周りの振動動作を抑制することができる。上記のようにリニアガイド5とスプライン26は、ともに昇降テーブル1bがθ方向に回転することを抑制する機能を持つが、本実施例のように昇降テーブル1bの最外径部すなわちテーブル1の回転中心から比較的遠い位置にリニアガイド5が配設されることで、昇降テーブル1bがθ方向に回転することを剛性高く抑制することができる。よって、テーブル1のθ方向の位置決め精度を向上することができる。
以上のような理由によれば、スプライン26はθ方向の抑制機能を持たない、例えばボールブッシングなどに置き換えてもよい。つまり、昇降テーブル1bがθ方向に回転することを比較的高い剛性で抑制できるリニアガイドのみでθ方向の回転の抑制を行なってもよい。また、Z方向およびθ方向に対してそれほど高精度な位置決め精度が要求されない用途においては、第1昇降支持部7aまたは第2昇降支持部7b、つまりリニアガイド5またはスプライン26のどちらか一方をなくしてもよい。
Here, the reason why the first elevating support portion 7a and the second elevating support portion 7b, that is, the linear guide 5 and the spline 26 are provided in the present embodiment will be described below. FIG. 5 is a diagram showing a structure in which the spline 26 is removed from the θZ driving device. Even in this case, the lifting and lowering table 1b is supported by the linear guide 5 so as to be movable up and down, and at the same time, the rotation in the θ direction is suppressed.
However, in the case of this structure, as shown in FIG. 5, due to the mechanical backlash of the so-called linear guide 5, the left side of the table 1 is moved downward and the right side of the table 1 is moved upward by a submicron level amount. Is expected to. This minute movement causes the table 1 to vibrate slightly around the vertical axis as shown by the arrows in FIG. This slight vibration affects the positioning accuracy of the table 1 in the Z-axis direction.
Therefore, by providing the spline 26 as in the present embodiment, the vibration operation around the vertical axis of the drawing can be suppressed. As described above, both the linear guide 5 and the spline 26 have a function of suppressing the lifting table 1b from rotating in the θ direction. However, as in this embodiment, the outermost diameter portion of the lifting table 1b, that is, the rotation of the table 1 is used. By arranging the linear guide 5 at a position relatively far from the center, it is possible to suppress the elevation table 1b from rotating in the θ direction with high rigidity. Therefore, the positioning accuracy of the table 1 in the θ direction can be improved.
For the above reasons, the spline 26 may be replaced with, for example, a ball bushing that does not have a θ-direction suppressing function. In other words, the rotation in the θ direction may be suppressed only by the linear guide that can suppress the lifting table 1b from rotating in the θ direction with relatively high rigidity. Also, in applications where high positioning accuracy is not required with respect to the Z direction and the θ direction, the first elevating support portion 7a or the second elevating support portion 7b, that is, either the linear guide 5 or the spline 26 is eliminated. May be.
次に、θZ駆動装置の位置検出部31の構成について図1および図2を参照して説明する。位置検出部31はテーブル1のθ方向の位置とZ方向の位置とを検出する。上述したように、θZアクチュエータ15の作用によってテーブル1が回転するときは回転テーブル1aのみが回転し、昇降するときは回転テーブル1aと昇降テーブル1bとが一体となって昇降するので、位置検出部31は、Z方向の検出は昇降テーブル1bの位置を、θ方向の検出は回転テーブル1aの位置を検出する必要がある。従って具体的には、本実施例の位置検出部31は以下のように構成にしている。
まず、図2がよく示すように、テーブル1のZ方向の位置を検出するため、昇降テーブル1bの最外周の一部、つまり、上述したリニアガイド5が装着されている面と同じ面に固定されたリニアスケール11と、このリニアスケール11に対向して配置されたリニアスケールヘッド12とが備えられている。リニアスケールヘッド12は、ベース6の上面に固定された部品によって取り付けられている。テーブル1がZ方向に昇降する時には、リニアスケールヘッド12に対するリニアスケール11の相対的な位置を検出することで、テーブル1のZ方向の位置と速度を検出することができる。この検出には、光学式、磁気式などの原理のものが利用できる。
一方、図1がよく示すように、テーブル1のθ方向の位置を検出するため、回転テーブル1aの円筒面1abの外周部にエンコーダディスク13が取り付けられており、このエンコーダディスク13に対向するようにエンコーダヘッド14が備えられている。エンコーダヘッド14は、昇降テーブル1bの最外周付近、つまり、上述したリニアガイド5が装着されている面のあたりに取り付けられている。テーブル1つまり回転テーブル1aがθ方向に回転する時には、エンコーダヘッド14に対するエンコーダディスク13の相対的な位置を検出することでテーブル1のθ方向の位置と速度を検出することができる。この検出にはZ方向と同様に、光学式、磁気式などの原理のものが利用できる。
Next, the configuration of the position detection unit 31 of the θZ drive device will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The position detection unit 31 detects the position in the θ direction and the position in the Z direction of the table 1. As described above, when the table 1 is rotated by the action of the θZ actuator 15, only the rotary table 1a is rotated, and when the table 1 is moved up and down, the rotary table 1a and the lift table 1b are integrally moved up and down. No. 31 needs to detect the position of the lift table 1b for detection in the Z direction, and the position of the rotary table 1a for detection in the θ direction. Therefore, specifically, the position detector 31 of the present embodiment is configured as follows.
First, as shown in FIG. 2, in order to detect the position of the table 1 in the Z direction, it is fixed to a part of the outermost periphery of the lifting table 1b, that is, the same surface as the surface on which the linear guide 5 described above is mounted. The linear scale 11 and a linear scale head 12 disposed to face the linear scale 11 are provided. The linear scale head 12 is attached by parts fixed to the upper surface of the base 6. When the table 1 moves up and down in the Z direction, the position and speed of the table 1 in the Z direction can be detected by detecting the relative position of the linear scale 11 with respect to the linear scale head 12. For this detection, an optical or magnetic principle can be used.
On the other hand, as shown in FIG. 1, in order to detect the position of the table 1 in the θ direction, an encoder disk 13 is attached to the outer peripheral portion of the cylindrical surface 1ab of the rotary table 1a so as to face the encoder disk 13. The encoder head 14 is provided. The encoder head 14 is attached near the outermost periphery of the lifting table 1b, that is, around the surface on which the above-described linear guide 5 is mounted. When the table 1, that is, the rotary table 1 a rotates in the θ direction, the position and speed of the table 1 in the θ direction can be detected by detecting the relative position of the encoder disk 13 with respect to the encoder head 14. For this detection, the principle of optical type, magnetic type, etc. can be used as in the Z direction.
次に、θZ駆動装置の自重補償バネについて説明する。以下説明する自重補償バネによって、θZアクチュエータは、テーブル1、回転支持部4、昇降支持部7の一部、など、昇降させる部分の自重を支持するための推力を発生する必要がなく、テーブルを昇降駆動するときに必要な加速度を与える推力だけ発生すればよいので、θZアクチュエータを小型にできる。
図2がよく示すように、上述した昇降テーブル1bの最外周面の外側には、本実施例の場合、三箇所に自重補償バネ9が配置されている。より具体的には、昇降テーブル1bの最外周面の一部にバネ座8aが取り付けられ、バネ座8aにはバネ調整ネジ8bがネジ勘合されている。バネ調整ネジ8b下端と自重補償バネ9の上端が当接するようにこれらが配置されている。自重補償バネ9の下端はベース6上面と当接する。自重補償バネ9は、座屈防止のため、ベース6に立設されたバネ支柱10に挿入されている。
以上の構造によりテーブル1など昇降する部分はその重量を自重補償バネ9により支持され浮上することになる。すなわち、昇降する部分の重量と自重補償バネ9の反発力が釣り合う高さで、テーブル1はベース6に対して自重補償バネ9を介して浮上する。そしてこの高さはバネ調整ネジ8bを回動させることにより調整することができる。この調整が終わった後にバネ調整ネジ8bにネジ勘合されたナット8cを締めることにより、バネ調整ネジ8bの緩みを防止することができる。
図4は、上記で説明した自重補償バネ9による支持構成と、先に説明した第2昇降支持部7bの構成をより明確に示す斜視図である。図4では、昇降動作に関連しない部品の図示を省略している。
Next, the self-weight compensation spring of the θZ drive device will be described. With the self-weight compensation spring described below, the θZ actuator does not need to generate thrust for supporting the self-weight of the part to be lifted, such as the table 1, the rotation support part 4, and a part of the lift support part 7, and the table Since only the thrust that gives the necessary acceleration when driving up and down is generated, the θZ actuator can be made compact.
As shown in FIG. 2, the self-weight compensation springs 9 are arranged at three locations outside the outermost peripheral surface of the lifting table 1b described above in the case of the present embodiment. More specifically, a spring seat 8a is attached to a part of the outermost peripheral surface of the lift table 1b, and a spring adjustment screw 8b is screwed to the spring seat 8a. These are arranged so that the lower end of the spring adjustment screw 8b and the upper end of the self-weight compensation spring 9 abut. The lower end of the self-weight compensation spring 9 is in contact with the upper surface of the base 6. The self-weight compensation spring 9 is inserted into a spring column 10 erected on the base 6 to prevent buckling.
With the above structure, the part such as the table 1 that moves up and down is supported by its own weight compensation spring 9 and floats. That is, the table 1 floats with respect to the base 6 through the self-weight compensation spring 9 at a height at which the weight of the ascending / descending portion and the repulsive force of the self-weight compensation spring 9 are balanced. This height can be adjusted by rotating the spring adjusting screw 8b. After this adjustment is finished, the spring adjustment screw 8b can be prevented from loosening by tightening the nut 8c screwed into the spring adjustment screw 8b.
FIG. 4 is a perspective view more clearly showing the support configuration by the self-weight compensation spring 9 described above and the configuration of the second elevating support portion 7b described above. In FIG. 4, illustrations of parts not related to the lifting operation are omitted.
次に、θZ駆動装置の排気機構について説明する。θZ駆動装置を、例えば半導体露光のための位置決め装置として、或いは例えば半導体の検査装置の位置決め装置として使用する場合など、テーブル1の上部に搭載された基板に微細なパーティクルが付着しては困る場合は、以下のようにベースとテーブルとフレームとで囲まれた略閉鎖空間内を、以下のように排気穴から排気するよう構成としたほうがよい。
図1がよく示すように、フレーム17の下端付近には、円筒状のフレーム17の内部と外部とを連通する排気穴23が少なくとも1箇所設けられ、排気穴23の外部側には継手22が接続されている。フレーム17の上端には、テーブル1とわずかな隙間を有する円形のカバー24が取り付けられている。ここで継手22に図示しない排気装置からの配管を接続し排気することで、θZ駆動装置内部の圧力を負圧にすることができ、昇降支持部や回転支持部などのベアリングやリニアガイドで発生したパーティクルが外部へ流出することを防ぐことができる。
Next, the exhaust mechanism of the θZ drive device will be described. When the θZ driving device is used as a positioning device for semiconductor exposure, for example, or as a positioning device for a semiconductor inspection device, for example, it is difficult to attach fine particles to the substrate mounted on the table 1 As described below, it is preferable that a substantially closed space surrounded by the base, the table, and the frame is exhausted from the exhaust hole as follows.
As shown in FIG. 1, at least one exhaust hole 23 that connects the inside and the outside of the cylindrical frame 17 is provided near the lower end of the frame 17, and a joint 22 is provided on the outside of the exhaust hole 23. It is connected. A circular cover 24 having a slight gap with the table 1 is attached to the upper end of the frame 17. Here, by connecting a pipe from an exhaust device (not shown) to the joint 22 and exhausting it, the pressure inside the θZ drive device can be made negative, and generated by bearings and linear guides such as a lifting support portion and a rotation support portion. It is possible to prevent the discharged particles from flowing out.
次に、以上で説明したθZ駆動装置を搭載したXYθZステージについて説明する。図9は、θZ駆動装置を適用したXYθZステージの全体斜視図である。XYθZステージは、例えば半導体露光のための位置決め装置として、或いは例えば半導体の検査装置の位置決め装置として使用される。本実施例におけるXYθZステージは、外乱を受けにくい定盤36に搭載される。定盤36の上面には、いわゆるXYステージが搭載されている。XYステージはθZ駆動装置をXおよびY方向に平面移動させることができる。XYステージのX駆動装置およびY駆動装置は、例えばリニアモータによる駆動などで直線的に可動部を動かすものが使用される。XYステージの構成は公知のものが使用できるので、詳細な説明はしない。図9を見てあきらかなように、θZ駆動装置をXYステージに搭載することにより、θZ駆動装置のテーブル上に保持された基板は、X、Y、θ、Zの各方向に精密に位置決めが可能となる。また、例えば特許文献1などの従来のステージ装置と比較して、θZ駆動装置が、小型でかつZ方向の高さが低く構成されているので、ステージ装置全体の小型化が可能となっている。また、θZ駆動装置が小型であるので、XおよびY駆動装置も小型化が可能となる。   Next, an XYθZ stage equipped with the θZ driving device described above will be described. FIG. 9 is an overall perspective view of an XYθZ stage to which the θZ driving device is applied. The XYθZ stage is used as a positioning device for semiconductor exposure, for example, or as a positioning device for a semiconductor inspection device, for example. The XYθZ stage in this embodiment is mounted on a surface plate 36 that is not easily affected by disturbance. A so-called XY stage is mounted on the upper surface of the surface plate 36. The XY stage can move the θZ driving device in the X and Y directions. As the X driving device and the Y driving device of the XY stage, for example, a device that linearly moves the movable portion by driving with a linear motor or the like is used. Since a known configuration of the XY stage can be used, a detailed description thereof will not be given. As is apparent from FIG. 9, by mounting the θZ driving device on the XY stage, the substrate held on the table of the θZ driving device can be precisely positioned in the X, Y, θ, and Z directions. It becomes possible. In addition, for example, the θZ driving device is small and has a low height in the Z direction as compared with a conventional stage device such as Patent Document 1, so that the entire stage device can be downsized. . In addition, since the θZ drive device is small, the X and Y drive devices can be miniaturized.
1 テーブル
1a 回転テーブル
1b 昇降テーブル

3 ベアリング
4 回転支持部
5 リニアガイド
6 ベース
7 昇降支持部
7a 第1昇降支持部
7b 第2昇降支持部
8a バネ座
8b バネ調整ネジ
8c ナット
9 自重補償バネ
10 バネ支柱
11 リニアスケール
12 リニアスケールヘッド
13 エンコーダディスク
14 エンコーダヘッド
15 θZアクチュエータ
16 コア
17 フレーム
18 Z軸コイル
19 θ軸コイル
20 ヨーク
21 マグネット
21a 第1マグネット
22a 第2マグネット
22 継手
23 排気穴
24 カバー
25 スプラインシャフト
26 スプライン

31 位置検出部
32 固定子
33 マグネット部
34 Y駆動装置
35 X駆動装置
36 定盤
1 Table 1a Rotating table 1b Lifting table

DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Bearing 4 Rotation support part 5 Linear guide 6 Base 7 Elevation support part 7a 1st elevation support part 7b 2nd elevation support part 8a Spring seat 8b Spring adjustment screw 8c Nut 9 Self-weight compensation spring 10 Spring support 11 Linear scale 12 Linear scale head 13 Encoder disk 14 Encoder head 15 θZ actuator 16 Core 17 Frame 18 Z-axis coil 19 θ-axis coil 20 Yoke 21 Magnet 21a First magnet 22a Second magnet 22 Joint 23 Exhaust hole 24 Cover 25 Spline shaft 26 Spline

31 Position Detection Unit 32 Stator 33 Magnet Unit 34 Y Drive Device 35 X Drive Device 36 Surface Plate

Claims (12)

  1. ベースに対して可動するテーブルが、鉛直なZ方向への昇降と、前記Z方向を回転中心軸とするθ方向への回転と、の2方向への動作が可能なθZ駆動装置において、
    前記ベースに立設する円筒状のフレームと、
    前記フレームの内面に設けられて前記テーブルを前記Z方向と前記θ方向に駆動するθZアクチュエータと、
    前記テーブルが前記Z方向へ昇降可能となるよう支持する昇降支持部と、
    前記テーブルが前記θ方向へ回転可能となるよう支持する回転支持部と、
    前記テーブルの昇降位置および回転位置を取得するための位置検出部と、を備え、
    前記昇降支持部と前記回転支持部と前記位置検出部のすべてが、前記θZアクチュエータの内側にあって、かつ前記θZアクチュエータの前記Z方向の高さにほぼ収まるよう配置されたことを特徴とするθZ駆動装置。
    In a θZ driving device in which a table movable with respect to the base is capable of operating in two directions: vertical movement in the Z direction and rotation in the θ direction with the Z direction as the rotation center axis.
    A cylindrical frame standing on the base;
    A θZ actuator provided on the inner surface of the frame to drive the table in the Z direction and the θ direction;
    An elevating support part for supporting the table so as to be elevable in the Z direction;
    A rotation support portion for supporting the table so as to be rotatable in the θ direction;
    A position detection unit for obtaining a lift position and a rotation position of the table,
    The ascending / descending support portion, the rotation support portion, and the position detection portion are all located inside the θZ actuator and arranged so as to be substantially within the height of the θZ actuator in the Z direction. θZ drive unit.
  2. 前記θZアクチュエータが、前記テーブルの外周面に固定されたマグネット部と、前記フレームの内面に固定された固定子と、からなって、前記θZ駆動装置の最外周部に配置され、前記マグネット部の内側に前記昇降支持部と前記回転支持部と前記位置検出部とが位置するよう配置されたことを特徴とする請求項1記載のθZ駆動装置。   The θZ actuator is composed of a magnet portion fixed to the outer peripheral surface of the table and a stator fixed to the inner surface of the frame, and is disposed on the outermost peripheral portion of the θZ drive device. The θZ driving device according to claim 1, wherein the elevating support unit, the rotation support unit, and the position detection unit are disposed inside.
  3. 前記テーブルは、昇降テーブル部と回転テーブル部とからなり、
    前記昇降テーブル部が前記昇降支持部によって昇降自在に支持され、
    前記回転テーブル部が前記昇降テーブル部の周囲に保持された前記回転支持部によって回転可能に支持されるとともに、前記回転支持部とほぼ同じ高さになるようその外周面に前記マグネット部を備え、
    前記θZアクチュエータの作用によって回転するときは前記回転テーブル部のみが回転し、昇降するときは前記回転テーブルと前記昇降テーブルとが一体となって昇降することを特徴とする請求項2記載のθZ駆動装置。
    The table is composed of a lifting table part and a rotary table part,
    The elevating table part is supported by the elevating support part so as to be movable up and down,
    The rotary table portion is rotatably supported by the rotation support portion held around the lifting table portion, and includes the magnet portion on the outer peripheral surface thereof so as to be substantially the same height as the rotation support portion,
    3. The θZ drive according to claim 2, wherein when rotating by the action of the θZ actuator, only the rotary table unit rotates, and when the elevator moves up and down, the rotary table and the lift table move up and down integrally. apparatus.
  4. 前記昇降支持部は、第1昇降支持部と第2昇降支持部とからなり、
    前記第1昇降支持部は、前記昇降テーブルの中央で前記昇降テーブルを支持し、
    前記第2昇降支持部は、前記昇降テーブルの周囲を複数個所で支持することを特徴とする請求項3記載のθZ駆動装置。
    The elevating support unit includes a first elevating support unit and a second elevating support unit,
    The first lifting support unit supports the lifting table at the center of the lifting table,
    The θZ driving device according to claim 3, wherein the second elevating support part supports the periphery of the elevating table at a plurality of locations.
  5. 前記第1或いは第2の昇降支持部のいずれか一方のみで前記昇降テーブルが支持されるよう構成されたことを特徴とする請求項4記載のθZ駆動装置。   The θZ driving device according to claim 4, wherein the lift table is supported by only one of the first and second lift support portions.
  6. 前記θZアクチュエータの前記固定子は、前記フレームの内側に固定されたコアと、前記コアの内側に固定されたθ軸コイルと、前記θ軸コイルの内側に固定されたZ軸コイルと、からなり、
    前記θZアクチュエータの前記マグネット部は、前記回転テーブル部の外周面に固定されたヨークと、前記ヨークの表面に固定されて前記Z軸コイルと一定の隙間を介して対向するよう配置されたマグネットと、からなり、
    前記マグネットが、前記ヨークにおいて前記Z方向の上段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチで配設された第1のマグネットと、前記ヨークにおいて前記Z方向の下段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチであって、かつ前記第1のマグネットの磁極とは異極になるよう配設された第2のマグネットと、からなることを特徴とする請求項2記載のθZ駆動装置。
    The stator of the θZ actuator includes a core fixed inside the frame, a θ-axis coil fixed inside the core, and a Z-axis coil fixed inside the θ-axis coil. ,
    The magnet portion of the θZ actuator includes a yoke fixed to the outer peripheral surface of the rotary table portion, and a magnet fixed to the surface of the yoke and arranged to face the Z-axis coil with a certain gap. Consists of
    The magnet has a first magnet disposed at an equal pitch so that all of the magnetic poles on the upper surface in the Z direction are the same pole in the yoke, and the magnetic pole on the lower surface of the yoke in the Z direction. And a second magnet disposed at an equal pitch so as to be all of the same polarity and different from the magnetic pole of the first magnet. θZ drive unit.
  7. 一端が前記ベースに支持され、他端が前記昇降テーブルに作用して、前記テーブルを含む昇降部分の前記Z方向の自重を支える自重補償バネを備えたことを特徴とする請求項3記載のθZ駆動装置。   The θZ according to claim 3, further comprising: a self-weight compensation spring having one end supported by the base and the other end acting on the lift table to support the weight of the lift portion including the table in the Z direction. Drive device.
  8. 前記自重補償バネには、前記自重補償バネの長さを調節するバネ調整機構が備えられたことを特徴とする請求項7記載のθZ駆動装置。   The θZ driving device according to claim 7, wherein the self-weight compensation spring is provided with a spring adjustment mechanism that adjusts a length of the self-weight compensation spring.
  9. 前記フレームに、少なくとも1箇所の排気穴が設けられ、前記ベースと前記テーブルと前記フレームとで囲まれた略閉鎖空間内を前記排気穴から排気するよう構成されたことを特徴とする請求項1記載のθZ駆動装置。   2. The frame according to claim 1, wherein at least one exhaust hole is provided in the frame, and the inside of the substantially closed space surrounded by the base, the table, and the frame is exhausted from the exhaust hole. The described θZ driving device.
  10. 請求項1記載のθZ駆動装置と、前記θZ駆動装置を前記Z方向と垂直なY方向に駆動するY駆動装置と、前記θZ駆動装置を前記Z方向と前記Y方向とに垂直なX方向に駆動するX駆動装置と、を備えたことを特徴とするXYθZステージ。   The θZ driving device according to claim 1, a Y driving device that drives the θZ driving device in a Y direction perpendicular to the Z direction, and the θZ driving device in an X direction perpendicular to the Z direction and the Y direction. An XYθZ stage comprising: an X driving device for driving.
  11. 請求項1記載のθZ駆動装置と、
    前記θZ駆動装置を前記Z方向と垂直なY方向に駆動するY駆動装置と、前記θZ駆動装置を前記Z方向と前記Y方向とに垂直なX方向に駆動するX駆動装置と、を備えたXYθZステージと、
    前記θZ駆動装置の前記テーブルに保持された基板を検査する検査機構と、
    を備えたことを特徴とする半導体の検査装置。
    The θZ drive device according to claim 1,
    A Y driving device for driving the θZ driving device in a Y direction perpendicular to the Z direction; and an X driving device for driving the θZ driving device in an X direction perpendicular to the Z direction and the Y direction. XYθZ stage,
    An inspection mechanism for inspecting a substrate held on the table of the θZ driving device;
    A semiconductor inspection apparatus comprising:
  12. 請求項1記載のθZ駆動装置と、
    前記θZ駆動装置を前記Z方向と垂直なY方向に駆動するY駆動装置と、前記θZ駆動装置を前記Z方向と前記Y方向とに垂直なX方向に駆動するX駆動装置と、を備えたXYθZステージと、
    前記θZ駆動装置の前記テーブルに保持された基板に対して露光を行なう露光機構と、
    を備えたことを特徴とする半導体の露光装置。
    The θZ drive device according to claim 1,
    A Y driving device for driving the θZ driving device in a Y direction perpendicular to the Z direction; and an X driving device for driving the θZ driving device in an X direction perpendicular to the Z direction and the Y direction. XYθZ stage,
    An exposure mechanism that exposes the substrate held on the table of the θZ driving device;
    A semiconductor exposure apparatus comprising:
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