WO2020031657A1 - リニアモータ機構および二軸ステージ - Google Patents

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WO2020031657A1
WO2020031657A1 PCT/JP2019/028407 JP2019028407W WO2020031657A1 WO 2020031657 A1 WO2020031657 A1 WO 2020031657A1 JP 2019028407 W JP2019028407 W JP 2019028407W WO 2020031657 A1 WO2020031657 A1 WO 2020031657A1
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WO
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coil
vacuum chamber
linear motor
motor mechanism
coil holding
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PCT/JP2019/028407
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English (en)
French (fr)
Inventor
岩出　卓
敏史 竹上
酒井　博史
和輝 石
Original Assignee
東レエンジニアリング株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors

Definitions

  • the present invention relates to a linear motor mechanism and a two-axis stage used in a vacuum chamber.
  • a scanning electron microscope SEM
  • a high magnification of about several hundred times and therefore, in order to place an observation target (work) at a position where observation is possible, a high-precision work transport device is required.
  • High positioning accuracy is required.
  • use of a linear motor mechanism has been studied as a means for achieving such high-precision positioning.
  • the linear motor mechanism uses a permanent magnet and a coil for the stator and the mover, and flows a predetermined current through the coil to act on the magnetic field formed by the permanent magnet. Thrust is generated, and the mover moves in a predetermined direction. Since the positioning accuracy of the linear motor mechanism is higher than that of a ball screw, for example, the linear motor mechanism can be suitably used as a positioning mechanism of a device requiring high-precision positioning.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a linear motor mechanism and a two-axis stage that can be used in a vacuum without causing a problem due to heat generation of a coil. .
  • the linear motor mechanism of the present invention is a linear motor mechanism in which a stator and a mover are arranged in a vacuum chamber, wherein the stator is a coil, and the mover is a magnet, Wherein the coil holding portion including the coil is fixed to the vacuum chamber, the vacuum chamber has an opening, and a part of the coil holding portion is exposed to the outside air through the opening. It is characterized by.
  • the coil holding portion is fixed to the vacuum chamber, the vacuum chamber has an opening, and a part of the coil holding portion is exposed to the outside air through the opening, so that the coil holding portion is fixed.
  • the Joule heat generated in the step (1) is transmitted through the coil holding portion and is radiated in a portion of the coil holding portion exposed to the outside air, so that it is possible to prevent the coil from being trapped. Therefore, the linear motor mechanism can be used in a vacuum without causing a heat problem.
  • the coil holding section includes a cooling path for passing a refrigerant from a portion exposed to the outside air to a position near the coil.
  • the coil located in the vacuum chamber can be cooled by the refrigerant without the refrigerant passing through the vacuum environment.
  • the coil holding portion has a substantially cylindrical hollow portion that penetrates the coil holding portion and the coil is disposed on the outer periphery, and a substantially cylindrical shaft portion having the magnet passes through the hollow portion. It is good to displace in the state where it was done.
  • the coil holding portion includes a tubular portion surrounding an outer periphery of the coil in a longitudinal direction of the coil, wherein the magnet has a smaller dimension than the coil in a longitudinal direction of the coil, and the tubular portion is inserted therethrough.
  • the coil has a through hole, which is movable in the length direction of the coil along the outer peripheral surface of the cylindrical portion, a space inside the cylindrical portion is cut off from a space in the vacuum chamber, and the vacuum It may be configured to be exposed to the outside air through the opening of the chamber.
  • the footprint of the linear motor mechanism itself can be made relatively small.
  • a biaxial stage of the present invention is a biaxial stage that transports a work in two axial directions in a vacuum chamber, and includes a work holding unit that holds the work, and a work holding unit.
  • the first transport unit and the second transport unit Are driven by a linear motor mechanism using a coil as a stator and a magnet as a mover, and the first coil holding unit including the coil of the first transfer unit and the coil of the second transfer unit.
  • a second coil holding unit to be included is fixed to the vacuum chamber, the vacuum chamber has an opening, and a part of the first coil holding unit and the second coil holding unit via the opening. Part of it is exposed to the open air It is characterized by.
  • the first coil holding unit and the second coil holding unit are fixed to the vacuum chamber, the vacuum chamber has an opening, and the first coil holding unit is connected to the first coil holding unit through the opening. Since a part and a part of the second coil holding part are exposed to the outside air, Joule heat generated in the coil is transmitted through the first coil holding part and the second coil holding part, and the first coil holding part. Since the heat is radiated in the portion of the portion exposed to the outside air and the portion of the second coil holding portion exposed to the outside air, it is possible to prevent heat from being trapped in the coil. Therefore, the two-axis stage can be used in a vacuum without causing thermal problems.
  • linear motor mechanism and the biaxial stage of the present invention can be used in a vacuum without causing a problem due to heat generation of the coil.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a biaxial stage of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a biaxial stage of the present invention.
  • FIG. 1A is a front view of the linear motor mechanism of the present invention
  • FIG. 1B is a side view.
  • the linear motor mechanism 1 has a coil 3 as a stator and a shaft section 5 having a permanent magnet as a mover.
  • a predetermined current flows through the coil 3
  • a magnetic field formed by the shaft section 5 having the permanent magnet is formed.
  • a thrust is generated, and the shaft portion 5 is displaced in a predetermined direction.
  • the direction in which the shaft portion 5 moves is the X-axis direction
  • the direction orthogonal to the X-axis direction on the horizontal plane is the Y-axis direction
  • the direction orthogonal to the X-axis direction and the Y-axis direction is the vertical direction. Called the Z-axis direction.
  • the shaft portion 5 has a substantially columnar shape, and has a form in which N poles and S poles of magnets are alternately and repeatedly arranged in the central axis direction (X-axis direction in FIG. 1) of the cylinder.
  • the coil 3 and the shaft portion 5 are arranged in a space inside the vacuum chamber 10. Then, by operating a vacuum pump (not shown), the space in the vacuum chamber 10 is reduced in pressure to be in a substantially vacuum state.
  • the coil 3 has a form included in the coil holding unit 2.
  • the coil holding portion 2 has a substantially cylindrical hollow portion penetrating the coil holding portion 2, and the axial direction of the hollow portion is the same as the axial direction (X-axis direction) of the shaft portion 5.
  • the coil 3 is arranged so as to surround the hollow portion inside the coil holding unit 2. That is, the coil 3 is arranged on the outer periphery of the hollow portion.
  • the diameter of the hollow part of the coil holding part 2 is about 2 mm larger than the diameter of the shaft part 5. Then, by arranging the shaft portion 5 so as to penetrate through the hollow portion, a form in which the coil 3 surrounds a part of the shaft portion 5 is adopted. Then, when a current flows through the coil 3 in this state, the shaft portion 5 is displaced based on the current flowing through the coil 3.
  • the coil holding portion 2 is made of a metal material having a relatively high thermal conductivity, such as an aluminum alloy or a titanium alloy. Further, the entire coil holding portion 2 has a rigid configuration, and the coil holding portion 2 is not deformed due to the displacement of the shaft portion 5.
  • the coil 3 is made of, for example, a copper wire.
  • the coil 3 is covered with a mold portion 4 made of a resin for protecting the coil 3, and the coil 3 is fixed and held inside the coil holding portion 2 together with the mold portion 4. Further, it is sealed in the coil holding part 2 so as not to come into contact with the outside air.
  • the opening 13 is provided in the outer wall of the vacuum chamber 10, and the coil holding unit 2 is arranged so as to pass through the opening 13. That is, the coil holding unit 2 has a portion located inside the vacuum chamber 10 and in contact with a substantially vacuum environment, and a portion located outside the vacuum chamber 10 and exposed to the outside air. A portion of the coil holding portion 2 exposed to the outside air has a flange shape, and an O-ring 6 is provided on the flange portion.
  • the opening 13 is formed by fixing the coil holder 2 to the vacuum chamber 10 with bolts or the like so that the O-ring 6 is crushed by sandwiching the outer wall of the vacuum chamber 10 and the flange of the coil holder 2. Also, the airtightness inside the vacuum chamber 10 is maintained.
  • the image is represented by an arrow in FIG.
  • the Joule heat generated in the coil 3 is transmitted to the coil holding unit 2 and actively diverges in a portion of the coil holding unit 2 exposed to the outside air. Therefore, it is possible to prevent heat from being trapped in the coil 3, and as a result, it is possible to use the linear motor mechanism 1 in a vacuum without causing a problem due to heat generation of the coil 3.
  • the coil 3 is a stator, and its position is fixed with respect to the vacuum chamber 10 by being held inside the coil holding unit 2, so that the power cable 11 and the cooling pipe 12 are routed in a vacuum environment. No need.
  • the coil 3 and the molding unit 4 are also sealed in the coil holding unit 2, the coil 3, the molding unit 4, the power cable 11, and the cooling pipe 12 do not come into contact with the vacuum environment. Therefore, there is no need to make the coil 3, the mold part 4, the power cable 11, and the cooling pipe 12 special specifications such as vacuum specifications. Therefore, there is no need to narrow down options for selecting the material of each member, and it is not necessary to use an expensive material.
  • the power cable 11 is guided from the outside of the vacuum chamber 10 to the inside through the coil holding portion 2, it is not necessary to provide a current introduction terminal (feedthrough) generally composed of an insulator or the like. From this point, there is an advantage in cost.
  • the coil holding portion 2 has a substantially cylindrical hollow portion that penetrates the coil holding portion 2 and has the coil 3 disposed on the outer periphery, and the substantially cylindrical shaft portion 5 includes the hollow portion. In a state where it is displaced in a state of being passed through.
  • the hollow portion of the coil holding portion 2 is kept in a vacuum state. Since the stress applied to the wall surface and the shaft portion 5 does not concentrate on a part, the deformation of the hollow portion of the coil holding portion 2 and the shaft portion 5 can be minimized.
  • the change in the relative position between the coil 3 and the magnet of the shaft portion 5 is reduced, and the two can be brought as close as possible under the condition that the coil 3 and the shaft portion 5 do not interfere with each other.
  • the thrust of the linear motor mechanism 1 when flowing through the motor can be increased as much as possible.
  • FIG. 2 shows a linear motor mechanism according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a front view of the linear motor mechanism
  • FIG. 2B is a side view
  • the same reference numerals in FIG. 2 denote constituent members having the same form as the respective constituent members shown in FIG. Attached.
  • the permanent magnet which is a mover, has a substantially rectangular parallelepiped shape like a bar 25, and the N pole of the magnet is displaced in the direction of displacement (X-axis direction in FIG. 2). It has a form in which S poles are alternately and repeatedly arranged.
  • the coil 23 has a surface facing the bar 25 and is included in the coil holding portion 22 as in the embodiment of FIG. In the present embodiment, the coil 23 has a form in which it faces only the lower surface of the bar 25, but it may have a form in which it also faces the side surface of the bar 25.
  • the coil holding part 22 penetrates through the vacuum chamber 10 and is partially exposed to the outside air.
  • the power supply cable 11 for supplying current to the coil 23 together with the coil 23 and the cooling pipe 12 for flowing the medium for cooling the coil 23 are included in the coil holding section 22, the power supply cable 11 is specially designed such as a vacuum specification. It is possible to cool the coil 23 by passing the refrigerant through the cooling pipe 12 in the coil holding part 22 without circulating the cooling pipe in a vacuum environment. it can.
  • the environment outside the coil holding unit 22 is substantially in a vacuum state.
  • the stress applied to the surface of the coil holding portion 22 facing the bar 25 may be partially deformed by the stress concentration.
  • the coil 23 and the bar 25 shown by a distance d in FIG. Must be greater than the distance between the coil 3 and the shaft 5 in the previous embodiment.
  • FIG. 3 shows a linear motor mechanism according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 (a) is a front view of the linear motor mechanism
  • FIG. 3 (b) is a side view, as viewed from aa arrow.
  • the same reference numerals in FIG. 2 denote the same components as those in FIG. 1.
  • the coil 32 has a form spirally wound around a core portion 35 such as an iron core, and extends in the length direction of the coil 32 in which the spiral extends (the X-axis direction in FIGS. 3A and 3B). ,
  • the size of the magnet 33 is smaller than the size of the coil 32.
  • the coil 32 is included in the coil holding portion 34, and the magnet 33 has a size slightly larger than the outer circumference of the cylindrical portion 341 which is a portion of the coil holding portion 34 that surrounds the coil 32 in the length direction of the coil 32.
  • the coil holding portion 34 is constituted by a cylindrical portion 341, a flange 342, and a column portion 343, and holds the coil 32 so as to block the coil 32 from a space in the vacuum chamber 10.
  • the cylindrical part 341 is a cylindrical body having openings at both ends.
  • the coil 32 is inserted into the cylindrical portion 341 from this opening, and is fixed with an adhesive or the like. Thereby, the coil 32 is surrounded by the cylindrical portion 341 in the length direction of the coil 32.
  • the coil 32 is wound around a cylindrical core 35, and the cylindrical portion 341 is cylindrical.
  • the core 35 may have a square pillar shape, and the opening of the cylindrical portion 341 may have a square shape.
  • the inner diameter of the cylindrical portion 341 is slightly larger than the winding diameter of the coil 32. In the present embodiment, the inner diameter of the cylindrical portion 341 is approximately 25 mm, while the winding diameter of the coil 32 is approximately 24 mm.
  • the thickness of the cylindrical portion 341 is as thin as about 0.3 mm, and the coil 32 and the magnet 33 are sufficiently close.
  • the tubular portion 341 is made of a non-magnetic material such as stainless steel, aluminum, or ceramic. Therefore, the influence of the interposition of the cylindrical portion 341 on the thrust generated between the coil 32 and the magnet 33 is small.
  • the diameter of the through hole 331 of the magnet 33 is about 26 mm in the present embodiment.
  • Flanges 342 are arranged near both ends of cylindrical portion 341.
  • the flange 342 has a concave portion having an inner diameter larger than the outer diameter of the cylindrical portion 341, and the end surface of the cylindrical portion 341 is pressed against the bottom surface of the concave portion so that the cylindrical portion 341 is determined at both ends of the cylindrical portion 341.
  • the position of the cylinder 341 is prevented from shifting or vibrating.
  • An O-ring is arranged between the side wall surface of the concave portion of the flange 342 and the outer peripheral surface of the cylindrical portion 341, and airtightness is provided between the side wall surface of the concave portion of the flange 342 and the outer peripheral surface of the cylindrical portion 341. Is secured.
  • a through hole having a diameter smaller than the outer diameter of the cylindrical portion 341 and penetrating to the opposite surface of the flange 342 is provided on the bottom surface of the concave portion of the flange 342.
  • the column portions 343 are provided at both ends of the cylindrical portion 341, and are in contact with and connected to the flange 342, and are in contact with and connected to the bottom surface of the vacuum chamber 10. Thereby, the entire coil holding unit 34 and the coil 32 included in the coil holding unit 34 are fixed to the vacuum chamber 10.
  • openings are provided on a surface of the column 343 facing the flange 342 and a surface of the vacuum chamber 10 facing the bottom, respectively, and a through hole communicating the openings is provided inside the column 343. .
  • An opening 13 is provided in a portion of the metal plate forming the bottom surface of the vacuum chamber 10 facing the column 343, and the opening of the vacuum chamber 10 is provided through the through hole of the column 343 and the through hole of the flange 342. 13 and the space inside the cylindrical portion 341 communicate with each other. That is, the space inside the cylindrical portion 341 which is a part of the coil holding portion 34, the through hole of the flange 342, and the through hole of the column portion 343 are exposed to the outside air through the opening 13 of the vacuum chamber 10, In addition, it is shielded from the space inside the vacuum chamber 10.
  • the column 343 and the flange 342, and the column 343 and the vacuum chamber 10 are connected to each other with an O-ring therebetween, so that airtightness is ensured.
  • the space inside the cylindrical portion 341, the through hole of the flange 342, and the through hole of the column portion 343 are exposed to the outside air, and the inside of the vacuum chamber 10 is depressurized by disposing the coil 32 there. At this time, the pressure around the coil 32 is maintained at the atmospheric pressure. Further, the power supply cable 11 for supplying power to the coil 32 and the cooling pipe 12 for cooling the core 35 can be drawn out of the vacuum chamber 10 without passing through a vacuum environment. Therefore, it is not necessary to make the coil 32, the power cable 11 and the cooling pipe 12 special specifications such as a vacuum specification. Therefore, there is no need to narrow down options for selecting the material of each member, and it is not necessary to use an expensive material. Further, the heat generated from the coil 32 that could not be reduced by the cooling pipe 12 can be released to the outside of the vacuum chamber 10 via the atmospheric pressure environment.
  • the footprint of the linear motor mechanism itself required to secure a predetermined stroke can be reduced as compared with the form in which the shaft-shaped magnet is displaced.
  • FIG. 4 is a perspective view of the biaxial stage
  • FIG. 5A is a front view of the biaxial stage
  • FIG. 5B is a side view of the biaxial stage.
  • the biaxial stage 100 has a work holding unit 102, and the work held by the work holding unit 102 is displaced in two axial directions (X-axis direction and Y-axis direction) to move the work on the XY plane. To any position. As described above, in order to displace the work holding unit 2 in the X-axis direction and the Y-axis direction, the first transport unit 110 and the work holding unit 102 for displacing the work holding unit 102 in the X-axis direction are moved in the Y-axis direction. A second transport unit 120 for displacing is provided, and a linear motor mechanism 1 as shown in FIG. 1 is used as the first transport unit 110 and the second transport unit 120.
  • the first transport unit 110 includes a coil arranged in a substantially cylindrical shape, and has a rigid first coil holding unit 112 having a substantially cylindrical hollow portion located inside a range where the coil is arranged, and It has a substantially cylindrical shaft portion 115 having a permanent magnet, and is disposed in the vacuum chamber 101 so that the shaft portion 115 passes through the hollow portion of the first coil holding portion 112 and is parallel to the X-axis direction. .
  • the first coil holding unit 112 is bolted to the vacuum chamber 101 so as to penetrate the vacuum chamber 101 and crush the O-ring 116 between the first coil holding unit 112 and the vacuum chamber 101. I have. Thereby, the first coil holding unit 112 and the coil therein are fixed to the vacuum chamber 101, and a part of the first coil holding unit 112 is exposed to the outside air.
  • the biaxial stage 100 includes a substantially flat Y table 103 having a rail 105 extending in the Y axis direction on the upper surface for guiding the movement of the work holding unit 102 in the Y axis direction.
  • the first transport section 110 is attached to both ends in the axial direction via brackets 117 provided at both ends of the shaft section 115, respectively.
  • the two first transport units 110 attached to both ends of the Y table 103 in the Y-axis direction are driven in synchronization with each other. That is, the first transport units 110 are driven so as to have the same speed and the same movement amount.
  • the rail 105 has two grooves extending vertically in two directions (the X-axis direction and the Y-axis direction), and one groove of a two-axis slide block 107 serving as a slider in the two directions passes through. Have been.
  • the work holding unit 102 is fixed to the biaxial slide block 107 via a bracket 108.
  • the second transport section 120 includes a coil disposed in a substantially cylindrical shape, and has a rigid second coil holding section 122 having a substantially cylindrical hollow portion located inside a range where the coil is disposed, and It has a substantially cylindrical shaft portion 125 having a permanent magnet, and is disposed in the vacuum chamber 101 so that the shaft portion 125 passes through the hollow portion of the second coil holding portion 122 and is parallel to the Y-axis direction. .
  • the second coil holding part 122 is bolted to the vacuum chamber 101 so as to penetrate the vacuum chamber 101 and crush the O-ring 116 between the second coil holding part 122 and the vacuum chamber 101. I have. Thereby, the second coil holding part 122 and the coil therein are fixed to the vacuum chamber 101, and a part of the second coil holding part 122 is exposed to the outside air.
  • the biaxial stage 100 includes a substantially flat X table 104 having a rail 106 extending in the X axis direction on its lower surface for guiding the movement of the work holding unit 102 in the X axis direction.
  • the second transport section 120 is attached to both ends in the axial direction via brackets 127 provided at both ends of the shaft section 125, respectively.
  • the two first transport units 120 attached to both ends of the X table 104 in the X-axis direction are driven in synchronization with each other. That is, each second transport unit 120 is driven so as to have the same speed and the same movement amount.
  • the other groove of the biaxial slide block 107 passes through the rail 106.
  • the work holding unit 102 is fixed to the biaxial slide block 107 via the bracket 108.
  • the work holding unit 102 is located above the X table 104, and the biaxial slide block 107 is Since the bracket 108 is located below the X table 104, the bracket 108 serves to connect the work holder 102 and the biaxial slide block 107 located above and below the Y table while avoiding interference with the X table 104.
  • both the first transfer unit 110 and the second transfer unit 120 use the first coil holding unit 112 and the second coil holding unit 122 each including a coil serving as a stator.
  • the work holding unit 102 can move in the X-axis direction and the Y-axis direction without being displaced with respect to the chamber 101. Therefore, both the first coil holding unit 112 and the second coil holding unit 122 can be configured to be exposed to the outside air through the opening of the vacuum chamber 101 as described above, and the heat generated from the coil can be obtained. Can escape to the outside of the vacuum chamber 101.
  • the coil located in the vacuum chamber 101 can be cooled using a fluid refrigerant.
  • a power supply cable for supplying a current to the coil of the upper shaft is routed in the vacuum chamber. Therefore, special measures are required, such as making the power cable for the transfer stage of the upper shaft at least a vacuum specification.
  • the two-axis stage having the above configuration does not require a vacuum specification for the power cable for all the linear motor mechanisms, and at the same time, takes measures against heat generation from the coils for all the linear motor mechanisms. It is possible.
  • control mechanism of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be another embodiment within the scope of the present invention.
  • the biaxial stage moves the work holding unit in the XY directions, but is not limited to this, and may be in the XZ direction, the YZ direction, or the like. Further, the two directions for moving the work holding unit need not necessarily be orthogonal.
  • the coil holder penetrates the opening of the vacuum chamber, and a part of the coil holder is completely located outside the vacuum chamber.
  • the present invention is not limited to this.
  • the vacuum chamber may have an opening at a position where the coil holding unit is disposed, and a part of the coil holding unit may be seen from the outside of the vacuum chamber through the opening.

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Abstract

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。具体的には、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。

Description

リニアモータ機構および二軸ステージ
　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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