JP2020028214A - リニアモータ機構および二軸ステージ - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの発熱に起因する問題を生じさせずに真空中で使用することが可能なリニアモータ機構および二軸ステージを提供する。【解決手段】真空チャンバ１０内に固定子および可動子が配置されるリニアモータ機構１であり、固定子であるコイル３と、可動子である磁石５と、を備え、コイル３を内包するコイル保持部２が真空チャンバ１０に固定され、真空チャンバ１０は開口部１３を有し、開口部１３を介してコイル保持部２の一部が外気に露出している。【選択図】図１

Description

本発明は、真空チャンバ内で用いられるリニアモータ機構および二軸ステージに関するものである。

たとえば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）は数百倍程度の高倍率での観察が可能であるため、観察対象（ワーク）を観察可能な位置へ配置するためには、ワークの搬送装置には高精度な位置決め精度が求められる。このような高精度の位置決めを実現する手段として、近年ではリニアモータ機構を用いることが検討されている。

リニアモータ機構は、特許文献１および特許文献２に記載の通り固定子および可動子に永久磁石およびコイルが用いられ、コイルに所定の電流を流すことにより、永久磁石が形成する磁界との作用により推力が発生し、可動子が所定方向に移動する。このリニアモータ機構による位置決め精度は、たとえばボールねじによるものと比較して高いため、高精度の位置決めを必要とする装置の位置決め機構としてリニアモータ機構は好適に用いられうる。

特開２０１０−２１３４２５号公報 特開２００２−２９１２２０号公報

しかし、従来走査型電子顕微鏡のように真空環境内でワークを搬送する手段としてリニアモータ機構を用いる場合、発熱対策が困難であるといった問題があった。具体的には、コイルに所定の電流を流す際にコイルの電気抵抗にもとづくジュール熱が発生するが、真空中では対流による熱伝導が皆無であるため、熱が発散せずにコイルにこもる可能性が高い。そして、この熱により搬送装置の構成部材に熱膨張が生じた場合、位置決めに誤差が生じて搬送精度が悪化するおそれがあった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、コイルの発熱に起因する問題を生じさせずに真空中で使用することが可能なリニアモータ機構および二軸ステージを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明のリニアモータ機構は、真空チャンバ内に固定子および可動子が配置されるリニアモータ機構であり、前記固定子であるコイルと、前記可動子である磁石と、を備え、前記コイルを内包するコイル保持部が前記真空チャンバに固定され、前記真空チャンバは開口部を有し、当該開口部を介して前記コイル保持部の一部が外気に露出していることを特徴としている。

上記リニアモータ機構によれば、コイル保持部が真空チャンバに固定され、真空チャンバは開口部を有し、当該開口部を介してコイル保持部の一部が外気に露出していることにより、コイルで生じたジュール熱はコイル保持部を伝わってコイル保持部の外気に露出している部分において発散するため、コイルに熱がこもることを防ぐことができる。そのため、熱の問題を生じさせずにこのリニアモータ機構を真空中で使用することができる。

また、前記コイル保持部は、外気に露出している部分から前記コイルの近傍へ冷媒を通す冷却経路を内包すると良い。

この構成によれば、真空環境を冷媒が経由することなく、真空チャンバ内に位置するコイルを冷媒によって冷却することが可能である。

また、前記コイル保持部は、前記コイル保持部を貫通し、前記コイルが外周に配置される略円柱状の中空部を有し、前記磁石を有する略円柱状のシャフト部が前記中空部に通された状態で変位すると良い。

この構成によれば、真空環境によるコイル保持部の中空部の変形に起因するコイルと磁石との相対位置の変動が小さくなるため、コイルと磁石とを可能な限り接近させて推力を大きくすることができる。

また、前記コイル保持部は、前記コイルの長さ方向における前記コイルの外周を取り囲む筒部を備え、前記磁石は、前記コイルの長さ方向において前記コイルよりも寸法が小さく、前記筒部が挿通される貫通穴を有し、前記筒部の外周面に沿って前記コイルの長さ方向に移動可能であり、前記筒部の内側の空間は、前記真空チャンバ内の空間と遮断され、前記真空チャンバの前記開口部を介して外気に露出する構成であっても良い。

この構成によれば、リニアモータ機構自身のフットプリントを比較的小さくすることができる。

また、上記課題を解決するために本発明の二軸ステージは、真空チャンバ内でワークを二つの軸方向に搬送する二軸ステージであり、前記ワークを保持するワーク保持部と、前記ワーク保持部を第１の方向に搬送する第１の搬送部と、前記ワーク保持部を第２の方向に搬送する第２の搬送部と、を備え、前記第1の搬送部および前記第２の搬送部は共にコイルを固定子とし、磁石を可動子とするリニアモータ機構により駆動し、前記第１の搬送部の前記コイルを内包する第１のコイル保持部および前記第２の搬送部の前記コイルを内包する第２のコイル保持部が前記真空チャンバに固定され、前記真空チャンバは開口部を有し、当該開口部を介して前記第１のコイル保持部の一部および前記第２のコイル保持部の一部が外気に露出していることを特徴としている。

上記二軸ステージによれば、第１のコイル保持部および第２のコイル保持部が真空チャンバに固定され、真空チャンバは開口部を有し、当該開口部を介して第１のコイル保持部の一部および第２のコイル保持部の一部が外気に露出していることにより、コイルで生じたジュール熱は第１のコイル保持部および第２のコイル保持部を伝わって第１のコイル保持部の外気に露出している部分および第２のコイル保持部の外気に露出している部分において発散するため、コイルに熱がこもることを防ぐことができる。そのため、熱の問題を生じさせずにこの二軸ステージを真空中で使用することができる。

本発明のリニアモータ機構および二軸ステージによれば、コイルの発熱に起因する問題を生じさせずに真空中で使用することができる。

本発明のリニアモータ機構を示す概略図である。 本発明の他の実施形態におけるリニアモータ機構を示す概略図である。 本発明の他の実施形態におけるリニアモータ機構を示す概略図である。 本発明の二軸ステージを示す概略図である。 本発明の二軸ステージを示す概略図である。

次に、本発明のリニアモータ機構の実施の形態について説明する。ここで、図１（ａ）は、本発明のリニアモータ機構の正面図、図１（ｂ）は側面図である。

リニアモータ機構１は、固定子としてコイル３、可動子として永久磁石を有するシャフト部５を有しており、コイル３に所定の電流を流すことによって、永久磁石を有するシャフト部５が形成する磁界との作用により推力が発生し、シャフト部５が所定の方向に変位する。

なお、図１ではこのシャフト部５が移動する方向をＸ軸方向とし、水平面上でＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向と直交する方向、すなわち鉛直方向をＺ軸方向と呼ぶ。

シャフト部５は、略円柱状の形状を有し、円柱の中心軸方向（図１におけるＸ軸方向）に磁石のＮ極とＳ極とが交互に繰り返し配列された形態を有する。

これらコイル３およびシャフト部５は、真空チャンバ１０内の空間に配置されている。そして図示しない真空ポンプが作動することにより、真空チャンバ１０内の空間は減圧され、略真空状態となる。

コイル３は、コイル保持部２に内包された形態を有する。コイル保持部２は、このコイル保持部２を貫通する略円柱状の中空部を有し、この中空部の軸方向はシャフト部５の軸方向（Ｘ軸方向）と同じである。コイル３は、コイル保持部２の内部でこの中空部を取り囲むように配置されている。すなわち、コイル３がこの中空部の外周に配置される形態をとる。

コイル保持部２の中空部の直径はシャフト部５の直径よりも２ｍｍ程度大きい。そして、シャフト部５がこの中空部を貫通するように配置されることによって、シャフト部５の一部をコイル３が囲む形態がとられる。そして、この状態でコイル３に電流が流されることにより、コイル３に流された電流にもとづいてシャフト部５が変位する。

コイル保持部２はたとえばアルミ合金、チタン合金といった、熱伝導率が比較的高い金属材料から構成されている。また、コイル保持部２全体はリジッドな構成であり、シャフト部５の変位に起因してコイル保持部２が変形することは無い。また、コイル３はたとえば銅線などから構成されている。

また、本実施形態では、コイル３は、コイル３を保護するための樹脂からなるモールド部４に被覆されており、このモールド部４とともにコイル３はコイル保持部２の内部に固定および保持され、また、外気と触れることの無いようコイル保持部２内で密封されている。

ここで、本発明では、真空チャンバ１０の外壁部には開口１３が設けられており、コイル保持部２は、この開口１３を貫通するように配置される。すなわち、コイル保持部２は、真空チャンバ１０の内部に位置して略真空環境に接する部分と、真空チャンバ１０の外部に位置して外気に露出している部分とが存在している。また、コイル保持部２の外気に露出している部分はフランジ形状を有しており、このフランジ部にはＯリング６が設けられている。このＯリング６を真空チャンバ１０の外壁部とコイル保持部２のフランジ部とではさんで押しつぶすように、ボルトなどでコイル保持部２が真空チャンバ１０に固定されることにより、開口１３があっても真空チャンバ１０の内部の気密性は維持される。そして、コイル保持部２が真空チャンバ１０に固定されることによって真空チャンバ１０内でのコイル３の配置は固定され、コイル３に所定の電流が流された際には、シャフト部５のみが変位する。

また、コイル保持部２の内部には、真空チャンバ１０の外部からコイル３に電流を供給する電源ケーブル１１、および、水などの冷却媒体を真空チャンバ１０の外部であり外気と接する部分からコイル３の近傍へ流すための冷却経路であり、コイル３の冷却を補助するための冷却配管１２が設けられている。

次に、本発明のリニアモータ機構の効果について説明する。

コイル３と、永久磁石を有するシャフト部５とで構成されるリニアモータ機構１では、コイル３に電流を流した際、コイル３の電気抵抗にもとづくジュール熱が発生する。ここで、コイル３は真空チャンバ１０の内部に配置されているため、真空チャンバ１０の内部が略真空の状態である場合、このジュール熱がコイル３から真空チャンバ１０内の周囲環境に発散することは皆無である。そのため、従来ではコイル３に熱がこもる可能性があった。

ここで、本発明ではコイル３を内包するコイル保持部２の一部が真空チャンバ１０の開口部１３を介して外気に露出しているため、図１（ａ）の矢印でイメージを表したように、コイル３で生じたジュール熱はコイル保持部２を伝わり、コイル保持部２の外気に露出している部分において積極的に発散する。そのため、コイル３に熱がこもることを防ぐことができ、その結果、コイル３の発熱に起因する問題を生じさせずに、このリニアモータ機構１を真空中で使用することができる。

また、コイル３は固定子であり、コイル保持部２の内部に保持されることにより、真空チャンバ１０に対して位置が固定されているため、電源ケーブル１１および冷却配管１２を真空環境中で引き回す必要が無い。また、コイル３、モールド部４もコイル保持部２内で密封されているため、コイル３、モールド部４、電源ケーブル１１、および冷却配管１２は真空環境と触れることが無い。したがって、コイル３、モールド部４、電源ケーブル１１、および冷却配管１２を真空仕様といった特殊な仕様にする必要が無い。したがって、各部材の材料を選択する際の選択肢が狭まること無く、また、高価な材料を使用する必要が無い。

特に、流体を流す可撓性の配管を真空環境内で引き回すことは、微小でも配管の破損が起きると真空環境を壊すことになるため、真空環境内ではこのような配管を引き回さないのが一般的である。そこで、真空チャンバ１０に固定されたコイル保持部２の内部に冷却配管１２を設けることにより、真空環境を冷媒が経由することなく、真空チャンバ１０内に位置するコイル３を冷媒によって冷却することが可能である。

また、本発明では、コイル保持部２を通して電源ケーブル１１が真空チャンバ１０の外部から内部に誘導されるため、一般には碍子などで構成される電流導入端子（フィードスルー）を別途設ける必要が無く、この点からもコスト面でメリットを有する。

また、本実施形態では、コイル保持部２は、コイル保持部２を貫通し、コイル３が外周に配置される略円柱状の中空部を有し、略円柱状のシャフト部５がこの中空部に通された状態で変位する形態を有している。この構成により、真空チャンバ１０の真空ポンプが作動してコイル保持部２の中空部とシャフト部５の間の部分が略真空状態となった場合であっても、コイル保持部２の中空部の壁面およびシャフト部５にかかる応力が一部に集中することが無いため、コイル保持部２の中空部およびシャフト部５の変形を最小限にとどめることができる。したがって、コイル３とシャフト部５の磁石との相対位置の変動は小さくなり、コイル３およびシャフト部５が干渉しないという条件下で両者を可能な限り接近させることができ、所定の電流をコイル３に流した際のリニアモータ機構１の推力を可能な限り大きくすることができる。

次に、本発明の他の実施形態におけるリニアモータ機構を図２に示す。ここで、図２（ａ）はリニアモータ機構の正面図、図２（ｂ）は側面図であり、図１に示した各構成部材と同じ形態の構成部材には、図２でも同じ符号を付した。

この実施形態におけるリニアモータ機構２１では、可動子である永久磁石は、バー２５のように略直方体の形状を有しており、変位する方向（図２におけるＸ軸方向）に磁石のＮ極とＳ極とが交互に繰り返し配列された形態を有する。また、コイル２３はバー２５と対向する面を有し、図１の実施例と同様にコイル保持部２２に内包されている。なお、本実施形態では、コイル２３はバー２５の下面とのみ対向する形態を有しているが、バー２５の側面とも対向する形態を有していても良い。

また、コイル保持部２２は真空チャンバ１０を貫通し、一部が外気に露出している。

この実施形態のリニアモータ機構２１においても、図１の実施例と同様に、コイル２３で生じたジュール熱がコイル保持部２２を伝わり、コイル保持部２２の外気に露出している部分から発散することにより、コイル２３に熱がこもることを防ぐことができる。

また、コイル２３とともにコイル２３に電流を供給する電源ケーブル１１およびコイル２３を冷却する媒体を流すための冷却配管１２がコイル保持部２２に内包されるため、電源ケーブル１１を真空仕様など特殊な仕様にする必要が無く、コスト面でメリットを享受することができるとともに、冷却配管を真空環境内で引き回すことなくコイル保持部２２内の冷却配管１２を冷媒が通ることによってコイル２３を冷却することができる。

ただし、この実施形態のようにコイル保持部２２のバー２５と対向する面が角部を有する形状であった場合、コイル保持部２２の外側の環境が略真空状態であることによってコイル保持部２２のバー２５と対向する面にかかる応力が一部に集中する可能性があり、この応力集中によってコイル保持部２２のバー２５と対向する面が変形する可能性がある。この場合、コイル保持部２２のバー２５と対向する面に変形が生じてもこの面とバー２５が干渉することが無いよう、図２（ａ）に距離ｄで示す、コイル２３とバー２５との間の距離は、先の実施形態におけるコイル３とシャフト５との間の距離よりも大きくする必要がある。

次に、本発明のさらに他の実施形態におけるリニアモータ機構を図３に示す。ここで、図３（ａ）はリニアモータ機構の正面図、図３（ｂ）は側面図であり、ａ−ａ矢視図である。図１に示した各構成部材と同じ形態の構成部材には、図２でも同じ符号を付した。

コイル３２は鉄芯などの芯部３５にらせん状に巻き付けられた形態を有し、このらせんが延びる方向であるコイル３２の長さ方向（図３（ａ）、（ｂ）におけるＸ軸方向）において、磁石３３の寸法はコイル３２の寸法より小さい。

また、コイル３２はコイル保持部３４に内包されており、磁石３３は、コイル保持部３４のうちコイル３２の長さ方向においてコイル３２を取り囲む部分である筒部３４１の外周よりもわずかに大きな寸法の貫通孔３３１を有する。コイル３２が挿通された筒部３４１がこの貫通孔３３１に挿通されることによって、筒部３４１を挟んでコイル３２が磁石３３の貫通孔３３１の中にある状態となる。そして、コイル３２に所定の電流を流すことによって、磁石３３が形成する磁界との作用により推力が発生し、磁石３３が筒部３４１の外周面に沿って変位する。

コイル保持部３４は、筒部３４１、フランジ３４２、および柱部３４３とで構成されており、コイル３２を真空チャンバ１０内の空間と遮断するよう、保持する。

筒部３４１は、両端部に開口を有する筒状体である。コイル３２は、この開口から筒部３４１に挿入され、接着材などで固定される。これにより、コイル３２の長さ方向においてコイル３２は筒部３４１に取り囲まれる。なお、本実施形態では、コイル３２は円柱状の芯部３５に巻き付けられており、筒部３４１は円筒状である。これに対し、たとえば芯部３５が四角柱状であり、筒部３４１の開口が四角形状であっても良い。また、筒部３４１の内径はコイル３２の巻径よりもわずかに大きく、本実施形態ではコイル３２の巻径が約２４ｍｍであるのに対し、筒部３４１の内径は約２５ｍｍである。

また、筒部３４１の肉厚は約０．３ｍｍと薄く、コイル３２と磁石３３とは十分に接近している。また、筒部３４１はステンレス、アルミニウム、もしくはセラミックなどの非磁性体の材料から構成されている。このため、筒部３４１が介在することがコイル３２と磁石３３との間で発生する推力へ及ぼす影響は小さい。なお、磁石３３の貫通孔３３１の径は、本実施形態では約２６ｍｍである。

フランジ３４２は、筒部３４１の両端近傍に配置される。フランジ３４２は内径が筒部３４１の外径より大きな凹部を有し、この凹部の底面に筒部３４１の端面が押し当てられることにより、筒部３４１の両端部において筒部３４１が当て決めされ、筒部３４１の位置がずれたり振動したりすることが防止される。また、フランジ３４２の凹部の側壁面と筒部３４１の外周面との間にはＯリングが配置されており、フランジ３４２の凹部の側壁面と筒部３４１の外周面との間において気密性が確保されている。また、フランジ３４２の凹部の底面には、径が筒部３４１の外径よりも小さくフランジ３４２の反対面まで貫通する貫通穴が設けられている。

柱部３４３は、筒部３４１の両端側に設けられ、フランジ３４２と当接および連結され、また、真空チャンバ１０の底面と当接および連結される。これにより、コイル保持部３４全体およびコイル保持部３４に内包されるコイル３２が真空チャンバ１０に対して固定される。

また、柱部３４３のフランジ３４２と対向する面および真空チャンバ１０の底面と対向する面にはそれぞれ開口が設けられ、柱部３４３の内部にはこれらの開口を連通する貫通穴が設けられている。

また、真空チャンバ１０の底面を形成する金属板の柱部３４３と対向する部分には開口１３が設けられており、柱部３４３の貫通穴およびフランジ３４２の貫通穴を介して真空チャンバ１０の開口１３と筒部３４１の内側の空間とが連通している。すなわち、コイル保持部３４の一部である筒部３４１の内側の空間、フランジ３４２の貫通穴、および柱部３４３の貫通穴は、真空チャンバ１０の開口１３を介して外気に露出しており、かつ、真空チャンバ１０の内部の空間から遮断されている。なお、柱部３４３とフランジ３４２、および柱部３４３と真空チャンバ１０はＯリングを挟んで連結されており、気密性が確保されている。

このように筒部３４１の内側の空間、フランジ３４２の貫通穴、および柱部３４３の貫通穴が外気に露出し、ここにコイル３２が配置されることにより、真空チャンバ１０の内部が減圧された際にもコイル３２の周囲の圧力は大気圧を維持している。また、コイル３２に電力を供給するための電源ケーブル１１、および芯部３５を冷却するための冷却配管１２を真空環境を通すことなく真空チャンバ１０の外側まで引き出すことができる。そのため、コイル３２、電源ケーブル１１および冷却配管１２を真空仕様といった特殊な仕様にする必要が無い。したがって、各部材の材料を選択する際の選択肢が狭まること無く、また、高価な材料を使用する必要が無い。また、冷却配管１２では下げきれなかったコイル３２からの発熱も、大気圧の環境を経由して真空チャンバ１０の外側まで放出させることができる。

また、上記の通りコイル３２の長さ方向（図３（ａ）、（ｂ）におけるＸ軸方向）において、コイル３２の寸法より小さい寸法の磁石３３を変位させる形態とすることにより、図１で示したようにシャフト状の磁石を変位させる形態と比較して所定のストロークを確保するために必要なリニアモータ機構自身のフットプリントを小さくすることができる。

次に、本発明のリニアモータ機構を使用した二軸ステージを図４および図５を用いて説明する。ここで、図４は二軸ステージの斜視図であり、図５（ａ）は二軸ステージの正面図、図５（ｂ）は二軸ステージの側面図である。

なお、実際の二軸ステージでは、位置決め精度を高めるために、図示した以外のリニアスライダを複数設けているが、本説明では説明を簡便にするため、これらリニアスライダの図示は省略した。

二軸ステージ１００は、ワーク保持部１０２を有し、ワーク保持部１０２が２つの軸方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に変位することによってワーク保持部１０２に保持されたワークをＸＹ平面上の任意の位置に搬送する。このようにワーク保持部２をＸ軸方向およびＹ軸方向に変位させるために、ワーク保持部１０２をＸ軸方向に変位させるための第１の搬送部１１０およびワーク保持部１０２をＹ軸方向に変位させるための第２の搬送部１２０が設けられ、これら第１の搬送部１１０および第２の搬送部１２０として図１に示すようなリニアモータ機構１が用いられている。

第１の搬送部１１０は、略円筒状に配置されたコイルを内包し、コイルが配置された範囲の内側に位置する略円柱状の中空部を有するリジッドな第１のコイル保持部１１２、および永久磁石を有する略円柱状のシャフト部１１５を有し、シャフト部１１５が第１のコイル保持部１１２の中空部を通り、Ｘ軸方向と平行になるように真空チャンバ１０１内に配置されている。

また、第１のコイル保持部１１２は、真空チャンバ１０１を貫通し、第１のコイル保持部１１２と真空チャンバ１０１とでＯリング１１６をはさんで押しつぶすように、真空チャンバ１０１にボルト固定されている。これによって、第１のコイル保持部１１２およびその中のコイルは真空チャンバ１０１に対して固定され、第１のコイル保持部１１２の一部は外気に露出している。

また、二軸ステージ１００は、ワーク保持部１０２のＹ軸方向への移動を案内するためにＹ軸方向に延びるレール１０５を上面に有する略平板状のＹテーブル１０３を備え、Ｙテーブル１０３のＹ軸方向の両端部には、それぞれ、シャフト部１１５の両端に設けられたブラケット１１７を介して上記第１の搬送部１１０が取り付けられている。また、Ｙテーブル１０３のＹ軸方向の両端部に取り付けられた２つの第１の搬送部１１０は、互いに同期して駆動する。すなわち、それぞれの第１の搬送部１１０が同じ速度、同じ移動量となるように駆動する。

また、レール１０５には、２つの方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）へ延びる２つの溝部を上下に有し、２つの方向に対するスライダの役割を果たす二軸スライドブロック１０７の一方の溝部が通されている。そして、二軸スライドブロック１０７には、ブラケット１０８を介してワーク保持部１０２が固定されている。

このような構成により、第１の搬送部１１０が駆動してシャフト部１１５がＸ軸方向に変位すると、図５（ａ）にハッチングで示すブラケット１１７、Ｙテーブル１０３、Ｙテーブル１０３に固定されたレール１０５、レール１０５に通された二軸スライドブロック１０７、およびブラケット１０８を介して二軸スライドブロック１０７に固定されたワーク保持部１０２がＸ軸方向に移動する。このとき、二軸スライドブロック１０７は、以下に説明するレール１０６に案内されて、Ｘ軸方向に移動する。

第２の搬送部１２０は、略円筒状に配置されたコイルを内包し、コイルが配置された範囲の内側に位置する略円柱状の中空部を有するリジッドな第２のコイル保持部１２２、および永久磁石を有する略円柱状のシャフト部１２５を有し、シャフト部１２５が第２のコイル保持部１２２の中空部を通り、Ｙ軸方向と平行になるように真空チャンバ１０１内に配置されている。

また、第２のコイル保持部１２２は、真空チャンバ１０１を貫通し、第２のコイル保持部１２２と真空チャンバ１０１とでＯリング１１６をはさんで押しつぶすように、真空チャンバ１０１にボルト固定されている。これによって、第２のコイル保持部１２２およびその中のコイルは真空チャンバ１０１に対して固定され、第２のコイル保持部１２２の一部は外気に露出している。

また、二軸ステージ１００は、ワーク保持部１０２のＸ軸方向への移動を案内するためにＸ軸方向に延びるレール１０６を下面に有する略平板状のＸテーブル１０４を備え、Ｘテーブル１０４のＸ軸方向の両端部には、それぞれ、シャフト部１２５の両端に設けられたブラケット１２７を介して上記第２の搬送部１２０が取り付けられている。また、Ｘテーブル１０４のＸ軸方向の両端部に取り付けられた２つの第１の搬送部１２０は、互いに同期して駆動する。すなわち、それぞれの第２の搬送部１２０が同じ速度、同じ移動量となるように駆動する。

また、レール１０６には、上記二軸スライドブロック１０７のもう一方の溝部が通されている。そして、上記の通り、二軸スライドブロック１０７には、ブラケット１０８を介してワーク保持部１０２が固定されているが、ワーク保持部１０２はＸテーブル１０４の上方に位置し、二軸スライドブロック１０７はＸテーブル１０４の下方に位置するため、ブラケット１０８はＸテーブル１０４との干渉を避けてＹテーブルの上下に位置するワーク保持部１０２と二軸スライドブロック１０７とを接続する役割を果たす。

このような構成により、第２の搬送部１２０が駆動してシャフト１２５がＹ軸方向に変位すると、図５（ｂ）にハッチングで示すブラケット１２７、Ｘテーブル１０４、Ｘテーブル１０４に固定されたレール１０６、レール１０６に通された二軸スライドブロック１０７、およびブラケット１０８を介して二軸スライドブロック１０７に固定されたワーク保持部１０２がＹ軸方向に移動する。このとき、二軸スライドブロック１０７は、上記のレール１０５に案内されて、Ｙ軸方向に移動する。

上記の構成の二軸ステージ１００では、第１の搬送部１１０、第２の搬送部１２０とも、固定子であるコイルを内包する第１のコイル保持部１１２および第２のコイル保持部１２２は真空チャンバ１０１に対して変位することなく、ワーク保持部１０２がＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能である。そのため、第１のコイル保持部１１２、第２のコイル保持部１２２とも上記の通り真空チャンバ１０１の開口部を介して外気に露出している形態をとることが可能であり、コイルから生じた熱を真空チャンバ１０１の外へ逃がすことができる。

また、第１のコイル保持部１１２の内部および第２のコイル保持部１２２の内部に冷却配管を設けることにより、真空チャンバ１０１内に位置するコイルを流体の冷媒を用いて冷却することができる。

従来の二軸ステージでは、下軸の搬送ステージの上に上軸の搬送ステージが搭載される形態を有していることが多く、この場合、下軸の搬送ステージの駆動にともない、上軸の搬送ステージでは可動子だけでなく固定子であるコイルも真空チャンバ内で変位する。そのため、少なくとも上軸の搬送ステージに関しては本発明のようなコイルの発熱に対する対策をとりにくい。特に、流体が流れる可撓性の配管を真空環境内で引き回すことは、微小でも配管の破損が起きると真空環境を壊すことになるため、真空環境内ではこのような配管を引き回さないのが一般的であり、上軸の搬送ステージに対しては冷媒による冷却は実質的に不可能である。また、この上軸のコイルへ電流を流す電源ケーブルは真空チャンバ内で引き回される。そのため、少なくとも上軸の搬送ステージにかかる電源ケーブルを真空仕様にするなど特殊な対策を必要とする。これに対し、上記の構成の二軸ステージでは、全てのリニアモータ機構に対して電源ケーブルに真空仕様を必要としないと同時に、全てのリニアモータ機構に対してコイルからの発熱への対策をとることが可能である。

以上のリニアモータ機構および二軸ステージにより、コイルの発熱に起因する問題を生じさせずに真空中で使用することが可能である。

ここで、本発明の制御機構は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、上記の説明では、二軸ステージはワーク保持部をＸＹ方向に移動させるものであるが、これに限らずたとえばＸＺ方向、ＹＺ方向などでも良い。また、ワーク保持部を移動させる２つの方向は必ずしも直交しなくても良い。

また、図１に示す形態の説明では、コイル保持部が真空チャンバの開口部を貫通し、コイル保持部の一部が完全に真空チャンバの外部に位置することによって、真空チャンバの開口部を介してコイル保持部の一部が外気に露出している形態を形成しているが、これに限らず、たとえば図３に示す形態もそうであるが、コイル保持部全体は真空チャンバ内に配置されるものの、コイル保持部が配置される位置に真空チャンバの開口部があり、この開口部を介してコイル保持部の一部が真空チャンバの外部から見えるような形態であっても良い。

１ リニアモータ機構
２ コイル保持部
３ コイル
４ モールド部
５ シャフト
６ Ｏリング
１０ 真空チャンバ
１１ 電源ケーブル
１２ 冷却配管
１３ 開口
２１ リニアモータ機構
２２ コイル保持部
２３ コイル
２５ バー
３１ リニアモータ機構
３２ コイル
３３ 磁石
３４ コイル保持部
３５ 芯部
１００ 二軸ステージ
１０１ 真空チャンバ
１０２ ワーク保持部
１０３ Ｙテーブル
１０４ Ｘテーブル
１０５ レール
１０６ レール
１０７ 二軸スライドブロック
１０８ ブラケット
１１０ 第１の搬送部
１１２ 第１のコイル保持部
１１５ シャフト部
１１６ Ｏリング
１１７ ブラケット
１２０ 第２の搬送部
１２２ 第２のコイル保持部
１２５ シャフト部
１２６ Ｏリング
１２７ ブラケット
３３１ 貫通孔
３４１ 筒部
３４２ フランジ
３４３ 柱部

Claims (5)

1. 真空チャンバ内に固定子および可動子が配置されるリニアモータ機構であり、
   前記固定子であるコイルと、
   前記可動子である磁石と、
   を備え、
   前記コイルを内包するコイル保持部が前記真空チャンバに固定され、前記真空チャンバは開口部を有し、当該開口部を介して前記コイル保持部の一部が外気に露出していることを特徴とする、リニアモータ機構。
2. 前記コイル保持部は、外気に露出している部分から前記コイルの近傍へ冷媒を通す冷却経路を内包することを特徴とする、請求項１に記載のリニアモータ機構。
3. 前記コイル保持部は、前記コイル保持部を貫通し、前記コイルが外周に配置される略円柱状の中空部を有し、前記磁石を有する略円柱状のシャフト部が前記中空部に通された状態で変位することを特徴とする、請求項１もしくは２のいずれかに記載のリニアモータ機構。
4. 前記コイル保持部は、前記コイルの長さ方向における前記コイルの外周を取り囲む筒部を備え、
   前記磁石は、前記コイルの長さ方向において前記コイルよりも寸法が小さく、前記筒部が挿通される貫通穴を有し、前記筒部の外周面に沿って前記コイルの長さ方向に移動可能であり、
   前記筒部の内側の空間は、前記真空チャンバ内の空間と遮断され、前記真空チャンバの前記開口部を介して外気に露出していることを特徴とする、請求項１もしくは２のいずれかに記載のリニアモータ機構。
5. 真空チャンバ内でワークを二つの軸方向に搬送する二軸ステージであり、
   前記ワークを保持するワーク保持部と、
   前記ワーク保持部を第１の方向に搬送する第１の搬送部と、
   前記ワーク保持部を第２の方向に搬送する第２の搬送部と、
   を備え、
   前記第1の搬送部および前記第２の搬送部は共にコイルを固定子とし、磁石を可動子とするリニアモータ機構により駆動し、
   前記第１の搬送部の前記コイルを内包する第１のコイル保持部および前記第２の搬送部の前記コイルを内包する第２のコイル保持部が前記真空チャンバに固定され、前記真空チャンバは開口部を有し、当該開口部を介して前記第１のコイル保持部の一部および前記第２のコイル保持部の一部が外気に露出していることを特徴とする、二軸ステージ。

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