DE60109635T2

DE60109635T2 - Xyz-positioniereinrichtung

Info

Publication number: DE60109635T2
Application number: DE60109635T
Authority: DE
Inventors: Houng Joong Hitachi-shi KIM; Ryouichi Hitachi-shi NAGANUMA; Hiromitsu Hitachi-shi SEINO
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2021-11-03
Also published as: EP1330864B1; JP2002142438A; US6448733B1; JP3945148B2; EP1330864A2; DE60109635D1; WO2002045245A2; WO2002045245A3; KR100589746B1; US20020195984A1; TW531600B; US6703806B2; KR20030051770A; US20020050804A1; CN1606822A; CN100479985C

Description

TECHNISCHES GEBIET
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen XYZ-Achsen-Tisch und insbesondere einen XYZ-Achsen-Tisch, der zur Positionierung einer Maske in einer Schrittvorrichtung zur Herstellung eines Halbleiters, eines Maschinenwerkzeugs und einer anderen Belichtungsvorrichtung verwendet wird.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bei einem herkömmlichen XYZ-Achsen-Tisch wird, wenn ein Linearmotor eingesetzt wird, ein Linearmotor mit einer Struktur benutzt, bei der eine rotierende Maschine geschnitten und geöffnet ist, um linear angesteuert zu werden.
Da bei dem Linearmotor, der im Stand der Technik beschrieben ist, viel Leckfluss zwischen einem Anker und einem beweglichen Element auftritt und eine magnetische Anziehungskraft auf einen Bereich zwischen dem Anker und dem beweglichen Element in einer Richtung angewendet wird, wird bei dem XYZ-Achsen-Tisch eine große Last auf einen Haltemechanismus des beweglichen Elements ausgeübt, so dass das Problem besteht, dass in der Struktur eine Beanspruchung erzeugt wird.
Die US 4 254 350 offenbart einen asynchronen leitungsgespeisten Motor. Er umfasst einen Induktor aus zwei einzelnen laminierten Kernen, die zwei Reihen in der Bewegungsrichtung des Magnetfelds bilden. Jeder laminierte Kern ist aus Stangen gebildet, die an einem Ende Polschuhe aufweisen und am entgegengesetzten Ende von Jochen umschlossen sind. Die Polschuhe der laminierten Kerne der zweiten Reihe verbinden die laminierten Kerne der ersten Reihe miteinander und sind zwischen die Polschuhe der laminierten Kerne der ersten Reihe gefügt. Die Joche der laminierten Kerne der ersten und zweiten Reihe liegen sich in entgegengesetzten Richtungen gegenüber. Spulen mit einer konzentrierten Multi-Phasen-Wicklung sind um die Joche der laminierten Kerne herum gewunden.
Die JP-A-63127841 offenbart eine XY-Plattform. Deren Linearmotor weist ein bewegliches Element und einen Stator auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen XY-Tisch zur Verfügung zu stellen, bei dem eine zwischen dem Anker und dem beweglichen Element erzeugte magnetische Anziehungskraft verkleinert wird und der gleichzeitig leicht herzustellen ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XY-Tisch zur Verfügung gestellt, mit einer Basis, mehreren linearen Führungsvorrichtungen, einer Plattform, einem Linearmotor für den Antrieb längs der X-Achse und einem Linearmotor zum Antrieb längs der Y-Achse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Es ist wünschenswert, dass der Linearmotor so gestaltet ist, dass er durch einen Anker und ein bewegliches Element gebildet wird, das relativ zum Anker bewegt werden kann. Ferner ist es wünschenswert, dass die Struktur so ausgeführt ist, dass der Linearmotor außerdem eine erste Reihe von Magnetpolzähnen hat, die magnetisch mit dem ersten Magnetpol verbunden und so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung im We sentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen Elements in eine erste Stufe und eine zweite Stufe unterteilt sind, und eine zweite Reihe von Magnetpolzähnen, die magnetisch mit dem zweiten Magnetpol des Ankers verbunden und so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen Elements in eine erste Stufe und eine zweite Stufe unterteilt sind, wobei die erste Stufe der Magnetpolzähne in der ersten Reihe von Magnetpolzähnen und die erste Stufe der Magnetpolzähne in der zweiten Reihe von Magnetpulzähnen abwechselnd bezüglich der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements angeordnet sind, die zweite Stufe der Magnetpolzähne in der ersten Reihe von Magnetpolzähnen und die zweite Stufe der Magnetpolzähne in der zweiten Reihe von Magnetpolzähnen abwechselnd bezüglich der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements angeordnet sind, und das bewegliche Element zwischen der einen und der anderen ersten Stufe der Reihen der Magnetpolzähne und der einen und der anderen zweiten Stufe der Reihen der Magnetpolzähne angeordnet ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, der so gestaltet ist, dass die Schienen der linearen Führungsvorrichtung an vier Bereichen angeordnet sind, die einen östlichen, einen westlichen, einen südlichen und einen nördlichen Bereich der Basis aufweisen, wobei die Schienen einstückig so ausgebildet sind, dass ein von der Schiene frei beweglich geführter Gleiter und die relative Bewegungsrichtung des Ankers rechtwinklig zueinander sind, wobei das bewegliche Element mit der Plattform so verbunden ist, dass sich eine Kreuzform ergibt, und wobei der in einer Ost-West-Richtung angeordnete Anker und das in einer anderen Süd-Nord-Richtung angeordnete bewegliche Element jeweils als ein Linearmotor für den Antrieb längs der X-Ach se und als ein Linearmotor für den Antrieb längs der Y-Achse angesteuert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, der so gestaltet ist, dass vier Schienen der linearen Führungsvorrichtung an vier Bereichen angeordnet sind, die einen westlichen, einen östlichen, einen südlichen und einen nördlichen Bereich der Basis aufweisen, wobei die beweglichen Elemente überlappen und unter Einhaltung eines Spalts so angeordnet sind, dass sie eine Kreuzform bilden, wobei die von den Schienen frei beweglich geführten Gleiter an ihren beiden Enden verbunden sind, so dass die relativen Bewegungsrichtungen zwischen den Gleitern und den beweglichen Elementen rechtwinklig zueinander sind, wobei die mehreren Anker einstückig mit der Plattform ausgebildet sind, indem sie an einer inneren Seite der linearen Führungsvorrichtung versammelt sind, wobei der in eine Ost-West-Richtung angeordnete Anker und der in eine andere Süd-Nord-Richtung angeordnete Anker jeweils als Linearmotor für den Antrieb längs der X-Achse und als Linearmotor für den Antrieb längs der Y-Achse angesteuert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, der so gestaltet ist, dass die Schienen der linearen Führungsvorrichtung so in der Basis angeordnet sind, dass sich die X-Achse und die Y-Achse rechtwinklig zueinander schneiden, wobei die von den Schienen frei beweglich geführten Gleiter einstückig mit den Ankern so ausgebildet sind, dass relative Bewegungsrichtungen rechtwinklig sind, wobei die Anker mit der Plattform so verbunden sind, dass sich eine L-Form ergibt, und wobei der in einer Ost-West-Richtung angeordnete Anker und der in einer anderen Süd-Nord-Richtung angeordnete Anker jeweils als Li nearmotor für den Antrieb längs der X-Achse und als Linearmotor längs der Y-Achse angesteuert werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, der so gestaltet ist, dass ein XY-Tisch und eine lineare Führungsvorrichtung längs der Z-Achse jeweils die Funktion eines Antriebs unter einem Winkel θ haben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, der so gestaltet ist, dass jede der linearen Führungsvorrichtungen unabhängig auf der Basis angeordnet ist oder bei dem die lineare Führungsvorrichtung einer Achse über der linearen Führungsvorrichtung einer anderen Achse liegt und der Linearmotor verwendet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, mit einem Regelschleifensystem, das durch den Linearmotor, einen Sensor zur Erfassung einer relativen Verschiebung zwischen Anker und beweglichem Element und einem Magnetpol und einem Steuerungsbereich zur Rückführung des Sensorsignals und einem Leistungsansteuerungsbereich gebildet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, mit einem offenen Steuerungssystem, das durch den Linearmotor, einen Steuerungsbereich und einen Leistungsansteuerungsbereich gebildet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, mit einem Steuerungssystem, das durch den Linearmotor, einen Leistungsansteuerungsbereich und einen Steuerungsbereich gebildet wird, der eine Abschät zungseinrichtung aufweist zum Erfassen der induzierten Spannung des Linearmotors und zum Abschätzen einer relativen Magnetpolposition zwischen dem Anker und dem beweglichen Element auf der Grundlage des erfassten Spannungswerts.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, mit einem Steuerungssystem mit einem Linearmotor, einem Leistungsansteuerungsbereich und einem Steuerungsbereich einschließlich einer Abschätzungseinrichtung zum Erfassen eines durch den Linearmotor fließenden Stroms und zum Abschätzen einer relativen Magnetpolposition zwischen dem Anker und dem beweglichen Element auf der Grundlage des erfassten Stromwerts.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, der so gestaltet ist, dass mehrere Anker des koaxial angetriebenen Linearmotors angeordnet sind und eine Schrittweite zwischen den Magnetpolzähnen der benachbarten unterschiedlichen Anker auf (k·P + P/M) gesetzt wird, mit {(k = 0, 1, 2, ...), (M = 2, 3, 4,...)} und {worin k eine in einem Bereich frei wählbare Zahl ist, so dass die benachbarten Anker angeordnet werden können, M die Anzahl der Phasen des Motors ist}, wenn die Polteilung auf P gesetzt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, bei dem in mittleren Bereichen sowohl des XY-Tisches als auch der Basis Durchlöcher vorgesehen sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein XYZ-Achsen-Tisch zur Verfügung gestellt, der so gestaltet ist, dass zwischen der Basis und der Plattform eine Druckluftgleitfunktion oder Magnetgleitfunktion vorgesehen ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleiterherstellungs-Schrittvorrichtung, ein Maschinenwerkzeug oder eine Belichtungsvorrichtung mit dem XY-Achsen-Tisch oder dem XY-Achsen-Tisch nach einem der vorhergehenden Merkmale zur Verfügung gestellt.
Die vorstehend angegebenen Merkmale und die weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die die Grundstruktur eines XYZ-Tisches mit einem Linearmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Ansicht eines Linearmotors, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
3A ist eine schematische Ansicht, die das Konzept des Magnetflussstroms eines Linearmotors zeigt;
3B ist eine schematische Ansicht, die eine durch geteilte Kerne aufgebaute Zusammensetzung zeigt;
4 ist eine schematische Ansicht, die eine Struktur zeigt, in der ein geformter Linearmotor und ein Gleiter kombiniert sind;
5A und 5B sind Steuerungsblockdiagramme einer Struktur, die einen Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
6A und 6B sind weitere Steuerungsblockdiagramme einer Struktur, die einen Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet;
7 ist eine schematische Ansicht, die einen XYZ-Achsen-Tisch mit einem Linearmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine schematische Ansicht, die einen XYZ-Achsen-Tisch mit einem Linearmotor gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine schematische Ansicht, die einen XYZ-Achsen-Tisch mit einem Linearmotor gemäß der weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
10 ist eine schematische Ansicht, die einen XYZ-Achsen-Tisch mit einem Linearmotor gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend folgt eine Beschreibung von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
1 ist eine schematische Ansicht einer Grundstruktur eines XYZ-Achsen-Tisches, der einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 101 eine Basis, das Bezugszeichen 102 bezeichnet eine Schiene einer linearen Führungsvorrichtung, das Bezugszeichen 103 bezeichnet eine Plattform, das Bezugssymbol 3X bezeichnet einen Anker eines Linearmotors für den Antrieb längs der X-Achse, das Bezugssymbol 3Y bezeichnet einen Anker eines Linearmotors für den Antrieb längs der Y-Achse, das Bezugssymbol 3Z bezeichnet einen Anker eines Linearmotors für den Antrieb längs der Z-Achse, die Bezugssymbole 6X, 6Y und 6Z bezeichnen ein bewegliches Element auf den jeweiligen Achsen und das Bezugszeichen 108 bezeichnet einen Arm. Dementsprechend ist ein XYZ-Achsen-Tisch mit dem Linearmotor durch die vorgenannten Bauteile gebildet. Der Anker 3X weist Bereiche X1 und X2 auf. Der Anker 3Y weist Bereiche Y1 und Y2 auf. Der Anker 3Z weist Bereiche Z1 und Z2 auf.
Des Weiteren kann eine glatte bzw. sanfte Bewegung zwischen der Basis 101 und der Plattform 103 nach Maßgabe einer Luftgleitbetätigung oder einer Magnetgleitbetätigung erreicht werden. Ein Bereich, der sich auf der Basis 101 auf der X- und Y-Achse bewegen kann, kann als XY-Achsen-Tisch gebraucht werden.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform eines Linearmotors zum Ansteuern einer Achse zeigt, der in dem XYZ-Achsen-Tisch gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist.
In 2 ist der Linearmotor ein durch einen Anker 3 und ein bewegliches Element 6, das sich relativ zum Anker 3 bewegt, gebildeter Linearmotor, und der Linearmotor weist ferner eine erste Reihe von Magnetpolzähnen auf, die magnetisch mit einem ersten Magnetpol 1 des Ankers verbunden und so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des be weglichen Elements in eine erste Stufe und eine zweite Stufe unterteilt sind.
Des Weiteren weist der Linearmotor eine zweite Reihe von Magnetpolzähnen auf, die mit einem zweiten Magnetpol 2 des Ankers magnetisch verbunden und so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen Elements in eine erste Stufe und eine zweite Stufe unterteilt sind. Der Motor vom Oszillationstyp ist so gestaltet, dass die Magnetpolzähne der ersten Stufe der in einer von ihnen vorgesehenen Reihe von Magnetpolzähnen und die Magnetpolzähne der ersten Stufe der in einer anderen von ihnen vorgesehenen Reihe von Magnetpolzähnen bezüglich der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements abwechselnd angeordnet sind, die Magnetpolzähne der zweiten Stufe der in einer von ihnen vorgesehenen Reihe von Magnetpolzähnen und die Magnetpolzähne der zweiten Stufe der in einer anderen von ihnen vorgesehenen Reihe von Magnetpolzähnen bezüglich der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements abwechselnd angeordnet sind und das bewegliche Element zwischen der einen und der anderen ersten Stufe der Reihen der Magnetpolzähne und der einen und der anderen zweiten Stufe der Reihen der Magnetpolzähne angeordnet ist.
In diesem Fall sind obere Magnetpolzähne 11a und untere Magnetpolzähne 21b im Anker als erster Gegenbereich definiert und untere Magnetpolzähne 12b und obere Magnetpolzähne 22a sind als zweiter Gegenbereich definiert. Dementsprechend ist der Anker so konstruiert, dass ein (2n-1)-ter Eisenkern zum ersten Gegenbereich wird und ein (2n)-ter Eisenkern zum zweiten Gegenbereich wird (wobei in diesem Fall gilt: n = 1, 2, 3,...).
Weiterhin wird eine Spule 4 im Anker 3 aufgenommen. Es ist ein Linearmotor vorgesehen, der so gestaltet ist, dass das bewegliche Ele ment 6 zwischen den ersten Gegenbereichen gehalten wird, das bewegliche Element zwischen den zweiten Gegenbereichen gehalten wird und das bewegliche Element sich bezüglich des Ankers relativ bewegt. In diesem Fall ist der Anker durch einen Eisenkern, einen Dauermagneten und die Spule 4 gebildet, und das bewegliche Element 6 kann durch einen Dauermagneten, einen magnetischen Körper und eine Spule, kombiniert mit einer Art oder mehreren Arten von Materialien, gebildet sein.
3A und 3B zeigen schematische Ansichten, die ein Konzept des Magnetflussstroms des Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, sowie eine mit laminierten Stahlplatten konstruierte Zusammensetzung. Wenn die Struktur wie in 2 gezeigt ausgeführt wird, ist der Anker 3, in der der Magnetfluss in einer vertikalen Richtung zwischen den oberen und unteren Magnetpolzähnen alternierend fließt, in dem Spalt zwischen den oberen Magnetpolzähnen 11a oder 22a und den unteren Magnetpolzähnen 21b oder 12b in den jeweiligen Gegenbereichen des Linearmotors gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet, wodurch sich das bewegliche Element 6 relativ durch den Spalt bewegt, wie in 3A gezeigt ist.
Bei dem Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner, da eine auf das bewegliche Element 6 und die oberen Magnetpolzähne angewendete Anziehungskraft und eine auf das bewegliche Element 6 und die unteren Magnetpolzähne angewendete Anziehungskraft im Wesentlichen von gleicher Größe sind und die Anziehungskräfte in entgegengesetzter Richtung ausgeübt werden, die Gesamtanziehungskraft gering. Dementsprechend kann die Anziehungskraft zwischen den Magnetpolzähnen des beweglichen Elements 6 und dem Anker gering gemacht werden und es ist möglich, die Last eines Haltemechanismus zu reduzieren.
In 3B ist der Anker durch laminierte Stahlplatten konstruiert und er ist so gestaltet, dass mehrere Gruppen von ersten Gegenbereichen und zweiten Gegenbereichen abwechselnd angeordnet sind. Ferner wird der Magnetpolbereich (der den oberen Magnetpolzähnen 11a oder 22a und den unteren Magnetpolzähne 12b oder 21b entspricht) mit dem Eisenkernbereich (der dem Eisenkern 5 in 5 entspricht), in dem die Spule des Ankers angeordnet ist, und den Gegenbereichen, zwischen denen das bewegliche Element gehalten wird, durch die laminierten Stahlplatten getrennt hergestellt und danach zusammengesetzt.
4 zeigt eine Abbildung der Formung des Ankers, der durch die in 3B gezeigten laminierten Stahlplatten konstruiert ist.
Die Schiene 102 der linearen Führungsvorrichtung wird zwischen den Gleitnuten 111 so gehalten, dass sie auf eine Weise geführt und gehalten wird, dass sie mit dem Gleiter 110 der linearen Führungsvorrichtung im Anker 3 einstückig ausgebildet ist.
5A, 5B, 6A und 6B zeigen ein Steuerungsblockdiagramm, das den Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
5A zeigt ein Blockdiagramm, das ein Regelschleifensystem mit einem (nicht gezeigten) Sensor zur Erfassung einer relativen Verschiebung zwischen dem von dem Anker und dem beweglichen Element gebildeten Linearmotor (Motor), dem Anker und dem beweglichen Element und dem Magnetpol darstellt, wobei der Steuerungsbereich (Steuerungsvorrichtung) Signale (Signale) des Sensors und des Leistungsansteuerungsbereichs (Ansteuerungsvorrichtung und Energiequelle) zurückführt.
5B zeigt ein Blockdiagramm, das ein offenes Steuerungssystem mit dem von dem Anker und dem beweglichen Element gebildeten Linearmotor (Motor), dem Steuerungsbereich (Steuerungsvorrichtung) und dem Leistungsansteuerungsbereich (Ansteuerungsvorrichtung und Energiequelle) darstellt.
6A zeigt ein Blockdiagramm, das ein sensorfreies Magnetpol-Steuerungssystem mit dem durch den Anker und das bewegliche Element gebildeten Linearmotor (Motor), einem Spannungssensor, dem Steuerungsbereich (Steuerungsvorrichtung) und dem Leistungsansteuerungsbereich (Ansteuerungsvorrichtung und Energiequelle) darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine vom Linearmotor erzeugte induzierte Spannung (Eo) unter Einsatz des Spannungssensors in dem Steuerungsbereich abgelesen. Aus der Größe der induzierten Spannung in dem Steuerungsbereich wird eine Magnetpolposition abgeschätzt und es wird ein Signal zum Ansteuern des Linearmotors an den Leistungsansteuerungsbereich ausgegeben. Bei dem Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Struktur kann der Linearmotor stabil (ohne außer Tritt zu fallen) angesteuert werden, ohne einen Magnetpolpositionssensor in dem Linearmotorbereich anzubringen.
6B zeigt ein Blockdiagramm, das ein sensorfreies Magnetpolsteuerungssystem mit dem durch den Anker und das bewegliche Element gebildeten Linearmotor (Motor), einem Stromsensor, dem Steuerungsbereich (Steuerungsvorrichtung) und dem Leistungsansteuerungsbereich (Ansteuerungsvorrichtung und Energiequelle) darstellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein durch den Linearmotor fließender elektrischer Strom (I) in dem Steuerungsbereich unter Verwendung des Stromsensors abgelesen. In dem Steuerungsbereich wird die in den Linearmtor induzierte Spannung aus einer an den Linearmotor angelegten Spannung und einem erfassten Stromwert ge schätzt, wodurch die Magnetpolposition geschätzt und berechnet wird. In dem Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Linearmotor stabil (ohne außer Tritt zu fallen) angesteuert werden, ohne den Magnetpolpositionssensor an dem Linearmotorbereich anzubringen.
7 zeigt Einzelheiten des XY-Tisch-Bereichs auf der in 1 gezeigten Basis 101. Der XY-Tisch mit dem Linearmotor ist so ausgeführt, dass die Schienen 102 der linearen Führungseinrichtung an vier Bereichen angeordnet sind, die einen östlichen, einen westlichen, einen südlichen und einen nördlichen Bereich der Basis 101 aufweisen, wobei die Schienen einstückig so ausgebildet sind, dass der von der Schiene frei beweglich geführte Gleiter 110 und eine relative Bewegungsrichtung des Ankers rechtwinklig zueinander sind, wobei das bewegliche Element mit der Plattform so verbunden ist, dass sich eine Kreuzform ergibt, und wobei der in einer Ost-West-Richtung angeordnete Anker und as in einer anderen Süd-Nord-Richtung angeordnete bewegliche Element jeweils als ein Linearmotor für den Antrieb längs der X-Achse und als ein Linearmotor für den Antrieb längs der Y-Achse angesteuert werden.
Der in der vorliegenden Ausführungsform verwendete Linearmotor ist so strukturiert, dass ein Anker 3X1 (eine Komponente X1 des Ankers 3X) und ein Anker 3X2 (eine Komponente X2 des Ankers 3X) durch Paarbildung den Anker des Linearmotors für den Antrieb längs der X-Achse ergeben, allerdings kann dasselbe Prinzip auch auf den Fall der Y-Achse und den Fall der Z-Achse angewendet werden.
In 7 sind grundsätzlich der Anker 3X1 und der Anker 3X2 in Reihe angeordnet, so dass die Schrittweite zwischen den Magnetpolzähnen des Ankers 3X1 und den Magnetpolzähnen des Ankers 3X2 die Formel (k·P + P/M), mit {(k = 0, 1, 2, ...), (M = 2, 3, 4, ...)} erfüllt.
In diesem Fall steht P für die Schrittweite (die Schrittweite P wird aus einer Schrittweite Ps des Magnetpols des Ankers und einer Schrittweite Pm des Pols des beweglichen Elements ausgewählt) und M steht für die Anzahl der Phasen des Motors. Mehrere Dauermagnete sind in dem beweglichen Element 6 angeordnet, so dass die benachbarten Magnetpole unterschiedlich sind.
In 7 können der Anker 3X1 und der Anker 3X2 in Reihe so angeordnet sein, dass die Schrittweite zwischen den Magnetpolzähnen des Ankers 3X1 und den Magnetpolzähnen des Ankers 3X2 die Formel {(k·P; k = 0, 1, 2, ...)} erfüllt und mehrere Dauermagnete können so angeordnet sein, dass ein Mittelpunkt der Magnetpole zwischen dem Anker 6X1 (einem Bereich, der beim Anker 6X X1 entspricht) und dem Anker 6X2 (ein Bereich, der beim Anker 6X X2 entspricht) die Formel (kP + P/M) erfüllt.
Mit anderen Worten werden die Anker 6X1 und 6X2 einstückig ausgebildet, indem sie um die Schrittweite (kP + P/M) verschoben werden. Relativ gesehen sind die Anker 6X1 und 6X2 miteinander ausgerichtet und die Mittelpunkte der Anker 3X1 und 3X2 können um die Schrittweite (k·P + P/M) verschoben sein.
Wenn die Spulen der Anker 3X1 und 3X2 so angeregt werden, dass ein sich bewegendes Magnetfeld abwechselnd erzeugt wird, fließt ein Magnetfluss in einer entgegengesetzten Richtung bei allen Polschrittweiten durch den Spalt 8 zwischen der oberen Magnetpolfläche und der unteren Magnetpolfläche, eine Antriebskraft wird aufgrund von P/2, die zur Bewegung wesentlich ist, erzeugt, das bewegliche Element 6 bewegt sich relativ und die mit dem beweglichen Element verbundene Plattform 103 bewegt sich frei.
In 7 können ein ferromagnetisches Substrat und ein nichtmagnetisches Substrat in dem beweglichen Element 6 kombiniert sein oder der Dauermagnet kann allgemein verwendet werden. Außerdem kann ein sich relativ frei bewegender Linearmotor durch Winden einer Spule, die ein sich bewegendes Magnetfeld erzeugt, um das bewegliche Element 6 anstelle des Dauermagneten und Leiten eines Feldstroms durch den Anker 3 erhalten werden.
Vorliegend erfolgt in 7 die Beschreibung der Struktur, in der zwei Anker in Reihe angeordnet sind, jedoch können auch mehrere Anker in Reihe angeordnet sein. Auf dieselbe Art und Weise kann die Struktur so ausgeführt werden, dass zwei Anker parallel angeordnet werden und zwei bewegliche Elemente einstückig ausgebildet werden, oder dass mehrere Anker parallel angeordnet werden und mehrere bewegliche Elemente einstückig ausgebildet werden.
In diesem Fall erfolgt die Beschreibung des Zwei-Phasen-Linearmotors für die Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, allerdings kann die vorliegende Erfindung auch als Multi-Phasen-Linearmotor, wie zum Beispiel ein Drei-Phasen-, ein Vier-Phasen-, ein Fünf-Phasen- oder dergleichen Linearmotor verwendet werden.
8, 9 und 10 zeigen einen XYZ-Achsen-Tisch gemäß den anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt, dass die andere Ausführungsform so gestaltet ist, dass die in 7 gezeigten Anker 3X1 und 3X2 in einem Bereich auf einer Seite versammelt sind. Der XY-Tisch mit dem Linearmotor ist so gestaltet, dass die Schienen 102 der linearen Führungsvorrichtung in der Basis 101 so angeordnet sind, dass sich die X- und Y-Achse rechtwinklig zueinander schneiden, die von den Schienen 102 geführten frei beweglichen Gleiter einstückig mit den Ankern ausgebil det sind, so dass die relativen Bewegungsrichtungen rechtwinklig sind, die Anker 6X und 6Y mit der Plattform 103 so verbunden sind, dass sich eine L-Form ergibt und der in einer Ost-West-Richtung angeordnete Anker 3X und der in einer anderen Süd-Nord-Richtung angeordnete Anker 3Y jeweils als Linearmotor für den Antrieb längs der X-Achse und als Linearmotor längs der Y-Achse angesteuert werden. Da der Linearmotor kombiniert werden kann, wie vorstehend angegeben ist, ist die Anordnungsfreiheit verbessert. Des Weiteren kann die Anzahl des Motors reduziert werden.
9 zeigt, dass der XY-Tisch so gestaltet ist, dass vier Schienen 102 der linearen Führungsvorrichtung in vier Bereichen angeordnet sind, die einen westlichen, einen östlichen, einen südlichen und einen nördlichen Bereich auf der Basis aufweisen, wobei die beweglichen Elemente 6X und 6Y überlappen und unter Einhaltung eines Spalts so angeordnet sind, dass sie eine Kreuzform bilden, wobei die von den Schienen 102 frei beweglich geführten Gleiter 110 an ihren beiden Enden verbunden sind, so dass relative Bewegungsrichtungen zwischen den Gleitern und den beweglichen Elementen rechtwinklig zueinander sind, wobei mehrere Anker einstückig mit der Plattform 103 ausgebildet sind, indem sie an einer inneren Seite der linearen Führungsvorrichtung versammelt sind, wobei der in eine Ost-West-Richtung angeordnete Anker 3X und der in eine andere Süd-Nord-Richtung angeordnete Anker 3Y jeweils als Linearmotor für den Antrieb längs der X-Achse und als Linearmotor für den Antrieb längs der Y-Achse angesteuert werden. Da der Linearmotor kombiniert werden kann, wie vorstehend angegeben ist, kann die Drahtstruktur einfach hergestellt werden.
10 zeigt einen XYZ-Achsen-Tisch mit einem Linearmotor, der so gestaltet ist, dass ein XY-Tisch und eine lineare Führungseinrichtung längs der Z-Achse mit einem Werkzeug jeweils die Funktion des An triebs unter einem Winkel θ haben. Dementsprechend ist der Freiheitsgrad des Werkzeugs erhöht. Anstelle des Werkzeugs können eine Druckvorrichtung und eine Beobachtungsvorrichtung, wie zum Beispiel ein Mikroskop oder dergleichen, hinzugefügt werden.
Da ferner in den mittleren Bereichen sowohl des XY-Tischs als auch der Basis ein Durchloch vorgesehen ist, kann ein langes Objekt auf die Plattform angebracht werden. Dementsprechend ist es möglich, das Spektrum der zu bearbeitenden Artikel zu erweitern.
Wie vorstehend gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angegeben ist, kann, da der Linearmotor den magnetischen Weg der Magnetschaltung für einen effektiven Magnetfluss verkürzen kann und den Leckfluss der Magnetpolzähne reduziert, der Wirkungsgrad verbessert werden. Da weiterhin bei dem Linearmotor gemäß der vorliegenden Erfindung die auf das bewegliche Element 6 und die oberen Magnetpolzähne ausgeübte Anziehungskraft und die auf das bewegliche Element 6 und die unteren Magnetpolzähne ausgeübte Anziehungskraft gleich groß sind und die Anziehungskräfte in entgegengesetzte Richtungen ausgeübt werden, wird die Gesamtanziehungskraft klein. Dementsprechend ist es möglich, die Anziehungskraft zwischen den Magnetpolzähnen des beweglichen Elements 6 und dem Anker 3 zu verkleinern und es ist möglich, die Last des Haltemechanismus zu verringern, wodurch die Widerstandsfähigkeit verbessert werden kann. Des Weiteren kann die Anzahl der Teile reduziert werden und der XY-Tisch kann dünn ausgeführt werden. Ferner ist es gemäß der vorstehend angegebenen Struktur möglich, eine Schrittvorrichtung zur Halbleiterherstellung mit dem XYZ-Tisch oder dem XY-Tisch, dem Maschinenwerkzeug, der Belichtungsvorrichtung oder dergleichen vorzusehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den XY-Tisch oder den XYZ-Achsen-Tisch mit einem verbesserten Wirkungsgrad und hoher Widerstandsfähigkeit zur Verfügung zu stellen.

Claims

XY-Achsen-Tisch, mit: einer Basis (101), mehreren linearen Führungsvorrichtungen (102), einer Plattform (103), einem Linearmotor (3X, 6X) für den Antrieb längs der X-Achse; und einem Linearmotor (3Y, 6Y) zum Antrieb längs der Y-Achse; wobei ein Linearmotor (3, 6) so gestaltet ist, dass er durch einen Anker (3) und ein bewegliches Element (6) gebildet wird, das relativ zum Anker (3) bewegt werden kann, wobei der Anker (3) einen ersten Magnetpol (1) und einen zweiten Magnetpol (2) hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearmotor (3, 6) außerdem eine erste Reihe von Magnetpolzähnen (11a, 12b) hat, die magnetisch mit dem ersten Magnetpol (1) verbunden und so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen Elements (6) in eine erste Stufe (11a) und eine zweite Stufe (12b) unterteilt sind, und eine zweite Reihe von Magnetpolzähnen (22a, 21b), die magnetisch mit dem zweiten Magnetpol (2) verbunden und so angeordnet sind, dass sie in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des beweglichen Elements (6) in eine erste Stufe (22a) und eine zweite Stufe (21b) unterteilt sind, wobei die erste Stufe (11a) der Magnetpolzähne der ersten Reihe von Magnetpolzähnen und die erste Stufe (22a) der Magnetpolzähne der zweiten Reihe von Magnetpolzähnen abwechselnd bezüglich der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements (6) angeordnet sind, die zweite Stufe (12b) der Magnetpolzähne der ersten Reihe von Magnetpolzähnen und die zweite Stufe (21b) der Magnetpolzähne der zweiten Reihe von Magnetpolzähnen abwechselnd bezüg lich der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements (6) angeordnet sind, und das bewegliche Element (6) zwischen der einen und der anderen ersten Stufe der Reihen der Magnetpolzähne und der einen und der anderen zweiten Stufe der Reihen der Magnetpolzähne angeordnet ist.
XY-Achsen-Tisch nach Anspruch 1, bei dem die Schienen der linearen Führungsvorrichtung (102) an vier Bereichen der Basis (101) angeordnet sind, die einen östlichen, einen westlichen, einen südlichen und einen nördlichen Bereich der Basis (101) aufweisen, wobei die Schienen einstückig so ausgebildet sind, dass ein von der Schiene frei beweglich geführter Gleiter und die relative Bewegungsrichtung des Ankers rechtwinklig zueinander sind, wobei das bewegliche Element (6) mit der Plattform (103) so verbunden ist, dass sich eine Kreuzform ergibt, und wobei der in einer Ost-West-Richtung angeordnete Anker und das in einer anderen Süd-Nord-Richtung angeordnete bewegliche Element jeweils als ein Linearmotor für den Antrieb längs der X-Achse und als ein Linearmotor für den Antrieb längs der Y-Achse angesteuert werden.
XY-Achsen-Tisch nach Anspruch 1, bei dem vier Schienen der linearen Führungsvorrichtung (102) an vier Bereichen der Basis (101) angeordnet sind, die einen westlichen, einen östlichen, einen südlichen und einen nördlichen Bereich aufweisen, wobei die beweglichen Elemente (6) überlappen und unter Einhaltung eines Spalts so angeordnet sind, dass sie eine Kreuzform bilden, wobei die von den Schienen frei beweglich geführten Gleiter an ihren beiden Enden verbunden sind, so dass die relativen Bewegungsrichtungen zwischen den Gleitern und den beweglichen Elementen (6) rechtwinklig zueinander sind, wobei die mehreren Anker einstückig mit der Plattform (103) ausgebildet sind, in dem sie an einer inneren Seite der linearen Führungsvorrichtung versammelt sind, wobei der in eine Ost-West-Richtung angeordnete Anker und der in eine andere Süd-Nord-Richtung angeordnete Anker jeweils als Linearmotor für den Antrieb längs der X-Achse und als Linearmotor für den Antrieb längs der Y-Achse angesteuert werden.
XY-Achsen-Tisch nach Anspruch 1, bei dem die Schienen der linearen Führungsvorrichtung (102) so in der Basis angeordnet sind, dass sich die X-Achse und die Y-Achse rechtwinklig zueinander schneiden, wobei die von den Schienen frei beweglich geführten Gleiter einstückig mit den Ankern so ausgebildet sind, dass die relativen Bewegungsrichtungen rechtwinklig sind, wobei die Anker mit der Plattform (103) so verbunden sind, dass sich eine L-Form ergibt, und wobei der in einer Ost-West-Richtung angeordnete Anker und der in einer anderen Süd-Nord-Richtung angeordnete Anker jeweils als Linearmotor für den Antrieb längs der X-Achse und als Linearmotor längs der Y-Achse angesteuert werden.
XY-Achsen-Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein XY-Tisch und eine lineare Führungsvorrichtung längs der Z-Achse jeweils die Funktion eines Antriebs unter einem Winkel θ haben.
XY-Achsen-Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem jede der linearen Führungsvorrichtungen unabhängig auf der Basis angeordnet ist oder bei dem die lineare Führungsvorrichtung einer Achse über der linearen Führungsvorrichtung einer anderen Achse liegt und der Linearmotor verwendet wird.
XY-Achsen-Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Regelschleifensystem, das durch den Linearmotor, einen Sensor zur Erfassung einer relativen Verschiebung zwischen Anker und beweglichem Element und einem Magnetpol und einem Steuerungsbereich zur Rückführung des Sensorsignals und einem Leistungsansteuerungsbereich gebildet wird.
XY-Achsen-Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem offenen Steuerungssystem, das durch den Linearmotor, einen Steuerungsbereich und einen Leistungsansteuerungsbereich gebildet wird.
XY-Achsen-Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Steuerungssystem, das durch den Linearmotor, einen Leistungsansteuerungsbereich und einen Steuerungsbereich gebildet wird, der eine Abschätzungseinrichtung aufweist zum Erfassen der induzierten Spannung des Linearmotors und zum Abschätzen einer relativen Magnetpolposition zwischen dem Anker und dem beweglichen Element auf der Grundlage des erfassten Spannungswerts.
XY-Achsen-Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Steuerungssystem mit einem Linearmotor, einem Leistungsansteuerungsbereich und einem Steuerungsbereich einschließlich einer Abschätzungseinrichtung zum Erfassen eines durch den Linearmotor fließenden Stroms und zum Abschätzen einer relativen Magnetpolposition zwischen dem Anker und dem beweglichen Element auf der Grundlage des erfassten Stromwerts.
XY-Achsen-Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem mehrere der Anker der koaxial angetriebenen Linearmotoren angeordnet sind und eine Schrittweite zwischen den Magnetpol zähnen benachbarter unterschiedlicher Anker (k·P + P/M) gesetzt wird mit ((k = 0, 1, 2, ...), (M = 2, 3, 4, ...)) und (k eine in einem Bereich frei wählbare Zahl ist, so dass die benachbarten Anker angeordnet werden können, M die Anzahl der Phasen des Motors ist), wenn die Polteilung auf P gesetzt wird.
XY-Achsen-Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem in mittleren Bereichen sowohl des XY-Tisches als auch der Basis Durchlöcher vorgesehen sind.
XY-Achsen-Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem zwischen der Basis und der Plattform eine Druckluftgleitfunktion oder Magnetgleitfunktion vorgesehen ist.
Halbleiterherstellungs-Schrittvorrichtung, Maschinenwerkzeug oder Belichtungsvorrichtung mit dem XY-Achsen-Tisch nach einem der Ansprüche 1 bis 13.