JP7192518B2

JP7192518B2 - Flat stage equipment

Info

Publication number: JP7192518B2
Application number: JP2019008233A
Authority: JP
Inventors: 米太田中
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: JP2020120458A

Description

本発明は、プラテン上を移動体が移動する平面ステージ装置に関する。 The present invention relates to a flat stage device in which a movable body moves on a platen.

近年、露光装置などの加工装置においては、平面状のプラテン上を、一方の面がワークを載置するためのワークステージとなる移動体が移動する平面ステージが用いられている。
例えば特許文献１には、碁盤目状に凸極が設けられた平面状のプラテン上を、移動体が移動する平面ステージが開示されている。ここで、移動体は、プラテン平面において直交するＸＹ座標軸の各軸方向に移動磁界を発生する磁極を有する移動子を備える。この平面ステージでは、プラテン上において、エアの作用により浮上した状態の移動体の移動子に対して磁力を印加し、移動子の磁極とプラテンの凸極との間の磁力を変化させることにより、移動体をプラテン上において水平移動させるようにしている。 2. Description of the Related Art In recent years, in a processing apparatus such as an exposure apparatus, a planar stage is used in which a moving body moves on a planar platen, one of which serves as a work stage for placing a work.
For example, Patent Literature 1 discloses a planar stage in which a moving body moves on a planar platen provided with convex poles in a grid pattern. Here, the moving body includes a moving element having magnetic poles that generate moving magnetic fields in the directions of XY coordinate axes orthogonal to the platen plane. In this flat stage, a magnetic force is applied to the moving element of the moving body levitated by the action of air on the platen, and by changing the magnetic force between the magnetic pole of the moving element and the convex pole of the platen, The moving body is horizontally moved on the platen.

上記の平面ステージにおいて、移動子には永久磁石が取り付けられている。また、移動子は、プラテンの凸極の間隔に応じた間隔で設けられた磁極を有する。各磁極にはそれぞれコイルが巻かれており、コイルに電流が流されると各磁極は電磁石となる。永久磁石が作る磁界と電磁石が作る磁界の方向が同じであれば、磁界は強め合い、永久磁石が作る磁界と電磁石が作る磁界の方向が反対であれば、磁界は打ち消される。したがって、各磁極に巻かれたコイルに流す電流を制御することにより、移動子に推力を発生させて移動体を移動させることができる。
このような構成を有する平面ステージは、サーフェスモータステージ、ソーヤモータステージなどと称される。 In the planar stage described above, a permanent magnet is attached to the mover. Also, the mover has magnetic poles provided at intervals corresponding to the intervals of the salient poles of the platen. A coil is wound around each magnetic pole, and each magnetic pole becomes an electromagnet when an electric current is passed through the coil. If the direction of the magnetic field created by the permanent magnet and the magnetic field created by the electromagnet are the same, the magnetic fields will strengthen each other, and if the directions of the magnetic field created by the permanent magnet and the magnetic field created by the electromagnet are opposite, the magnetic fields will cancel each other out. Therefore, by controlling the current flowing through the coils wound around the magnetic poles, it is possible to generate a thrust force in the mover and move the mover.
A planar stage having such a configuration is called a surface motor stage, a Sawyer motor stage, or the like.

特許第４５８１６４１号公報Japanese Patent No. 4581641

上記特許文献１に記載の平面ステージでは、移動体の移動方向に沿って所定の間隔で設けられた複数の磁極を有する移動子に対して１つの永久磁石が設けられている。そして、当該永久磁石が与える移動体の移動方向のバイアス磁界を、電磁石が作る磁界によって強めたり弱めたりすることで各磁極に発生する磁力を変化させ、移動体を移動させている。
しかしながら、この場合、移動体の移動方向における永久磁石の配置位置に依存して、各磁極においては、永久磁石によって作られる磁場の強さにばらつきが生じる。すると、各磁極においてコイル電流を制御して、永久磁石により作られる磁界を強めたり打ち消したりする方向に磁界を発生させても、磁極間の磁力に適切に差を設けることができず、効率良く推力が得られない場合がある。
そこで、本発明は、効率良く推力が得られる平面ステージ装置を提供することを目的とする。 In the planar stage described in Patent Document 1, one permanent magnet is provided for a mover having a plurality of magnetic poles provided at predetermined intervals along the moving direction of the mover. The magnetic force generated at each magnetic pole is changed by strengthening or weakening the bias magnetic field applied by the permanent magnet in the moving direction of the moving body by the magnetic field generated by the electromagnet, thereby moving the moving body.
However, in this case, depending on the arrangement position of the permanent magnets in the moving direction of the moving body, variations occur in the strength of the magnetic field produced by the permanent magnets at each magnetic pole. Then, even if the coil current is controlled in each magnetic pole to generate a magnetic field in a direction that strengthens or cancels the magnetic field created by the permanent magnet, it is not possible to provide an appropriate difference in the magnetic force between the magnetic poles, resulting in efficient operation. Thrust may not be obtained.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a planar stage device capable of efficiently obtaining a thrust force.

上記課題を解決するために、本発明に係る平面ステージ装置の一態様は、平面状のプラテンと、前記プラテン上を第１方向に移動する移動体と、を備える平面ステージ装置であって、前記プラテンは、炭素繊維の配向方向が前記第１方向に沿って設定された炭素繊維プラスチックにより構成された基台と、前記基台上にストライプ状に設けられた凸極と、を備え、前記凸極は、互いに絶縁された複数の棒状の磁性体であって、長手方向を前記第１方向に直交する第２方向に一致させ、前記第１方向に一定間隔で平行に配置されており、前記移動体は、前記第１方向に所定の間隔で配置された複数の磁極を有し、前記第２方向の磁界により前記複数の磁極にそれぞれ発生する前記凸極との間の磁力によって、前記第１方向に移動する。 In order to solve the above problems, one aspect of a flat stage apparatus according to the present invention is a flat stage apparatus including a flat platen and a movable body that moves on the platen in a first direction, the flat stage apparatus comprising: The platen includes a base made of carbon fiber plastic in which the orientation direction of the carbon fibers is set along the first direction, and a convex pole provided on the base in a stripe shape. The poles are a plurality of rod-shaped magnetic bodies insulated from each other, the longitudinal direction of which coincides with a second direction orthogonal to the first direction, and the poles are arranged parallel to the first direction at regular intervals, The moving body has a plurality of magnetic poles arranged at predetermined intervals in the first direction, and magnetic forces generated between the magnetic poles and the magnetic poles generated by the magnetic field in the second direction move the moving body to the first magnetic pole. Move in one direction.

このように、移動体の移動方向に対して直交する方向の磁界によって、移動体の移動方向に所定の間隔で配置された複数の磁極についてそれぞれプラテンの凸極との間で磁力を発生させる。そのため、移動体の移動方向の磁界によって、移動体の移動方向に所定の間隔で配置された複数の磁極についてそれぞれプラテンの凸極との間で磁力を発生させる従来方式と比較して、上記複数の磁極における磁場のばらつきを抑制することができる。したがって、移動体の移動方向においてバランスの良い磁場を作ることができ、効率良く移動体の推力を得ることができる。
また、プラテンは、炭素繊維プラスチック（ＣＦＲＰ）からなる基台上にストライプ状の凸極を設けた構成を有する。このように、凸極どうしが基台への接触面側において繋がっていないため、凸極（磁性体）の熱膨張率が、基台（ＣＦＲＰ）の熱膨張率に対して大きくても、温度変化による凸極の反りや剥がれは生じにくい。さらに、凸極の長手方向を、基台の炭素繊維の配向方向に対して直交する方向に一致させる。ＣＦＲＰからなる基台の熱膨張率は、炭素繊維の配向比が高い方向に小さい。凸極の長手方向を、基台の炭素繊維の配向方向に対して直交する方向、つまり、基台の熱膨張率の大きい方向（基台と凸極との熱膨張率の差が小さい方向）に一致させることで、温度変化による凸極の反りや剥がれを抑制することができる。このように、軽量で、かつ温度変化による変形の少ないプラテンとすることができる。 In this way, the magnetic field in the direction orthogonal to the moving direction of the moving body causes magnetic forces to be generated between the convex poles of the platen and the plurality of magnetic poles arranged at predetermined intervals in the moving direction of the moving body. Therefore, compared with the conventional method in which a magnetic field in the movement direction of the moving body generates a magnetic force between each of the plurality of magnetic poles arranged at predetermined intervals in the moving direction of the moving body and the convex pole of the platen, the above-mentioned plurality of It is possible to suppress variations in the magnetic field at the magnetic poles. Therefore, it is possible to create a well-balanced magnetic field in the moving direction of the moving body, and to efficiently obtain the thrust of the moving body.
Further, the platen has a structure in which striped salient poles are provided on a base made of carbon fiber plastic (CFRP). In this way, since the salient poles are not connected to each other on the contact surface side with the base, even if the coefficient of thermal expansion of the salient pole (magnetic body) is larger than the coefficient of thermal expansion of the base (CFRP), the temperature Warping and peeling of salient poles due to changes are less likely to occur. Furthermore, the longitudinal direction of the salient pole is aligned with the direction orthogonal to the orientation direction of the carbon fibers of the base. The coefficient of thermal expansion of the base made of CFRP is small in the direction in which the orientation ratio of the carbon fibers is high. The longitudinal direction of the convex pole is the direction orthogonal to the orientation direction of the carbon fibers of the base, that is, the direction in which the coefficient of thermal expansion of the base is large (the direction in which the difference in coefficient of thermal expansion between the base and the convex pole is small). , it is possible to suppress warping and peeling of the salient pole due to temperature change. In this way, the platen can be lightweight and less deformable due to temperature changes.

また、上記の平面ステージ装置において、前記移動体は、前記複数の磁極として、前記第２方向に沿って配置された磁極の組を、前記第１方向に沿って複数組有し、前記磁極の組にそれぞれ対応して設けられ、対応する前記磁極の組に、前記第２方向の磁界により前記凸極との間の磁力を発生させる磁力発生部と、前記磁力発生部が発生する磁力を制御する制御部と、を備え、前記磁力発生部は、前記第２方向のバイアス磁界を与える永久磁石と、前記磁極の周囲をそれぞれ巻回し、前記第１方向および前記第２方向に直交する第３方向の磁界を与えるコイルと、を備え、前記制御部は、前記コイルに流す電流を制御してもよい。
このように、移動体の移動方向に沿って配置された磁極の組ごとに磁力発生部を設けることで、磁界の強さが特定の磁極に偏って生じることを抑制することができる。したがって、移動体の移動方向における磁極間の磁力の差を適切に制御することができ、効率良く移動体の推力を得ることができる。
さらに、上記の平面ステージ装置において、前記永久磁石は、前記磁極の上方にそれぞれ個別に設けられていてもよい。これにより、各磁極において永久磁石が作る磁界を強めることができ、移動体の推力を上げることが可能となる。 Further, in the above-described planar stage device, the moving body has a plurality of sets of magnetic poles arranged along the second direction as the plurality of magnetic poles along the first direction. a magnetic force generation unit provided corresponding to each pair of magnetic poles for generating a magnetic force between the corresponding pair of magnetic poles and the convex pole by the magnetic field in the second direction; and controlling the magnetic force generated by the magnetic force generation unit. the magnetic force generating unit includes: a permanent magnet that provides a bias magnetic field in the second direction; and a coil that provides a directional magnetic field, and the control unit may control a current to be applied to the coil.
In this way, by providing a magnetic force generation unit for each pair of magnetic poles arranged along the movement direction of the moving body, it is possible to suppress the occurrence of biased magnetic field strength at a specific magnetic pole. Therefore, it is possible to appropriately control the difference in magnetic force between the magnetic poles in the moving direction of the moving body, and to efficiently obtain the thrust of the moving body.
Furthermore, in the flat stage device described above, the permanent magnets may be individually provided above the magnetic poles. As a result, the magnetic field generated by the permanent magnet can be strengthened at each magnetic pole, and the thrust of the moving object can be increased.

また、上記の平面ステージ装置において、前記基台は、炭素繊維が一方向に引き揃えられた一方向性の炭素繊維強化プラスチックにより構成されていてもよい。この場合、基台の熱膨張率に適切に異方性を持たせることができる。したがって、凸極の熱膨張率との差が小さくなる方向に、凸極の長手方向を設定することができ、適切に温度変化による変形を抑制することができる。
さらに、上記の平面ステージ装置において、前記基台は、その長手方向が前記炭素繊維の配向方向に一致していてもよい。この場合、凸極の長手方向を、基台の短手方向に一致させることができ、凸極の長手方向の長さを、基台の短手方向の長さと同等またはそれよりも短い長さとすることができる。したがって、温度変化による凸極の反りや剥がれを抑制することができる。
また、炭素繊維の剛性は、その配向方向に沿う方向が高い。そのため、ステージの長手方向を炭素繊維の配向方向に一致させることにより、長いステージであっても歪やたわみの少ないステージを実現することができる。 In the flat stage device described above, the base may be made of unidirectional carbon fiber reinforced plastic in which carbon fibers are aligned in one direction. In this case, the coefficient of thermal expansion of the base can be appropriately anisotropic. Therefore, the longitudinal direction of the salient pole can be set in a direction in which the difference from the coefficient of thermal expansion of the salient pole is small, and deformation due to temperature change can be appropriately suppressed.
Furthermore, in the flat stage device described above, the longitudinal direction of the base may match the orientation direction of the carbon fibers. In this case, the longitudinal direction of the salient pole can be aligned with the lateral direction of the base, and the longitudinal length of the salient pole is equal to or shorter than the lateral length of the base. can do. Therefore, warping and peeling of the salient pole due to temperature change can be suppressed.
Moreover, the rigidity of carbon fibers is high in the direction along the direction of their orientation. Therefore, by aligning the longitudinal direction of the stage with the orientation direction of the carbon fibers, it is possible to realize a stage with little distortion or deflection even if it is a long stage.

本発明によれば、効率良く推力が得られる平面ステージ装置とすることができる。 According to the present invention, it is possible to provide a flat stage device capable of efficiently obtaining a thrust force.

本実施形態における平面ステージ装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a flat stage device in this embodiment; FIG. 本実施形態におけるプラテンの構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing the structure of the platen in this embodiment. 本実施形態における移動子の構成を示す断面図である。It is a sectional view showing composition of a mover in this embodiment. 本実施形態における移動子の構成を示す分解斜視図である。3 is an exploded perspective view showing the configuration of a mover in this embodiment; FIG. 本実施形態における平面ステージ装置の動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of operation of the plane stage device in this embodiment. 本実施形態における平面ステージ装置の動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of operation of the plane stage device in this embodiment. 本実施形態における平面ステージ装置の動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of operation of the plane stage device in this embodiment. 本実施形態における平面ステージ装置の動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of operation of the plane stage device in this embodiment. 従来の平面ステージ装置の動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of operation of the conventional plane stage apparatus. 従来の平面ステージ装置の動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of operation of the conventional plane stage apparatus. 従来の平面ステージ装置の動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of operation of the conventional plane stage apparatus. 従来の平面ステージ装置の動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of operation of the conventional plane stage apparatus. 従来のプラテンの課題を説明する図である。It is a figure explaining the subject of the conventional platen. 従来のプラテンの課題を説明する図である。It is a figure explaining the subject of the conventional platen.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態における平面ステージ装置１００の概略構成図である。
平面ステージ装置１００は、平面状のプラテン１０と、プラテン１０上を水平方向（Ｘ方向）に移動可能な移動体２０と、を備える。本実施形態における平面ステージ装置１００は、例えば、ワークＷを加工する加工装置のワークステージとして使用することができる。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a planar stage device 100 according to this embodiment.
The planar stage device 100 includes a planar platen 10 and a movable body 20 that can move on the platen 10 in the horizontal direction (X direction). The planar stage device 100 in this embodiment can be used as a work stage of a processing device that processes the work W, for example.

プラテン１０は、基台１１と、基台１１上に設けられた凸極１２と、を備える。
基台１１は、炭素繊維強化プラスチック部材（ＣＦＲＰ部材）により構成されている。ＣＦＲＰ部材は、複数のプリプレグが積層された構成を有する。プリプレグは、炭素繊維に、繊維の方向性を持たせたまま樹脂を含浸させたシート状の部材である。プリプレグを構成する樹脂は、例えば熱硬化性のエポキシ樹脂である。なお、プリプレグを構成する樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、フェノール、シアネートエステル、ポリイミド等の熱硬化性樹脂を用いることもできる。 The platen 10 includes a base 11 and a salient pole 12 provided on the base 11 .
The base 11 is made of a carbon fiber reinforced plastic member (CFRP member). A CFRP member has a structure in which a plurality of prepregs are laminated. A prepreg is a sheet-like member in which carbon fibers are impregnated with a resin while maintaining the directionality of the fibers. The resin forming the prepreg is, for example, a thermosetting epoxy resin. Thermosetting resins such as unsaturated polyesters, vinyl esters, phenols, cyanate esters, and polyimides can also be used as resins constituting the prepreg.

本実施形態では、プリプレグとして、繊維の方向が一方向にのみ伸びているＵＤ（ＵＮＩ－ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ）材）を使用する。そして、型の中に、複数のＵＤ材を繊維の方向が一致するように積層し、減圧下で１２０℃～１３０℃程度に加熱し、加圧（圧着）して硬化させることでＣＦＲＰ部材が成形される。これにより、炭素繊維が一方向に引き揃えられた一方向性のＣＦＲＰ部材とすることができる。
なお、ＣＦＲＰ部材は、異方性を持たせるように繊維の配向が設定されていればよく、一方向性のＣＦＲＰ部材に限定されるものではない。
このようにして製作されたＣＦＲＰ部材は、鉄やアルミなどの金属材料よりも低密度（即ち軽い）でありながら、高強度な材料となる。基台１１は、上記の完成されたＣＦＲＰ部材を所望の大きさに切り出した部材である。 In this embodiment, as the prepreg, a UD (UNI-DIRECTION) material having fibers extending in only one direction is used. Then, a plurality of UD materials are laminated in the mold so that the direction of the fibers are aligned, heated to about 120°C to 130°C under reduced pressure, and pressurized (pressed) to harden, thereby forming a CFRP member. molded. Thereby, a unidirectional CFRP member in which the carbon fibers are aligned in one direction can be obtained.
The CFRP member is not limited to a unidirectional CFRP member as long as the orientation of the fibers is set so as to have anisotropy.
The CFRP member manufactured in this manner has a lower density (that is, lighter weight) than metal materials such as iron and aluminum, but has a high strength. The base 11 is a member obtained by cutting the completed CFRP member into a desired size.

基台１１は、炭素繊維の配向方向が、移動体２０の移動方向であるＸ方向に沿って設定されている。ここで、炭素繊維の配向方向とは、積層構造全体において繊維配向比が最も高い方向である。つまり、基台１１は、複数のＵＤ材を、炭素繊維の方向がＸ方向に一致するように積層されたＣＦＲＰ部材により構成されている。
また、基台１１は、その長手方向を炭素繊維の配向方向であるＸ方向に一致させた細長い形状の部材とすることができる。例えば、基台１１のＸ方向の長さは４ｍ程度であり、基台１１のＹ方向の長さは１００ｍｍ～２００ｍｍ程度とすることができる。 The orientation direction of the carbon fibers of the base 11 is set along the X direction, which is the moving direction of the moving body 20 . Here, the orientation direction of carbon fibers is the direction in which the fiber orientation ratio is the highest in the entire laminated structure. That is, the base 11 is made of a CFRP member in which a plurality of UD materials are laminated such that the direction of the carbon fibers is aligned with the X direction.
Also, the base 11 can be an elongated member whose longitudinal direction is aligned with the X direction, which is the orientation direction of the carbon fibers. For example, the length of the base 11 in the X direction can be about 4 m, and the length of the base 11 in the Y direction can be about 100 mm to 200 mm.

そして、基台１１上には、図２に示すように、ストライプ状の凸極１２が設けられている。凸極１２は、図２に示すように複数の棒状の磁性体（金属）により構成されている。棒状の凸極１２は、その長手方向をＹ方向に一致させた状態で、Ｘ方向に沿って一定間隔で平行に配置されている。つまり、凸極１２の長手方向は、移動体２０の移動方向に対して直交する方向であり、基台１１の炭素繊維の配向方向に対して直交する方向であるＹ方向に一致している。
なお、図２において、凸極１２のＹ方向（長手方向）における長さは、基台１１のＹ方向における長さよりも短いが、基台１１のＹ方向における長さと同等であってもよい。 A striped salient pole 12 is provided on the base 11 as shown in FIG. The salient pole 12 is composed of a plurality of rod-shaped magnetic bodies (metals) as shown in FIG. The bar-shaped salient poles 12 are arranged parallel to each other at regular intervals along the X direction with their longitudinal directions aligned with the Y direction. That is, the longitudinal direction of the salient pole 12 is a direction orthogonal to the movement direction of the moving body 20 and coincides with the Y direction, which is a direction orthogonal to the orientation direction of the carbon fibers of the base 11 .
In FIG. 2, the length of the salient pole 12 in the Y direction (longitudinal direction) is shorter than the length of the base 11 in the Y direction, but may be equal to the length of the base 11 in the Y direction.

凸極１２は、基台１１に対して、例えば樹脂の接着剤などにより固定されている。なお、図１および図２においては、上記の接着剤の図示は省略している。
また、図１に示すように、凸極１２と凸極１２との間は、非磁性体１３により埋められている。非磁性体１３は、例えば樹脂により構成されている。なお、図２においては、非磁性体１３の図示は省略している。
このように、それぞれの凸極１２は、基台１１であるＣＦＲＰ部材の炭素繊維の配向方向に沿って平行に並べられており、また凸極１２どうしは互いに独立しており絶縁されている。つまり、凸極１２どうしは電磁気的に繋がっていない。 The salient pole 12 is fixed to the base 11 with, for example, a resin adhesive. 1 and 2, illustration of the adhesive is omitted.
Moreover, as shown in FIG. 1, a non-magnetic material 13 is filled between the salient poles 12 and 12 . The non-magnetic body 13 is made of resin, for example. 2, illustration of the non-magnetic material 13 is omitted.
In this way, the respective salient poles 12 are arranged in parallel along the orientation direction of the carbon fiber of the CFRP member that is the base 11, and the salient poles 12 are independent and insulated from each other. That is, the salient poles 12 are not electromagnetically connected.

本実施形態における平面ステージ装置１００は、プラテン１０上に移動体２０をエアにより浮上させ、移動体２０に磁力を印加して、移動体２０とプラテン１０の各凸極１２との間の磁力を変化させることにより移動体２０を水平方向（Ｘ方向）に移動させる。
移動体２０の一方の面（図１における上面）は、ワークＷを載置するためのステージ面であり、他方の面（図１における下面）には、Ｘ方向に所定の間隔で配置された複数の磁極を有する移動子２１が設けられている。また、特に図示しないが、移動体２０の他方の面には、エアを吹き出すエアーパッドが設けられている。 The flat stage apparatus 100 in this embodiment levitates the movable body 20 above the platen 10 by air, applies a magnetic force to the movable body 20, and creates a magnetic force between the movable body 20 and each convex pole 12 of the platen 10. By changing, the moving body 20 is moved in the horizontal direction (X direction).
One surface (upper surface in FIG. 1) of the moving body 20 is a stage surface for placing the workpiece W, and the other surface (lower surface in FIG. 1) is arranged at predetermined intervals in the X direction. A mover 21 having a plurality of magnetic poles is provided. Also, although not shown, an air pad for blowing out air is provided on the other surface of the moving body 20 .

本実施形態における移動子２１は、移動体２０の移動方向であるＸ方向に対して直交する方向（Ｙ方向）の磁界により、Ｘ方向に所定の間隔で配置された複数の磁極にそれぞれ凸極１２との間の磁力を発生させる。移動体２０は、移動子２１の磁極と凸極１２との間に発生する磁力によってＸ方向に移動する。
なお、以下の説明において、移動子の移動方向に対して直交する方向の磁界によって移動子に磁力を印加する機構を「トランスバース方式」、移動子の移動方向に沿った（移動方向と平行な）磁界によって移動子に磁力を印加する機構を「アキシャル方式」という。 The mover 21 according to the present embodiment has a plurality of magnetic poles arranged at predetermined intervals in the X direction by a magnetic field in a direction (Y direction) orthogonal to the X direction, which is the moving direction of the mover 20, and each convex pole is formed. 12 to generate a magnetic force. The moving body 20 moves in the X direction by the magnetic force generated between the magnetic pole of the moving element 21 and the convex pole 12 .
In the following description, a mechanism that applies a magnetic force to the mover by a magnetic field in a direction perpendicular to the moving direction of the mover is referred to as a "transverse system." ) A mechanism that applies a magnetic force to the mover by a magnetic field is called an "axial method."

図３は、移動子２１の構成を示す断面図である。この図３においては、移動子２１は、紙面垂直方向に移動する。
移動子２１は、コイル２２ａが巻かれた磁極２３ａと、コイル２２ｂが巻かれた磁極２３ｂと、を備える。磁極２３ａおよび磁極２３ｂは、その磁極面がプラテン１０の凸極１２の上面に対向するように設けられる。また、移動子２１は、磁極２３ａ、２３ｂの上方にそれぞれ個別に配置された永久磁石２４ａ、２４ｂと、永久磁石２４ａ、２４ｂ上に、磁極２３ａと磁極２３ｂとを繋ぐように差し渡したバックヨーク２５と、を備える。バックヨークは、磁性体（金属）である。
駆動回路（制御部）３０は、コイル２２ａ、２２ｂに流す電流を制御することができる。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the mover 21. As shown in FIG. In FIG. 3, the mover 21 moves in the direction perpendicular to the paper surface.
The mover 21 includes a magnetic pole 23a around which a coil 22a is wound and a magnetic pole 23b around which a coil 22b is wound. The magnetic pole 23 a and the magnetic pole 23 b are provided so that the magnetic pole surface faces the upper surface of the convex pole 12 of the platen 10 . The mover 21 includes permanent magnets 24a and 24b individually arranged above the magnetic poles 23a and 23b, and a back yoke 25 extending over the permanent magnets 24a and 24b so as to connect the magnetic poles 23a and 23b. And prepare. The back yoke is a magnetic material (metal).
A drive circuit (control section) 30 can control currents to be supplied to the coils 22a and 22b.

図３に示す構成により、永久磁石２４ａ、２４ｂは、プラテン１０の凸極１２が伸びる方向（移動体２０の移動方向に対して直交する方向）であるＹ方向に、点線矢印で示すバイアス磁界を与える。また、コイル２２ａ、２２ｂに電流が流されると、各磁極２３ａ、２３ｂは電磁石となり、コイル電流の方向に応じたＺ方向の磁界を与える。
これにより、磁極の組２３ａ、２３ｂには凸極１２との間の磁力が発生する。また、駆動回路３０によってコイル２２ａ、２２ｂに流す電流を制御することで、永久磁石２４ａ、２４ｂが与えるバイアス磁界を電磁石が作る磁界によって強めたり弱めたりすることができ、磁極の組２３ａ、２３ｂに発生する磁力を変化させることができる。
このように、移動子２１は、磁極の組２３ａ、２３ｂに、Ｙ方向の磁界により凸極１２との間の磁力を発生させる磁力発生部を備える。ここで、磁極２３ａ、２３ｂに対応するコイル２２ａ、２２ｂ、永久磁石２４ａ、２４ｂおよびバックヨーク２５が磁力発生部に対応している。 With the configuration shown in FIG. 3, the permanent magnets 24a and 24b generate a bias magnetic field indicated by dotted arrows in the Y direction, which is the direction in which the convex pole 12 of the platen 10 extends (the direction perpendicular to the moving direction of the moving body 20). give. Also, when a current is passed through the coils 22a and 22b, the magnetic poles 23a and 23b act as electromagnets, giving a magnetic field in the Z direction according to the direction of the coil current.
As a result, a magnetic force is generated between the pair of magnetic poles 23a and 23b and the salient pole 12. As shown in FIG. In addition, by controlling the currents flowing through the coils 22a and 22b by the drive circuit 30, the bias magnetic field given by the permanent magnets 24a and 24b can be strengthened or weakened by the magnetic field created by the electromagnets. The generated magnetic force can be changed.
In this manner, the mover 21 includes a magnetic force generating portion that generates a magnetic force between the magnetic pole pairs 23a and 23b and the salient pole 12 by the magnetic field in the Y direction. Here, the coils 22a and 22b, the permanent magnets 24a and 24b, and the back yoke 25 corresponding to the magnetic poles 23a and 23b correspond to the magnetic force generating portion.

また、移動子２１は、Ｙ方向に沿って配置された磁極の組（図３では磁極２３ａ、２３ｂ）を、Ｘ方向に沿って所定の間隔で複数組有する。さらに、移動子２１は、複数の磁極の組にそれぞれ対応して、磁力発生部を複数備える。
図４は、移動子２１の分解斜視図である。図４においては、磁極２３ａと磁極２３ｂ、磁極２３ｃと磁極２３ｄ、磁極２３ｅと磁極２３ｆ、磁極２３ｇと磁極２３ｈをそれぞれ一組とした磁極の組となっている。なお、図４においては、コイルの図示は省略している。図４では、磁極の組を４組としているが、磁極の組の数は図４に示す数に限定されない。 Further, the mover 21 has a plurality of pairs of magnetic poles (magnetic poles 23a and 23b in FIG. 3) arranged along the Y direction at predetermined intervals along the X direction. Further, the mover 21 includes a plurality of magnetic force generating portions corresponding to the sets of magnetic poles.
4 is an exploded perspective view of the mover 21. FIG. In FIG. 4, the magnetic pole pairs are made up of magnetic poles 23a and 23b, magnetic poles 23c and 23d, magnetic poles 23e and 23f, and magnetic poles 23g and 23h. In addition, illustration of the coil is omitted in FIG. In FIG. 4, four sets of magnetic poles are used, but the number of sets of magnetic poles is not limited to the number shown in FIG.

この図４に示すように、移動子２１は、４つの磁極の組と、磁極の組にそれぞれ対応して設けられた４組の磁力発生部と、を備える。
つまり、各磁極２３ａ～２３ｈの上には、それぞれ永久磁石２４ａ～２４ｈが配置され、その上に、磁極２３ａと磁極２３ｂ、磁極２３ｃと磁極２３ｄ、磁極２３ｅと磁極２３ｆ、磁極２３ｇと磁極２３ｈをそれぞれ繋ぐようにバックヨーク２５が配置される。また、各磁極２３ａ～２３ｈの周囲には、それぞれ不図示のコイルが巻回されており、当該コイルに流す電流を制御することで、各磁極と凸極１２との間の磁力を変化させることができる。 As shown in FIG. 4, the mover 21 includes four sets of magnetic poles and four sets of magnetic force generators provided corresponding to the sets of magnetic poles.
That is, permanent magnets 24a to 24h are arranged on the magnetic poles 23a to 23h, respectively, and the magnetic poles 23a and 23b, the magnetic pole 23c and the magnetic pole 23d, the magnetic pole 23e and the magnetic pole 23f, the magnetic pole 23g and the magnetic pole 23h are arranged thereon. A back yoke 25 is arranged so as to connect them. A coil (not shown) is wound around each of the magnetic poles 23a to 23h, and the magnetic force between each magnetic pole and the convex pole 12 can be changed by controlling the current flowing through the coil. can be done.

次に、移動子２１の動作について、図５～図８を参照しながら説明する。図５～図８において、図面左右方向が移動体２０の移動方向である。また、図５～図８において、プラテン１０の凸極１２を、移動体２０の移動方向における上流側から順に、凸極１２ａ、凸極１２ｂ、凸極１２ｃ、…、としている。
なお、図５～図８においては、移動子２１を磁極２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｇ側から見た図を示している。磁極２３ｂ，２３ｄ，２３ｆ，２３ｈは、それぞれ磁極２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｇの紙面奥に存在する。
図５～図８に示すように、各バックヨーク２５の上には平面度の良い板部材２６を設け、この板部材２６を、ワークＷを載置するためのワークステージすることができる。 Next, the operation of the mover 21 will be described with reference to FIGS. 5 to 8. FIG. 5 to 8, the horizontal direction of the drawing is the moving direction of the moving body 20. As shown in FIG. 5 to 8, the salient poles 12 of the platen 10 are designated as salient poles 12a, 12b, 12c, .
5 to 8 show diagrams of the mover 21 viewed from the magnetic poles 23a, 23c, 23e, and 23g. The magnetic poles 23b, 23d, 23f and 23h are present behind the magnetic poles 23a, 23c, 23e and 23g, respectively.
As shown in FIGS. 5 to 8, a plate member 26 having good flatness is provided on each back yoke 25, and this plate member 26 can be used as a work stage on which the work W is placed.

凸極１２ａ、凸極１２ｂ、凸極１２ｃ、…は、一定間隔で設けられている。プラテン１０の凸極間は非磁性体１３で埋められており、Ｘ方向におけるプラテン１０の凸極の幅と非磁性体１３の幅とは等しい。
また、Ｘ方向において、プラテン１０の凸極の幅および間隔をａ（凸極のピッチＰ＝２ａ）とした場合、磁極２３ａと磁極２３ｃとの間隔は２ａ、磁極２３ｃと磁極２３ｅとの間隔は２．５ａ、磁極２３ｅと磁極２３ｇとの間隔は２ａである。
なお、特に図示しないが、移動子２１の各磁極のプラテン１０と対向する側の端部は、複数のさらに小さな凸極から構成されていてもよい。この場合、小さな凸極のピッチは、プラテン１０の凸極のピッチと同等とする。また、本実施形態では、４つの磁極の組を用いて動作を説明するため、Ｘ方向における磁極の間隔を上記の値としているが、磁極の間隔は、磁極の組の数に応じて適宜設定するものとする。 The salient poles 12a, 12b, 12c, . . . are provided at regular intervals. The space between the salient poles of the platen 10 is filled with a non-magnetic material 13, and the width of the salient poles of the platen 10 and the width of the non-magnetic material 13 in the X direction are equal.
In the X direction, when the width and interval of the convex poles of the platen 10 are a (the pitch of the convex poles is P=2a), the interval between the magnetic poles 23a and 23c is 2a, and the interval between the magnetic poles 23c and 23e is 2.5a, and the distance between the magnetic poles 23e and 23g is 2a.
Although not shown, the end of each magnetic pole of the mover 21 facing the platen 10 may be composed of a plurality of smaller salient poles. In this case, the pitch of the small salient poles is the same as the pitch of the salient poles of the platen 10 . Further, in this embodiment, the magnetic pole spacing in the X direction is set to the above value in order to explain the operation using four magnetic pole pairs, but the magnetic pole spacing is appropriately set according to the number of magnetic pole pairs. It shall be.

上述したように、磁極２３ａ～２３ｈのそれぞれにはコイル２２ａ～２２ｈが巻かれており、コイル２２ａ～２２ｈに電流が流されると、各磁極２３ａ～２３ｈは電磁石となる。永久磁石２４ａ～２４ｈの作る磁界と電磁石が作る磁界の方向が同じであれば、磁界は強め合う。一方、永久磁石２２ａ～２２ｈの作る磁界と電磁石が作る磁界が反対であれば、磁界は打ち消される。
磁極２３ａ～２３ｈに巻かれた各コイル２２ａ～２２ｈには、駆動回路３０から電流を流すことができ、各コイル２２ａ～２２ｈに流す電流を制御することにより、凸極１２と強く引き合う磁極を変化させることができる。これにより、移動子２１は図５～図８における左右方向に移動する。 As described above, the coils 22a-22h are wound around the magnetic poles 23a-23h, respectively, and when the coils 22a-22h are energized, the magnetic poles 23a-23h become electromagnets. If the directions of the magnetic fields created by the permanent magnets 24a to 24h and the magnetic fields created by the electromagnets are the same, the magnetic fields strengthen each other. On the other hand, if the magnetic fields created by the permanent magnets 22a-22h and the magnetic fields created by the electromagnets are opposite to each other, the magnetic fields cancel each other out.
A current can be passed from the drive circuit 30 to each of the coils 22a to 22h wound around the magnetic poles 23a to 23h, and by controlling the current to be passed to each of the coils 22a to 22h, the magnetic pole strongly attracted to the convex pole 12 can be changed. can be made As a result, the mover 21 moves in the horizontal direction in FIGS.

以下、移動子２１が図５～図８における右方向に移動する動作原理について説明する。
なお、図５～図８は、移動子２１を磁極２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｇ側から見た図であるため、磁極２３ａ，２３ｃ，２３ｅ，２３ｇの動作を例にして説明を行うが、磁極２３ｂ，２３ｄ，２３ｆ，２３ｈについても、同様の動作が行われているものとする。
（１）ＳＴＥＰ１：図５に示すように、移動子２１の磁極２３ａのコイル２２ａに、磁極２３ａの磁力を強めるように電流を流す。一方、磁極２３ｃのコイル２２ｃには、磁極２３ｃの磁力を打ち消すように電流を流す。また、磁極２３ｅのコイル２２ｅと磁極２３ｇのコイル２２ｇには電流を流さない。
磁極２３ａは磁力が強められるので、プラテン１０の凸極１２ａと強く引き合い、磁極２３ａと凸極１２ａとが対向する位置になる。
磁極２３ｃは磁力が打ち消され、凸極１２ｂと凸極１２ｃとの間の非磁性体１３上に位置する。磁極２３ｅと磁極２３ｇとは、それぞれ斜め方向の凸極１２ｄ、凸極１２ｆと引き合う。 The principle of operation for moving the mover 21 to the right in FIGS. 5 to 8 will be described below.
5 to 8 are diagrams of the mover 21 viewed from the side of the magnetic poles 23a, 23c, 23e, and 23g. It is assumed that 23b, 23d, 23f and 23h also perform similar operations.
(1) STEP 1: As shown in FIG. 5, a current is passed through the coil 22a of the magnetic pole 23a of the mover 21 so as to strengthen the magnetic force of the magnetic pole 23a. On the other hand, a current is passed through the coil 22c of the magnetic pole 23c so as to cancel the magnetic force of the magnetic pole 23c. Also, no current flows through the coil 22e of the magnetic pole 23e and the coil 22g of the magnetic pole 23g.
Since the magnetic force of the magnetic pole 23a is strengthened, it is strongly attracted to the convex pole 12a of the platen 10, and the magnetic pole 23a and the convex pole 12a are positioned to face each other.
The magnetic force of the magnetic pole 23c is cancelled, and it is located on the non-magnetic body 13 between the salient poles 12b and 12c. The magnetic poles 23e and 23g are attracted to the oblique salient poles 12d and 12f, respectively.

（２）ＳＴＥＰ２：図６に示すように、磁極２３ａのコイル２２ａと磁極２３ｃのコイル２２ｃの電流を止め、磁極２３ｇのコイル２２ｇに、磁極２３ｇの磁力を強めるように電流を流す。また、磁極２３ｅのコイル２２ｅには、磁力を打ち消すように電流を流す。
磁極２３ｇは凸極１２ｆと強く引き合い、磁極２３ｅは磁力を打ち消され、凸極１２ｄと引き合わなくなる。したがって、磁極２３ｇが凸極１２ｆと対向するように、移動子２１は同図右方向に移動する。磁極２３ａと磁極２３ｃとは、それぞれ斜め方向の凸極１２ａ、凸極１２ｃと引き合う。 (2) STEP 2: As shown in FIG. 6, stop the current in the coil 22a of the magnetic pole 23a and the coil 22c of the magnetic pole 23c, and supply the current to the coil 22g of the magnetic pole 23g so as to strengthen the magnetic force of the magnetic pole 23g. Also, a current is applied to the coil 22e of the magnetic pole 23e so as to cancel the magnetic force.
The magnetic pole 23g is strongly attracted to the convex pole 12f, the magnetic force of the magnetic pole 23e is canceled, and the magnetic pole 23e is no longer attracted to the convex pole 12d. Therefore, the mover 21 moves rightward in the figure so that the magnetic pole 23g faces the salient pole 12f. The magnetic poles 23a and 23c are attracted to the oblique salient poles 12a and 12c, respectively.

（３）ＳＴＥＰ３：図７に示すように、磁極２３ｇのコイル２２ｇと磁極２３ｅのコイル２２ｅの電流を止め、磁極２３ｃのコイル２２ｃに、磁極２３ｃの磁力を強めるように電流を流す。また、磁極２３ａのコイル２２ａに、磁極２３ａの磁力を打ち消すように電流を流す。
磁極２３ｃは凸極１２ｃと強く引き合い、磁極２３ａは磁力を打ち消され、凸極１２ａと引き合わなくなる。したがって、磁極２３ｃが凸極１２ｃと対向するように、移動子２１は同図右方向に移動する。磁極２３ｅと磁極２３ｇとは、それぞれ斜め方向の凸極１２ｅ、凸極１２ｆと引き合う。
（４）ＳＴＥＰ４：図８に示すように、磁極２３ａのコイル２２ａと磁極２３ｃのコイル２２ｃの電流を止め、磁極２３ｅのコイル２２ｅに、磁極２３ｅの磁力を強めるように電流を流す。また、磁極２３ｇのコイル２２ｇに、磁極２３ｇの磁力を打ち消すように電流を流す。
磁極２３ｅは凸極１２ｅと強く引き合い、磁極２３ｇは磁力を打ち消され、凸極１２ｆと引き合わなくなる。したがって、磁極２３ｅが凸極１２ｅと対向するように、移動子２１は同図右方向に移動する。 (3) STEP 3: As shown in FIG. 7, stop the current in the coil 22g of the magnetic pole 23g and the coil 22e of the magnetic pole 23e, and supply the current to the coil 22c of the magnetic pole 23c so as to strengthen the magnetic force of the magnetic pole 23c. Also, a current is passed through the coil 22a of the magnetic pole 23a so as to cancel the magnetic force of the magnetic pole 23a.
The magnetic pole 23c is strongly attracted to the convex pole 12c, the magnetic force of the magnetic pole 23a is canceled, and the magnetic pole 23a is no longer attracted to the convex pole 12a. Therefore, the mover 21 moves rightward in the figure so that the magnetic pole 23c faces the salient pole 12c. The magnetic poles 23e and 23g are attracted to the oblique salient poles 12e and 12f, respectively.
(4) STEP 4: As shown in FIG. 8, the current is stopped in the coil 22a of the magnetic pole 23a and the coil 22c of the magnetic pole 23c, and the current is supplied to the coil 22e of the magnetic pole 23e so as to strengthen the magnetic force of the magnetic pole 23e. Also, a current is passed through the coil 22g of the magnetic pole 23g so as to cancel the magnetic force of the magnetic pole 23g.
The magnetic pole 23e is strongly attracted to the convex pole 12e, the magnetic force of the magnetic pole 23g is canceled, and the magnetic pole 23g is no longer attracted to the convex pole 12f. Therefore, the mover 21 moves rightward in the figure so that the magnetic pole 23e faces the salient pole 12e.

ここで、従来のアキシャル方式の平面ステージ装置の動作について、図９～図１２を参照しながら説明する。
図９～図１２に示すように、従来の平面ステージ装置は、プラテン２１０上を、移動子２２１が移動可能な構成を有する。
ここで、プラテン２１０は、Ｘ方向に一定間隔で設けられた複数の強磁性体の凸極２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ、…、を有する。凸極と凸極との間は、非磁性体２１３により埋められている。また、凸極どうしは、下部にて電気的に繋がっている。
移動子２２１は、コイル２２２ａが巻かれた磁極２２３ａおよび磁極２２３ｂと、コイル２２２ｂが巻かれた磁極２２３ｃおよび磁極２２３ｄと、を備える。また、移動子２２１は、その中央位置に永久磁石２２４を備える。この永久磁石２２４により、４つの磁極２２３ａ～２２３ｄには、移動子２２１の移動方向（Ｘ方向）に沿った方向の磁界が発生する。 Here, the operation of the conventional axial type planar stage device will be described with reference to FIGS. 9 to 12. FIG.
As shown in FIGS. 9 to 12, the conventional flat stage device has a structure in which a mover 221 can move on a platen 210. FIG.
Here, the platen 210 has a plurality of ferromagnetic salient poles 212a, 212b, 212c, . . . provided at regular intervals in the X direction. A non-magnetic material 213 is filled between the salient poles. Also, the salient poles are electrically connected to each other at the bottom.
The mover 221 includes a magnetic pole 223a and a magnetic pole 223b around which a coil 222a is wound, and a magnetic pole 223c and a magnetic pole 223d around which a coil 222b is wound. Further, the mover 221 has a permanent magnet 224 at its central position. The permanent magnet 224 generates a magnetic field along the movement direction (X direction) of the mover 221 in the four magnetic poles 223a to 223d.

そして、コイル２２２ａ，２２２ｂに電流が流されると、各磁極２２３ａ～２２３ｄは電磁石となる。永久磁石２２４の作る磁界と電磁石が作る磁界の方向が同じであれば、磁界は強め合い、永久磁石２２４の作る磁界と電磁石が作る磁界が反対であれば、磁界は打ち消される。なお、図９～図１２中の＋、－は、コイルに流す電流方向を示している。
磁極２２３ａ～２２３ｄに巻かれた各コイル２２２ａ、２２２ｂには、図示しない駆動回路から電流を流すことができる。これにより移動磁界が発生し、移動子２２１が図９～図１２における左右方向に移動する。
なお、プラテン２１０の凸極のピッチと移動子２２１の磁極のピッチとの関係は、上述した図５～図８に示すプラテン１０の凸極のピッチと移動子２１の磁極のピッチとの関係と同様である。 Then, when the coils 222a and 222b are energized, the magnetic poles 223a to 223d become electromagnets. If the directions of the magnetic field produced by the permanent magnet 224 and the magnetic field produced by the electromagnet are the same, the magnetic fields strengthen each other, and if the magnetic field produced by the permanent magnet 224 and the magnetic field produced by the electromagnet are opposite, the magnetic fields cancel each other. Note that + and - in FIGS. 9 to 12 indicate the direction of the current flowing through the coil.
An electric current can be applied to each of the coils 222a and 222b wound around the magnetic poles 223a to 223d from a driving circuit (not shown). As a result, a moving magnetic field is generated, and the mover 221 moves in the horizontal direction in FIGS. 9-12.
The relationship between the pitch of the convex poles of the platen 210 and the pitch of the magnetic poles of the mover 221 is the same as the relationship between the pitch of the convex poles of the platen 10 and the pitch of the magnetic poles of the mover 21 shown in FIGS. It is the same.

以下、移動子２２１が図９～図１２における右方向に移動する動作原理について説明する。
（１）ＳＴＥＰ１：図９に示すように、移動子２２１の磁極２２３ａ，２２３ｂ側のコイル２２２ａに、磁極２２３ａの磁力を強めるように電流を流す。磁極２２３ｃ，２２３ｄのコイル２２２ｂには電流を流さない。磁極２２３ａは磁力が強められるので、プラテン２１０の凸極２１２ａと強く引き合い、磁極２２３ａと凸極２１２ａとが対向する位置になる。
磁極２２３ｂは磁力が打ち消され、凸極２１２ｂと凸極２１２ｃの間の非磁性体２１３上に位置する。磁極２２３ｃと磁極２２３ｄとは、それぞれ斜め方向の凸極２１２ｄ、凸極２１２ｆと引き合う。
（２）ＳＴＥＰ２：図１０に示すように、磁極２２３ａ，２２３ｂ側のコイル２２２ａの電流を止め、磁極２２３ｃ，２２３ｄ側のコイル２２２ｂに、磁極２２３ｄの磁力を強めるように電流を流す。磁極２２３ｄは凸極２１２ｆと強く引き合い、磁極２２３ｃは磁力を打ち消され、凸極２１２ｄと引き合わなくなる。
したがって、磁極２２３ｄが凸極２１２ｆと対向するように、移動子２２１は同図右方向に移動する。磁極２２２ａと磁極２２２ｂとは、それぞれ斜め方向の凸極２１２ａ、凸極２１２ｃと引き合う。 The operation principle of moving the mover 221 to the right in FIGS. 9 to 12 will be described below.
(1) STEP 1: As shown in FIG. 9, a current is applied to the coil 222a on the side of the magnetic poles 223a and 223b of the mover 221 so as to strengthen the magnetic force of the magnetic pole 223a. No current flows through the coils 222b of the magnetic poles 223c and 223d. Since the magnetic force of the magnetic pole 223a is strengthened, it is strongly attracted to the convex pole 212a of the platen 210, and the magnetic pole 223a and the convex pole 212a are positioned to face each other.
The magnetic force of the magnetic pole 223b is canceled and is located on the non-magnetic body 213 between the salient poles 212b and 212c. The magnetic poles 223c and 223d are attracted to the oblique salient poles 212d and 212f, respectively.
(2) STEP 2: As shown in FIG. 10, the current in the coil 222a on the side of the magnetic poles 223a and 223b is stopped, and the current is applied to the coil 222b on the side of the magnetic poles 223c and 223d so as to strengthen the magnetic force of the magnetic pole 223d. The magnetic pole 223d is strongly attracted to the convex pole 212f, the magnetic force of the magnetic pole 223c is canceled, and the magnetic pole 223c is no longer attracted to the convex pole 212d.
Therefore, the mover 221 moves rightward in the figure so that the magnetic pole 223d faces the convex pole 212f. The magnetic poles 222a and 222b are attracted to the oblique salient poles 212a and 212c, respectively.

（３）ＳＴＥＰ３：図１１に示すように、磁極２２３ｃ，２２３ｄ側のコイル２２２ｂの電流を止め、磁極２２３ａ，２２３ｂ側のコイル２２２ａに、磁極２２３ｂの磁力を強めるように電流を流す。磁極２２３ｂは凸極２１２ｃと強く引き合い、磁極２２３ａは磁力を打ち消され、凸極２１２ａと引き合わなくなる。
したがって、磁極２２３ｂが凸極２１２ｃと対向するように、移動子２２１は同図右方向に移動する。磁極２２２ｃと磁極２２２ｄとは、それぞれ斜め方向の凸極２１２ｅ、凸極２１２ｆと引き合う。
（４）ＳＴＥＰ４：図１２に示すように、磁極２２３ａ，２２３ｂ側のコイル２２２ａの電流を止め、磁極２２３ｃ，２２３ｄ側のコイル２２２ｂに、磁極２２３ｃの磁力を強めるように電流を流す。磁極２２３ｃは凸極２１２ｅと強く引き合い、磁極２２３ｄは磁力を打ち消され、凸極２１２ｆと引き合わなくなる。
したがって、磁極２２３ｃが凸極２１２ｅと対向するように、移動子２２１は同図右方向に移動する。 (3) STEP 3: As shown in FIG. 11, the current in the coil 222b on the side of the magnetic poles 223c and 223d is stopped, and the current is supplied to the coil 222a on the side of the magnetic poles 223a and 223b so as to strengthen the magnetic force of the magnetic pole 223b. The magnetic pole 223b is strongly attracted to the convex pole 212c, the magnetic force of the magnetic pole 223a is canceled, and the magnetic pole 212a is no longer attracted.
Therefore, the mover 221 moves rightward in the figure so that the magnetic pole 223b faces the salient pole 212c. The magnetic poles 222c and 222d are attracted to the oblique salient poles 212e and 212f, respectively.
(4) STEP 4: As shown in FIG. 12, the current in the coil 222a on the side of the magnetic poles 223a and 223b is stopped, and the current is supplied to the coil 222b on the side of the magnetic poles 223c and 223d so as to strengthen the magnetic force of the magnetic pole 223c. The magnetic pole 223c is strongly attracted to the convex pole 212e, the magnetic force of the magnetic pole 223d is canceled, and the magnetic pole 212f is no longer attracted.
Therefore, the mover 221 moves rightward in the figure so that the magnetic pole 223c faces the salient pole 212e.

このように、従来の平面ステージ装置においては、移動子２２１の各磁極２２３ａ～２２３ｄには、永久磁石２２４によって移動子２２１の移動方向（Ｘ方向）に沿った方向の磁界が与えられる。そのため、プラテン２１０の凸極どうしは、プラテン２１０の表面においては非磁性体２１３により区切られているが、下部において電気的に繋がっていなければならない。そこで、従来のプラテン２１０は、全体を磁性体である金属により製作されていた。
しかしながら、平面ステージ装置を、大型のワークを長い距離移動させるような加工装置のワークステージに用いる場合、プラテンは移動子の移動距離に応じた大型のものとなる。さらに、プラテンには高い平面度が必要である。このように大型でかつ高い平面度を維持するためには、プラテン全体に高い剛性が必要であり、そのためにはプラテンの厚みを厚くする必要がある。プラテン全体を金属により製作した場合、プラテンは大きくて厚い金属の塊となり、平面ステージ装置全体は、非常に重いものになってしまう。また、ワークが大型で重たい場合、ワークを載置する側を固定し、プラテン側を移動させてワークを加工することも考えられる。したがって、プラテンは軽量であることが望まれる。 As described above, in the conventional planar stage device, each magnetic pole 223a to 223d of the mover 221 is provided with a magnetic field in the moving direction (X direction) of the mover 221 by the permanent magnet 224. FIG. Therefore, the salient poles of the platen 210 are separated by the non-magnetic material 213 on the surface of the platen 210, but must be electrically connected at the bottom. Therefore, the conventional platen 210 is entirely made of metal, which is a magnetic material.
However, when the flat stage device is used as a work stage of a processing device that moves a large work over a long distance, the platen becomes large according to the movement distance of the mover. Additionally, the platen requires a high degree of flatness. In order to maintain such a large size and high flatness, the platen as a whole needs to have high rigidity, and for that reason, it is necessary to increase the thickness of the platen. If the entire platen is made of metal, the platen becomes a large and thick lump of metal, and the entire flat stage apparatus becomes very heavy. Moreover, when the work is large and heavy, it is conceivable to fix the side on which the work is placed and move the platen side to process the work. Therefore, it is desirable that the platen be lightweight.

プラテンの軽量化を実現するためには、図１３に示すプラテン２１０Ａのように、軽量で高剛性のＣＦＲＰ部材により構成された基台２１１Ａの表面に、多数の凸極を形成した薄い金属板２１２Ａを接着剤により貼り付けることが考えられる。ここで、凸極と凸極との間は、樹脂である非磁性体２１３Ａにより埋められている。このような構造にすれば、プラテン全体を金属製とする場合に比べて極めて軽量になる。
ところが、図１３に示すプラテン２１０Ａのような構造とした場合、以下の問題が生じる。
金属とＣＦＲＰとでは、熱膨張率が大きく異なる。金属は熱膨張率が大きく、ＣＦＲＰは熱膨張率が極めて小さい。例えば、鉄の熱膨張係数（ＣＴＥ）は１０×１０^-6、ＣＦＲＰの熱膨張係数（ＣＴＥ）は０．５～－１．５×１０^-6である。そのため、両者の熱膨張率の違いにより、プラテンが設置される環境のわずかな温度変化によって、プラテン全体に反りなどの変形が生じてしまう。場合によっては、図１４に示すように、プラテン２１０Ａの本体である基台（ＣＦＲＰ）２１１Ａから金属板２１２Ａが剥がれてしまうといった事態も生じ得る。 In order to reduce the weight of the platen, like the platen 210A shown in FIG. may be attached with an adhesive. Here, the space between the salient poles is filled with a non-magnetic material 213A made of resin. With such a structure, the weight of the platen can be significantly reduced as compared with the case where the entire platen is made of metal.
However, the structure of the platen 210A shown in FIG. 13 causes the following problems.
There is a large difference in coefficient of thermal expansion between metal and CFRP. Metal has a large coefficient of thermal expansion, and CFRP has a very small coefficient of thermal expansion. For example, iron has a coefficient of thermal expansion (CTE) of 10×10 ⁻⁶ and CFRP has a coefficient of thermal expansion (CTE) of 0.5 to −1.5×10 ⁻⁶ . Therefore, due to the difference in coefficient of thermal expansion between the two, a slight temperature change in the environment in which the platen is installed causes deformation such as warping of the entire platen. In some cases, as shown in FIG. 14, the metal plate 212A may come off from the base (CFRP) 211A, which is the main body of the platen 210A.

上記のように、熱膨張率の異なる二種類の物質であって、大きな面積を有するもの同士、あるいは一方向に長尺のもの同士を張り合わせた場合、上述したように、温度変化により両者に反りや剥がれが生じてしまう。
これに対して、本実施形態における平面ステージ装置１００のプラテン１０は、ＣＦＲＰ部材からなる基台１１上にストライプ状の凸極１２を設けた構成を有する。このように、各凸極１２は棒状の形状を有し、独立して基台１１上に配置されている。つまり、凸極１２どうしは、基台１１への接触面側において繋がっていない。そのため、凸極１２である金属（磁性体）の熱膨張率が、基台１１であるプレプリグ（ＣＦＲＰ）の熱膨張率に対して大きかったとしても、温度変化による凸極１２の反りや剥がれは生じにくい。なぜなら、各凸極１２のＸ方向の長さは短いので、実際の熱伸縮の大きさは小さく、凸極１２間にある非磁性体１３が樹脂である場合、樹脂の伸縮が凸極１２の伸縮を吸収するからである。
また、凸極１２の長手方向は、基台１１の長手方向に直交する方向に一致している。つまり、凸極１２は、基台１１の短手方向の長さと同等またはそれよりも短い長さを有する。このように、凸極１２は、比較的短い棒状の部材からなるため、温度変化による凸極１２の反りや剥がれは生じにくい。 As described above, when two types of substances having different coefficients of thermal expansion and having large areas or long lengths in one direction are pasted together, as described above, both warp due to temperature changes. or peeling will occur.
On the other hand, the platen 10 of the planar stage device 100 in this embodiment has a configuration in which a striped salient pole 12 is provided on a base 11 made of a CFRP member. Thus, each salient pole 12 has a rod-like shape and is independently arranged on the base 11 . That is, the salient poles 12 are not connected to each other on the contact surface side with the base 11 . Therefore, even if the thermal expansion coefficient of the metal (magnetic material) that is the convex pole 12 is larger than the thermal expansion coefficient of the prepreg (CFRP) that is the base 11, the convex pole 12 will not warp or peel off due to temperature changes. unlikely to occur. This is because the length of each convex pole 12 in the X direction is short, so the actual thermal expansion/contraction is small. This is because it absorbs expansion and contraction.
Also, the longitudinal direction of the salient pole 12 coincides with the direction orthogonal to the longitudinal direction of the base 11 . That is, the salient pole 12 has a length equal to or shorter than the length of the base 11 in the lateral direction. Thus, since the salient pole 12 is made of a relatively short rod-shaped member, the salient pole 12 is less likely to warp or peel off due to temperature changes.

さらに、本実施形態では、プラテン１０の基台１１は、複数のプリプレグを繊維の方向が同じになるように積層させたＣＦＲＰ部材とすることができる。そして、基台１１の長手方向を、基台１１の炭素繊維の配向方向に一致させ、凸極１２の長手方向を、基台１１の炭素繊維の配向方向に対して直交する方向に一致させることができる。
炭素繊維の配向に異方性を持たせたＣＦＲＰ部材の場合、炭素繊維の配向方向の熱膨張率は、繊維単体の熱膨張率に近くなる。繊維単体の熱膨張率は非常に小さい。したがって、炭素繊維の配向方向の熱膨張率は（配向方向に直交する方向に比べて）小さい。上記構成の場合、基台１１の熱膨張率の大きい方向、即ち凸極（磁性体＝金属）１２との熱膨張率との差が小さい方向に凸極１２の長手方向を一致させることになるため、基台１１の熱膨張率の小さい方向、即ち凸極（磁性体＝金属）１２との熱膨張率との差が大きい方向においては、凸極１２は互いに独立して繋がっていない。また、凸極１２は棒状であり、この方向においては凸極１２の長さは非常に短い。そのため、凸極１２の熱膨張率と基台１１の熱膨張率との差が大きかったとしても、実際に温度変化によって凸極１２が伸びる量は小さいので、凸極１２の反りや剥がれが生じることはない。
また、炭素繊維の配向方向の剛性は高いので、ステージの長手方向を炭素繊維の配向方向に一致させることにより、長いステージであっても歪やたわみを少なくすることができる。
以上のように、本実施形態におけるプラテン１０は、軽量で、かつ温度変化による変形、さらには自重によるたわみ、また歪の少ないプラテンとすることができる。 Furthermore, in this embodiment, the base 11 of the platen 10 can be a CFRP member in which a plurality of prepregs are laminated so that the fibers are oriented in the same direction. Then, the longitudinal direction of the base 11 is aligned with the orientation direction of the carbon fibers of the base 11, and the longitudinal direction of the salient poles 12 is aligned with the direction orthogonal to the orientation direction of the carbon fibers of the base 11. can be done.
In the case of a CFRP member in which the orientation of carbon fibers is anisotropic, the coefficient of thermal expansion in the orientation direction of carbon fibers is close to the coefficient of thermal expansion of individual fibers. The coefficient of thermal expansion of the single fiber is very small. Therefore, the coefficient of thermal expansion in the orientation direction of the carbon fibers is small (compared to the direction orthogonal to the orientation direction). In the case of the above configuration, the longitudinal direction of the convex pole 12 is aligned with the direction in which the coefficient of thermal expansion of the base 11 is large, that is, the direction in which the difference between the coefficient of thermal expansion and the convex pole (magnetic material=metal) 12 is small. Therefore, in the direction where the thermal expansion coefficient of the base 11 is small, that is, in the direction where the thermal expansion coefficient differs greatly from that of the convex poles (magnetic material=metal) 12, the convex poles 12 are not connected independently of each other. Also, the salient pole 12 is rod-shaped, and the length of the salient pole 12 is very short in this direction. Therefore, even if the difference between the coefficient of thermal expansion of the convex pole 12 and the coefficient of thermal expansion of the base 11 is large, the convex pole 12 is actually stretched by a small amount due to temperature change, so that the convex pole 12 warps or peels off. never.
In addition, since the rigidity in the orientation direction of the carbon fibers is high, by aligning the longitudinal direction of the stage with the orientation direction of the carbon fibers, it is possible to reduce distortion and bending even in a long stage.
As described above, the platen 10 according to the present embodiment can be a lightweight platen that is less deformed due to temperature changes, less flexed due to its own weight, and less distorted.

また、図９～図１２に示す従来のアキシャル方式の平面ステージ装置においては、Ｘ方向に沿って配置された複数の磁極２２３ａ～２２３ｄを有する移動子２２１に対して１つの永久磁石２２４が設けられている。図９～図１２では、永久磁石２２４は、移動子２２１のＸ方向中央位置に設けられている。この場合、各磁極２２３ａ～２２３ｄにおいて永久磁石２２４によって作られる磁場の強さにはばらつきが生じる。具体的には、永久磁石２２４に近い磁極２２３ｂ、２２３ｃにおいては磁場が強く、永久磁石２２４から遠い磁極２２３ａ、２２３ｄにおいては磁場が弱い。
このように、移動体の移動方向に並べて配置された各磁極２２３ａ～２２３ｄにおいて、永久磁石により与えられるバイアス磁界に差があると、効率良く移動体の推力が得られない場合がある。これは、各磁極のコイル電流を制御して永久磁石により作られる磁界を強めたり打ち消したりする方向に磁界を発生させても、磁極間の磁力に適切に差を設けることができないためである。 9 to 12, one permanent magnet 224 is provided for a mover 221 having a plurality of magnetic poles 223a to 223d arranged along the X direction. ing. 9 to 12, the permanent magnet 224 is provided at the center position of the mover 221 in the X direction. In this case, the strength of the magnetic field produced by the permanent magnet 224 varies in each of the magnetic poles 223a-223d. Specifically, the magnetic poles 223b and 223c near the permanent magnet 224 have a strong magnetic field, and the magnetic poles 223a and 223d far from the permanent magnet 224 have a weak magnetic field.
In this way, if there is a difference in the bias magnetic field given by the permanent magnets in the magnetic poles 223a to 223d arranged side by side in the moving direction of the moving body, it may not be possible to efficiently obtain the thrust of the moving body. This is because even if the coil current of each magnetic pole is controlled to generate a magnetic field in a direction that strengthens or cancels the magnetic field created by the permanent magnet, it is not possible to provide an appropriate difference in the magnetic force between the magnetic poles.

これに対して、本実施形態における平面ステージ装置１００は、従来のアキシャル方式に替えて、トランスバース方式を用いた平面ステージ装置とする。つまり、平面ステージ装置１００の移動体２０は、移動体２０の移動方向（Ｘ方向）に所定の間隔で配置された複数の磁極に対して、それぞれ移動体２０の移動方向に対して直交する方向（Ｙ方向）の磁界を与えることで発生する磁力によって、Ｘ方向に移動する。
具体的には、平面ステージ装置１００の移動体２０は、Ｙ方向に並べて配置された磁極の組を、Ｘ方向に複数組有する。また、移動体２０は、複数の磁極の組にそれぞれ対応して、磁極の組に対して、Ｙ方向の磁界により磁力を発生させる磁力発生部を備える。各磁力発生部は、Ｙ方向のバイアス磁界を与える永久磁石と、磁極の周囲をそれぞれ巻回し、Ｚ方向の磁界を与えるコイルと、を備え、当該コイルに流す電流を制御することで各磁力発生部が発生する磁力を制御することができる。 In contrast, the planar stage device 100 in this embodiment is a planar stage device using a transverse method instead of the conventional axial method. In other words, the moving body 20 of the planar stage device 100 is arranged in a direction orthogonal to the moving direction of the moving body 20 with respect to a plurality of magnetic poles arranged at predetermined intervals in the moving direction (X direction) of the moving body 20 . It moves in the X direction by a magnetic force generated by applying a magnetic field in the (Y direction).
Specifically, the movable body 20 of the planar stage device 100 has a plurality of sets of magnetic poles arranged side by side in the Y direction in the X direction. In addition, the moving body 20 includes magnetic force generators that generate magnetic forces by magnetic fields in the Y direction with respect to the sets of magnetic poles, corresponding to the sets of the plurality of magnetic poles. Each magnetic force generation unit includes a permanent magnet that provides a bias magnetic field in the Y direction, and a coil that is wound around the magnetic pole and provides a magnetic field in the Z direction. It is possible to control the magnetic force generated by the part.

このように、トランスバース方式を採用することで、上述した磁場のばらつきの問題を抑制し、移動体２０の移動方向であるＸ方向においてバランスの良い磁場を容易に作ることができる。また、移動体２０の移動方向に沿って配置された磁極の組ごとに磁力発生部を設けることができるので、磁界の強さが特定の磁極に偏って生じることを抑制することができる。したがって、移動体２０の移動方向における磁極間の磁力の差を適切に制御することができ、効率良く移動体２０の推力を得ることができる。
さらに、磁力発生部を構成する永久磁石は、磁極ごとにそれぞれ配置されていてもよい。この場合、永久磁石は、それぞれ各磁極の上方（直上）に配置することができる。これにより、各磁極において永久磁石が作る磁界を強めることができ、移動体２０の推力を上げることが可能となる。
以上のように、本実施形態における平面ステージ装置１００においては、磁場のばらつきが抑制され、効率良く移動体２０の推力が得られる。 By adopting the transverse method in this manner, the problem of variations in the magnetic field described above can be suppressed, and a well-balanced magnetic field can be easily created in the X direction, which is the moving direction of the moving body 20 . In addition, since a magnetic force generator can be provided for each pair of magnetic poles arranged along the moving direction of the moving body 20, it is possible to suppress the magnetic field strength from being biased toward a specific magnetic pole. Therefore, the difference in magnetic force between the magnetic poles in the moving direction of the moving body 20 can be appropriately controlled, and the thrust of the moving body 20 can be efficiently obtained.
Furthermore, the permanent magnets forming the magnetic force generating section may be arranged for each magnetic pole. In this case, the permanent magnets can be arranged above (directly above) each magnetic pole. As a result, the magnetic field generated by the permanent magnet can be strengthened at each magnetic pole, and the thrust of the moving body 20 can be increased.
As described above, in the planar stage device 100 of the present embodiment, variations in the magnetic field are suppressed, and the thrust of the moving body 20 can be efficiently obtained.

（変形例）
上記実施形態においては、移動体が一方向（Ｘ方向）のみに移動可能な平面ステージ装置１００について説明した。しかしながら、この平面ステージ装置１００を二台用い、両者を直交方向に組み合わせれば（一台目のステージ装置の上に、もう一台のステージ装置を載せれば）、移動体をプラテン平面上の直交する二方向、いわゆるＸＹ方向に移動可能な平面ステージ装置とすることができる。
また、上記実施形態においては、図４に示すように、移動子２１の各磁極にそれぞれ永久磁石を配置する場合について説明したが、磁力発生部ごとに１つずつ永久磁石を配置するようにしてもよい。つまり、移動体２０の移動方向に直交する方向に並べて配置された磁極の組（例えば、磁極２３ａと磁極２３ｂ）に対して１つの永久磁石を配置するようにしてもよい。この場合にも、図９～図１２に示す従来のアキシャル方式の平面ステージ装置と比較して、磁場のばらつきを抑制することができる。 (Modification)
In the above embodiments, the planar stage device 100 in which the moving body can move in only one direction (X direction) has been described. However, if two flat stage devices 100 are used and they are combined in the orthogonal direction (if another stage device is placed on top of the first stage device), the moving body can be placed on the platen plane. It can be a flat stage device that can move in two orthogonal directions, so-called XY directions.
Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 4, the case of arranging a permanent magnet for each magnetic pole of the mover 21 has been described. good too. That is, one permanent magnet may be arranged for a pair of magnetic poles (for example, magnetic pole 23a and magnetic pole 23b) arranged side by side in a direction perpendicular to the moving direction of moving body 20. FIG. In this case also, variations in the magnetic field can be suppressed as compared with the conventional axial type planar stage device shown in FIGS.

本実施形態における平面ステージ装置１００は、例えば、ワークを露光する露光装置のワークステージとして使用することができる。また、本実施形態における平面ステージ装置１００は、例えば、レーザを基板に照射してビアホールを形成するなど、ワークを加工するレーザ加工装置のステージにも使用することができる。さらに、本実施形態における平面ステージ装置１００は、ウエハ欠陥検査装置や部品実装装置などの加工装置のステージにも使用することができる。 The flat stage device 100 in this embodiment can be used, for example, as a work stage of an exposure apparatus that exposes a work. Further, the flat stage apparatus 100 in this embodiment can be used as a stage of a laser processing apparatus for processing a work such as irradiating a substrate with a laser to form a via hole. Furthermore, the flat stage device 100 in this embodiment can also be used as a stage of a processing device such as a wafer defect inspection device or a component mounting device.

１０…プラテン、１１…基台（ＣＦＲＰ部材）、１２…凸極、１３…非磁性体、２０…移動体、２１…移動子、２２ａ，２２ｂ…コイル、２３ａ，２３ｂ…磁極、２４ａ，２４ｂ…永久磁石、２５…バックヨーク、２６…板部材、１００…平面ステージ装置、Ｗ…ワーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Platen 11... Base (CFRP member) 12... Convex pole 13... Non-magnetic body 20... Moving body 21... Mover 22a, 22b... Coil 23a, 23b... Magnetic pole 24a, 24b... Permanent magnet 25 Back yoke 26 Plate member 100 Flat stage device W Work

Claims

A flat stage apparatus comprising a flat platen and a moving body that moves on the platen in a first direction,
The platen is
a base made of carbon fiber plastic in which the orientation direction of the carbon fibers is set along the first direction;
and a convex pole provided in a stripe shape on the base,
The salient poles are a plurality of bar-shaped magnetic bodies insulated from each other, the longitudinal direction of which coincides with a second direction orthogonal to the first direction, and are arranged parallel to the first direction at regular intervals. ,
The moving body is
Having a plurality of magnetic poles arranged at predetermined intervals in the first direction,
A planar stage device that is moved in the first direction by magnetic forces generated between the plurality of magnetic poles and the convex poles caused by the magnetic field in the second direction.

The moving body is
As the plurality of magnetic poles, a plurality of sets of magnetic poles arranged along the second direction are provided along the first direction,
a magnetic force generation unit provided corresponding to each of the magnetic pole pairs and generating a magnetic force between the corresponding magnetic pole pair and the convex pole by the magnetic field in the second direction;
A control unit that controls the magnetic force generated by the magnetic force generation unit,
The magnetic force generation unit is
a permanent magnet that provides the bias magnetic field in the second direction;
a coil wound around each of the magnetic poles and providing a magnetic field in a third direction orthogonal to the first direction and the second direction;
2. The flat stage apparatus according to claim 1, wherein the control section controls currents to be applied to the coils.

3. The flat stage apparatus according to claim 2, wherein said permanent magnets are individually provided above said magnetic poles.

4. The flat stage apparatus according to claim 1, wherein said base is made of unidirectional carbon fiber reinforced plastic in which carbon fibers are aligned in one direction.

5. The flat stage apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the longitudinal direction of the base corresponds to the orientation direction of the carbon fibers.