(57)【要約】【課題】半導体製造装置などで使用される基板を位置決めするθＺ駆動装置を小型にすることを課題とする。【解決手段】ベース６に立設する円筒状のフレーム１７と、フレーム１７の内面に設けられてテーブル１をＺ方向とθ方向に駆動するθＺアクチュエータ１５と、テーブル１がＺ方向へ昇降可能となるよう支持する昇降支持部７と、テーブル１がθ方向へ回転可能となるよう支持する回転支持部４と、テーブル１の昇降位置および回転位置を取得するための位置検出部３１と、を備え、昇降支持部７と回転支持部４と位置検出部３１のすべてが、θＺアクチュエータ１５の内側にあって、かつθＺアクチュエータ１５のＺ方向の高さにほぼ収まるよう配置されるよう構成した。【選択図】図３
2011119320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに対して可動するテーブルが、鉛直なＺ方向への昇降と、前記Ｚ方向を回転中心軸とするθ方向への回転と、の２方向への動作が可能なθＺ駆動装置において、
前記ベースに立設する円筒状のフレームと、
前記フレームの内面に設けられて前記テーブルを前記Ｚ方向と前記θ方向に駆動するθＺアクチュエータと、
前記テーブルが前記Ｚ方向へ昇降可能となるよう支持する昇降支持部と、
前記テーブルが前記θ方向へ回転可能となるよう支持する回転支持部と、
前記テーブルの昇降位置および回転位置を取得するための位置検出部と、を備え、
前記昇降支持部と前記回転支持部と前記位置検出部のすべてが、前記θＺアクチュエータの内側にあって、かつ前記θＺアクチュエータの前記Ｚ方向の高さにほぼ収まるよう配置されたことを特徴とするθＺ駆動装置。
【請求項２】
前記θＺアクチュエータが、前記テーブルの外周面に固定されたマグネット部と、前記フレームの内面に固定された固定子と、からなって、前記θＺ駆動装置の最外周部に配置され、前記マグネット部の内側に前記昇降支持部と前記回転支持部と前記位置検出部とが位置するよう配置されたことを特徴とする請求項１記載のθＺ駆動装置。
【請求項３】
前記テーブルは、昇降テーブル部と回転テーブル部とからなり、
前記昇降テーブル部が前記昇降支持部によって昇降自在に支持され、
前記回転テーブル部が前記昇降テーブル部の周囲に保持された前記回転支持部によって回転可能に支持されるとともに、前記回転支持部とほぼ同じ高さになるようその外周面に前記マグネット部を備え、
前記θＺアクチュエータの作用によって回転するときは前記回転テーブル部のみが回転し、昇降するときは前記回転テーブルと前記昇降テーブルとが一体となって昇降することを特徴とする請求項２記載のθＺ駆動装置。
【請求項４】
前記昇降支持部は、第１昇降支持部と第２昇降支持部とからなり、
前記第１昇降支持部は、前記昇降テーブルの中央で前記昇降テーブルを支持し、
前記第２昇降支持部は、前記昇降テーブルの周囲を複数個所で支持することを特徴とする請求項３記載のθＺ駆動装置。
【請求項５】
前記第１或いは第２の昇降支持部のいずれか一方のみで前記昇降テーブルが支持されるよう構成されたことを特徴とする請求項４記載のθＺ駆動装置。
【請求項６】
前記θＺアクチュエータの前記固定子は、前記フレームの内側に固定されたコアと、前記コアの内側に固定されたθ軸コイルと、前記θ軸コイルの内側に固定されたＺ軸コイルと、からなり、
前記θＺアクチュエータの前記マグネット部は、前記回転テーブル部の外周面に固定されたヨークと、前記ヨークの表面に固定されて前記Ｚ軸コイルと一定の隙間を介して対向するよう配置されたマグネットと、からなり、
前記マグネットが、前記ヨークにおいて前記Ｚ方向の上段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチで配設された第１のマグネットと、前記ヨークにおいて前記Ｚ方向の下段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチであって、かつ前記第１のマグネットの磁極とは異極になるよう配設された第２のマグネットと、からなることを特徴とする請求項２記載のθＺ駆動装置。
【請求項７】
一端が前記ベースに支持され、他端が前記昇降テーブルに作用して、前記テーブルを含む昇降部分の前記Ｚ方向の自重を支える自重補償バネを備えたことを特徴とする請求項３記載のθＺ駆動装置。
【請求項８】
前記自重補償バネには、前記自重補償バネの長さを調節するバネ調整機構が備えられたことを特徴とする請求項７記載のθＺ駆動装置。
【請求項９】
前記フレームに、少なくとも１箇所の排気穴が設けられ、前記ベースと前記テーブルと前記フレームとで囲まれた略閉鎖空間内を前記排気穴から排気するよう構成されたことを特徴とする請求項１記載のθＺ駆動装置。
【請求項１０】
請求項１記載のθＺ駆動装置と、前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と垂直なＹ方向に駆動するＹ駆動装置と、前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と前記Ｙ方向とに垂直なＸ方向に駆動するＸ駆動装置と、を備えたことを特徴とするＸＹθＺステージ。
【請求項１１】
請求項１記載のθＺ駆動装置と、
前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と垂直なＹ方向に駆動するＹ駆動装置と、前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と前記Ｙ方向とに垂直なＸ方向に駆動するＸ駆動装置と、を備えたＸＹθＺステージと、
前記θＺ駆動装置の前記テーブルに保持された基板を検査する検査機構と、
を備えたことを特徴とする半導体の検査装置。
【請求項１２】
請求項１記載のθＺ駆動装置と、
前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と垂直なＹ方向に駆動するＹ駆動装置と、前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と前記Ｙ方向とに垂直なＸ方向に駆動するＸ駆動装置と、を備えたＸＹθＺステージと、
前記θＺ駆動装置の前記テーブルに保持された基板に対して露光を行なう露光機構と、
を備えたことを特徴とする半導体の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体露光装置や半導体検査装置に使用される装置であって、基板をＺ方向およびθ方向に位置決めするθＺ駆動装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の分野では基板（ウェハ、液晶ガラス、マスクなど）などを精密に位置決めするために種々の装置が使われている。その装置の中には露光装置や検査装置などに設けられた光学系の機器に対して、基板を鉛直Ｚ方向およびそのＺ軸まわりの回転θ方向に位置決めさせるθＺ駆動装置がある。θＺ駆動装置に求められる基板の位置決め精度は数ｎｍというレベルを要求されている。この位置決め精度は半導体の微細化に伴い、今後さらなる高精度化を要求されている。この高精度位置決めを実現する従来の技術として、例えば特許文献１のような技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７６５９号公報（第７頁、図１，図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような従来のθＺ駆動装置では、基板保持部を駆動するＺ軸アクチュエータとθ軸アクチュエータが別体になっており、それらが可動部の周囲に配置されているだけなので、θＺ駆動装置が大型化してしまうという問題があった。特に、θＺ駆動装置のＺ方向の高さが高くなってしまい、例えば、θＺ駆動装置を特許文献１のように、いわゆるＸＹステージに搭載すると、これらの装置全体の高さが高くなってしまうという問題がある。
また、従来のθＺ駆動装置は、基板を保持する基板保持部をＺ方向に駆動させるためのＺ軸アクチュエータが板状のマグネットの間に板状のコイルが空隙をもって挿入されているので、基板保持部材がθ方向に回転するときには、マグネットがこの隙間内で移動できる範囲でしか回転できず、θ方向の動作範囲が制限されるという問題があった。つまり、θ方向の回転は微小な範囲でしかできず、基板を様々な方向から検査する場合などに支障をきたしていた。
また、基板保持部をＺ方向に案内する昇降支持部にエアースライダーが使用されており、この場合、θＺ駆動装置の固定側と可動側との間に必ず数μｍ以上の空気層が必要となるため、基板保持部が振動しやすく、基板保持部のＺ方向の位置決め精度が悪化するという問題が発生する。
また、従来のθＺ駆動装置では、可動部の重量のすべてをＺ軸アクチュエータが支持しているので、可動部を駆動するＺ軸アクチュエータが大型化してしまうという問題があった。
また、従来のθＺ駆動装置では、可動部の回転支持部や昇降支持部から発生したパーティクルが基板を汚染するおそれがある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、θ方向の動作範囲を大きくするとともに、Ｚ方向の位置決め精度を向上させ、θＺ駆動装置を小型にすることを目的とする。また、θＺ装置内部から発生したパーティクルによる基板の汚染を防ぐことができるθＺ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明では、次のように構成した。
すなわち、ベースに対して可動するテーブルが、鉛直なＺ方向への昇降と、前記Ｚ方向を回転中心軸とするθ方向への回転と、の２方向への動作が可能なθＺ駆動装置において、前記ベースに立設する円筒状のフレームと、前記フレームの内面に設けられて前記テーブルを前記Ｚ方向と前記θ方向に駆動するθＺアクチュエータと、前記テーブルが前記Ｚ方向へ昇降可能となるよう支持する昇降支持部と、前記テーブルが前記θ方向へ回転可能となるよう支持する回転支持部と、前記テーブルの昇降位置および回転位置を取得するための位置検出部と、を備え、前記昇降支持部と前記回転支持部と前記位置検出部のすべてが、前記θＺアクチュエータの内側にあって、かつ前記θＺアクチュエータの前記Ｚ方向の高さにほぼ収まるよう配置したθＺ駆動装置とした。
また、前記θＺアクチュエータが、前記テーブルの外周面に固定されたマグネット部と、前記フレームの内面に固定された固定子と、からなって、前記θＺ駆動装置の最外周部に配置され、前記マグネット部の内側に前記昇降支持部と前記回転支持部と前記位置検出部とが位置するよう配置した。
また、前記テーブルは、昇降テーブル部と回転テーブル部とからなり、前記昇降テーブル部が前記昇降支持部によって昇降自在に支持され、前記回転テーブル部が前記昇降テーブル部の周囲に保持された前記回転支持部によって回転可能に支持されるとともに、前記回転支持部とほぼ同じ高さになるようその外周面に前記マグネット部を備え、前記θＺアクチュエータの作用によって回転するときは前記回転テーブル部のみが回転し、昇降するときは前記回転テーブルと前記昇降テーブルとが一体となって昇降するようにした。
また、前記昇降支持部は、第１昇降支持部と第２昇降支持部とからなり、前記第１昇降支持部は、前記昇降テーブルの中央で前記昇降テーブルを支持し、前記第２昇降支持部は、前記昇降テーブルの周囲を複数個所で支持するようにした。
また、前記第１或いは第２の昇降支持部のいずれか一方のみで前記昇降テーブルが支持されるよう構成した。
また、前記θＺアクチュエータの前記固定子は、前記フレームの内側に固定されたコアと、前記コアの内側に固定されたθ軸コイルと、前記θ軸コイルの内側に固定されたＺ軸コイルと、からなり、前記θＺアクチュエータの前記マグネット部は、前記回転テーブル部の外周面に固定されたヨークと、前記ヨークの表面に固定されて前記Ｚ軸コイルと一定の隙間を介して対向するよう配置されたマグネットと、からなり、前記マグネットが、前記ヨークにおいて前記Ｚ方向の上段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチで配設された第１のマグネットと、前記ヨークにおいて前記Ｚ方向の下段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチであって、かつ前記第１のマグネットの磁極とは異極になるよう配設された第２のマグネットと、からなるよう構成した。
また、一端が前記ベースに支持され、他端が前記昇降テーブルに作用して、前記テーブルを含む昇降部分の前記Ｚ方向の自重を支える自重補償バネを備えるよう構成した。
また、前記自重補償バネには、前記自重補償バネの長さを調節するバネ調整機構を備えた。
また、前記フレームに、少なくとも１箇所の排気穴が設けられ、前記ベースと前記テーブルと前記フレームとで囲まれた略閉鎖空間内を前記排気穴から排気するよう構成した。
また、θＺ駆動装置と、前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と垂直なＹ方向に駆動するＹ駆動装置と、前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と前記Ｙ方向とに垂直なＸ方向に駆動するＸ駆動装置と、を備えたＸＹθＺステージを構成した。
また、θＺ駆動装置と、前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と垂直なＹ方向に駆動するＹ駆動装置と、前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と前記Ｙ方向とに垂直なＸ方向に駆動するＸ駆動装置と、を備えたＸＹθＺステージと、前記θＺ駆動装置の前記テーブルに保持された基板を検査する検査機構と、を備えた半導体の検査装置を構成した。
また、θＺ駆動装置と、前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と垂直なＹ方向に駆動するＹ駆動装置と、前記θＺ駆動装置を前記Ｚ方向と前記Ｙ方向とに垂直なＸ方向に駆動するＸ駆動装置と、を備えたＸＹθＺステージと、前記θＺ駆動装置の前記テーブルに保持された基板に対して露光を行なう露光機構と、を備えた半導体の露光装置を構成した。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、θＺ駆動装置において、昇降支持部と回転支持部と位置検出部のすべてが、θＺアクチュエータの内側にあってかつθＺアクチュエータのＺ方向の高さにほぼ収まるよう配置したので、θＺ駆動装置が小型になる。また、Ｚ方向の高さが低くなる。
また、θＺアクチュエータが、θＺ駆動装置の最外周部に配置され、θＺアクチュエータのマグネット部の内側に昇降支持部と回転支持部と位置検出部とが位置するよう配置したので、θＺアクチュエータの電磁力を大きく確保しつつも、θＺ駆動装置を小型化できる。
また、テーブルは、昇降テーブル部と回転テーブル部とからなり、昇降テーブル部が昇降支持部によって昇降自在に支持され、回転テーブル部が昇降テーブル部の周囲に保持された回転支持部によって回転可能に支持されるとともに、回転支持部とほぼ同じ高さになるようその外周面に前記マグネット部を備え、θＺアクチュエータの作用によって回転するときは回転テーブル部のみが回転し、昇降するときは回転テーブルと昇降テーブルとが一体となって昇降するよう構成したので、Ｚ方向とθ方向の２方向の移動が可能なテーブルであっても小型化することができる。
また、昇降支持部は、第１昇降支持部と第２昇降支持部とからなり、第１昇降支持部は、昇降テーブルの中央で昇降テーブルを支持し、第２昇降支持部は、昇降テーブルの周囲を複数個所で支持するので、テーブルのＺ方向の精密な案内が可能になるとともに、特に、第２昇降支持部は、昇降テーブル中心から遠い位置に配設されることになるので、テーブルがθ方向に回転することを剛性高く抑制することができる。よって、テーブルのθ方向の位置決め精度を向上することができる。
また、第１或いは第２の昇降支持部のいずれか一方のみで昇降テーブルを支持するようにすれば、さらなる小型化やコストダウンが期待できる。
また、θＺアクチュエータの固定子は、フレームの内側に固定されたコアと、コアの内側に固定されたθ軸コイルと、θ軸コイルの内側に固定されたＺ軸コイルと、からなり、θＺアクチュエータのマグネット部は、回転テーブル部の外周面に固定されたヨークと、ヨークの表面に固定されてＺ軸コイルと一定の隙間を介して対向するよう配置されたマグネットと、からなり、マグネットが、ヨークにおいてＺ方向の上段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチで配設された第１のマグネットと、ヨークにおいてＺ方向の下段にその表面の磁極が全て同極になるよう等ピッチであって、かつ第１のマグネットの磁極とは異極になるよう配設された第２のマグネットと、からなるよう構成したので、θ軸コイルの内側にＺ軸コイルを配置し、マグネットとヨークおよびコアをＺ軸とθ軸とで共用することになり、また、θとＺの２軸のアクチュエータを一体化することになるので、θＺ駆動装置を小型にすることができる。また、コイルが配設されたヨークと、マグネットが配設されたヨークと、がともに円筒形状であるので、テーブルをθ方向に無限に回転することが可能になる。
また、一端がベースに支持され、他端が昇降テーブルに作用して、テーブルのＺ方向の自重を支える自重補償バネを備えたので、θＺアクチュエータは昇降するテーブルなどの自重を支持するための推力を発生する必要がなく、テーブルを駆動するときに必要な加速度を与える推力だけ発生すればよいので、θＺアクチュエータを小型にできる。
また、自重補償バネには、前記自重補償バネの長さを調節するバネ調整機構が備えられたので、テーブルの自重と自重補償バネの反発力が釣り合う位置を調整でき、最も動作頻度の高い位置に釣り合い位置を調整することで、θＺアクチュエータが平均して発生する推力を最小にすることが可能になり、θＺアクチュエータを小型にすることができる。
また、フレームに、少なくとも１箇所の排気穴が設けられ、ベースとテーブルとフレームとで囲まれた略閉鎖空間内を排気穴から排気するよう構成したので、フレームに接続された継手に排気装置からの配管を接続することで、θＺ駆動装置内部を負圧にすることができ、昇降支持部や回転支持部のベアリングやリニアガイドで発生したパーティクルの外部への流出を防ぐことができる。また、そのパーティクルを、テーブルが保持した基板に付着させることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明を適用したθＺ駆動装置の一実施例の側断面図
【図２】図１とは異なる箇所での側断面図
【図３】図１の斜視図
【図４】自重補償バネと、第２の昇降支持部を説明する斜視図
【図５】第１の昇降支持部が無い場合を示す側断面図
【図６】θＺアクチュエータを説明する側断面図
【図７】θＺアクチュエータを説明する上面図
【図８】θＺアクチュエータのコイルとマグネットのみの全体斜視図
【図９】θＺ駆動装置を適用したＸＹθＺステージの全体斜視図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明を適用したθＺ駆動装置の一実施例を示す側断面図である。図２は同じく側断面図であるが、図１とは異なる部分の断面を示している。図３は図１の斜視図である。ここでは重力に沿った方向をＺ方向とし、そのＺ方向を中心軸として回転する方向をθ方向とする。また、Ｚ方向とは垂直な平面の２方向をＸ方向、Ｙ方向とし、Ｘ方向とＹ方向は垂直とする。
図１乃至３において、θＺ駆動装置は、概ね、ベース６と、それに立設するよう下端が固定された円筒状のフレーム１７と、フレーム１７の内周面に位置するθＺアクチュエータ１５と、そのθＺアクチュエータ１５によってθ方向への回転とＺ方向への昇降とが駆動されるテーブル１と、から構成されている。テーブル１の上面はフレーム１７の上端から露出するように構成されている。また、θＺアクチュエータ１５の内側に配置された昇降支持部７と回転支持部４とがテーブル１を支持しており、テーブル１の一部には位置検出部３１も配置されている。以下、各部の詳細な構成を説明する。
【００１０】
まず、テーブル１を回転および昇降させるθＺアクチュエータ１５について説明する。図６はθＺアクチュエータ１５の詳細な側断面図で、図７はθＺアクチュエータ１５の詳細な上面図の一部である。また、図８はθＺアクチュエータ１５のコイルとマグネット部のみの斜視図である。図８では、理解しやすくするため、コイルとマグネットはＺ方向にずらした状態を示している。
まず、図６乃至８を参照して、θＺアクチュエータ１５の固定子３２側について説明する。円筒状のコア１６は電磁鋼板を積層して形成されており、これが、同じく円筒形状でベース６の上面に固定されたフレーム１７の内面に勘合されて固定されている。
コア１６の内面にはθ軸コイル１９が複数個等間隔で固定されている。θ軸コイル１９は、図７に示すように、θ−Ｕ相コイル１９ａ，θ−Ｗ相コイル１９ｃ，θ−Ｖ相コイル１９ｂという順序で配列されている。そのため、θ軸コイル１９の総数は３の倍数になる。
Ｚ方向から見て円形状に巻かれたＺ軸コイル１８は、Ｚ方向に積み重ねられるようにして、上記で説明したθ軸コイル１９の内面に固定されている。Ｚ軸コイル１８は、図６に示すように、下からＺ−Ｕ＋相コイル１８ａ，Ｚ−Ｗ−相コイル１８ｂ,Ｚ−Ｖ＋相コイル１８ｃ・・・という順序で固定されている。ここで、例えばＺ−Ｕ＋相コイル１８ａとＺ−Ｕ−相コイル１８ｄとでは、流れる電流の大きさは同じであるが、流れる方向が逆であることを示す。
なお、コア１６とθ軸コイル１９との間、θ軸コイル１９とＺ軸コイル１８との間、にはそれぞれ図示しない絶縁紙が挟まれている。
【００１１】
次に、θＺアクチュエータ１５のマグネット部３３について説明する。マグネット部３３はテーブル１の最外周部で下垂するように形成された円筒面１ａａ（図１参照）に装着されている。円筒面１ａａにはヨーク２０が装着されている。ヨーク２０の周囲にマグネット２１が貼り付けられている。
図８が示すように、ヨーク２０は円筒形状であり、その外周にＺ方向上下２段に分かれてマグネット２１が配列されている。マグネット２１は、その厚み方向、すなわちヨーク２０の半径方向に着磁されている。上段の第１マグネット２１ａらは、その露出表面がＳ極になるよう着磁され、それぞれ等ピッチで配列されている。一方、下段の第２マグネット２１ｂらは、上段の第１マグネット２１ａらとは逆に、その露出表面がＮ極になるよう着磁され、上段の第１マグネット２１ａらと同じピッチではあるが、上段とは半ピッチずれた位置に配列されている。
【００１２】
次に、θＺアクチュエータ１５がテーブル１をＺ方向に駆動する原理を説明する。図６において、下段の第２マグネット２１から放出された磁力線は、Ｚ軸コイル１８、θ軸コイル１９を貫通し、コア１６内を通って上段の第１マグネット２１に戻り、ヨーク２０内から下段の第２マグネット２１に戻る、というループを形成する。このように磁力線がＺ軸コイル１８に鎖交しているので、図示しないドライバ（電流供給装置）により、Ｕ−Ｖ−Ｗ相の三相電流を、マグネット２１のＺ方向の位置に応じて適切な位相で流すことにより、テーブル１をＺ方向に駆動することができる。
【００１３】
次に、θＺアクチュエータ１５によりテーブル１をθ方向に駆動する原理を説明する。図７に、上から見たマグネット２１が形成する磁力線を示す。Ｚ軸コイル１８と同様にθ軸コイル１９にも鎖交して磁力線が形成されている。ここで、図示しないドライバでθ軸コイル１９にマグネット２１の角度に応じて適切な位相で三相電流を流すことで、テーブル１をθ方向に駆動することができる。
【００１４】
以上のように、θＺアクチュエータ１５はテーブル１の最外周部に位置するため、θ軸コイル、Ｚ軸コイル、およびマグネットを多数配置でき、テーブル１に対して大きな電磁力を発生することができる構造になっている。一方、θ方向とＺ方向の２軸のコイルおよびマグネットをそれぞれ一体化することになるので、θＺアクチュエータ１５を小型にすることができる。また、コイルが配設されたヨークと、マグネットが配設されたヨークと、がともに円筒形状であるので、テーブル１をθ方向に無限に回転することが可能になる。
【００１５】
次に、図１乃至３を参照してテーブル１の詳細な構成について説明する。テーブル１は、昇降テーブル部１ｂと回転テーブル部１ａとからなる。回転テーブル１ａの上面はフレーム１７の上端付近で外部に露出している。図示しないが、回転テーブル１ａの上面には基板を保持する機構などが装着される。回転テーブル１ａの最外周部には、上述したマグネット部３３を保持するための円筒面１ａａが下垂している。また、この円筒面１ａａのさらに内側にも円筒面１ａｂが下垂しており、この円筒面１ａｂの内周が回転支持部４によって支持されている。本実施例では回転支持部４はベアリング３になっている。これによって回転テーブル１ａはθ方向に回転可能である。そして、回転テーブル１ａは、上述したθＺアクチュエータ１５の電磁力によって回転する。なお、回転支持部４は、Ｚ方向においてマグネット部３３とほぼ同じ高さになるよう位置している。これにより、θＺアクチュエータ１５の電磁力が回転テーブル１ａに作用しても、回転支持部４に過大なモーメントがかかることがない。
【００１６】
上記の回転支持部４を保持しているのが昇降テーブル１ｂである。昇降テーブル１ｂの周囲に回転支持部４が保持されている。昇降テーブル１ｂは、θ方向の回転中心の位置で第１昇降支持部７ａによって昇降可能に支持されている。本実施例では第１昇降支持部７ａはスプライン２６とスプラインシャフト２５とから構成されている。スプライン２６はベース６に固定されたスプラインシャフト２５に昇降自在に勘合している。スプライン２６が昇降テーブル１ｂに締結されている。
さらに昇降テーブル１ｂは、回転支持部４を保持している部分からさらに下垂して外側に延び、さらに上方向に延びた部分で第２昇降支持部７ｂによって支持されている。つまり、第２昇降支持部７ｂは、回転支持部４の外側であってθＺアクチュエータ１５の内側に位置して昇降テーブル１ｂを支持している。本実施例では第２昇降支持部７ｂはリニアガイド５が使用されている。第２昇降支持部７ｂは昇降テーブル１ｂの周囲の側面の複数個所に備えられている。本実施例ではリニアガイド５が３箇所設けられている。第２昇降支持部７ｂは下端がベース６に固定されていて、昇降テーブル１ｂを昇降可能に支持している。
第１昇降支持部７ａや第２昇降支持部７ｂは、回転支持部４と同様に、θＺアクチュエータ１５の内側に位置しており、θＺアクチュエータ１５のＺ方向の高さにほぼ収まる位置に配置されている。
第１昇降支持部７ａと第２昇降支持部７ｂ、すなわちリニアガイド５とスプライン２６は、ともに昇降テーブル１ｂをＺ方向に案内支持すると同時に、昇降テーブル１ｂがθ方向に回転することを抑制する機能を持つ。従って、θＺアクチュエータ１５の作用によってテーブル１が回転するときは回転テーブル１ａのみが回転し、昇降するときは回転テーブル１ａと昇降テーブル１ｂとが一体となって昇降する。
【００１７】
ここで、第１昇降支持部７ａと第２昇降支持部７ｂ、つまり本実施例において、リニアガイド５とスプライン２６の両方を備えた理由を以下に説明する。図５は、θＺ駆動装置において、スプライン２６を取り除いた構造を示す図である。この場合であってもリニアガイド５により、昇降テーブル１ｂは、昇降自在に支持されると同時にθ方向への回転を抑制される。
しかしながらこの構造の場合、図５のように、いわゆるリニアガイド５の機械的なガタによって、テーブル１の左側が下側に、テーブル１の右側が上側に、それぞれサブミクロンレベルの量で微小に移動することが予想される。この微小な移動はテーブル１が図５に示す矢印のように鉛直軸周りに微振動する原因になる。この微振動はテーブル１のＺ軸方向の位置決め精度に影響する。
そこで、本実施例のようにスプライン２６を備えることで、図面鉛直軸周りの振動動作を抑制することができる。上記のようにリニアガイド５とスプライン２６は、ともに昇降テーブル１ｂがθ方向に回転することを抑制する機能を持つが、本実施例のように昇降テーブル１ｂの最外径部すなわちテーブル１の回転中心から比較的遠い位置にリニアガイド５が配設されることで、昇降テーブル１ｂがθ方向に回転することを剛性高く抑制することができる。よって、テーブル１のθ方向の位置決め精度を向上することができる。
以上のような理由によれば、スプライン２６はθ方向の抑制機能を持たない、例えばボールブッシングなどに置き換えてもよい。つまり、昇降テーブル１ｂがθ方向に回転することを比較的高い剛性で抑制できるリニアガイドのみでθ方向の回転の抑制を行なってもよい。また、Ｚ方向およびθ方向に対してそれほど高精度な位置決め精度が要求されない用途においては、第１昇降支持部７ａまたは第２昇降支持部７ｂ、つまりリニアガイド５またはスプライン２６のどちらか一方をなくしてもよい。
【００１８】
次に、θＺ駆動装置の位置検出部３１の構成について図１および図２を参照して説明する。位置検出部３１はテーブル１のθ方向の位置とＺ方向の位置とを検出する。上述したように、θＺアクチュエータ１５の作用によってテーブル１が回転するときは回転テーブル１ａのみが回転し、昇降するときは回転テーブル１ａと昇降テーブル１ｂとが一体となって昇降するので、位置検出部３１は、Ｚ方向の検出は昇降テーブル１ｂの位置を、θ方向の検出は回転テーブル１ａの位置を検出する必要がある。従って具体的には、本実施例の位置検出部３１は以下のように構成にしている。
まず、図２がよく示すように、テーブル１のＺ方向の位置を検出するため、昇降テーブル１ｂの最外周の一部、つまり、上述したリニアガイド５が装着されている面と同じ面に固定されたリニアスケール１１と、このリニアスケール１１に対向して配置されたリニアスケールヘッド１２とが備えられている。リニアスケールヘッド１２は、ベース６の上面に固定された部品によって取り付けられている。テーブル１がＺ方向に昇降する時には、リニアスケールヘッド１２に対するリニアスケール１１の相対的な位置を検出することで、テーブル１のＺ方向の位置と速度を検出することができる。この検出には、光学式、磁気式などの原理のものが利用できる。
一方、図１がよく示すように、テーブル１のθ方向の位置を検出するため、回転テーブル１ａの円筒面１ａｂの外周部にエンコーダディスク１３が取り付けられており、このエンコーダディスク１３に対向するようにエンコーダヘッド１４が備えられている。エンコーダヘッド１４は、昇降テーブル１ｂの最外周付近、つまり、上述したリニアガイド５が装着されている面のあたりに取り付けられている。テーブル１つまり回転テーブル１ａがθ方向に回転する時には、エンコーダヘッド１４に対するエンコーダディスク１３の相対的な位置を検出することでテーブル１のθ方向の位置と速度を検出することができる。この検出にはＺ方向と同様に、光学式、磁気式などの原理のものが利用できる。
【００１９】
次に、θＺ駆動装置の自重補償バネについて説明する。以下説明する自重補償バネによって、θＺアクチュエータは、テーブル１、回転支持部４、昇降支持部７の一部、など、昇降させる部分の自重を支持するための推力を発生する必要がなく、テーブルを昇降駆動するときに必要な加速度を与える推力だけ発生すればよいので、θＺアクチュエータを小型にできる。
図２がよく示すように、上述した昇降テーブル１ｂの最外周面の外側には、本実施例の場合、三箇所に自重補償バネ９が配置されている。より具体的には、昇降テーブル１ｂの最外周面の一部にバネ座８ａが取り付けられ、バネ座８ａにはバネ調整ネジ８ｂがネジ勘合されている。バネ調整ネジ８ｂ下端と自重補償バネ９の上端が当接するようにこれらが配置されている。自重補償バネ９の下端はベース６上面と当接する。自重補償バネ９は、座屈防止のため、ベース６に立設されたバネ支柱１０に挿入されている。
以上の構造によりテーブル１など昇降する部分はその重量を自重補償バネ９により支持され浮上することになる。すなわち、昇降する部分の重量と自重補償バネ９の反発力が釣り合う高さで、テーブル１はベース６に対して自重補償バネ９を介して浮上する。そしてこの高さはバネ調整ネジ８ｂを回動させることにより調整することができる。この調整が終わった後にバネ調整ネジ８ｂにネジ勘合されたナット８ｃを締めることにより、バネ調整ネジ８ｂの緩みを防止することができる。
図４は、上記で説明した自重補償バネ９による支持構成と、先に説明した第２昇降支持部７ｂの構成をより明確に示す斜視図である。図４では、昇降動作に関連しない部品の図示を省略している。
【００２０】
次に、θＺ駆動装置の排気機構について説明する。θＺ駆動装置を、例えば半導体露光のための位置決め装置として、或いは例えば半導体の検査装置の位置決め装置として使用する場合など、テーブル１の上部に搭載された基板に微細なパーティクルが付着しては困る場合は、以下のようにベースとテーブルとフレームとで囲まれた略閉鎖空間内を、以下のように排気穴から排気するよう構成としたほうがよい。
図１がよく示すように、フレーム１７の下端付近には、円筒状のフレーム１７の内部と外部とを連通する排気穴２３が少なくとも１箇所設けられ、排気穴２３の外部側には継手２２が接続されている。フレーム１７の上端には、テーブル１とわずかな隙間を有する円形のカバー２４が取り付けられている。ここで継手２２に図示しない排気装置からの配管を接続し排気することで、θＺ駆動装置内部の圧力を負圧にすることができ、昇降支持部や回転支持部などのベアリングやリニアガイドで発生したパーティクルが外部へ流出することを防ぐことができる。
【００２１】
次に、以上で説明したθＺ駆動装置を搭載したＸＹθＺステージについて説明する。図９は、θＺ駆動装置を適用したＸＹθＺステージの全体斜視図である。ＸＹθＺステージは、例えば半導体露光のための位置決め装置として、或いは例えば半導体の検査装置の位置決め装置として使用される。本実施例におけるＸＹθＺステージは、外乱を受けにくい定盤３６に搭載される。定盤３６の上面には、いわゆるＸＹステージが搭載されている。ＸＹステージはθＺ駆動装置をＸおよびＹ方向に平面移動させることができる。ＸＹステージのＸ駆動装置およびＹ駆動装置は、例えばリニアモータによる駆動などで直線的に可動部を動かすものが使用される。ＸＹステージの構成は公知のものが使用できるので、詳細な説明はしない。図９を見てあきらかなように、θＺ駆動装置をＸＹステージに搭載することにより、θＺ駆動装置のテーブル上に保持された基板は、Ｘ、Ｙ、θ、Ｚの各方向に精密に位置決めが可能となる。また、例えば特許文献１などの従来のステージ装置と比較して、θＺ駆動装置が、小型でかつＺ方向の高さが低く構成されているので、ステージ装置全体の小型化が可能となっている。また、θＺ駆動装置が小型であるので、ＸおよびＹ駆動装置も小型化が可能となる。
【符号の説明】
【００２２】
１    テーブル
１ａ  回転テーブル
１ｂ  昇降テーブル
３    ベアリング
４    回転支持部
５    リニアガイド
６    ベース
７    昇降支持部
７ａ  第１昇降支持部
７ｂ  第２昇降支持部
８ａ  バネ座
８ｂ  バネ調整ネジ
８ｃ  ナット
９    自重補償バネ
１０  バネ支柱
１１  リニアスケール
１２  リニアスケールヘッド
１３  エンコーダディスク
１４  エンコーダヘッド
１５  θＺアクチュエータ
１６  コア
１７  フレーム
１８  Ｚ軸コイル
１９  θ軸コイル
２０  ヨーク
２１  マグネット
２１ａ  第１マグネット
２２ａ  第２マグネット
２２  継手
２３  排気穴
２４  カバー
２５  スプラインシャフト
２６  スプライン
３１  位置検出部
３２  固定子
３３  マグネット部
３４  Ｙ駆動装置
３５  Ｘ駆動装置
３６  定盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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