KR20130040805A - θＺ 구동 장치 및 스테이지 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

이 θZ 구동 장치(110)에서는, 적어도 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)는, 스테이지(30)를, Z방향과, 수평면내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θx방향과, X방향과 직교하는 수평면내의 Y방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θy방향으로 구동 가능하도록 배치되어 있다.

Description

θＺ 구동 장치 및 스테이지 장치{θZ DRIVE APPARATUS AND STAGE APPARATUS}
본 발명은 θZ 구동 장치 및 스테이지 장치에 관한 것이며, 특히 상하 방향(Z방향) 및 회전 방향(θz방향)으로 구동되는 스테이지를 구비한 θZ 구동 장치 및 스테이지 장치에 관한 것이다.
종래에, 상하 방향(Z방향) 및 회전 방향(θz방향)으로 구동되는 스테이지를 구비한 구동 장치 및 스테이지 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
상기 특허문헌 1에 의한 스테이지 장치의 θZ 구동부에는, θz 구동 액추에이터(보이스 코일 모터)가 마련되어 있는 동시에, 이 θz 구동 액추에이터에 의해서 스테이지를 Z방향의 축주위(θz방향)로 ±2도의 범위에서 회동시키는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, θZ 구동부에는, 스테이지를 사이에 두고 대향하도록 한쌍의 Z축 액추에이터(보이스 코일 모터)가 마련되어 있는 동시에, 이 Z축 액추에이터에 의해서 스테이지를 Z방향으로 승강시키도록 구성되어 있다. 이와 같이, 특허문헌 1에 의한 스테이지 장치의 θZ 구동부는, Z축 액추에이터와 θz 구동 액추에이터에 의해서, Z방향과 θz방향으로 스테이지를 구동하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
이와 같은 스테이지 장치는, 반도체 제조 분야에 있어서의 노광 장치나 반도체 검사 장치 등에 마련된 광학계의 기기에 대하여, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 정밀하게 위치 결정하기 위해서 이용된다. 한편, 최근 반도체 웨이퍼 등의 기판은 박형화하는 동시에 대경화하는 경향이며, 이와 같은 기판에는 휨이나 뒤틀림이 발생하기 쉽다. 기판 보지 기구를 거쳐서 스테이지 상에 탑재되는 기판에 휨 등이 발생하고 있는 경우에는, 광학계의 기기에 대하여 기판이 약간 경사져 버린다. 여기에서, 스테이지 장치(θZ 구동 장치)는, 노광 장치나 반도체 검사 장치 등에 이용되는 경우, 수 ㎚로 하는 수준에서의 기판의 위치 결정 정밀도가 요구되기 때문에, 수평면에 대하여 기판이 약간 경사지는 경우라도, 노광이나 검사 등의 프로세스에 지장을 초래하는 경우가 있다.
일본 특허 공개 제 2007-27659 호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 의한 스테이지 장치의 θZ 구동부에서는, 스테이지를 Z방향과 θz방향으로 구동하는 것이 가능한 한편, 수평면 내에서 직교하는 X방향 및 Y방향의 각 축주위의 θx방향 및 θy방향으로 스테이지를 구동시킬 수 없다. 이 때문에, 스테이지 상에 탑재된 기판이 수평면에 대하여 약간 경사지는 경우 등에, 스테이지를 구동시켜 경사를 조정할 수 없다고 하는 문제점이 있다. 또한, 상기 특허문헌 1에 있어서, θx방향 및 θy방향의 구동을 행하는 기구를 추가하는 일도 생각할 수 있지만, 그 경우에는, 장치가 대형화한다고 하는 문제점이 새롭게 발생한다고 생각할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은 장치의 대형화를 억제하면서, 스테이지의 수평면에 대한 경사를 조정하는 것이 가능한 θZ 구동 장치 및 스테이지 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 국면에 의한 θZ 구동 장치는, 베이스부와, 베이스부에 대하여 상하 방향인 Z방향 및 Z방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θz방향으로 구동되는 스테이지와, 베이스부에 대하여 스테이지를 적어도 Z방향으로 구동하는 1개의 액추에이터를 구비하고, 1개의 액추에이터는 복수의 영구 자석을 갖는 가동자와, 영구 자석과 수평 방향으로 대향하도록 마련되어, 스테이지를 Z방향으로 구동하기 위한 Z방향 구동용 코일을 갖는 고정자를 포함하고, 1개의 액추에이터의 Z방향 구동용 코일은 서로 독립하여 전류를 공급하는 것이 가능한 적어도 3개의 코일부로 분할되어 있는 동시에, 적어도 3개의 코일부는, 스테이지를, Z방향과, 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θx방향과, X방향과 직교하는 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θy방향으로 구동 가능하도록 배치되어 있다.
이 제 1 국면에 의한 θZ 구동 장치에서는, 상기와 같이, 1개의 액추에이터의 Z방향 구동용 코일을, 서로 독립하여 전류를 공급하는 것이 가능한 적어도 3개의 코일부로 분할하는 동시에, 스테이지를, Z방향과, 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θx방향과, X방향과 직교하는 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θy방향으로 구동 가능하도록 적어도 3개의 코일부를 배치하는 것에 의해서, 적어도 3개의 코일부에 독립하여 공급되는 전류에 따라서, 스테이지를 Z방향과, 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θx방향과, X방향과 직교하는 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θy방향으로 구동할 수 있다. 이것에 의해, 기판 보지 기구를 거쳐서 스테이지 상에 탑재되는 기판이 수평면에 대하여 약간 경사지는 경우 등에도, 액추에이터에 의해, 스테이지(기판)의 수평면에 대한 경사를 조정할 수 있다. 또한, 1개의 액추에이터에 의해, 스테이지를 Z방향으로 부가하여, θx방향 및 θy방향으로도 구동시킬 수 있으므로, θx방향 및 θy방향의 구동을 행하는 기구를 추가했을 경우에도 장치가 대형화하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이 제 1 국면에 의한 θZ 구동 장치에서는, 장치의 대형화를 억제하면서, 스테이지의 수평면에 대한 경사를 조정할 수 있다.
본 발명의 제 2 국면에 의한 스테이지 장치는, θZ 구동부와, θZ 구동부를 수평면 내의 X방향으로 구동하는 X방향 구동부와, θZ 구동부를 X방향과 직교하는 수평면 내의 X방향으로 구동하는 X방향 구동부를 구비하고, θZ 구동부는 베이스부와, 베이스부에 대하여 상하 방향인 Z방향 및 Z방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θz방향으로 구동되는 스테이지와, 베이스부에 대하여 스테이지를 적어도 Z방향으로 구동하는 1개의 액추에이터를 구비하고, 1개의 액추에이터는 복수의 영구 자석을 갖는 가동자와, 영구 자석과 수평 방향으로 대향하도록 마련되어, 스테이지를 Z방향으로 구동하기 위한 Z방향 구동용 코일을 갖는 고정자를 포함하고, 1개의 액추에이터의 Z방향 구동용 코일은 서로 독립하여 전류를 공급하는 것이 가능한 적어도 3개의 코일부로 분할되어 있는 동시에, 적어도 3개의 코일부는, 스테이지를, Z방향과, 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θx방향과, X방향과 직교하는 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θy방향으로 구동 가능하도록 배치되어 있다.
이 제 2 국면에 의한 스테이지 장치에서는, 상기와 같이, θZ 구동부의 1개의 액추에이터의 Z방향 구동용 코일을 서로 독립하여 전류를 공급하는 것이 가능한 적어도 3개의 코일부로 분할하는 동시에, 스테이지를, Z방향과, 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θx방향과, X방향과 직교하는 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θy방향으로 구동 가능하도록 적어도 3개의 코일부를 배치하는 것에 의해서, 적어도 3개의 코일부에 독립하여 공급되는 전류를 따라서 θZ 구동부의 스테이지를 Z방향과, 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θx방향과, X방향과 직교하는 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θy방향으로 구동할 수 있다. 이것에 의해, 기판 보지 기구를 거쳐서 스테이지 상에 탑재되는 기판이 수평면에 대하여 약간 경사지는 경우 등에도, θZ 구동부의 액추에이터에 의해, 스테이지(기판)의 수평면에 대한 경사를 조정할 수 있다. 또한, 1개의 액추에이터에 의해, 스테이지를 Z방향에 부가하여, θx방향 및 θy방향으로도 구동시킬 수 있으므로, θx방향 및 θy방향의 구동을 행하는 기구를 추가했을 경우에도 장치가 대형화하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 이 제 2 국면에 의한 스테이지 장치에서는, 장치의 대형화를 억제하면서, θZ 구동부의 스테이지의 수평면에 대한 경사를 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛을 포함하는 XYθZ 스테이지의 전체 구성을 도시하는 사시도,
도 2는 도 1에 도시한 제 1 실시형태에 의한 XYθZ 스테이지의 θZ 스테이지 유닛의 내부 구조를 도시한 종단면도,
도 3은 도 1에 도시한 제 1 실시형태에 의한 XYθZ 스테이지의 θZ 스테이지 유닛의 내부 구조를 도시한 사시도,
도 4는 도 3에 도시한 제 1 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛의 프레임 및 회전 테이블을 분리한 상태의 구조를 모식적으로 도시한 사시도,
도 5는 도 2에 도시한 제 1 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛의 내부 구조를 설명하기 위한 내부 평면도,
도 6은 도 2에 도시한 제 1 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛에 이용하는 액추에이터의 고정자 및 가동자를 확대하여 모식적으로 도시한 종단면도,
도 7은 도 6에 도시한 액추에이터의 고정자 및 가동자를 확대하여 모식적으로 도시한 평면도,
도 8은 도 2에 도시한 제 1 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛에 이용하는 액추에이터의 구동용 코일 및 Z 구동용 코일을 설명하기 위한 사시도,
도 9는 도 8에 도시한 Z 구동용 코일의 코일부의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 10은 도 2에 도시한 제 1 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛에 이용하는 액추에이터를 구동하기 위한 드라이버를 설명하기 위한 모식도,
도 11은 도 2에 도시한 제 1 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛에 이용하는 액추에이터의 고정자 및 가동자를 설명하기 위한 사시도,
도 12는 도 2에 도시한 제 1 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛의 중량 보상부를 확대하여 도시한 종단면도,
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 XYθZ 스테이지의 θZ 스테이지 유닛의 내부 구조를 도시한 종단면도,
도 14는 도 13에 도시한 제 2 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛에 이용하는 액추에이터의 고정자 및 가동자를 확대하여 모식적으로 도시한 종단면도,
도 15는 도 13에 도시한 제 2 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛에 이용하는 액추에이터의 θ 구동용 코일 및 Z 구동용 코일을 설명하기 위한 사시도,
도 16은 도 13에 도시한 제 2 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛에 이용하는 액추에이터를 구동하기 위한 드라이버를 설명하기 위한 모식도.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다.
(제 1 실시형태)
우선, 도 1 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛(110)을 포함하는 XYθZ 스테이지(100)의 구조에 대하여 설명한다. 또한, 제 1 실시형태에서는, 반도체 웨이퍼의 노광 장치나 검사 장치 등의 위치 결정용 스테이지로서 이용되는 θZ 스테이지 유닛(110)을 포함하는 6축의 XYθZ 스테이지(100)에 본 발명을 적용한 예에 대하여 설명한다. 또한, 스테이지 유닛(110)은 본 발명의 "θZ 구동 장치" 및 "θZ 구동부"의 일 예이며, XYθZ 스테이지(100)는 본 발명의 "스테이지 장치"의 일 예이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 제 1 실시형태에 의한 XYθZ 스테이지(100)는 외란에 의한 영향을 받기 어려운 정반(130) 상에 탑재되어 있다. 또한, XYθZ 스테이지(100)는 θZ 스테이지 유닛(110)과 XY 스테이지 유닛(120)을 구비하고 있다. θZ 스테이지 유닛(110)은, 스테이지(30)를 연직 상하 방향(Z방향) 및 연직 중심축(O, Z방향) 회전의 회전 방향(θz방향)으로 구동함으로써, 스테이지(30) 상에 탑재된 반도체 웨이퍼 등의 위치 결정(Z방향 및 θz방향의 위치 결정)을 실행하기 위한 유닛이다. 제 1 실시형태에서는, θZ 스테이지 유닛(110)은, Z방향 및 θz방향에 부가하여, 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θx방향과, X방향과 직교하는 수평면 내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θy방향과의 합성에 의해 나타나는 수평면에 대한 경사를 미세조정하도록, 스테이지(30)를 구동하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
XY 스테이지 유닛(120)은 정반(130) 상에 마련되는 동시에, 가동부(123)를 X방향 및 Y방향으로 이동시키는 것이 가능하도록 구성되어 있다. XY 스테이지 유닛(120)은, 각각 리니어 모터 등으로 이루어지는 X방향 구동부(121)와, X방향 구동부(122)를 포함하고 있다. X방향 구동부(121)는, θZ 스테이지 유닛(110)이 마련된 가동부(123)를 X방향으로 직선형상으로 이동시키도록 구성되어 있다. 또한, X방향 구동부(122)는, X방향 구동부(121)에 고정된 가동부를 X방향으로 직선형상으로 이동시키는 것에 의해, θZ 스테이지 유닛(110) 및 X방향 구동부(121)를 X방향으로 이동시키도록 구성되어 있다. 이것에 의해, XY 스테이지 유닛(120)은, θZ 스테이지 유닛(110)을 X방향 및 Y방향으로 이동시켜 XY방향의 소정 위치에 배치(위치 결정)하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 제 1 실시형태에 있어서는, XY 스테이지 유닛(120)에는 공지의 구성을 채용 가능하다. 따라서, XY 스테이지 유닛(120)의 상세한 설명은 생략한다.
이하, θZ 스테이지 유닛(110)의 구조에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, θZ 스테이지 유닛(110)은 직경 D1 및 높이 범위 H1의 대략 원판형상을 갖고 있다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, θZ 스테이지 유닛(110)은 베이스부(10)와, 프레임(20)과, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 보지하기 위한 기판 보지 기구(도시하지 않음) 등이 상면에 탑재되는 스테이지(30)와, 스테이지(30)를 구동하는 1개의 액추에이터(40)와, 스테이지(30)의 상하 방향(Z방향)의 위치를 검출하기 위한 승강 검출부(50)(도 3 참조)와, 스테이지(30)의 회전 방향(θz방향)의 위치를 검출하기 위한 회전 검출부(60)와, 중량 보상부(70)(도 4 참조)와, 배기 기구(80)를 구비하고 있다. 또한, 승강 검출부(50)는 본 발명의 "Z방향 위치 검출부"의 일 예이다.
베이스부(10)는, XY 스테이지 유닛(120)(도 1 참조)의 가동부(123)(도 1 참조) 상에 고정적으로 마련되는 동시에, θZ 스테이지 유닛(110)의 각 부가 배치되는 기초부로서의 기능을 가진다. 베이스부(10)는, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 스테이지(30)보다 크고, 평면적으로 보아서 대략 직사각형 형상으로 형성되어 있다. 이 베이스부(10)가 θZ 스테이지 유닛(110)의 하면측을 구성하고 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 프레임(20)은 원통형상을 갖는 동시에, 베이스부(10)상에 고정적으로 설치되어 있다. 프레임(20)은 θZ 스테이지 유닛(110)의 외측면부를 구성하고 있다. 또한, 프레임(20)의 상단에는 환상의 판부재로 이뤄지는 커버(21)가 마련되어 있다. 커버(21)는 프레임(20)의 상단으로부터 중심 방향(스테이지(30)측)을 향해 연장되도록 마련되는 동시에, 스테이지(30)의 후술하는 회전 테이블(31)과의 사이에 약간의 간극이 형성되도록 마련되어 있다. 또한, 도 2 및 도 3에서는, 커버(21)와 회전 테이블(31)은 거의 접하도록 도시하고 있다.
스테이지(30)는 직경 D2의 원판형상(도 2 참조)을 갖는 동시에, θZ 스테이지 유닛(110)의 상면측을 구성하는 회전 테이블(31)과, 회전 테이블(31)을 θz방향으로 회전 가능하게 지지하는 승강 테이블(32)을 포함하고 있다. 스테이지(30)는 후술하는 제 1 가이드부(34) 및 제 2 가이드부(35)에 의해서 상하 방향(Z방향)과 중심축(O(Z축)) 회전의 회전 방향(θz방향)으로 이동 가능하고, 또한 XY방향(도 1 참조)으로는 이동 불가능하도록 규제(가이드)되고 있다. 그리고, 스테이지(30)는 액추에이터(40)에 의해 베이스부(10)에 대해서 상하 방향(Z방향) 및 회전 방향(θz방향)으로 구동되는 동시에, 베이스부(10)에 대해서 경사 방향(θx방향 및 θy방향)으로도 구동되는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 후술하는 바와 같이, 스테이지(30)는 스테이지(30)를 회전 방향(θz방향)으로 구동하는 경우에는 회전 테이블(31)만이 이동하는 한편, 스테이지(30)를 상하 방향(Z방향)으로 구동하는 경우에는 회전 테이블(31)과 승강 테이블(32)이 일체적으로 이동하도록 구성되어 있다.
또한, 상기와 같이 θZ 스테이지 유닛(110)의 상면 및 하면을, 각각 스테이지(30)의 회전 테이블(31) 및 베이스부(10)에 의해 구성하는 동시에, 이 회전 테이블(31)의 상면과 베이스부(10)의 하면과의 사이의 상하 방향(Z방향)의 높이 범위 H1의 범위 내에, 승강 테이블(32)과, 액추에이터(40)와, 승강 검출부(50)와, 회전 검출부(60)와, 중량 보상부(70)와, 배기 기구(80)의 모두가 배치되어 있다. 또한, 승강 테이블(32), 승강 검출부(50), 회전 검출부(60), 중량 보상부(70) 및 배기 기구(80)를 포함한 각 부의 높이가 액추에이터(40)의 배치 높이 범위 H2의 범위 내에 들어가도록 구성되어 있다. 이것에 의해, θZ 스테이지 유닛(110)의 높이(전체 높이)를 작게 하는 동시에, 장치 전체가 소형화되고 있다.
회전 테이블(31)은, 평면적으로 보아서 원환형상을 갖는 동시에, 프레임(20)에 마련된 환상의 커버(21)에 외주를 둘러싸도록 해서 배치되어 있다. 이 회전 테이블(31)의 상면에 기판 보지 기구(도시하지 않음)가 장착되는 동시에, 도시하지 않은 반도체 웨이퍼 등의 기판이 기판 보지 기구(도시하지 않음)를 거쳐서 보지되도록 구성되어 있다. 회전 테이블(31)의 중앙부에는 구멍부(31c)가 형성되어 있고, 회전 테이블(31)은 평면적으로 보아서 후술하는 제 1 가이드부(34)를 둘러싸도록 형성되어 있다. 이 구멍부(31c)와 제 1 가이드부(34)와의 간극을 덮도록 커버(31d)가 마련되어 있다. 또한, 회전 테이블(31)은 최외주부에서 하방(화살표 Z2 방향)으로 돌출하는 원통형상의 보지부(31a)와, 보지부(31a)보다 내측(중심측)에서 하방으로 돌출하는 대략 원통형상의 장착부(31b)를 포함하고 있다.
보지부(31a)에는, 외주면의 소정의 높이 위치에 있어서, 액추에이터(40)의 후술하는 가동자(40b)가 고정적으로 장착되어 있다. 또한, 장착부(31b)의 오목형상의 단면을 갖는 내주면에, 베어링(33)이 끼워넣어져 있다. 그리고, 회전 테이블(31)의 장착부(31b)는, 이 베어링(33)을 거쳐서 승강 테이블(32)의 지지부(32e)에 의해 θz방향으로 회전 가능하게 지지되어 있다. 이것에 의해, 회전 테이블(31)이 승강 테이블(32)에 대해서 θz방향으로 회전하는 것이 가능하다.
승강 테이블(32)은, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, θZ 스테이지 유닛(110)의 중심부에 마련된 제 1 가이드부(34)와, 승강 테이블(32)의 주위를 둘러싸도록 마련된 제 2 가이드부(35)에 대해서, 상하 방향으로 이동 가능하고, 또한 회전 방향(θz방향)으로는 이동 불가능하도록 결합되어 있다. 승강 테이블(32)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, θZ 스테이지 유닛(110)의 중심측으로부터 외측으로 연장되는 베어링부(32a)와, 베어링부(32a)의 외주부로부터 하방향(화살표 Z2 방향)으로 연장되는 원통형상의 내측 통부(32b)와, 내측 통부(32b)의 하단으로부터 외측으로 연장된 후, 상방향(화살표 Z1 방향)으로 접혀지도록 돌출하는 원통형상의 외측 통부(32c)를 일체적으로 포함하고 있다. 베어링부(32a)에는, 제 1 가이드부(34)의 스플라인(34a)이 구멍부(32d)에 삽입된 상태로 고정적으로 장착되어 있다. 또한, 내측 통부(32b)의 상단에는, 상술의 베어링(33)을 보지하기 위해서 오목한 형상을 갖는 지지부(32e)가 형성되어 있다. 이 내측 통부(32b)의 지지부(32e)에 의해서, 베어링(33) 및 회전 테이블(31)이 지지되어 있다. 또한, 외측 통부(32c)는 승강 테이블(32)의 외주부를 구성하고 있다. 이 외측 통부(32c)에는, 제 2 가이드부(35)의 슬라이드 레일(35a)(도 3 참조) 등이 고정적으로 장착되어 있다.
제 1 가이드부(34)는, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 승강 테이블(32)의 베어링부(32a)에 나사(34c)에 의해 고정적으로 장착된 스플라인(34a)과, θZ 스테이지 유닛(110)의 중심부에서 베이스부(10)로부터 상방(화살표 Z1 방향)으로 돌출하도록 고정적으로 마련된 스플라인 샤프트(34b)를 포함하고 있다. 스플라인(34a)에는 스플라인 샤프트(34b)가 삽입되어 있고, 스플라인(34a)은, 스플라인 샤프트(34b)에 대해서 상하 방향(Z방향)으로 이동 가능하고, 또한 회전 방향(θz방향)으로는 회전 불가능하도록 규제되어 있다. 이것에 의해, 제 1 가이드부(34)는, 스플라인(34a)이 장착된 승강 테이블(32)을, θZ 스테이지 유닛(110)의 중심부에서 상하 방향(Z방향)으로 이동 가능하고, 또한 회전 방향(θz방향)으로는 회전 불가능하도록 규제하고 있다.
또한, 제 2 가이드부(35)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 평면적으로 보아서, 승강 테이블(32)의 주위에 각도 φ1(약 120도)의 등각도 간격으로 3개 마련되어 있는 동시에, 승강 테이블(32)의 외측 통부(32c)와 회전 테이블(31)의 보지부(31a)와의 사이의 영역(도 3 참조)에 각각 배치되어 있다. 3개의 제 2 가이드부(35)는 각각 동일한 구성을 가지고 있다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제 2 가이드부(35)는, 승강 테이블(32)의 외측 통부(32c)의 외주면에 상하 방향(Z방향)으로 연장되도록 마련된 직선형상의 슬라이드 레일(35a)과, 브래킷(35c)을 거쳐서 베이스부(10)에 고정된 가이드 블록(35b)을 포함하고 있다. 슬라이드 레일(35a)과 가이드 블록(35b)은 슬라이드 레일(35a)의 연장되는 방향(Z방향)으로만 상대적으로 이동 가능하게 결합되어 있다. 이 결과, 이동측의 슬라이드 레일(35a)이 마련된 승강 테이블(32)은 3개의 제 2 가이드부(35)에 의해서, 상하 방향으로 이동 가능하고, 또한 회전 방향(θz방향)으로는 이동 불가능하도록 규제되어 있다.
이와 같이 승강 테이블(32)은, 중심부의 제 1 가이드부(34)와, 외주부의 3개의 제 2 가이드부(35)에 의해서, 상하 방향으로 이동 가능하고, 또한 회전 방향(θz방향)으로는 이동 불가능하도록 규제되어 있다. 또한, 승강 테이블(32)의 중심에 축(제 1 가이드부(34))을 마련하는 것에 의해서, 수평면에 대한 경사 방향(θx방향 및 θy방향)의 외력(모멘트)에 대한 강성을 높이는 것이 가능한 동시에, 승강 테이블(32)의 외주부를 3개의 제 2 가이드부(35)로 걸림고정(결합)하는 것에 의해, 회전 방향(θz방향)의 외력(모멘트)에 대한 강성을 높이는 것이 가능하다.
이와 같이 하여, 스테이지(30)는 회전(θz방향 이동)시에는 베어링(33)을 거쳐서 지지된 회전 테이블(31)이 단독으로 구동되는 동시에, 승강(Z방향 이동)시에는, 제 1 가이드부(34) 및 제 2 가이드부(35)에 의해서 규제(가이드)된 승강 테이블(32)과 회전 테이블(31)이 일체적으로 구동된다.
제 1 실시형태에서는, 액추에이터(40)는, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 스테이지(30)의 외주부 근방(프레임(20)의 내측)에 있어서, θZ 스테이지 유닛(110)의 전체 원주에 걸쳐서 원환상으로 배치되어 있다. 액추에이터(40)는 프레임(20)의 내주면에 고정적으로 마련된 고정자(40a)와, 회전 테이블(31)의 보지부(31a)의 외주면에 고정적으로 마련된 가동자(40b)를 포함하고 있다. 또한, 액추에이터(40)의 고정자(40a)와 가동자(40b)는 반경 방향(수평 방향)으로 소정의 간격을 두고서 서로 대향하도록 배치되어 있다.
도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 고정자(40a)는 코어(41)와, 스테이지(30)(회전 테이블(31))를 θz방향으로 회전 구동하기 위한 θ 구동용 코일(42)과, 스테이지(30)를 Z방향으로 구동하기 위한 Z 구동용 코일(43)을 포함하고 있다. 또한, 코어(41)와 θ 구동용 코일(42)과 Z 구동용 코일(43)은, 각각 도시하지 않는 절연지를 거쳐서 일체적으로 접합되어 있다. 또한, θ 구동용 코일(42) 및 Z 구동용 코일(43)은, 각각 본 발명의 "θz방향 구동용 코일" 및 "Z방향 구동용 코일"의 일 예이다.
코어(41)는 전자 강판을 적층해 구성되는 동시에 원통형상을 가진다. 또한, 코어(41)의 외주면이 원통형상의 프레임(20)의 내주면에 끼워맞춤되는 것에 의해 고정되어 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, θ 구동용 코일(42)은 코어(41)의 내주면에 고정되어 있는 동시에, 원주 방향(C 방향, 도 7 참조)으로 등간격으로 나란해지도록 복수 배열된 코일에 의해 구성되어 있다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 개개의 코일은, 각각 도선이 대략 장방형상으로 권취된 박형의 편평형상을 갖는다. 또한, 도 8에서는, 코어(41)의 도시를 생략하고 있다. θ 구동용 코일(42)은, 각각 복수의 θ-U상 코일(42a), θ-W상 코일(42b) 및 θ-V상 코일(42c)을 포함하고, 이러한 코일이 원주 방향(C 방향, 도 7 참조)으로 θ-U상 코일(42a), θ-W상 코일(42b), θ-V상 코일(42c)의 순서로 배열되어 있다. θ 구동용 코일(42)의 코일(θ-U상 코일(42a), θ-W상 코일(42b) 및 θ-V상 코일(42c))의 총수는 3의 배수가 되도록 구성되어 있다.
또한, 도 10에 나타내는 바와 같이, θ 구동용 코일(42)의 θ-U상 코일(42a), θ-W상 코일(42b) 및 θ-V상 코일(42c)은, 각각 3상(U-W-V상) 전류를 공급 가능한 θ 드라이버(91)에 접속되어 있다. 또한, 도 10에서는 편의적으로, θ 드라이버(91)와 θ 구동용 코일(42)의 전체를 접속되어 있도록 나타내고 있다.
제 1 실시형태에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이, Z 구동용 코일(43)은 θ 구동용 코일(42)의 내주면에 도시하지 않는 절연지를 거쳐서 고정되어 있는 동시에, 서로 독립해서 전류를 공급하는 것이 가능한 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)로 분할되어 있다. 3개의 코일부(43a 내지 43c)는, 각각 Z방향으로부터 보아서 원호형상을 갖는 동시에, 원주 방향(C 방향, 도 7 참조)에 따라서 서로 전기적으로 분리하도록 원형상으로 배치되어 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 3개의 코일부(43a 내지 43c)는 Z방향으로부터 보아서, 각도 φ2(약 120도)의 등각도 간격으로 배치되어 있는 동시에, 서로 약간 간격을 두고서 배치되어 있다. 또한, 도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 3개의 코일부(43a 내지 43c)는, 각각 Z방향으로부터 보아서 원호형상을 갖는 동시에 3상 전력에 대응해서 마련된 복수의 요소 코일부(431~436)를 상하 방향(Z방향)으로 중첩해서 배치하는 것에 의해 구성되어 있다.
구체적으로는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 3개의 코일부(43a 내지 43c)는, 각각 U상 요소 코일부(431), W상 요소 코일부(432), V상 요소 코일부(433), U상 요소 코일부(434), W상 요소 코일부(435), V상 요소 코일부(436)라고 하는 순서로 하방으로부터 상방으로 적층된 6개의 코일에 의해 구성되어 있다. 이러한 요소 코일부(431~436)는 상하 방향(Z방향)으로 평평한 환상형상을 갖는다. 이러한 구성에 의해, 3개의 코일부(43a 내지 43c)를 포함한 Z 구동용 코일(43)은, 전체적으로 원통형상이 되도록 형성되어 있다. 또한, U상 요소 코일부(431), W상 요소 코일부(432), V상 요소 코일부(433), U상 요소 코일부(434), W상 요소 코일부(435) 및 V상 요소 코일부(436)는 본 발명의 "요소 코일부"의 일 예이다.
또한, 도 10에 나타내는 바와 같이, 3개의 코일부(43a 내지 43c)는, 각각 3상(U-W-V상) 전류를 개별적으로 공급 가능한 Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)에 접속되는 것에 의해, 개별적으로 구동되도록 구성되어 있다. 이러한 Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)는, 각각 U상 요소 코일부(431 및 434)와, W상 요소 코일부(432 및 435)와, V상 요소 코일부(433 및 436)에 대해서, 대응하는 U상, W상 및 V상의 전류를 공급하도록 구성되어 있다. 또한, Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)는 본 발명의 "전류 공급 제어부"의 일 예이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 가동자(40b)는, 원통형상을 갖는 요크(44)와, 각각 복수의 영구 자석으로 이뤄지는 제 1 자석열(45), 제 2 자석열(46), 제 3 자석열(47) 및 제 4 자석열(48)을 포함하고 있다. 원통형상의 요크(44)는, 회전 테이블(31)의 보지부(31a)(도 2 참조)의 외주면에 내주면이 끼워넣어지도록 해서 고정되어 있다. 제 1 자석열(45) 내지 제 4 자석열(48)은, 각각 원통형상의 요크(44)의 외주면에 마련되는 동시에, 원주 방향으로 영구 자석(49a 또는 49b)의 열이 배열되도록 상하에 4단으로 배치되어 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 상하 4단으로 배치된 제 1 자석열(45) 내지 제 4 자석열(48)은, 고정자(40a)(θ 구동용 코일(42) 및 Z 구동용 코일(43))와 반경 방향으로 대향하도록 소정의 높이 위치에 배치되어 있다. 또한, 제 1 자석열(45) 및 제 3 자석열(47)은 본 발명의 "제 1 자석열"의 일 예인 것과 동시에, 제 2 자석열(46) 및 제 4 자석열(48)은 본 발명의 "제 2 자석열"의 일 예이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 제 1 자석열(45)은 요크(44)의 상부에 배치되고, 4개의 자석열의 최상단에 위치하고 있다. 제 1 자석열(45)은, 원환상의 요크(44)의 전체 원주에 걸쳐서 원주 방향에 따라서 소정의 간격(피치 p)을 두고서 배열된 복수의 영구 자석(49a)으로부터 이뤄진다. 이러한 영구 자석(49a)은 반경 방향으로부터 보아서 횡으로 긴(원주 방향으로 긴) 대략 직사각형 형상을 갖는 동시에, 고정자(40a)와 대향하는 외측의 표면이 N극으로 되도록 착자되어 있다. 또한, 영구 자석(49a) 및 N극은, 각각 본 발명의 "제 1 영구 자석" 및 "제 1의 극성"의 일 예이다.
제 2 자석열(46)은 4개의 자석열의 위로부터 2단째에 위치하고 있다. 제 2 자석열(46)은, 원환상의 요크(44)의 전체 원주에 걸쳐서 원주 방향에 따라서 소정의 간격(피치 p)을 비워서 배열된 복수의 영구 자석(49b)으로부터 이뤄진다. 이러한 영구 자석(49b)은 반경 방향으로부터 보아서 대략 직사각형 형상을 갖는 동시에, 영구 자석(49a)은 반대로 고정자(40a)와 대향하는 외측의 표면이 S극으로 되도록 착자되어 있다. 또한, 제 1 자석열(45)의 영구 자석(49a)과 제 2 자석열(46)의 영구 자석(49b)은 원주 방향으로 반피치(p/2)만 어긋나 배열되어 있다. 따라서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 자석열(45)의 영구 자석(49a)과 제 2 자석열(46)의 영구 자석(49b)은, Z방향으로부터 보아서, 영구 자석(49a)과 영구 자석(49b)이 교대로 나타나도록 배치되어 있다. 또한, 영구 자석(49b) 및 S극은, 각각 본 발명의 "제 2 영구 자석" 및 "제 2의 극성"의 일 예이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 제 3 자석열(47)은 4개의 자석열의 위로부터 3단째에 위치하고 있다. 제 3 자석열(47)은 제 1 자석열(45)과 마찬가지로 구성되어 있다. 즉, 고정자(40a)와 대향하는 외측의 표면이 N극으로 되도록 착자된 영구 자석(49a)이 Z방향으로부터 보아서 제 1 자석열(45)과 동일 위치에 동일 간격(피치 p)으로 배열되어 있다.
또한, 제 4 자석열(48)은 요크(44)의 하부에 배치되고, 4개의 자석열의 최하단(4단째)에 위치하고 있다. 제 4 자석열(48)은 제 2 자석열(46)과 마찬가지로 구성되어 있다. 즉, 고정자(40a)와 대향하는 외측의 표면이 S극으로 되도록 착자된 영구 자석(49b)이, Z방향으로부터 보아서 제 2 자석열(46)과 동일 위치에 동일 간격(피치 p)으로 배열되어 있다.
이와 같이, 제 1 자석열(45) 및 제 3 자석열(47)은 외측의 표면이 N극으로 되도록 착자된 영구 자석(49a)이 등피치 p로 배열되고, 제 2 자석열(46) 및 제 4 자석열(48)은, 외측의 표면이 S극으로 되도록 착자된 영구 자석(49b)이 제 1 자석열(45)(제 3 자석열(47))은 반피치(p/2) 어긋난 위치에 등피치 p로 배열되어 있다. 이러한 구성에 의해서, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 자석열(45) 및 제 3 자석열(47)의 영구 자석(49a)(N극)으로부터 방출되는 자력선은, 대향하는 고정자(40a)의 Z 구동용 코일(43)(코일부(43a, 43b 또는 43c))과, θ 구동용 코일(42)(θ-U상 코일(42a), θ-W상 코일(42b) 또는 θ-V상 코일(42c))을 관통하고, 코어(41)내를 통해서 제 2 자석열(46) 및 제 4 자석열(48)의 영구 자석(49b)(S극)에 도달한다. 그리고, 자력선은 제 2 자석열(46) 및 제 4 자석열(48)의 영구 자석(49b)으로부터 요크(44)를 통과하고, 반피치(p/2) 어긋난 제 1 자석열(45) 및 제 3 자석열(47)의 영구 자석(49a)으로 복귀한다고 하는 비스듬하게 경사진 루프를 형성한다. 따라서, 제 1 자석열(45) 내지 제 4 자석열(48)에 의해 형성되는 자력선은, 수평인 원주 방향(θz방향)으로 연장되는 Z 구동용 코일(43)과 교차(쇄교)하는 동시에, 수직인 Z방향으로 연장되는 θ 구동용 코일(42)도 교차(쇄교)한다.
이것에 의해, 고정자(40a)의 θ 구동용 코일(42)(θ-U상 코일(42a), θ-W상 코일(42b) 또는 θ-V상 코일(42c))에 대해서 θ 드라이버(91)로부터 전류를 공급하는 것에 의해서, θ 구동용 코일(42)과 가동자(40b)(제 1 자석열(45) 내지 제 4 자석열(48))와의 사이에 전자력(추력)을 발생시킬 수 있으므로, 가동자(40b)를 원주 방향(C 방향)으로 이동시키는 것이 가능하다. 또한, 고정자(40a)의 Z 구동용 코일(43)(코일부(43a, 43b 및 43c)에 대해서 Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)로부터 전류를 공급하는 것에 의해서, 각 코일부(43a 내지 43c)와 가동자(40b)(제 1 자석열(45) 내지 제 4 자석열(48))와의 사이에 전자력(추력)을 발생시킬 수 있으므로, 가동자(40b)를 상하 방향(Z방향)으로 이동시키는 것이 가능하다. 또한, 제 1 실시형태에서는, 코일부(43a, 43b 및 43c)에 대해서, 각각 독립한 Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)로부터 전류를 공급하는 것에 의해서, 코일부(43a, 43b 및 43c)를 독립해 구동시키는 것이 가능하다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 승강 검출부(50)는, 평면적으로 보아서, 승강 테이블(32)의 주위에 각도 φ3(약 120도)의 등각도 간격으로 3개 마련되어 있는 동시에, 승강 테이블(32)의 외측 통부(32c)와 회전 테이블(31)의 보지부(31a)와의 사이의 영역에 각각 배치되어 있다. 3개의 승강 검출부(50)는, 평면적으로 보아서, Z 구동용 코일(43)의 3개의 원호형상의 코일부(43a 내지 43c)의 대략 중앙의 위치 A, B 및 C에 대응하는 회전 각도 위치에, 각각 배치되어 있다. 따라서, 3개의 승강 검출부(50)는 각각 3개의 코일부(43a 내지 43c)에 대응하는 위치(회전 각도 위치) A, B 및 C에 있어서의 스테이지(30)(승강 테이블(32))의 상하 방향(Z방향)의 위치 및 속도를 검출하는 기능을 가진다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 3개의 승강 검출부(50)는, 각각 승강 테이블(32)의 외측 통부(32c)의 외주면에 상하 방향(Z방향)으로 연장되도록 마련된 리니어 스케일(51)과, 브래킷(53)을 거쳐서 베이스부(10)에 고정적으로 마련된 검출 헤드(52)를 포함하고 있다. 검출 헤드(52)에는, 광학식이나, 자기식 등의 원리의 검출 헤드를 이용할 수 있다. 이것에 의해, 스테이지(30)(승강 테이블(32))가 Z방향으로 이동할 때에, 검출 헤드(52)에 대한 리니어 스케일(51)의 상대적인 위치를 검출하는 것에 의해, 스테이지(30)의 상하 방향(Z방향)의 위치 및 속도를 검출하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 위치 A, B 및 C에 각각 배치된 3개의 승강 검출부(50)(검출 헤드(52))로부터의 검출 신호는, 각각 대응하는 코일부(43a 내지 43c)를 구동하는 Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)에 입력되도록 구성되어 있다. Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)는 각각, 각 위치 A, B 및 C에 있어서의 검출 위치에 근거하여, 대응하는 코일부(43a, 43b 및 43c)에 공급하는 전류를 제어하도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 각 위치 A, B 및 C에 있어서의 검출 위치에 근거하여, 스테이지(30)를 상하 방향(Z방향)으로 균등하게 구동시키는 것에 의해 스테이지(30)를 Z방향의 소정 위치에 위치 결정하는 것이 가능함과 동시에, 각 위치 A, B 및 C에 대해 스테이지(30)의 상하 방향(Z방향)의 구동량(변위량)을 각각 다르게 하는 것에 의해, 스테이지(30)의 수평면에 대한 경사(θx 및 θy방향의 위치)를 조정하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 회전 검출부(60)는, 엔코더 디스크(61)와, 검출 헤드(62)를 포함하는 동시에, 회전 테이블(31)의 θz방향의 회전 각도 위치를 검출하는 기능을 가진다. 엔코더 디스크(61)는 원환상의 판형형상을 갖는 동시에, 장착부(31b)의 외측면에 마련된 플랜지부(31e)에 장착되어 있다. 검출 헤드(62)에는, 광학식이나, 자기식 등의 원리의 검출 헤드를 이용할 수 있다. 이것에 의해, 엔코더 디스크(61)는, 회전 테이블(31)과 일체적으로 θz방향으로 회전하도록 구성되어 있다. 또한, 검출 헤드(62)는 승강 테이블(32)의 외측 통부(32c)의 상부에 장착되어 있다. 스테이지(30)가 θz방향으로 회전하는 경우에는, 회전 테이블(31)이 승강 테이블(32)에 대해서 회전하므로, 검출 헤드(62)에 대한 엔코더 디스크(61)의 상대적인 위치를 검출하는 것에 의해, 스테이지(30)의 θz방향의 회전 각도 위치 및 회전 속도를 검출하는 것이 가능하다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 회전 검출부(60)로부터의 검출 신호는, θ 구동용 코일(42)을 구동하는 θ 드라이버(91)에 입력되도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 회전 검출부(60)에 의한 검출 위치(회전 각도 위치)에 근거하여, 스테이지(30)(회전 테이블(31))를 θz방향으로 회전 구동하는 것에 의해서, 스테이지(30)를 θz방향의 소정 위치에 위치 결정하는 것이 가능하도록 구성되어 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 중량 보상부(70)는, 평면적으로 보아서, 승강 테이블(32)의 주위에 각도 φ4(약 120도)의 등각도 간격으로 3개 마련되어 있는 동시에, 승강 테이블(32)의 외측 통부(32c)와 회전 테이블(31)의 보지부(31a)와의 사이의 영역에 각각 배치되어 있다. 이와 같이, 승강 테이블(32)의 외측 통부(32c)와 회전 테이블(31)의 보지부(31a)와의 사이의 영역에는, 3개의 제 2 가이드부(35)와, 3개의 승강 검출부(50)와, 3개의 중량 보상부(70)가, 각각 약 120도(각도 φ1, φ3 및 φ4)의 등각도 간격으로, 서로 회전 각도 위치를 어긋난 위치에 배치되어 있다.
중량 보상부(70)는 스테이지(30), 베어링(33), 제 1 가이드부(34)의 스플라인(34a) 및 제 2 가이드부(35)의 슬라이드 레일(35a) 등의 자중이나, 회전 테이블(31)의 상면에 장착되는 기판 보지 기구(도시하지 않음) 등의 중량을 지지하기 위해서 마련되어 있다. 이것에 의해, 액추에이터(40)는 스테이지(30)를 구동하기 위해서 필요한 추력만을 발생시키면 좋고, 스테이지(30) 등의 중량을 지지할 필요가 없게 구성되어 있다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 3개의 중량 보상부(70)는, 각각 하단이 베이스부(10)의 상면에 접촉하는 보상 스프링(71)과, 보상 스프링(71)의 상면측과 접촉하는 압압 부재(72)와, 압압 부재(72)의 조절 나사(73)와 나사결합해서 압압 부재(72)를 승강 테이블(32)의 외측 통부(32c)에 대해서 고정하기 위한 스프링 시트(74)와, 조절 나사(73)의 느슨해짐 정지를 위한 너트(75)와, 보상 스프링(71)의 내측에 배치된 스프링 지주(76)를 포함한다. 스프링 지주(76)는, 베이스부(10)로부터 상방으로 세우도록 고정되고 있고, 보상 스프링(71)이 좌굴하는 것을 방지하도록 구성되어 있다.
스테이지(30)의 중량은, 승강 테이블(32)의 외측 통부(32c)에 고정적으로 마련된 스프링 시트(74)와, 스프링 시트(74)에 나사결합하는 조절 나사(73)를 갖는 압압 부재(72)를 거쳐서, 보상 스프링(71)에 전달된다. 베이스부(10)와 압압 부재(72)와의 사이에 압축되는 보상 스프링(71)은, 압축에 대한 반발력에 의해서, 액추에이터(40)의 구동력이 작용하지 않는 자연 상태에 있어서 스테이지(30)를 소정의 높이 위치에서, 상하 방향(Z방향)으로 이동 가능한 상태로 지지하도록 구성되어 있다. 이 스테이지(30)의 높이 위치는 조절 나사(73)의 이송량(스프링 시트(74)에 대한 압압 부재(72)의 위치)을 변경하는 것에 의해서, 조절하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 스테이지(30)의 높이 위치의 조절 후, 조절 나사(73)에 나사결합하는 너트(75)를 체결하는 것에 의해, 조절 나사(73)의 느슨해짐을 방지하도록 구성되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 배기 기구(80)는, θZ 스테이지 유닛(110)의 내부의 공기를 배기 구멍(81)으로부터 배기하는 것에 의해, θZ 스테이지 유닛(110)의 내부의 압력을 부압에 유지하기 위해서 마련되어 있다. 배기 구멍(81)은, 프레임(20)의 하단부에 마련되어, 프레임(20)의 내부(θZ 스테이지 유닛(110)의 내부)와 외부를 연통하도록 구성되어 있다. 또한, 배기 구멍(81)의 외부측은, 이음새(82)를 거쳐서 도시하지 않는 배기 장치가 접속되어 있다. 상기와 같이, θZ 스테이지 유닛(110)에는, 하면측의 베이스부(10)와, 측면측의 프레임(20)과, 상면측의 회전 테이블(31) 및 커버(21)에 의해서, 회전 테이블(31)과 커버(21)의 약간의 간극을 제외하고 대략 폐쇄된 내부 공간이 형성되어 있다. 이 때문에, 대략 폐쇄된 θZ 스테이지 유닛(110)의 내부의 공기를 배기 기구(80)에 의해서 배기하는 것에 의해, θZ 스테이지 유닛(110)의 가동에 수반해서 베어링(33)이나 제 2 가이드부(35)로부터 발생하는 미세한 파티클(입자)이 외부에 유출하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 스테이지(30)에 탑재된 반도체 웨이퍼 등의 기판에 미세한 파티클이 부착하는 것을 억제하는 것이 가능하다.
다음에, 도 1 내지 도 7 및 도 10 내지 도 12를 참조하여, 제 1 실시형태에 의한 XYθZ 스테이지(100)의 θZ 스테이지 유닛(110)의 동작을 설명한다.
우선, 도 6에 나타내는 바와 같이, 스테이지(30)를 상하 방향으로 구동하는 경우에는, 액추에이터(40)의 고정자(40a)의 Z 구동용 코일(43)에 전류가 공급되는 것에 의해, 가동자(40b)에 상방향(화살표 Z1 방향) 또는 하방향(화살표 Z2 방향)의 추력이 발생한다. 구체적으로는, 도 10에 나타내는 바와 같이, Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)에 의해, Z 구동용 코일(43)의 각 코일부(코일부(43a, 43b 및 43c)에 적절한 위상의 3상 전류(U-W-V상)가 공급된다. 이것에 의해, 전류의 방향 및 자계의 방향의 관계로부터, Z 구동용 코일(43)의 각 코일부(코일부(43a, 43b 및 43c)와 가동자(40b)와의 사이에 상방(화살표 Z1 방향) 또는 하방(화살표 Z2 방향)의 전자력(추력)을 발생시킬 수 있다. 이 때, 중량 보상부(70)의 보상 스프링(71)(도 12 참조)의 복원력보다 큰 추력이 발생하는 것에 의해, 가동부(40b)(회전 테이블(31))가 상방향(화살표 Z1 방향) 또는 하방향(화살표 Z2 방향)으로 이동을 개시한다.
스테이지(30)가 상하 방향으로 이동하는 경우에는, 회전 테이블(31)과 승강 테이블(32)이 일체적으로 이동한다. 이 때문에, 도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 가이드부(34)와, 외주부의 3개의 제 2 가이드부(35)에 의해서 승강 테이블(32)이 상하 방향(Z방향)으로 가이드된 상태로, 스테이지(30) 전체가 상방향(화살표 Z1 방향) 또는 하방향(화살표 Z2 방향)으로 이동한다. 이 때, 도 4에 나타내는 바와 같이, 승강 테이블(32)의 Z방향의 변위가, 3개의 승강 검출부(50)(검출 헤드(52))에 의해 각각 검출되는 동시에, 대응하는 Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)에 입력된다. 검출한 승강 테이블(32)의 Z방향의 위치에 근거해서, 가동자(40b)의 위치를 얻을 수 있다.
이것에 의해, 도 6 및 도 10에 나타내는 바와 같이, Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)에 의해서, 각 코일부(코일부(43a, 43b 및 43c))의 U상 요소 코일부(431 및 434)와, W상 요소 코일부(432 및 435)와, V상 요소 코일부(433 및 436)로 흐르는 3상 전류의 위상을, 취득한 가동자(40b)의 Z방향의 위치에 따라 제어하는 것에 의해, 스테이지(30)를 소망한 높이 위치에 위치 결정하는 것이 가능하다.
또한, 스테이지(30)의 경사(θx방향 및 θy방향의 위치)를 조정하는 경우에는, Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)에 의해, Z 구동용 코일(43)의 코일부(43a, 43b 및 43c)에 각각 위상이 다른 3상 전류(U-W-V상)를 흘리는 것에 의해, 코일부(43a, 43b 및 43c)에 대응하는 가동자(40b)의 Z방향의 변위량을 개별적으로 제어한다. 이 경우, 도 5에 나타내는 바와 같이, 각 코일부(43a, 43b 및 43c)에 대응하는 위치 A, B 및 C에 있어서의 Z방향의 변위량이, 각각 3개의 승강 검출부(50)(검출 헤드(52))에 의해서 검출된다. 이러한 위치 A, B 및 C에 대해 검출된 변위량에 근거해서, 코일부(43a, 43b 및 43c)에 공급하는 3상 전류의 위상을 적절히 제어하는 것에 의해서, 위치 A, B 및 C의 각각에 있어서 스테이지(30)의 높이 위치를 개별적으로 제어할 수 있으므로, 스테이지(30)의 경사(θx방향 및 θy방향의 위치)를 조정하는 것이 가능하다. 이 결과, 제 1 가이드부(34) 및 3개의 제 2 가이드부(35)와 승강 테이블(32)과의 사이에 존재하는 약간의 반동과, 제 1 가이드부(34) 및 3개의 제 2 가이드부(35)의 강성과의 관계로부터 스테이지(30)가 이동하는 것이 가능한 미소한 범위내에서, 스테이지(30)의 수평면에 대한 경사(θx방향 및 θy방향의 이동)를 미세조정할 수 있다. 제 1 실시형태에서는, 위치 A, B 및 C의 각각에 있어서 스테이지(30)의 높이 위치(Z방향에서 보아서 120도의 회전 각도 간격으로 위치하는 3점의 높이 위치)를 제어하는 것에 의해서, 스테이지(30)를 수평면내의 임의의 축주위로 경사시키도록 구동(미세조정)하는 것이 가능하다.
또한, 도 7에 나타내는 바와 같이, 스테이지(30)를 θz방향(회전 방향)으로 구동하는 경우에는, 액추에이터(40)의 고정자(40a)의 θ 구동용 코일(42)에 전류가 공급되는 것에 의해, 가동자(40b)에 θz방향의 추력이 발생한다. 구체적으로는, θ 드라이버(91)(도 10 참조)에 의해, θ 구동용 코일(42)의 복수의 θ-U상 코일(42a), θ-W상 코일(42b) 및 θ-V상 코일(42c)의 각각 적절한 위상의 3상 전류가 공급되는 것에 의해, 전류의 방향 및 자계의 방향의 관계로부터, θ 구동용 코일(42)과 가동자(40b)와의 사이에 θz방향의 전자력(추력)을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 스테이지(30)의 회전 테이블(31)이 승강 테이블(32)에 베어링(33)을 거쳐서 θz방향으로 회전 가능하게 지지되어 있으므로, 회전 테이블(31)만이 단독으로 θz방향으로 이동한다.
이 때, 도 2 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 회전 테이블(31)의 θz방향의 변위가 회전 검출부(60)(검출 헤드(62))에 의해 검출되는 동시에, 대응하는 θ 드라이버(91)에 입력된다. 검출한 회전 테이블(31)의 θz방향의 위치에 근거해서, 가동자(40b)의 위치를 얻을 수 있다. 이것에 의해, θ 드라이버(91)에 의해서, θ 구동용 코일(42)의 θ-U상 코일(42a), θ-W상 코일(42b) 및 θ-V상 코일(42c)에 공급하는 3상 전류의 위상을, 취득한 가동자(40b)의 θz방향의 위치에 따라 제어하는 것에 의해, 스테이지(30)를 소망한 회전 각도 위치(θz방향의 위치)에 위치 결정하는 것이 가능하다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, θZ 스테이지 유닛(110)은, XYθZ 스테이지(100)의 XY 스테이지 유닛(120)에 의해, X방향 및 Y방향으로 이동되어 XY방향의 소정 위치에 배치된다. 이와 같이 하여, 스테이지(30)의 X, Y, Z 및 θz방향의 위치 결정과, θx방향 및 θy방향의 경사의 미세조정을 행한다.
제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, 1개의 액추에이터(40)의 Z 구동용 코일(43)을 서로 독립해서 전류를 공급하는 것이 가능한 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)로 분할하는 동시에, 스테이지(30)를, Z방향과, θx방향과, θy방향으로 구동 가능하도록 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)를 배치하는 것에 의해서, 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)에 독립해서 공급되는 전류에 따라서, 스테이지(30)를 Z방향과, θx방향과, θy방향으로 구동할 수 있다. 이것에 의해, 기판 보지 기구를 거쳐서 스테이지(30) 상에 탑재되는 기판이 수평면에 대해서 약간 경사진 경우 등에도, 액추에이터(40)에 의해, 스테이지(30)(기판)의 수평면에 대한 경사(θx방향 및 θy방향의 위치)를 조정할 수 있다. 또한, 1개의 액추에이터(40)에 의해, 스테이지(30)를 Z방향으로 가해서, θx방향 및 θy방향으로도 구동시킬 수 있으므로, θx방향 및 θy방향의 구동을 실시하는 기구를 추가했을 경우에도 장치가 대형화하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 제 1 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛(110)에서는, 장치의 대형화를 억제하면서, 스테이지(30)의 수평면에 대한 경사(θx방향 및 θy방향의 위치)를 조정할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, Z 구동용 코일(43)을 구성하는 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)에 각각 대응하도록 마련되어, 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)에 개별적으로 전류를 공급하는 3개의 Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)를 마련하는 것에 의해서, Za 드라이버(92), Zb 드라이버(93) 및 Zc 드라이버(94)에 의해, 대응하는 각각의 코일부(43a, 43b 및 43c)에 대해서 서로 독립해서 전류를 공급할 수 있으므로, 용이하게, Z방향으로 가해서 θx방향 및 θy방향의 구동을 행할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, 코일부(43a, 43b 및 43c)에 대응하는 3개의 승강 검출부(50)를 마련하는 동시에, 3개의 승강 검출부(50)의 위치 검출 결과(위치 A, B 및 C에 있어서의 Z방향의 위치 검출 결과)에 근거하여, 대응하는 코일부(43a, 43b 및 43c)에 공급하는 전류를 제어하도록 구성하는 것에 의해서, 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)에 각각 대응하는 부분의 Z방향의 위치 검출 결과(위치 A, B 및 C에 있어서의 Z방향의 위치 검출 결과)에 의해 스테이지(30)의 수평면에 대한 경사를 검출할 수 있으므로, 이러한 위치 A, B 및 C에 있어서의 Z방향의 위치 검출 결과에 근거하여, 고정밀도로 스테이지(30)의 수평면에 대한 경사(θx방향 및 θy방향의 위치)를 조정할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, Z 구동용 코일(43)을 구성하는 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)를, 각각 Z방향에서 보아서 원호형상을 갖고 있는 동시에, 원주 방향에 따라서 서로 전기적으로 분리하도록 원형상으로 배치하는 것에 의해서, 모든 코일부(43a, 43b 및 43c)를 구동시켰을 경우에는, 원형상으로 배치된 각 코일부(43a, 43b 및 43c)에 의해 스테이지(30)에 대해서 대략 전체 원주(원의 대략 전체 원주)에 걸쳐서 구동력을 작용시킬 수 있다. 이것에 의해, 스테이지(30)의 전체를 고정밀도로 Z방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, Z방향에서 보아서 원호형상을 갖는 동시에 3상 전력에 대응해서 설치된 6개의 요소 코일부(U상 요소 코일부(431), W상 요소 코일부(432), V상 요소 코일부(433), U상 요소 코일부(434), W상 요소 코일부(435) 및 V상 요소 코일부(436))를 Z방향으로 중첩해서 배치하는 것에 의해, 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)를 각각 구성하는 것에 의해서, Z방향으로 중첩해서 배치된 각각의 요소 코일부(U상 요소 코일부(431), W상 요소 코일부(432), V상 요소 코일부(433), U상 요소 코일부(434), W상 요소 코일부(435) 및 V상 요소 코일부(436))에 공급하는 전류의 위상을 제어하는 것에 의해, 각각의 코일부(43a, 43b 및 43c)에 의한 가동자(40b)의 Z방향의 구동 제어를 용이하게 실시할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, Z 구동용 코일(43)을 구성하는 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)를, 약 120도의 등회전 각도 간격으로 배치하는 것에 의해서, 이러한 코일부(43a, 43b 및 43c)를 개별적으로 구동할 때에, 스테이지(30)에 작용하는 구동력(전자력)이 θz방향의 회전 각도 위치에 의해서 흩어지는 일이 없다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, 액추에이터(40)의 고정자(40a)에, Z 구동용 코일(43)에 가해서 θz방향으로 스테이지(30)를 회전시키기 위한 θ 구동용 코일(42)을 더 마련하고, Z 구동용 코일(43)과 θ 구동용 코일(42)을 일체적으로 마련하는 동시에 원환상으로 배치하고, 액추에이터(40)를, 스테이지(30)를 Z방향과 θx방향과 θy방향과 θz방향으로 구동 가능하도록 구성한다. 이와 같이 구성하는 것에 의해서, Z방향, θx방향 및 θy방향으로의 스테이지(30)의 구동 뿐만이 아니라, θz방향으로의 스테이지(30)의 구동을 1개의 액추에이터(40)에 의해 행할 수 있다. 이것에 의해, 스테이지(30)를 각 방향(Z, θx, θy, θz)으로 구동하기 위한 액추에이터를 별개로 마련하는 경우와 비교하여, θZ 스테이지 유닛(110)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, Z 구동용 코일(43)과 θ 구동용 코일(42)을, 절연지를 거쳐서 일체적으로 접합하는 것에 의해서, Z 구동용 코일(43)과 θ 구동용 코일(42)을 전기적으로 분리하면서 일체화할 수 있으므로, 액추에이터(40)의 고정자(40a)를 소형화할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, 원환상의 원주 방향에 따라서 동일한 피치 p로 배치되고, Z 구동용 코일(43)과 θ 구동용 코일(42)에 대향하는 부분의 표면이 N극으로 착자된 복수의 영구 자석(49a)을 포함한 제 1 자석열(45) 및 제 3 자석열(47)과, 제 1 자석열(45) 및 제 3 자석열(47)에 대해서 Z방향으로 인접하는 동시에, 원환상의 원주 방향에 따라서 동일한 피치 p로 배치되고, Z 구동용 코일(43)과 θ 구동용 코일(42)에 대향하는 부분의 표면이 S극으로 착자된 복수의 영구 자석(49b)을 포함한 제 2 자석열(46) 및 제 4 자석열(48)을 액추에이터(40)의 가동자(40b)에 마련하는 동시에, Z방향에서 보아서, 원주 방향에 따라서 영구 자석(49a)과 영구 자석(49b)이 교대로 나타나도록 배치한다. 이와 같이 구성하는 것에 의해서, 제 1 자석열(45) 및 제 3 자석열(47)과 제 2 자석열(46) 및 제 4 자석열(48)에 의해 형성되는 자력선을 수평 방향의 코일(Z 구동용 코일(43))과 쇄교(교차)시켜서 Z방향의 전자력을 발생시킬 수 있는 동시에, 제 1 자석열(45) 및 제 3 자석열(47)과 제 2 자석열(46) 및 제 4 자석열(48)에 의해 형성되는 자력선을 Z방향의 코일(θ 구동용 코일(42))과도 쇄교(교차)시켜서 θz방향의 전자력을 발생시킬 수 있다. 이것에 의해, 가동자(40b)측의 영구 자석(49a 및 49b)을 Z 구동용 코일(43)과 θ 구동용 코일(42)의 양쪽에서 공용할 수 있으므로, 액추에이터(40)의 가동자(40b)의 소형화를 도모하면서, 공통의 영구 자석(49a 및 49b)에 의해 Z방향 및 θz방향의 구동을 실현할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, 액추에이터(40)를, 스테이지(30)의 외주부 근방에 원환상으로 배치하는 것에 의해서, 직경 D1을 갖는 스테이지(30)의 크기의 범위내에서 액추에이터(40)를 최대한 대형화할 수 있다. 이것에 의해, θZ 스테이지 유닛(110) 전체를 대형화하는 일이 없이, 액추에이터(40)의 구동력(전자력)을 크게 할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, Z 구동용 코일(43)을, 서로 독립해서 전류를 공급하는 것이 가능한 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)에 의해 구성하는 것에 의해서, Z방향, θx방향 및 θy방향의 구동을 행하기 위해서 필요한 최소한의 코일수(3개)로 Z 구동용 코일(43)을 구성할 수 있으므로, θZ 스테이지 유닛(110)의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 상기와 같이, θZ 스테이지 유닛(110)을 수평면내의 X방향으로 구동하는 X방향 구동부(121)와, θZ 스테이지 유닛(110)을 Y방향으로 구동하는 Y방향 구동부(122)를 마련하는 것에 의해서, Z방향, θz방향, θx방향 및 θy방향으로 가해서, 수평면내의 X방향 및 Y방향으로 스테이지(30)를 이동시킬 수 있다. 이것에 의해, 스테이지(30)의 수평면에 대한 경사(θx방향 및 θy방향의 위치)를 조정하는 것에 의해 정밀한 위치 결정이 가능한 XYθZ 스테이지(100)를 제공할 수 있다.
(제 2 실시형태)
다음에, 도 13 내지 도 16을 참조하여, 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 이 제 2 실시형태에서는, 상기 액추에이터가 1개의 가동자를 갖는 상기 제 1 실시형태와 달리, 액추에이터가 2개의 가동자를 구비한다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시형태에 의한 θZ 스테이지 유닛(200)은, 베이스부(210)와, 프레임(220)과, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 보지하기 위한 기판 보지 기구(도시하지 않음) 등이 상면에 탑재되는 스테이지(230)와, 스테이지(230)를 구동하는 1개의 액추에이터(240)를 구비하고 있다. 프레임(220)은 원통형상을 갖는 동시에, 베이스부(210) 상에 고정적으로 설치되어 있다. 프레임(220)은 θZ 스테이지 유닛(200)의 외측면부를 구성하고 있다.
스테이지(230)는, θZ 스테이지 유닛(200)의 상면측을 구성하는 회전 테이블(231)과, 회전 테이블(231)을 θz방향으로 회전 가능하게 지지하는 승강 테이블(232)을 포함하고 있다. 또한, 회전 테이블(231)은, 외주부에서 하방(화살표 Z2 방향)으로 돌출하는 원통형상의 보지부(233)와, 보지부(233)보다 외측의 최외주부에서 하방으로 돌출하는 원통형상의 보지부(234)를 포함하고 있다.
또한, 액추에이터(240)는, 스테이지(230)의 외주부 근방(프레임(220)의 내측)에 있어서, θZ 스테이지 유닛(200)의 전체 원주에 걸쳐서 원환상으로 배치되어 있다. 액추에이터(240)는, 베이스부(210)의 표면에 마련되는 고정자(241)와, 회전 테이블(231)의 보지부(233)의 외주면에 고정적으로 마련된 가동자(242)와, 보지부(234)의 내주면에 고정적으로 마련된 가동자(243)를 포함하고 있다. 또한, 액추에이터(240)의 고정자(241)와, 가동자(242)(가동자(243))는 반경 방향(수평 방향)으로 소정의 간격을 두고서 서로 대향하도록 배치되어 있다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 고정자(241)는 코어(244)와, 보지부(233)와 대향하도록 마련되어, 스테이지(230)(회전 테이블(231))를 θz방향으로 회전 구동하기 위한 θ 구동용 코일(245)을 포함하고 있다. 또한, 고정자(241)는, 보지부(233)와 대향하도록 마련되어, 스테이지(230)를 Z방향으로 구동하기 위한 Z 구동용 코일(246)과, 보지부(234)와 대향하도록 마련되어, 스테이지(230)를 Z방향으로 구동하기 위한 Z 구동용 코일(247)을 포함하고 있다. 또한, 코어(244)와 θ 구동용 코일(245)과 Z 구동용 코일(246)과 Z 구동용 코일(247)은, 각각 도시하지 않는 절연지를 거쳐서 일체적으로 접합되어 있다. 또한, θ 구동용 코일(245)은 본 발명의 "θz방향 구동용 코일"의 일 예이다. 또한, Z 구동용 코일(246)은 본 발명의 "Z방향 구동용 코일" 및 "내측 Z방향 구동용 코일"의 일 예이다. 또한, Z 구동용 코일(247)은 본 발명의 "Z방향 구동용 코일" 및 "외측 Z방향 구동용 코일"의 일 예이다.
코어(244)는 전자 강판을 적층해서 구성되는 동시에 원통형상을 가진다. 또한, 코어(244)는 베이스부(210)의 표면 위에 고정되고 있다.
또한, θ 구동용 코일(245)의 상세한 구성은, 도 7에 나타내는 상기 제 1 실시형태의 θ 구동용 코일(42)과 마찬가지다. 또한, 도 15 및 도 16에 나타내는 바와 같이, Z 구동용 코일(246)은, θ 구동용 코일(245)의 내주면에 도시하지 않는 절연지를 거쳐서 고정되어 있는 동시에, 서로 독립해서 전류를 공급하는 것이 가능한 3개의 코일부(246a, 246b 및 246c)로 분할되어 있다. 3개의 코일부(246a, 246b 및 246c)는, 각각 Z방향에서 보아서 원호형상을 갖는 동시에, 원주 방향에 따라서 서로 전기적으로 분리하도록 원형상으로 배치되어 있다. 또한, Z 구동용 코일(247)은 코어(244)의 외주면에 도시하지 않는 절연지를 거쳐서 고정되어 있는 동시에, 서로 독립해서 전류를 공급하는 것이 가능한 3개의 코일부(247a, 247b 및 247c)로 분할되어 있다. 3개의 코일부(247a, 247b 및 247c)는 각각 Z방향에서 보아서 원호형상을 갖는 동시에, 원주 방향에 따라서 서로 전기적으로 분리하도록 원형상으로 배치되어 있다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 3개의 코일부(246a, 246b 및 246c)는, Z방향에서 보아서, 각도 φ2(약 120도)의 등각도 간격으로 배치되어 있는 동시에, 서로 약간의 간극을 두고서 배치되어 있다. 또한, 3개의 코일부(247a, 247b 및 247c)도 마찬가지로 Z방향에서 보아서, 각도 φ2(약 120도)의 등각도 간격으로 배치되어 있는 동시에, 서로 약간의 간극을 두고서 배치되어 있다. 또한, 도 15에 나타내는 바와 같이, 3개의 코일부(246a, 246b 및 246c(코일부(247a, 247b 및 247c))는, 각각 Z방향에서 보아서 원호형상을 갖는 동시에 3상 전력에 대응해서 설치된 복수의 요소 코일부(501, 502, 503, 504, 505 및 506(511, 512, 513, 514, 515 및 516))를 상하 방향(Z방향)으로 중첩해서 배치하는 것에 의해 구성되어 있다.
또한, 도 16에 나타내는 바와 같이, θ 구동용 코일(245)은 3상(U-W-V상) 전류를 공급 가능한 θ 드라이버(291)에 접속되어 있다. 또한, Z 구동용 코일(246)의 3개의 코일부(246a, 246b 및 246c)는 각각 3상(U-W-V상) 전류를 개별적으로 공급 가능한 Za 드라이버(292), Zb 드라이버(293) 및 Zc 드라이버(294)에 접속되는 것에 의해, 개별적으로 구동되도록 구성되어 있다. 또한, Z 구동용 코일(247)의 3개의 코일부(247a, 247b 및 247c)도 마찬가지로 각각 3상(U-W-V상) 전류를 개별적으로 공급 가능한 Za 드라이버(292), Zb 드라이버(293) 및 Zc 드라이버(294)에 접속되는 것에 의해, 개별적으로 구동되도록 구성되어 있다. 또한, Za 드라이버(292), Zb 드라이버(293) 및 Zc 드라이버(294)는 본 발명의 "전류 공급 제어부"의 일 예이다.
또한, 가동자(242)의 구조는, 도 11에 나타내는 상기 제 1 실시형태의 가동자(40b)와 동일하다. 즉, 도 14에 나타내는 바와 같이, 내측의 가동자(242)는 원통형상을 갖는 요크(251)와, 각각 복수의 영구 자석으로 이뤄지는 제 1 자석열(252), 제 2 자석열(253), 제 3 자석열(254) 및 제 4 자석열(255)을 포함하고 있다. 원통형상의 요크(251)는 회전 테이블(231)의 보지부(233)의 외주면에 내주면이 끼워넣어지도록 해서 고정되어 있다. 제 1 자석열(252) 내지 제 4 자석열(255)은 각각 원통형상의 요크(251)의 외주면에 마련되는 동시에, 원주 방향으로 영구 자석(256)(또는 영구 자석(257))의 열이 배열되도록 상하에 4단으로 배치되어 있다. 또한, 상하 4단으로 배치된 제 1 자석열(252) 내지 제 4 자석열(255)은 고정자(241)(θ 구동용 코일(245) 및 Z 구동용 코일(246))와 반경 방향으로 대향하도록 소정의 높이 위치에 배치되어 있다. 또한, 제 1 자석열(252) 및 제 3 자석열(254)은 본 발명의 "제 1 자석열"의 일 예인 것과 동시에, 제 2 자석열(253) 및 제 4 자석열(255)은 본 발명의 "제 2 자석열"의 일 예이다. 또한, 영구 자석(256)은 본 발명의 "내측 영구 자석" 및 "제 1 영구 자석"의 일 예이다. 또한, 영구 자석(257)은 본 발명의 "내측 영구 자석" 및 "제 2 영구 자석"의 일 예이다.
또한, 제 1 자석열(252)(제 3 자석열(254))은, 도 11에 나타내는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 원환상의 요크(251)의 전체 원주에 걸쳐서 원주 방향에 따라서 소정의 간격(피치 p)을 두고서 배열된 복수의 영구 자석(256)으로 이뤄진다. 이들 영구 자석(256)은 고정자(241)와 대향하는 외측의 표면이 N극으로 되도록 착자되어 있다. 또한, 제 2 자석열(253)(제 4 자석열(255))은, 도 11에 나타내는 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 원환상의 요크(251)의 전체 원주에 걸쳐서 원주 방향에 따라서 소정의 간격(피치 p)을 두고서 배열된 복수의 영구 자석(257)으로 이뤄진다. 이들 영구 자석(257)은 고정자(241)와 대향하는 외측의 표면이 S극으로 되도록 착자되어 있다.
또한, 외측의 가동자(243)는 원통형상을 갖는 요크(261)와, 대략 원환상의 복수의 영구 자석으로 이뤄지는 영구 자석(262), 영구 자석(263), 영구 자석(264) 및 영구 자석(265)을 포함하고 있다. 원통형상의 요크(261)는 회전 테이블(231)의 보지부(234)의 내주면에 외주면이 끼워넣어지도록 해서 고정되어 있다. 영구 자석(263) 내지 영구 자석(265)은 각각 원통형상의 요크(261)의 내주면에 설치되는 동시에, 상하에 4단으로 배치되어 있다. 또한, 상하 4단으로 배치된 영구 자석(262) 내지 영구 자석(265)은 고정자(241)(Z 구동용 코일(247))와 반경 방향으로 대향하도록 소정의 높이 위치에 배치되어 있다. 또한, 영구 자석(262) 및 영구 자석(264)은 고정자(241)와 대향하는 외측의 표면이 N극으로 되도록 착자되어 있다. 또한, 영구 자석(263) 및 영구 자석(265)은 고정자(241)와 대향하는 외측의 표면이 S극으로 되도록 착자되어 있다. 또한, 영구 자석(262)(영구 자석(264))은 본 발명의 "외측 영구 자석" 및 "제 3 영구 자석"의 일 예이다. 또한, 영구 자석(263)(영구 자석(265))은 본 발명의 "외측 영구 자석" 및 "제 4 영구 자석"의 일 예이다.
그리고, 가동자(242)의 제 1 자석열(252) 및 제 3 자석열(254)의 영구 자석(256)(N극)으로부터 방출되는 자력선은 대향하는 고정자(241)의 Z 구동용 코일(246)(코일부(246a, 246b 및 246c))과, θ 구동용 코일(245)을 관통하고, 코어(244)내를 통해서 제 2 자석열(253) 및 제 4 자석열(255)의 영구 자석(257)(S극)에 도달한다. 따라서, 제 1 자석열(252) 내지 제 4 자석열(255)에 의해 형성되는 자력선은 수평인 원주 방향(θz방향)으로 연장되는 Z 구동용 코일(246)과 교차(쇄교)하는 동시에, 수직인 Z방향으로 연장되는 θ 구동용 코일(245)과도 교차(쇄교)한다.
또한, 가동자(243)의 영구 자석(262) 및 영구 자석(264)(N극)으로부터 방출되는 자력선은 대향하는 고정자(241)의 Z 구동용 코일(247)(코일부(247a, 247b 및 247c))을 관통하고, 코어(244)내를 지나 영구 자석(263) 및 영구 자석(265)(S극)에 도달한다. 따라서, 영구 자석(262) 내지 영구 자석(265)에 의해 형성되는 자력선은 수평인 원주 방향(θz방향)으로 연장되는 Z 구동용 코일(247)과 교차(쇄교)한다.
이것에 의해, 고정자(241)의 θ 구동용 코일(245)에 대해서 θ 드라이버(291)로부터 전류를 공급하는 것에 의해서, θ 구동용 코일(245)과 가동자(242)(제 1 자석열(252) 내지 제 4 자석열(255))와의 사이에 전자력(추력)을 발생시킬 수 있으므로, 가동자(242)를 원주 방향으로 이동시키는 것이 가능하다. 또한, 고정자(241)의 Z 구동용 코일(246)(코일부(246a, 246b 및 246c))에 대해서 Za 드라이버(292), Zb 드라이버(293) 및 Zc 드라이버(294)로부터 전류를 공급하는 것에 의해서, 각 코일부(246a, 246b 및 246c)와 가동자(242)(제 1 자석열(252) 내지 제 4 자석열(255))와의 사이에 전자력(추력)을 발생시킬 수 있으므로, 가동자(242)를 상하 방향(Z방향)으로 이동시키는 것이 가능하다. 또한, 고정자(241)의 Z 구동용 코일(247)(코일부(247a, 247b 및 247c))에 대해서 Za 드라이버(292), Zb 드라이버(293) 및 Zc 드라이버(294)로부터 전류를 공급하는 것에 의해서, 각 코일부(247a, 247b 및 247c)와 가동자(243)(영구 자석(262) 내지 영구 자석(265))와의 사이에 전자력(추력)을 발생시킬 수 있으므로, 가동자(243)를 상하 방향(Z방향)으로 이동시키는 것이 가능하다. 또한, 코일부(246a, 246b 및 246c)(코일부(247a, 247b 및 247c))에 대해서, 각각 독립한 Za 드라이버(292), Zb 드라이버(293) 및 Zc 드라이버(294)로부터 전류를 공급하는 것에 의해서, 코일부(246a, 246b 및 246c)(코일부(247a, 247b 및 247c))를 독립해서 구동시키는 것이 가능하다.
제 2 실시형태에서는, 상기와 같이, 가동자(242)에 마련되는 영구 자석(256 및 257)과, 가동자(243)에 마련되는 영구 자석(262 내지 265)을 구비하는 동시에, 고정자(241)에 영구 자석(256 및 257)과 대향하도록 설치되는 Z 구동용 코일(246)과 영구 자석(262 내지 265)과 대향하도록 마련되는 Z 구동용 코일(247)을 구비한다. 이것에 의해, 영구 자석(256 및 257)과 Z 구동용 코일(246)에 의한 전자력(추력)만에 의해 액추에이터(240)를 구동하는 경우와 비교해서, 영구 자석(262 내지 265)과 Z 구동용 코일(247)에 의한 전자력(추력)의 만큼, 액추에이터(240)를 구동하는 추력을 크게 할 수 있다.
또한, 제 2 실시형태에서는, 상기와 같이, 원환상의 원주 방향에 따라서 배치되고, Z 구동용 코일(246)에 대향하는 부분의 표면이 N극성을 갖는 영구 자석(256)과, 영구 자석(256)에 대해서 Z방향으로 인접하는 동시에, 원환상의 원주 방향에 따라서 배치되고, Z 구동용 코일(246)에 대향하는 부분의 표면이 S극성을 갖는 영구 자석(257)을 마련하고, 원환상의 원주 방향에 따라서 배치되고, Z 구동용 코일(247)에 대향하는 부분의 표면이 N극성을 갖는 영구 자석(262 및 264)과, 영구 자석(262 및 264)에 대해서 Z방향으로 인접하는 동시에, 원환상의 원주 방향에 따라서 배치되고, Z 구동용 코일(247)에 대향하는 부분의 표면이 S극성을 갖는 영구 자석(263 및 265)을 마련한다. 이것에 의해, 영구 자석(256 및 257)에 의해 형성되는 자력선을 수평 방향의 코일(Z 구동용 코일(246))과 쇄교(교차)시켜 Z방향의 전자력을 발생시킬 수 있다. 게다가, 영구 자석(262 내지 265)에 의해 형성되는 자력선을 수평 방향의 코일(Z 구동용 코일(247))과 쇄교(교차)시켜 Z방향의 전자력을 발생시킬 수 있다.
또한, 제 2 실시형태에서는, 상기와 같이, 영구 자석(262(263, 264, 265))을 대략 원환상으로 형성한다. 이것에 의해, 영구 자석(262(263, 264, 265))이 원환상의 원주 방향에 따라서 대략 동일한 피치 간격으로 배치되는 복수의 영구 자석으로 구성되는 경우와 비교해서, 영구 자석(262(263, 264, 265))이 발생하는 자계의 힘을 크게 할 수 있다.
또한, 이번 개시된 실시형태는, 모든 점으로 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각할 수 있어야 하는 것이다. 본 발명의 범위는, 상술한 실시형태의 설명은 아니고 특허 청구의 범위에 의해서 나타나고, 또한 특허청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
예를 들어, 상기 제 1 실시형태에서는, 본 발명의 스테이지 장치 및 θZ 구동 장치를 각각 반도체 웨이퍼의 노광 장치나 검사 장치 등의 위치 결정용의 XYθZ 스테이지 및 여기에 이용하는 θ 스테이지 유닛에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명의 θZ 구동 장치는, 스테이지를 상하 방향(Z방향) 및 회전 방향(θz방향)으로 구동하는 장치이면, 노광 장치나 검사 장치 등의 위치 결정용 스테이지 이외의 장치의 θZ 스테이지 유닛에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명의 θZ 구동 장치를 단독으로 이용해도 좋다. 또한, 본 발명의 스테이지 장치를 노광 장치나 검사 장치 등의 위치 결정용의 XYθZ 스테이지 이외의 XYθZ 스테이지에 적용해도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 1개의 액추에이터(40)에 의해, 스테이지(30)를 Z방향과, 수평면에 대한 경사인 θx방향 및 θy방향과, θz방향으로 구동하는 것이 가능하도록 구성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 스테이지를 Z방향과, θx방향 및 θy방향으로만 구동하도록 액추에이터(40)를 구성해도 괜찮다. 그리고, 스테이지를 θz방향으로 구동하기 위한 액추에이터를 별도 마련해도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 1개의 액추에이터(40)의 θ 구동용 코일(42)과 Z 구동용 코일(43)을 도시하지 않는 절연지를 거쳐서 일체적으로 접합한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 1개의 액추에이터에, θ 구동용 코일(42)과 Z 구동용 코일(43)을 절연지를 개입시키는 일이 없이 별개로 배치하는 동시에, 전체적으로 1개의 액추에이터가 되도록 구성해도 좋다. 이 경우, θ 구동용 코일(42)과 Z 구동용 코일(43)에 각각 대응한 영구 자석을 설치해도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 1개의 액추에이터(40)를 스테이지(30)의 외주부 근방에 원환상으로 배치한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 액추에이터를 스테이지의 외주부보다 내측의 위치에 배치해도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 본 발명의 Z방향 구동용 코일의 일 예인 Z 구동용 코일(43)을 서로 독립해서 전류를 공급하는 것이 가능한 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)로 분할한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 액추에이터의 Z방향 구동용 코일을 4개 이상의 코일부로 분할해도 좋다. Z방향 구동용 코일은 적어도 3개의 코일부로 분할하면 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)를 개별적으로 구동하는 것에 의해서, 코일부(43a, 43b 및 43c)에 각각 대응하는 위치 A, B 및 C에 있어서의 스테이지(30)의 높이 위치(Z방향에서 보아서 약 120도의 회전 각도 간격으로 위치하는 3점의 높이 위치)를 제어하는 것에 의해서, 스테이지(30)를 수평면내의 임의의 축주위로 기울이도록 미세조정하는 것이 가능하도록 구성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 스테이지를 수평면내의 임의의 축주위로 구동하는 것이 아니라, 스테이지를 수평면내의 X축주위의 회전 방향인 θx방향과, 수평면내에서 X축과 직교하는 Y축 회전의 회전 방향인 θy방향으로만 구동하도록 구성해도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)를, Z방향에서 보아서 약 120도의 등회전 각도 간격으로 배치한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 약 120도 이외의 등회전 각도 간격으로 코일부를 배치해도 좋고, 서로 다른 회전 각도 간격으로 코일부를 배치해도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 3개의 코일부(43a, 43b 및 43c)를, 각각 Z방향에서 보아서 원호형상으로 형성하는 동시에, 원형상(환상)으로 배치한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 코일부를 Z방향에서 보아서 직선형상이나 L자형형상 등의 원호형상 이외의 형상으로 형성해도 좋고, 적어도 3개의 코일부를 직사각형 등의 원형상 이외의 형상으로 배치해도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 3개의 코일부(43a 내지 43c)의 각각을, Z방향에서 보아서 원호형상을 갖는 동시에 3상 전력에 대응해서 설치된 6개의 요소 코일부(431 내지 436)를 Z방향으로 중첩해서 배치하는 것에 의해 구성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 요소 코일부를 Z방향에서 보아서 원호형상 이외의 형상으로 형성해도 좋다. 또한, 코일부를 6개의 요소 코일부 이외의, 3개 또는 9개의 요소 코일부 등에 의해 구성해도 좋다. 또한, 코일부를 요소 코일부로 구성하지 않아도 좋고, 다른 구조의 코일부를 채용해도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 가동자(40b)에 4개의 자석열을 마련한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 원환상의 요크(44)의 전체 원주에 걸쳐서 원주 방향에 따라서 소정의 간격(피치 p)을 두고서 배열된 복수의 영구 자석(49a)으로 이뤄지는 제 1 자석열(45)과 원환상의 요크(44)의 전체 원주에 걸쳐서 원주 방향에 따라서 소정의 간격(피치 p)을 두고서 배열된 복수의 영구 자석(49b)으로 이뤄지는 제 2 자석열(46)과의 2개의 자석열만을 마련해도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 3개의 코일부(43a 내지 43c)에 대응하는 위치(회전 각도 위치) A, B 및 C의 각각에 있어서 스테이지(30)(승강 테이블(32))의 상하 방향(Z방향)의 위치를 검출하기 위한 3개의 승강 검출부(Z방향 위치 검출부)(50)를 마련한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 스테이지의 Z방향의 위치를 검출하기 위한 Z방향 위치 검출부를 1개만 마련하는 동시에, 별도 스테이지의 경사를 검출하기 위한 검출부를 설치해도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, θZ 스테이지 유닛(110)에 배기 기구(80)를 마련한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 배기 기구를 마련하지 않아도 좋다. 특히, 노광 장치나 검사 장치 등의 위치 결정용 스테이지 이외의 용도로서 파티클의 발생을 허용하는 용도에 본 발명의 θZ 구동 장치(스테이지 장치)를 이용하는 경우에는, 배기 기구를 마련할 필요는 없다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, θZ 스테이지 유닛(110)에 중량 보상부(70)를 마련한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 중량 보상부를 마련하지 않아도 좋다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 제 1 가이드부(34)에 스플라인(34a)과 스플라인 샤프트(34b)를 이용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제 1 가이드부에 볼 부싱과 샤프트를 이용해도 괜찮다. 이 경우에는, 승강 테이블(32)의 θz방향의 회전을 3개의 제 2 가이드부(35)에 의해 걸림고정하는 구조로 된다.
또한, 상기 제 1 실시형태에서는, 승강 테이블(32)을 가이드하기 위한 제 1 가이드(34)와, 3개의 제 2 가이드(35)를 마련한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 제 1 가이드(34) 또는 제 2 가이드(35)의 어느 한쪽만을 마련해서 승강 테이블(32)을 가이드하도록 구성해도 좋다.
또한, 상기 제 2 실시형태에서는, 영구 자석(262) 내지 영구 자석(265)이 대략 원환상으로 형성되는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 영구 자석(262) 내지 영구 자석(265)을 원환상의 원주 방향에 따라서 동일한 피치 p로 배치되는 복수의 영구 자석에 의해서 구성해도 좋다.
또한, 상기 제 2 실시형태에서는, θ 구동용 코일(245)이 고정자(241)의 내측에 배치되는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, θ 구동용 코일(245)을 고정자(241)의 외측에 배치해도 괜찮다. 또한, θ 구동용 코일(245)을 고정자(241)의 내측과 외측 양쪽에 배치해도 좋다. 이러한 경우, 가동자(243)에 마련되는 영구 자석은 원환상의 원주 방향에 따라서 동일한 피치 p로 배치되는 복수의 영구 자석에 의해서 구성된다.

Claims (20)

  1. 베이스부와,
    상기 베이스부에 대해서 상하 방향인 Z방향 및 Z방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θz방향으로 구동되는 스테이지와,
    상기 베이스부에 대해서 상기 스테이지를 적어도 Z방향으로 구동하는 1개의 액추에이터를 구비하며,
    상기 1개의 액추에이터는, 복수의 영구 자석을 갖는 가동자와, 상기 영구 자석과 수평 방향으로 대향하도록 마련되고, 상기 스테이지를 Z방향으로 구동하기 위한 Z방향 구동용 코일을 갖는 고정자를 포함하고,
    상기 1개의 액추에이터의 Z방향 구동용 코일은 서로 독립해서 전류를 공급하는 것이 가능한 적어도 3개의 코일부로 분할되어 있는 동시에, 상기 적어도 3개의 코일부는, 상기 스테이지를, Z방향과, 수평면내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θx방향과, 상기 X방향과 직교하는 수평면내의 Y방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θy방향으로 구동 가능하도록 배치되어 있는
    θZ 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Z방향 구동용 코일을 구성하는 적어도 3개의 코일부에 각각 대응하도록 마련되고, 상기 적어도 3개의 코일부에 개별적으로 전류를 공급하는 적어도 3개의 전류 공급 제어부를 더 구비하는
    θZ 구동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 코일부에 각각 대응하도록 마련되고, 상기 스테이지의 상기 적어도 3개의 코일부에 대응하는 부분의 Z방향의 위치를 각각 검출하는 적어도 3개의 Z방향 위치 검출부를 더 구비하고,
    상기 적어도 3개의 전류 공급 제어부는, 각각 대응하는 상기 Z방향 위치 검출부의 위치 검출 결과에 근거하여, 대응하는 상기 코일부에 공급하는 전류를 제어하도록 구성되어 있는
    θZ 구동 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Z방향 구동용 코일을 구성하는 상기 적어도 3개의 코일부는, 각각 Z방향에서 보아서 원호형상을 갖고 있는 동시에, 원주 방향에 따라서 서로 전기적으로 분리하도록 원형상으로 배치되어 있는
    θZ 구동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 Z방향 구동용 코일을 구성하는 상기 적어도 3개의 코일부는, 각각 Z방향에서 보아서 원호형상을 갖는 동시에 3상 전력에 대응해서 마련된 적어도 3개의 요소 코일부를 Z방향으로 적층해서 배치하는 것에 의해 구성되어 있는
    θZ 구동 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Z방향 구동용 코일을 구성하는 상기 적어도 3개의 코일부는 대략 등회전 각도 간격으로 배치되어 있는
    θZ 구동 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터의 고정자는, 상기 Z방향 구동용 코일에 가해서, Z방향을 회전 중심선으로 하는 θz방향으로 상기 스테이지를 회전하기 위한 θz방향 구동용 코일을 더 포함하고,
    상기 Z방향 구동용 코일과 상기 θz방향 구동용 코일이 일체적으로 마련되어 있는 동시에 원환상으로 배치되어 있고,
    상기 액추에이터는, 상기 스테이지를, Z방향과 θx방향과 θy방향과 θz방향으로 구동 가능하도록 구성되어 있는
    θZ 구동 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 Z방향 구동용 코일과 상기 θz방향 구동용 코일은 절연물을 거쳐서 일체적으로 접합되어 있는
    θZ 구동 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 액추에이터의 가동자를 구성하는 영구 자석은,
    원환상의 원주 방향에 따라서 대략 동일한 피치 간격으로 배치되고, 상기 Z방향 구동용 코일 및 상기 θz방향 구동용 코일에 대향하는 부분의 표면이 제 1의 극성을 갖는 복수의 제 1 영구 자석을 포함한 제 1 자석열과,
    상기 제 1 자석열에 대해서 Z방향으로 인접하는 동시에, 원환상의 원주 방향에 따라서 대략 동일한 피치 간격으로 배치되고, 상기 Z방향 구동용 코일 및 상기 θz방향 구동용 코일에 대향하는 부분의 표면이 상기 제 1의 극성과는 다른 제 2의 극성을 갖는 복수의 제 2 영구 자석을 포함한 제 2 자석열을 포함하고,
    상기 제 1 자석열을 구성하는 상기 복수의 제 1 영구 자석과 상기 제 2 자석열을 구성하는 상기 복수의 제 2 영구 자석은, Z방향에서 보아서, 원주 방향에 따라서 상기 제 1 영구 자석과 상기 제 2 영구 자석이 교대로 나타나도록 배치되어 있는
    θZ 구동 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 스테이지의 외주부 근방에 원환상으로 배치되어 있는
    θZ 구동 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Z방향 구동용 코일은 서로 독립해서 전류를 공급하는 것이 가능한 3개의 코일부에 의해 구성되어 있는
    θZ 구동 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동자가 갖는 상기 영구 자석은 상기 가동자의 내측에 마련되는 내측 영구 자석과, 상기 가동자의 외측에 마련되는 외측 영구 자석을 포함하고,
    상기 고정자가 갖는 Z방향 구동용 코일은 상기 내측 영구 자석과 대향하도록 설치되는 내측 Z방향 구동용 코일과, 상기 외측 영구 자석과 대향하도록 마련되는 외측 Z방향 구동용 코일을 포함하는
    θZ 구동 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 내측 영구 자석은, 원환상의 원주 방향에 따라서 배치되어, 상기 내측 Z방향 구동용 코일에 대향하는 부분의 표면이 제 1의 극성을 갖는 제 1 영구 자석과, 상기 제 1 영구 자석에 대해서 Z방향으로 인접하는 동시에, 원환상의 원주 방향에 따라서 배치되어, 상기 내측 Z방향 구동용 코일에 대향하는 부분의 표면이 상기 제 1의 극성과는 다른 제 2의 극성을 갖는 제 2 영구 자석을 포함하고,
    상기 외측 영구 자석은, 원환상의 원주 방향에 따라서 배치되어, 상기 외측 Z방향 구동용 코일에 대향하는 부분의 표면이 제 1의 극성을 갖는 제 3 영구 자석과, 상기 제 3 영구 자석에 대해서 Z방향으로 인접하는 동시에, 원환상의 원주 방향에 따라서 배치되어, 상기 외측 Z방향 구동용 코일에 대향하는 부분의 표면이 상기 제 1의 극성과는 다른 제 2의 극성을 갖는 제 4 영구 자석을 포함하는
    θZ 구동 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 액추에이터의 고정자는, 상기 Z방향 구동용 코일에 가해서, Z방향을 회전 중심선으로 하는 θz방향으로 상기 스테이지를 회전하기 위한 θz방향 구동용 코일을 더 포함하고,
    상기 제 1 영구 자석은 복수 마련되고, 상기 복수의 제 1 영구 자석이 원환상의 원주 방향에 따라서 대략 동일한 피치 간격으로 배치되어 제 1 자석열을 구성하는 동시에, 상기 제 2 영구 자석은 복수 마련되고, 상기 복수의 제 2 영구 자석이 원환상의 원주 방향에 따라서 대략 동일한 피치 간격으로 배치되어 제 2 자석열을 구성하고,
    상기 제 1 자석열을 구성하는 상기 복수의 제 1 영구 자석과 상기 제 2 자석열을 구성하는 상기 복수의 제 2 영구 자석은, Z방향에서 보아서, 원주 방향에 따라서 상기 제 1 영구 자석과 상기 제 2 영구 자석이 교대로 나타나도록 배치되어 있는
    θZ 구동 장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 제 3 영구 자석 및 상기 제 4 영구 자석은 대략 원환상으로 형성되어 있는
    θZ 구동 장치.
  16. θZ 구동부와,
    상기 θZ 구동부를 수평면내의 X방향으로 구동하는 X방향 구동부와,
    상기 θZ 구동부를 상기 X방향과 직교하는 수평면내의 Y방향으로 구동하는 Y방향 구동부를 구비하며,
    상기 θZ 구동부는,
    베이스부와,
    상기 베이스부에 대해서 상하 방향인 Z방향 및 Z방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θz방향으로 구동되는 스테이지와,
    상기 베이스부에 대해서 상기 스테이지를 적어도 Z방향으로 구동하는 1개의 액추에이터를 구비하며,
    상기 1개의 액추에이터는, 복수의 영구 자석을 갖는 가동자와, 상기 영구 자석과 수평 방향으로 대향하도록 마련되어, 상기 스테이지를 Z방향으로 구동하기 위한 Z방향 구동용 코일을 갖는 고정자를 포함하며,
    상기 1개의 액추에이터의 Z방향 구동용 코일은 서로 독립해서 전류를 공급하는 것이 가능한 적어도 3개의 코일부로 분할되어 있는 동시에, 상기 적어도 3개의 코일부는, 상기 스테이지를, Z방향과, 수평면내의 X방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θx방향과, 상기 X방향과 직교하는 수평면내의 Y방향을 회전 중심선으로 하는 회전 방향인 θy방향으로 구동 가능하도록 배치되어 있는
    스테이지 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 Z방향 구동용 코일을 구성하는 적어도 3개의 코일부에 각각 대응하도록 마련되고, 상기 적어도 3개의 코일부에 개별적으로 전류를 공급하는 적어도 3개의 전류 공급 제어부를 더 구비하는
    스테이지 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 적어도 3개의 코일부에 각각 대응하도록 마련되고, 상기 스테이지의 상기 적어도 3개의 코일부에 대응하는 부분의 Z방향의 위치를 각각 검출하는 적어도 3개의 Z방향 위치 검출부를 더 구비하며,
    상기 적어도 3개의 전류 공급 제어부는, 각각 대응하는 상기 Z방향 위치 검출부의 위치 검출 결과에 근거하여, 대응하는 상기 코일부에 공급하는 전류를 제어하도록 구성되어 있는
    스테이지 장치.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Z방향 구동용 코일을 구성하는 상기 적어도 3개의 코일부는, 각각 Z방향에서 보아서 원호형상을 갖고 있는 동시에, 원주 방향에 따라서 서로 전기적으로 분리하도록 원형상으로 배치되어 있는
    스테이지 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 Z방향 구동용 코일을 구성하는 상기 적어도 3개의 코일부는, 각각 Z방향에서 보아서 원호형상을 갖는 동시에 3상 전력에 대응해서 마련된 적어도 3개의 요소 코일부를 Z방향으로 중첩해서 배치하는 것에 의해 구성되어 있는
    스테이지 장치.
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