JP2012114359A

JP2012114359A - Ｘｙステージ

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Publication number: JP2012114359A
Application number: JP2010263916A
Authority: JP
Inventors: Hikari Yoshida; 光吉田
Original assignee: Kaijo Corp
Current assignee: Kaijo Corp
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP5431295B2

Abstract

【課題】長ストローク化、小型化及び振動を抑制することが可能な半導体製造装置用のＸＹステージを提供する。
【解決手段】Ｘ軸リニアモータとＹ軸リニアモータとを有し、Ｘ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータは、移動部としての３相のコイルからなるコイル部及び固定部としてのヨーク部を有し、ヨーク部は、長手方向の中心線に対してその上部及び下部に開口部が設けられており、上部の開口部の上面及び下部の開口部の下面には複数の永久磁石の表面がＮ極、Ｓ極となるように交互に配列され、ヨーク上部の開口部の永久磁石と垂直方向におけるヨーク部下部の開口部の永久磁石は、同じ極となるように配列され、中心付近のヨークに３相のコイルが挿入された構成を成し、ヨーク部をコイル部と同一軸方向に移動可能なヨーク部ガイドを介してベース上に固定し、コイル部の移動時の反力を吸収するように構成し、移動テーブルの下部にＸ軸リニアモータを配する。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動時の振動が低減され、また、小型化が可能なＸＹステージに関し、特に、半導体製造装置に好適なＸＹステージに関する。

ワイヤボンダ等の半導体製造装置には、ボンディングツールを有するボンディングヘッドをＸＹ軸方向に位置決めを行うＸＹステージが用いられている。特許文献１には、高速移動による振動を防止することが可能なＸＹステージが開示されている。特許文献１に開示されたＸＹステージは、可動テーブル及び作業部材からなる可動部の重心位置と同一の高さ位置にて可動テーブルに夫々Ｘ方向及びＹ方向の駆動力を与えるＸ軸及びＹ軸のリニアモータとを有している。Ｘ軸及びＹ軸のリニアモータは、可動テーブルに直接連結するようにして、可動部がリニアモータによって駆動される際にリニアモータからの力が可動部の重心に作用するようにする。このため、可動テーブルの位置がその駆動方向に直交する方向にずれても、常に重心を駆動することができる。これにより、可動テーブルを高速移動しても、モーメント力はほとんど発生せず、高速移動による振動を防止するものである。

また、特許文献２には、リニアモータにより駆動体を駆動するリニアモータ駆動装置において、リニアモータのモータ本体及び駆動体を同一駆動軸方向に移動可能に架台上に設け、リニアモータの直線可動部と駆動体を連結し、該駆動体を駆動した時にモータ本体が駆動体と反対方向に動けるようにし、駆動体の駆動による反力を打ち消すように構成することにより、架台の振動を防止することが可能な半導体製造装置におけるモータ駆動装置及びＸＹテーブルが開示されている。

また、特許文献３は、特許文献２におけるＸＹテーブルでの位置決め精度の向上を目的としたものである。図７は、特許文献３に開示されたＸＹテーブルを示す平面図である。図７に示すように、特許文献３に開示されたＸＹテーブル１００では、平面リニアモータ１０１のコイルを有するＹ可動子１０３を上部テーブル１０４にガイドを介することなしに直接固定するようにして、上部テーブル１０４は、Ｙ可動子１０３の駆動軸方向であるＹ軸方向に移動可能に、下部テーブル１０５に保持されている。また、コイル１０２のＸ軸方向の移動の全領域についてコイル１０２に対する磁気的作用が等しくなるようにする。下部テーブル１０５がＸ軸方向に移動することにより、上部テーブル１０４及びコイルを有するＹ可動子も矢印で示すようにＸ軸方向に移動する。Ｙ可動子がＹ軸方向に移動する際には、Ｙモータ本体のＹ可動子１０３に対する磁気的作用が、Ｙ可動子１０３のＸ軸方向における位置にかかわらず等しいので、上部テーブル１０４のヨー方向の推力が掛かることはなくなり、これによりガイドレール１０６の遊びや磨耗の増大が抑制され、位置ずれや回転振動が生じにくくなり、安定した位置決めを行うものである。尚、Ｘ軸用のモータは、ボイスコイルモータ１０７が用いられている。

特開２００１−１４８３９８号公報特許２９８１９９９号公報特開２００２−３２９７７２号公報

特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示されたＸＹステージは、Ｘ方向及びＹ方向に移動可能に配置された可動テーブルを駆動するためのＸ軸リニアモータがＸＹステージの側方に、また、Ｙ軸リニアモータがＸＹステージの後方に配置されている。このため、ＸＹステージが大型化してしまい、また、ＸＹステージを設置するための大きなスペースが必要となる。これにより、ＸＹステージを使用した装置自体も大型化を招いてしまう。例えば、ボンディング装置は、ボンディング部品の搬送を行う搬送装置をＸＹステージの前方及び両サイドに配置するため、従来のＸＹステージではＸ軸リニアモータがＸＹステージの側方に位置するため、搬送装置の配置に制限があった。このため、ＸＹステージの小型化が望まれている。

また、特許文献１及び特許文献３で開示されたＸＹステージは、可動テーブルにＹ方向の駆動力を与えるＹ軸リニアモータが、可動テーブルに直接連結されている。このため、可動テーブルがＸ方向に移動した場合には、可動テーブルに直接連結されているＹ軸のリニアモータのコイル及び可動子も同時にＸ方向に移動するため、可動テーブルを中心として、Ｙ軸リニアモータのコイルにＸ方向の振動によるヨーイング振動が発生し、可動テーブルのＸ軸における位置制御が安定しないことがある。また、ヨーイング振動がＸＹステージを搭載した架台に伝わり、架台が振動する恐れもある。

また、ＸＹステージは、可動テーブルを駆動するＸ軸及びＹ軸のリニアモータには、一般にボイスコイルモータが用いられている。ボイスコイルモータは、大きな推力を得るために磁石を大型化する必要がある。また、ボイスコイルモータの可動範囲は、磁石の平面の長さに依存するため、可動範囲をカバーする磁石を用意する必要がある。しかしながら、製作可能な磁石の長さに限界があり、このため、可動テーブルの可動範囲が磁石の長さによって制限されてしまう。また、コイルに対して安定した磁界を形成することが難しく、特に、磁石の両端で推力が低下する問題がある。また、ボイスコイルモータのコイルは、ヨーク及び磁石に囲まれた空間に配置されており、コイルからの熱が発散しないため、放熱等の機構をボイスコイルモータに設ける必要がある。

そこで本発明は、可動テーブルの下部に３相コイルからなるＸ軸リニアモータを配して、Ｘ軸リニアモータをＸ軸方向に移動可能なガイドを介して架台に固定するようにして、長ストローク化、小型化及び振動を抑制することが可能なＸＹステージを提供することを目的とする。

上記目標達成のため、本発明のＸＹステージは、二次元のＸＹ平面を移動可能な移動テーブルと、当該移動テーブルをＸＹ方向に案内するガイド手段と、前記移動テーブルを駆動する駆動手段とを備え、前記駆動手段は、Ｘ軸リニアモータとＹ軸リニアモータとを有し、前記駆動手段のＸ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータは、コイルからなる可動部及び磁気回路を形成するヨークからなる固定部を有し、前記固定部を前記可動部と同一軸方向に移動可能なガイドを介してベース上に固定して、可動部の移動時の反力を吸収するように構成し、前記移動テーブルの下部に前記Ｘ軸リニアモータを配するようにしたことを特徴とする。

また、本発明のＸＹステージの前記Ｘ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータは、可動部が３相のコイルで構成され、前記固定部のヨークは、長手方向の中心線に対してその上部及び下部に開口部が設けられており、上部の開口部の上面及び下部の開口部の下面には複数の永久磁石の表面がＮ極、Ｓ極となるように交互に配列され、ヨーク上部の開口部の永久磁石と垂直方向におけるヨーク部下部の開口部との永久磁石は、同じ極となるように配列され、中心付近のヨークに３相のコイルが挿入された構成を成していることを特徴とする。

また、本発明のＸＹステージの前記駆動手段のＹ軸リニアモータは、Ｘ軸方向に移動可能な連結手段を介して前記移動テーブルを駆動するようにしたことを特徴とする。

また、本発明のＸＹステージの前記Ｘ軸リニアモータの可動部は、移動テーブルの前後に設けた連結部によって両持ち支持されていることを特徴とする。

また、本発明のＸＹステージの前記Ｘ軸リニアモータ及び前記Ｙ軸リニアモータは、前記可動部と前記固定部の相対位置を検出する位置検出センサを有することを特徴とする。

また、本発明のＸＹステージの前記Ｘ軸リニアモータ及び前記Ｙ軸リニアモータは、前記位置検出センサのデータを基に、Ｘ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータの可動部の各相のコイルを制御するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、Ｘ軸リニアモータを移動テーブルの下部に配置することにより、従来のようにＸ軸リニアモータを移動テーブル外に設置する必要がないため、ＸＹステージの小型化が可能となる。また、ＸＹステージを用いたボンディング装置ではＸＹステージの側方に他の装置を配置することもできるため、ボンディング装置の小型化も可能となる。

また、Ｙ軸リニアモータの可動部が可動テーブルに直接連結している従来のＸＹステージは、移動テーブルがＸ軸方向に移動した場合、Ｙ軸リニアモータの可動部も同時に移動するため、反力を受けるＹ軸リニアモータのヨーク部分のモーメント力により、ヨーイング振動が発生する恐れがある。しかしながら、本発明のＸＹステージは、可動テーブルとＹ軸リニアモータはＸ軸方向に移動可能なガイドによって連結しているため、移動テーブルがＸ軸方向に移動した場合、移動テーブルの重心だけが移動してＹ軸のリニアモータのコイル及び可動子はＸ方向に移動しないため、Ｙ軸リニアモータのヨーイング振動を軽減することができる。

また、従来のボイスコイルを用いたリニアモータでは、ＸＹステージの可動範囲は磁石の長さにより制限されるが、本発明のＸＹステージは、３相コイルのリニアモータを使用している。３相コイルのリニアモータは、永久磁石をヨークの開口部の長手方向にＳ極、Ｎ極の各磁石を交互に配列した構造であるため、リニアモータの可動範囲を広げることが容易にできるため、ＸＹステージの長ストローク化が可能となる。

本発明によるＸＹステージの構成を示す斜視図である。本発明によるＸＹステージの構成を示す正面図である。本発明によるＸＹステージの構成を示す平面図である。本発明によるＸＹステージの構成を示す側面図であり、図２のＡ−Ａ線における断面図を含む図である。ＸＹステージのＸ軸リニアモータの構成を示す図であり、（ａ）はＸ軸リニアモータの斜視図、（ｂ）はＸ軸リニアモータの正面図を示す。Ｘ軸リニアモータの制御を行うブロック図である。特許文献３に開示されたＸＹテーブルを示す平面図である。

以下図面を参照して、本発明によるＸＹステージを実施するための形態について説明する。尚、本発明によるＸＹステージは、可動テーブルの下部に３相コイルからなるＸ軸リニアモータを配して、Ｘ軸リニアモータをＸ軸方向に移動可能なガイドを介して架台に固定するようにして、ＸＹステージの長ストローク化及び小型化を図り、また、振動の抑制を行うようにしたものである。

［ＸＹステージの構成］
以下、本発明によるＸＹステージの構成について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本発明によるＸＹステージの構成を示す斜視図、図２は、本発明によるＸＹステージの構成を示す正面図、図３は、本発明によるＸＹステージの構成を示す平面図、図４は、本発明によるＸＹステージの構成を示す側面図であり、図２のＡ−Ａ線における断面図を含む図である。

図１に示すように、ＸＹステージ１は、Ｘ軸及びＹ軸の２次元方向に移動可能な移動テーブル２と、移動テーブル２の下部に位置し、移動テーブル２をＸ軸方向に移動させるＸ軸モータ部１５と、移動テーブル２をＹ軸方向に移動させるＹ軸モータ部４０とを有している。図１乃至図３に示すように、移動テーブル２は、ベース板３、下部移動板６及び上部移動体１０を有している。ベース板３は、移動テーブル２の底板を成し、Ｘ軸方向の両辺に沿ってそれぞれに溝が形成されており、両溝にガイド手段としての一対のＸ軸ガイド４が取り付けられている。Ｘ軸ガイド４は、例えばクロスローラガイドからなり、クロスローラガイドの両サイドに位置する案内レールは、ベース板３に固定されており、案内レールをＸ軸方向にスライドするスライダが、両サイドの案内レール間に設けられている。また、ベース板３におけるＸ軸方向の両辺には、Ｘ軸ガイド４の位置決め用の側板５がそれぞれ取り付けられている。

ベース板３上に位置するＸ軸ガイド４のスライダは、Ｘ軸方向に移動可能となっており、Ｘ軸ガイド４のスライダの上部には下部移動板６が取り付けられている。これにより、下部移動板６は、Ｘ軸ガイド４のスライダによりＸ軸方向に移動可能となっている。

また、図４に示すように、ベース板３の中心位置付近には、Ｘ軸ステージセンサ７の検出ヘッドを収納するための凹部が設けられており、凹部には、Ｘ軸ステージセンサ７の検出ヘッド７ａ（図４に点線で示す）が取り付けられている。

Ｘ軸ステージセンサ７は、検出ヘッド７ａ及びスケール７ｂ（図４に示す）から構成されており、Ｘ軸ステージセンサ７の移動量から下部移動板６のＸ軸方向の位置を検出するためのものである。尚、Ｘ軸ステージセンサ７は、光学式又は磁気式の検出センサが用いられる。

下部移動板６の上面には、Ｙ軸方向の両辺付近に沿ってそれぞれに凸面が形成されており、凸面上には、ガイド手段としての一対のＹ軸ガイド１２（図１及び図２に示す）が取り付けられている。Ｙ軸ガイド１２は、例えばクロスローラガイドからなり、クロスローラガイドの中心の案内レールは、下部移動板６の凸面に固定されており、両サイドに位置するスライダが、案内レールをスライドするようになっている。Ｙ軸ガイド１２のスライダは、Ｙ軸方向に移動可能となっている。

また、下部移動板６の裏面には、ベース板３上に設けられているＸ軸ステージセンサ７の検出ヘッド７ａに対応したスケール７ｂが取り付けられており、スケール７ｂは、Ｘ軸方向と平行に延設されている。これにより、下部移動板６は、Ｘ軸ステージセンサ７により、Ｘ軸方向の移動量がカウントされる。また、下部移動板６の表面には、Ｙ軸方向の中心線に沿ってＹ軸ステージセンサ１１のスケール１１ｂ（図２及び図３に示す）が設けられている。

下部移動板６の上部に配置された上部移動体１０の底面には、下部移動板６に設けられているＹ軸ガイド１２に取り付けるための溝が設けられており、上部移動体１０は、溝を介してＹ軸ガイド１２のスライダに固定されている。上部移動体１０は、例えば、ボンディング装置のボンディングヘッド等である。上部移動体１０は、Ｙ軸ガイド１２のスライダによりＹ軸方向に移動可能となっている。尚、上部移動体１０にＹ軸ガイド１２を直接取り付けているが、上部移動体１０に代えて板状の上部移動板を使用して、板状の上部移動板をＹ軸ガイド１２のスライダに取り付けるようにして、上部移動板上に上部移動体１０を取り付ける構造であってもよい。

また、図３に示すように、上部移動体１０の底面の中心付近には開口部が設けられており、開口部には、Ｙ軸ステージセンサ１１の検出ヘッド１１ａが設けられている。Ｙ軸ステージセンサ１１は、検出ヘッド１１ａ及びスケール１１ｂから構成されており、Ｙ軸ステージセンサ１１の移動量から上部移動体１０のＹ軸方向の位置を検出するためのものである。下部移動板６の表面には、上部移動体１０の底面に設けられているＹ軸ステージセンサ１１の検出ヘッド１１ａに対応したスケール１１ｂ（図２に示す）が、Ｙ軸方向と平行に延設されている。これにより、上部移動体１０は、Ｙ軸ステージセンサ１１により、Ｙ軸方向の移動量がカウントされる。尚、Ｙ軸ステージセンサ１１は、光学式又は磁気式の検出センサが用いられる。

ＸＹステージ１は、Ｘ軸ガイド４のスライダがＸ軸方向に移動することにより、下部移動板６上に配置された上部移動体１０も同時にＸ軸方向に移動する。また、Ｙ軸ガイド１２のスライダがＹ軸方向に移動することにより、上部移動体１０のみがＹ軸方向に移動するようになっている。

また、Ｘ軸ステージセンサ７及びＹ軸ステージセンサ１１は、互いに直交するように配置されており、Ｘ軸ステージセンサ７及びＹ軸ステージセンサ１１の移動量から、上部移動体１０のＸ軸及びＹ軸の位置を検出するようになっている。

このように、ＸＹステージ１は、Ｘ軸及びＹ軸の２次元方向に移動可能な移動テーブル２で構成されており、移動テーブル２の下部に位置するＸ軸モータ部１５によりＸ軸連結部３３を介してと下部移動板６及び部移動体１０がＸ軸方向に移動し、Ｙ軸モータ部４０により連結ガイド６０を介して上部移動体１０がＹ軸方向に移動するようになっている。

以下に、ＸＹステージの移動テーブルを駆動するＸ軸モータ部およびＹ軸モータ部について詳述する。

［Ｘ軸モータ部の構成］
図１に示すように、移動テーブル２の下部には、移動テーブル２をＸ軸方向に移動させるＸ軸モータ部１５が配置されており、移動テーブル２をＸ軸方向に移動させるＸ軸モータ部１５の構成について図２及び図５を用いて説明する。図５は、ＸＹステージのＸ軸リニアモータの構成を示す図であり、（ａ）はＸ軸リニアモータの斜視図、（ｂ）はＸ軸リニアモータの正面図である。図２に示すように、Ｘ軸モータ部１５は、移動テーブル２を搭載支持する筐体１６と、筐体１６の内部に設けられたＸ軸リニアモータ１７と、Ｘ軸リニアモータ１７の磁気回路を形成するヨーク部２０を保持するモータ保持台３０と、モータ保持台３０と筐体１６の間に設けられたＸ軸ヨーク部ガイド３１と、Ｘ軸連結部３３とを備えている。

図５（ａ）に示すように、Ｘ軸リニアモータ１７は、固定部としてのヨーク部２０と可動部としてのＸ軸コイル部２５とからなる。図５（ｂ）に示すように、ヨーク部２０は、長手方向の中心線に対してその上部及び下部に開口部２１、２２が設けられており、上部の開口部２１の上面には複数の永久磁石２３の表面がＮ極、Ｓ極となるように交互に配列されている。また、ヨーク部２０の下部の開口部２２の下面には複数の永久磁石２３の表面がＳ極、Ｎ極となるように交互に配列されている。図５（ｂ）に示すように、ヨーク部２０上部の開口部２１の永久磁石２３と垂直方向におけるヨーク部２０下部の開口部２２との永久磁石２３は、同じ極となるように配列されている。

Ｘ軸コイル部２５は、中空の角柱形状のコイル２６が巻かれたものである。Ｘ軸コイル部２５は、Ｘ軸コイル部２５の上辺がヨーク部２０の上部の開口部内２１に、また、Ｘ軸コイル部２５の下辺が下部の開口部２２内に位置するように設けられている。このようにＸ軸リニアモータ１７は、ヨーク部２０の中心付近のヨークにＸ軸コイル部２５の中空の開口部が挿入された構成となっている。

また、図５（ｂ）に示すように、Ｘ軸コイル部２５は、Ｘ軸方向の長さを３分割した各領域に点線で示すコイル２６が巻かれており、Ｘ軸コイル部２５のコイル２６は、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相から構成されている。Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のコイル２６には、個別に給電することが可能となっている。また、Ｘ軸リニアモータ１７の開口部２１、２２に位置する永久磁石２３の取付ピッチＰとＸ軸コイル部２５の長さＬとは、Ｐ＝Ｌとなるようにしている。

図４に示すように、ヨーク部２０外に位置するＸ軸コイル部２５の両端面と下部移動板６のＸ軸方向の両辺とは、一対のＸ軸連結部３３により結合されている。Ｘ軸連結部３３は、Ｘ軸モータ部１５の筐体１６の前後上部の空間に設けられており、略Ｌ字形のブロックからなる。Ｘ軸連結部３３の長手方向の面は、Ｘ軸と平行となるように設けられており、Ｘ軸連結部３３の上部に位置する端面は、下部移動板６のＸ軸方向の両辺に固定されており、Ｘ軸連結部３３の下部に位置する端面は、Ｘ軸コイル部２５の端面に固定されている。これにより、Ｘ軸リニアモータ１７のＸ軸コイル部２５がＸ軸方向に移動すると、下部移動板６を介してＸ軸ガイド４のスライダが案内レールに沿って移動し、下部移動板６がＸ軸方向に移動する。

また、Ｘ軸コイル部２５は、Ｘ軸連結部３３によって支持されており、Ｘ軸コイル部２５は、ヨーク部２０の上部及び下部の開口部２１、２２内の永久磁石２３との垂直方向（Ｚ軸方向）のギャップ長を一定に保つようにしている。

尚、Ｘ軸リニアモータ１７のＸ軸コイル部２５は、Ｘ軸連結部３３によって支持されているが、筐体１６の底部の表面とＸ軸コイル部２５の両端面の底面とをリニアガイドウェイ等を設けて結合して、リニアガイドウェイを介してＸ軸コイル部２５支持し、リニアガイドウェイのレール上をスライドする構成にしてもよい。

このように、本発明のＸＹステージは、３相コイルからなるリニアモータを使用しており、３相コイルのリニアモータは、永久磁石をヨーク部の開口部の長手方向にＳ極、Ｎ極の永久磁石を交互に配列した構造であるため、ヨーク部の長さを延長して、永久磁石を増設することによりリニアモータの可動範囲を広げることができるため、ＸＹステージの長ストローク化を容易に実現することができる。

［Ｘ軸モータ部の無反動化］
図４に示すように、ヨーク部２０の底面にはモータ保持台３０が設けられており、ヨーク部２０は、モータ保持台３０の上面に固定されている。モータ保持台３０は、Ｘ軸方向と平行に設けた２本のＸ軸ヨーク部ガイド３１を介して筐体１６に取り付けられている。Ｘ軸ヨーク部ガイド３１は、例えば、リニアガイドウェイのレール上に２コのキャリッジを設けたものを使用する。２本のリニアガイドウェイのレールを平行に筐体１６の表面に固定して設けて、モータ保持台３０の四隅をリニアガイドウェイのキャリッジに固定するようにする。

これによりヨーク部２０は、Ｘ軸コイル部２５が起動時等の加速度により発生する反力を打ち消すように、Ｘ軸コイル部２５の移動方向と反対方向に移動する。このため、Ｘ軸モータ部１５で発生する反力をＸ軸ヨーク部ガイド３１で打ち消されるため、架台への振動伝達を減らすことができる。尚、Ｘ軸リニアモータ１７の駆動時のヨーク部２０の移動を元の位置に戻すためのダンパー（図示せず）が、モータ保持台３０と筐体１６間に設けられている。

また、図４に示すように、Ｘ軸リニアモータ１７は、ヨーク部２０とＸ軸コイル部２５との相対位置を検出するためのＸ軸モータセンサ３５が設けられている。Ｘ軸モータセンサ３５の検出ヘッドは、Ｘ軸コイル部２５に設けられており、Ｘ軸モータセンサ３５のスケールは、ヨーク部２０に設けられている。Ｘ軸リニアモータ１７は、Ｘ軸コイル部２５のコイル２６の位置と、ヨーク部２０に配置されている永久磁石２３の各極との相対位置を検出して、検出した位置に基づいてＸ軸コイル部２５の３相の各コイル２６に電流を供給して、推力を発生させるようにする。

Ｘ軸リニアモータ１７は、Ｘ軸コイル部２５が移動することにより、その反力を打ち消すためにヨーク部２０も移動するが、Ｘ軸モータセンサ３５によって常にヨーク部２０とＸ軸コイル部２５との相対位置が検出されているため、Ｘ軸モータセンサ３５の位置信号によりヨーク部２０の移動によるＸ軸コイル部２５の位置を補償することが可能となる。

［Ｙ軸モータ部の構成］
次に、移動テーブル２をＹ軸方向に移動させるＹ軸モータ部４０の構成について述べる。図１に示すように、移動テーブル２の後方には、移動テーブル２をＹ軸方向に移動させるＹ軸モータ部４０が配置されており、Ｙ軸モータ部４０は、Ｙ軸リニアモータ４２と、Ｙ軸連結部５５と、Ｙ軸リニアモータ４２を搭載したＹ軸モータベース４１と、Ｙ軸リニアモータ４２の磁気回路を形成するヨーク部４３とＹ軸モータベース４１の間に設けられたＹ軸ヨーク部ガイド４９（図３に点線で示す）と、Ｙ軸連結部５５とＹ軸モータベース４１の間に設けられたＹ軸コイル部ガイド５０と、Ｙ軸連結部５５に設けられた連結ガイド６０とを備えている。

Ｙ軸リニアモータ４２は、固定部としてのヨーク部４３と可動部としてのＹ軸コイル部４７とからなる。尚、Ｙ軸リニアモータ４２は、図５に示すＸ軸リニアモータ１７と同一の構成となっている。

ヨーク部４３は、長手方向の中心線に対してその上部及び下部に開口部が設けられており、上部の開口部の上面には複数の永久磁石の表面がＮ極、Ｓ極となるように交互に配列されている。また、ヨーク部４３の下部の開口部の下面には複数の永久磁石２３の表面がＳ極、Ｎ極となるように交互に配列されている。ヨーク部４３上部の開口部の永久磁石２３と垂直方向におけるヨーク部４３下部の開口部との永久磁石は、同じ極となるように配列されている。

Ｙ軸コイル部４７は、中空の角柱形状のコイル２６が巻かれたものである。Ｙ軸コイル部４７は、Ｙ軸コイル部４７の上辺がヨーク部４３の上部の開口部内に、また、Ｙ軸コイル部４７の下辺が下部の開口部内に位置するように設けられている。このようにＹ軸リニアモータ４２は、ヨーク部４３の中心付近のヨークにＹ軸コイル部４７の中空の開口部が挿入された構成となっている。Ｙ軸コイル部４７は、Ｘ軸方向の長さを３分割した各領域にコイル２６が巻かれており、Ｙ軸コイル部４７のコイルは、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相から構成されている。Ｕ、Ｖ、Ｗの各相のコイル２６には、個別に給電することが可能となっている。尚、Ｙ軸リニアモータ４２の開口部に位置する永久磁石の取付ピッチＰとＹ軸コイル部４７の長さＬとは、Ｐ＝Ｌとなるように設けられている。

図１及び図３に示すように、Ｙ軸連結部５５は、略コの字型の形状を有し、Ｙ軸連結部５５の両辺は、Ｙ軸モータ部４０のＹ軸コイル部４７の両端面を挟むようにＹ軸コイル部４７に固定されている。移動テーブル２側に位置するＹ軸連結部５５の辺には、連結ガイド６０が取り付けられている。

連結手段としての連結ガイド６０の案内レールは、Ｙ軸モータ部４０のＹ軸連結部５５に固定されており、連結ガイド６０のスライダは、移動テーブル２の上部移動体１０に固定されている。移動テーブル２がＸ軸方向に移動したときには、連結ガイド６０のスライダが案内レール上をＸ軸方向に移動して、上部移動体１０のみが移動するようになり、Ｙ軸モータ部４０のＹ軸連結部５５は停止した状態を維持する。

このように、ＸＹステージは、可動テーブルとＹ軸リニアモータはＸ軸方向に移動可能な連結ガイドによって連結しているため、移動テーブルがＸ軸方向に移動した場合、移動テーブルの重心だけが移動してＹ軸リニアモータのコイル部はＸ方向に移動しないため、Ｙ軸リニアモータのヨーイング振動を軽減することができる。

Ｙ軸コイル部４７の端面を固定しているＹ軸連結部５５の両辺は、２本のＹ軸コイル部ガイド５０を介してＹ軸モータベース４１に取り付けられている。Ｙ軸コイル部ガイド５０は、例えば、リニアガイドウェイのレール上に２コのキャリッジを設けたものを使用する。２本のリニアガイドウェイのレールをＹ軸方向にＹ軸モータベース４１の表面に互いに平行するように固定して設けて、Ｙ軸連結部５５の一辺をリニアガイドウェイの２コのキャリッジに固定し、Ｙ軸連結部５５の他の辺をリニアガイドウェイの２コのキャリッジに固定するようにする。

これによりＹ軸連結部５５は、Ｙ軸コイル部４７がＹ軸方向に移動する際に、Ｙ軸コイル部ガイド５０のレールに沿って移動する。Ｙ軸連結部５５がＹ軸方向に移動することにより、連結ガイド６０を介して上部移動体がＹ軸方向に移動する。

［Ｙ軸モータ部の無反動化］
図４に示すように、Ｙ軸リニアモータ４２のヨーク部４３は、Ｙ軸モータベース４１上に配置されており、ヨーク部４３は、Ｙ軸方向と平行に設けた２本のＹ軸ヨーク部ガイド４９（図３に点線で示す）を介してＹ軸モータベース４１に取り付けられている。Ｙ軸ヨーク部ガイド４９は、例えば、リニアガイドウェイのレール上に２コのキャリッジを設けたものを使用する。２本のリニアガイドウェイのレールを平行にＹ軸モータベース４１の表面に固定して設けて、ヨーク部４３の底面の四隅をリニアガイドウェイのキャリッジに固定するようにする。

これによりヨーク部４３は、Ｙ軸コイル部４７が起動時等の加速度により発生する反力を打ち消すように、Ｙ軸コイル部４７の移動方向と反対方向に移動する。このため、Ｙ軸モータ部４０で発生する反力をＹ軸ヨーク部ガイド４９で打ち消されるため、架台への振動伝達を減らすことができる。尚、Ｙ軸リニアモータ４２の駆動時のヨーク部４３の移動を元の位置に戻すためのダンパー（図示せず）が、Ｙ軸モータベース４１上に設けられている。

また、Ｙ軸リニアモータ４２は、ヨーク部４３とＹ軸コイル部４７との相対位置を検出するためのＹ軸モータセンサ５６（図１及び図３に示す）が設けられている。Ｙ軸モータセンサ５６の検出ヘッドは、Ｙ軸コイル部４７に設けられており、Ｙ軸モータセンサ５６のスケールは、ヨーク部４３に設けられている。Ｙ軸リニアモータ４２は、Ｙ軸コイル部４７の３相の各コイル２６の位置と、ヨーク部４３に配置されている永久磁石の各極との相対位置を検出して、検出した位置に基づいてＹ軸コイル部４７の各コイルに電流を供給して、推力を発生させるようにする。

Ｙ軸リニアモータ４２は、Ｙ軸コイル部４７が移動することにより、その反力を打ち消すためにヨーク部４３も移動するが、Ｙ軸モータセンサ５６によって常にヨーク部４３とＹ軸コイル部４７との相対位置が検出されているため、Ｙ軸モータセンサ５６の位置信号によりヨーク部４３の移動によるＹ軸コイル部４７の位置を補償することが可能となる。

［リニアモータの駆動］
次に、図６を用いてＸ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータによるＸＹステージの制御について述べる。図６は、Ｘ軸リニアモータの制御を行うブロック図である。尚、Ｙ軸リニアモータ４２の制御についても図６と同様の構成をなす。図６に示すように、Ｘ軸リニアモータの制御は、制御回路７０、アンプ部７１により行われる。ＸＹステージ１のＸ軸ステージセンサ７からの信号が制御回路７０に入力され、制御回路７０は、移動テーブル２の現在値を保持している。また、制御回路７０には、移動テーブル２のＸ軸の移動すべき位置が位置指令として外部から入力される。制御回路７０は、移動テーブル２のＸ軸の移動すべき位置データに基づいて、移動テーブル２の現在値から指定の位置までの移動量を算出して、Ｘ軸リニアモータの移動量から最適な駆動パターンを選択する。また、アンプ部７１は、コイル部のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各コイル２６に電流を供給するために、各コイル２６毎にアンプを有している。アンプ部７１には、Ｘ軸リニアモータのＸ軸モータセンサ３５からの信号が入力されており、アンプ部７１は、Ｘ軸モータセンサ３５のコイル部とヨーク部との相対位置のデータに基づいて駆動するコイル部のコイル２６を選択する。

アンプ部７１は、制御回路７０及びＸ軸モータセンサ３５からの信号によりコイル２６に電流を供給する。また、アンプ部７１は、Ｘ軸リニアモータを駆動中は、Ｘ軸モータセンサ３５の信号から駆動するコイル２６を切り換えるように制御する。また、制御回路７０は、ＸＹステージの移動中のＸ軸ステージセンサ７の信号からＸ軸リニアモータの移動速度等を検知し、目標とする移動速度となるようにアンプ部７１へ信号を出力する。
このように、Ｘ軸リニアモータの駆動は、Ｘ軸モータセンサ３５からの信号により、電流を供給するコイル部のコイル２６を切り換えながら、Ｘ軸リニアモータの推力を発生するようにして、ＸＹステージを所定の位置に移動するようにする。

以上述べたように、発明によれば、Ｘ軸リニアモータを移動テーブルに対して下部に配置することにより、従来のようにＸ軸リニアモータを移動テーブル外に設置する必要がないため、ＸＹステージの小型化が可能となる。また、ＸＹステージを用いたボンディング装置ではＸＹステージの側方に他の装置を配置することもできるため、ボンディング装置の小型化も可能となる。

また、Ｙ軸リニアモータの可動部が可動テーブルに直接連結している従来のＸＹステージは、移動テーブルがＸ軸方向に移動した場合、Ｙ軸リニアモータの可動部も同時に移動するため、反力を受けるＹ軸リニアモータのヨーク部のモーメント力により、Ｙ軸リニアモータにヨーイング振動が発生する恐れがある。しかしながら、本発明のＸＹステージは、可動テーブルとＹ軸リニアモータはＸ軸方向に移動可能なガイドによって連結しているため、移動テーブルがＸ軸方向に移動した場合、移動テーブルの重心だけが移動してＹ軸のリニアモータのコイル及び可動子はＸ方向に移動しないため、Ｙ軸リニアモータのヨーイング振動を軽減することが可能である。

また、従来のボイスコイルを用いたリニアモータでは、ＸＹステージの可動範囲は磁石の長さにより制限されるが、本発明のＸＹステージは、３相コイルリニアモータを使用している。３相コイルリニアモータは、永久磁石をヨークの開口部の長手方向にＳ極、Ｎ極の各磁石を交互に配列した構造であるため、ＸＹステージの可動範囲を広げることが容易に実現することができる。

この発明は、その本質的構成から逸脱することなく多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではない。

１ＸＹステージ
２移動テーブル
３ベース板
４Ｘ軸ガイド
５側板
６下部移動板
７Ｘ軸ステージセンサ
７ａ、１１ａ検出ヘッド
７ｂ、１１ｂスケール
１０上部移動体
１１Ｙ軸ステージセンサ
１２Ｙ軸ガイド
１５Ｘ軸モータ部
１６筐体
１７Ｘ軸リニアモータ
２０ヨーク部
２１、２２開口部
２３永久磁石
２５Ｘ軸コイル部
２６コイル
３０モータ保持台
３１Ｘ軸ヨーク部ガイド
３３Ｘ軸連結部
３５Ｘ軸モータセンサ
４０Ｙ軸モータ部
４１Ｙ軸モータベース
４２Ｙ軸リニアモータ
４３ヨーク部
４４永久磁石
４７Ｙ軸コイル部
４９Ｙ軸ヨーク部ガイド
５０Ｙ軸コイル部ガイド
５５Ｙ軸連結部
５６Ｙ軸モータセンサ
６０連結ガイド
７０制御回路
７１アンプ部
１００ＸＹテーブル
１０１平面リニアモータ
１０２コイル
１０３Ｙ可動子
１０４上部テーブル
１０５下部テーブル
１０６ガイドレール
１０７ボイスコイルモータ

Claims

二次元のＸＹ平面を移動可能な移動テーブルと、当該移動テーブルをＸＹ方向に案内するガイド手段と、前記移動テーブルを駆動する駆動手段とを備え、
前記駆動手段は、Ｘ軸リニアモータとＹ軸リニアモータとを有し、前記駆動手段のＸ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータは、コイルからなる可動部及び磁気回路を形成するヨークからなる固定部を有し、前記固定部を前記可動部と同一軸方向に移動可能なガイドを介してベース上に固定して、可動部の移動時の反力を吸収するように構成し、
前記移動テーブルの下部に前記Ｘ軸リニアモータを配するようにしたことを特徴とするＸＹステージ。
前記Ｘ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータは、可動部が３相のコイルで構成され、前記固定部のヨークは、長手方向の中心線に対してその上部及び下部に開口部が設けられており、上部の開口部の上面及び下部の開口部の下面には複数の永久磁石の表面がＮ極、Ｓ極となるように交互に配列され、ヨーク上部の開口部の永久磁石と垂直方向におけるヨーク部下部の開口部との永久磁石は、同じ極となるように配列され、中心付近のヨークに３相のコイルが挿入された構成を成していることを特徴とする請求項１に記載のＸＹステージ。
前記駆動手段のＹ軸リニアモータは、Ｘ軸方向に移動可能な連結手段を介して前記移動テーブルを駆動するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＸＹステージ。
前記Ｘ軸リニアモータの可動部は、移動テーブルの前後に設けた連結部によって両持ち支持されていることを特徴とする請求項１に記載のＸＹステージ。
前記Ｘ軸リニアモータ及び前記Ｙ軸リニアモータは、前記可動部と前記固定部の相対位置を検出する位置検出センサを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＸＹステージ。
前記Ｘ軸リニアモータ及び前記Ｙ軸リニアモータは、前記位置検出センサのデータを基に、Ｘ軸リニアモータ及びＹ軸リニアモータの可動部の各相のコイルを制御するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のＸＹステージ。