JPH10164819A - Moving coil for x-y state device using linear motor - Google Patents
Moving coil for x-y state device using linear motorInfo
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- JPH10164819A JPH10164819A JP8333126A JP33312696A JPH10164819A JP H10164819 A JPH10164819 A JP H10164819A JP 8333126 A JP8333126 A JP 8333126A JP 33312696 A JP33312696 A JP 33312696A JP H10164819 A JPH10164819 A JP H10164819A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は半導体露光装置、液晶露
光装置、レーザによる微細加工、顕微鏡の試料載置台等
に使用される高速・高精度の位置決めが可能なリニアモ
ータを用いたＸＹステージ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an XY stage apparatus using a linear motor capable of high-speed and high-precision positioning used for a semiconductor exposure apparatus, a liquid crystal exposure apparatus, fine processing by laser, a sample stage of a microscope, and the like. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、電子部品加工などの精密加工分野
でレーザ加工が増大している。それに伴い、加工精度お
よび生産性の向上のためにに高速高精度な位置決め装置
が必要とされている。従来のＸＹステージ装置は図９に
示されるように、Ｘ軸に沿って配置されたＸステージ５
０と、該Ｘステージの上部でＸ軸と直交するＹ軸に沿っ
て配置されたＹステージ６０と、該Ｙステージの上部に
配置された可動ステージ７０とからなり、Ｙステージ６
０をＸステージ５０のガイド機構５１および、サーボモ
ータ５２によるボールネジ５３の回動によりＸ軸方向に
直線運動させ、そして、Ｙステージ６０のガイド機構６
１およびサーボモータ６２によるボールネジ６３の回動
により可動ステージ７０をＹ軸方向に直線運動させるこ
とにより上記これらの合成運動によりＸＹ平面内で可動
ステージを自由に移動させていた。2. Description of the Related Art In recent years, laser processing has been increasing in the field of precision processing such as processing of electronic parts. Accordingly, a high-speed and high-precision positioning device is required for improving processing accuracy and productivity. As shown in FIG. 9, a conventional XY stage device has an X stage 5 arranged along the X axis.
0, a Y stage 60 arranged above the X stage along a Y axis orthogonal to the X axis, and a movable stage 70 arranged above the Y stage.
0 is linearly moved in the X-axis direction by the rotation of the ball screw 53 by the guide mechanism 51 of the X stage 50 and the servo motor 52, and the guide mechanism 6 of the Y stage 60 is moved.
By moving the movable stage 70 linearly in the Y-axis direction by the rotation of the ball screw 63 by the servomotor 62 and the servo motor 62, the movable stage is freely moved in the XY plane by the above combined movement.
【０００３】上記サーボモータとボールネジを用いた１
軸ステージのＸ、Ｙ積み上げ方式では、ステージの剛性
やボールネジ部のバックラッシュの影響がフィードバッ
クされないため、可動ステージを精密に位置決めするこ
とは困難であった。そこで、本出願人は上記の問題点を
解決すべく図５に示すリニアモータを平面上に配置した
ＸＹステージ装置を開発し特願平７ー２３１７０８号と
して特許出願している。[0003] 1 using the above servo motor and ball screw
In the X and Y stacking methods of the axis stage, the effects of the rigidity of the stage and the backlash of the ball screw portion are not fed back, so that it has been difficult to precisely position the movable stage. In order to solve the above-mentioned problems, the present applicant has developed an XY stage device in which a linear motor shown in FIG. 5 is arranged on a plane, and has filed a patent application as Japanese Patent Application No. Hei 7-231708.
【０００４】上記特許出願にかかるＸＹステージ装置
は、基板１０上にＸ軸に平行にＸ軸リニアガイド２１が
配設されており、Ｙ軸に平行に配置されたＹ軸リニアガ
イド２２がＸ軸リニアガイド２１によりＸ軸方向に案内
され、可動ステージ２０がＹ軸リニアガイド２２により
Ｙ軸方向に案内され、可動ステージ２０がＸ軸リニアガ
イド２１とＹ軸リニアガイド２２によりＸＹ平面内で移
動可能となっている。In the XY stage device according to the above-mentioned patent application, an X-axis linear guide 21 is arranged on a substrate 10 in parallel with the X-axis, and a Y-axis linear guide 22 arranged in parallel with the Y-axis is mounted on the X-axis. The movable stage 20 is guided in the X-axis direction by the linear guide 21, the movable stage 20 is guided in the Y-axis direction by the Y-axis linear guide 22, and the movable stage 20 can be moved in the XY plane by the X-axis linear guide 21 and the Y-axis linear guide 22. It has become.
【０００５】可動ステージ２０の可動領域を取り囲むよ
うにＸ軸に平行に配置された一対のＸ軸用リニアモータ
３０、３０´とＹ軸に平行に配置された一対のＹ軸用リ
ニアモータ４０、４０´を正方形状に配置している。こ
れらのリニアモータ３０、３０´、４０、４０´は夫々
内周に複数の永久磁石Ｍを配設せるヨーク３０1と可動
コイル３０2、ヨーク３０1´と可動コイル３０2´、ヨ
ーク４０1と可動コイル４０2、ヨーク４０1´と可動コ
イル４０2´から構成されており、可動コイル３０2、３
０2´、４０2、４０2´の基部は前記可動ステージ２０
の側壁に連結された構造となっている。[0005] A pair of X-axis linear motors 30, 30 'arranged parallel to the X-axis to surround the movable area of the movable stage 20, and a pair of Y-axis linear motors 40 arranged parallel to the Y-axis, 40 'are arranged in a square shape. These linear motors 30, 30 ', 40,40' yoke 30 1 and the movable coil 30 2 to arranged a plurality of permanent magnets M on the inner periphery, respectively, the yoke 30 1' and the movable coil 30 2 ', yoke 40 1 a movable coil 40 2, the yoke 40 1 'and the movable coil 40 2' are composed of the movable coil 30 2, 3
The base of O 2 ′, 40 2 , and 40 2 ′ is the movable stage 20.
The structure is connected to the side wall.
【０００６】上記各リニアモータは同一構造であるので
リニアモータ３０について図６により補足説明する。ヨ
ーク３０1は上側ヨーク、中間ヨーク、下側ヨークおよ
び左右両側スペーサで構成されており、中間ヨークを挟
んで上側ヨークの下面と下側ヨークの上面の対称位置に
永久磁石Ｍが配設されており、各永久磁石Ｍの大きさ、
磁化強度は同一であるが磁極の向きは上下方向では同一
極が、また、左右方向では異なった極が向き合うように
配設されている。そして、可動コイル３０2は中間ヨー
クを挿通し、中間ヨークとその上下に配設されている永
久磁石Ｍの間に配置された構造となっている。Since the above-described linear motors have the same structure, the linear motor 30 will be additionally described with reference to FIG. Yoke 30 1 upper yoke, an intermediate yoke is constituted by a lower yoke and the left and right sides spacer, and a permanent magnet M is disposed at symmetrical positions of the upper surface of the lower surface and the lower yoke of the upper yoke via the intermediate yoke And the size of each permanent magnet M,
The magnetic poles are arranged such that the same magnetic pole is oriented in the same direction in the vertical direction, and different poles are oriented in the horizontal direction. The second movable coil 30 is inserted through the intermediate yoke has an arrangement structure between the permanent magnet M that are disposed between the intermediate yoke in the up and down.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記特許出願にかかる
ＸＹステージ装置は従来のサーボモータとボールネジを
用いた１軸ステージのＸＹ積み上げ方式によるＸＹステ
ージ装置に比べて可動ステージの高速・高精度の位置決
めが格段に向上されたが該特許出願にかかるＸＹステー
ジ装置の可動コイルは図７、図８に示されるように、Ｓ
ＵＳ等の金属からなる角筒状のコイルボビン２に絶縁テ
ープ等で絶縁してコイル５を巻回した構造であった。こ
の構造の可動コイルの機械共振周波数は約２８０Ｈzで
あったが、可動コイルの機械共振周波数（共振点）を上
げることによりさらに高速・高精度の位置決めが可能と
なることに着目し、より一層高速・高精度の位置決めが
可能なＸＹステージ装置を提供することを目的とするも
のである。The XY stage device according to the above-mentioned patent application positions the movable stage at a higher speed and with higher accuracy than the conventional XY stage device of the XY stacking system of a single axis stage using a servomotor and a ball screw. However, the moving coil of the XY stage device according to the patent application, as shown in FIGS.
The coil 5 was wound around a rectangular tubular coil bobbin 2 made of a metal such as US and insulated with an insulating tape or the like. Although the mechanical resonance frequency of the movable coil having this structure was about 280 Hz, focusing on increasing the mechanical resonance frequency (resonance point) of the movable coil, it is possible to achieve higher-speed and higher-precision positioning. An object of the present invention is to provide an XY stage device capable of high-accuracy positioning.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】リニアモータを用いたＸ
Ｙステージ装置の可動コイルにおいて、筒状コイルボビ
ン本体２の両端開口周縁部３、３´にフランジ状突起片
４、４´を突設させ、可動コイルの剛性を高めることに
より共振点を向上させることを特徴とする。Means for Solving the Problems X using a linear motor
In the movable coil of the Y-stage device, flange-shaped projections 4 and 4 'are protruded from the peripheral edge portions 3 and 3' of both ends of the cylindrical coil bobbin body 2 to increase the rigidity of the movable coil, thereby improving the resonance point. It is characterized by.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】図１および図２に本発明にかかる
可動コイルの構造を示す。角筒状のＳＵＳ製コイルボビ
ン本体２の両端開口周縁部３、３´にコイルボビンの剛
性を高めるために、フランジ状突起片４、４´を突設し
た構造としている。突起片の断面形状は矩形、台形、三
角形等がよい。そして、該突起片４、４´間に絶縁テー
プ等で絶縁してコイル５が巻回されて可動コイル１が形
成されている。なお、筒状コイルボビンの軸線と直角方
向の断面形状は通常は長方形であるが、正方形ないしは
扁平な長楕円形状であっても差し支えない。また、可動
コイル１でリミットスイッチ６を作動させる場合は、突
起片４、４´のリミットスイッチに当接する角部を斜め
に削除するとよい。1 and 2 show the structure of a movable coil according to the present invention. In order to increase the rigidity of the coil bobbin, flange-shaped protrusions 4 and 4 'are provided on the peripheral edge portions 3 and 3' of the rectangular tubular SUS coil bobbin main body 2 at both ends of the opening. The cross-sectional shape of the projection piece is preferably a rectangle, trapezoid, triangle, or the like. The coil 5 is wound around the projecting pieces 4 and 4 ′ with insulation tape or the like to form the movable coil 1. The cross-sectional shape of the cylindrical coil bobbin in the direction perpendicular to the axis is usually rectangular, but may be square or flat oblong. When the limit switch 6 is operated by the movable coil 1, the corners of the projecting pieces 4, 4 'which come into contact with the limit switch may be obliquely deleted.
【００１０】上記図１および図２に示すフランジ状突起
片を有する構造のコイルボビンを使用した可動コイルの
機械共振周波数をテストしたところ、（可動コイルの全
重量：ｍ＝７Ｋｇ、電磁力：Ｆ＝５４８．８（Ｎ）でテ
スト）共振点は４４９．５Ｈｚであった。これを図７、
図８に示すフランジ状突起片を有しないコイルボビンを
使用した可動コイルの機械共振周波数テスト結果（可動
コイルの全重量：ｍ＝７Ｋｇ、電磁力：Ｆ＝５４８．８
（Ｎ）でテスト）の共振点：２８７．６Ｈｚと対比して
みると本発明にかかる可動コイルの共振点は約２倍弱向
上されていることが確認された。When a mechanical resonance frequency of a movable coil using a coil bobbin having a flange-shaped projection shown in FIGS. 1 and 2 was tested, the following was obtained. (Total weight of movable coil: m = 7 kg, electromagnetic force: F = (Tested at 548.8 (N)) The resonance point was 449.5 Hz. This is shown in FIG.
A mechanical resonance frequency test result of the movable coil using the coil bobbin having no flange-shaped protrusion shown in FIG. 8 (total weight of the movable coil: m = 7 Kg, electromagnetic force: F = 548.8)
When compared with the resonance point of (test at (N)): 287.6 Hz, it was confirmed that the resonance point of the movable coil according to the present invention was improved by about 2 times.
【００１１】本発明の他の実施態様を図３および図４に
示す。角筒状のコイルボビン本体２の両端開口周縁部
３、３´にフランジ状突起片４、４´を突設することは
前記図１、図２に示されたものと同じであるが、ここで
は角筒状コイルボビンの平面視外形がヨーク側よりも可
動ステージ側を幅広にした台形状にしたことである。フ
ランジ状突起片４、４´も当然可動ステージ側に行くほ
ど幅広となっており、コイルボビンの剛性が高くなり共
振点をさらに向上できる。また、コイルボビンの材質を
セラミックにするとコイルボビンの剛性が上がり共振点
を上げることができる。Another embodiment of the present invention is shown in FIGS. The flange-shaped projections 4, 4 'projecting from the peripheral edge portions 3, 3' at both ends of the rectangular cylindrical coil bobbin main body 2 are the same as those shown in FIGS. 1 and 2; The rectangular tubular coil bobbin has a trapezoidal shape in which the movable stage side is wider than the yoke side in plan view. The flange-shaped projections 4, 4 'are naturally wider toward the movable stage, so that the rigidity of the coil bobbin is increased and the resonance point can be further improved. Further, when the material of the coil bobbin is made of ceramic, the rigidity of the coil bobbin is increased and the resonance point can be raised.
【００１２】リニアモータによるＸＹステージ装置は可
動コイル３０2、３０2´、４０2、４０2´に適宜直流電
流を流すとヨーク３０1、３０1´、４０1、４０1´の上
下に配置した永久磁石Ｍ、Ｍ・・による磁界との相互作
用（ローレンツ力）によって水平方向の推力を発生させ
る。これによって可動コイル（可動ステージ）を目的と
する方向へ進めるわけであるが、永久磁石は１つおきに
異なる磁極で配置されており、磁界の向きも反転してい
るためコイルの位置によって電流の向きや大きさを変化
させる必要があるが、制御コントローラでこの相変換を
行なっている。可動コイル（可動ステージ２０）が目的
位置へ到達するとコントローラは逆推力をかけて可動コ
イルを急速に停止させるように制御を行なう。The XY stage device using a linear motor is disposed above and below the yokes 30 1 , 30 1 ′, 40 1 , 40 1 ′ when a direct current is applied to the movable coils 30 2 , 30 2 ′, 40 2 , 40 2 ′ as appropriate. A thrust in the horizontal direction is generated by the interaction (Lorentz force) of the permanent magnets M, M,. This moves the movable coil (movable stage) in the desired direction. However, every other permanent magnet is arranged with a different magnetic pole, and the direction of the magnetic field is also reversed. Although it is necessary to change the direction and size, this phase conversion is performed by the controller. When the movable coil (movable stage 20) reaches the target position, the controller applies a reverse thrust to control the movable coil to stop quickly.
【００１３】このとき可動コイルの剛性が弱く（共振点
が低い）機械振動が残った場合は、その振動が停止する
まで正確に目的位置に停止させることが困難であるが、
上記した本発明による可動コイルは、コイルボビンの剛
性が高く共振点を高くしているので残留振動がなく目的
位置に正確に停止することができる。In this case, if the movable coil has a low rigidity (low resonance point) and mechanical vibrations remain, it is difficult to stop accurately at the target position until the vibrations stop.
In the movable coil according to the present invention described above, the rigidity of the coil bobbin is high and the resonance point is high, so that the movable coil can be stopped accurately at the target position without residual vibration.
【００１４】[0014]
【発明の効果】本発明では、リニアモータの可動コイル
の共振点をあげたことにより高速制御が可能となり、可
動ステージの位置決めの時間短縮、位置決め精度の向上
等基本的制御特性（制御が共振点以下でないとできな
い）の向上を図ることできる。According to the present invention, by increasing the resonance point of the movable coil of the linear motor, high-speed control is possible, and basic control characteristics such as shortening of positioning time of the movable stage and improvement of positioning accuracy (control is performed at resonance point) (These must be the following).
【図１】本発明にかかる可動コイルの一部を示す斜視
図。FIG. 1 is a perspective view showing a part of a movable coil according to the present invention.
【図２】図１のＡ−Ａ線縦断面図。FIG. 2 is a vertical sectional view taken along line AA of FIG.
【図３】本発明にかかる可動コイルの他の実施態様の一
部を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a part of another embodiment of the movable coil according to the present invention.
【図４】図３のＢ−Ｂ線縦断面図。FIG. 4 is a vertical sectional view taken along line BB of FIG. 3;
【図５】リニアモータによるＸＹステージ装置の概略説
明図。FIG. 5 is a schematic explanatory view of an XY stage device using a linear motor.
【図６】リニアモータの正面図。FIG. 6 is a front view of the linear motor.
【図７】通常の可動コイルの一部を示す斜視図。FIG. 7 is a perspective view showing a part of a normal movable coil.
【図８】図７のＣ−Ｃ線縦断面図8 is a vertical sectional view taken along line CC of FIG. 7;
【図９】従来のＸＹステージ装置。FIG. 9 shows a conventional XY stage device.
１ 可動コイル ２ コイ
ルボビン本体 ３、３´ コイルボビン周縁部 ４、４´ 突起
片 ５ コイル ６ リミ
ットスイッチ １０ 基板 ２０ 可
動ステージ ２１ Ｘ軸リニアガイド ２２ Ｙ
軸リニアガイド ３０、３０´ Ｘ軸用リニアモータ ４０、４０´
Ｙ軸用リニアモータDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Movable coil 2 Coil bobbin main body 3, 3 'Coil bobbin peripheral part 4, 4' Projection piece 5 Coil 6 Limit switch 10 Substrate 20 Movable stage 21 X-axis linear guide 22 Y
Shaft linear guide 30, 30 'X-axis linear motor 40, 40'
Linear motor for Y axis
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 良幸 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社総合技術研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshiyuki Tomita 63-30 Yuigaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture Sumitomo Heavy Industries, Ltd.
Claims (4)
可動コイルにおいて、筒状コイルボビン本体（２）の両
端開口周縁部（３）、（３´）にフランジ状突起片
（４）、（４´）を突設させ、可動コイルの剛性を高め
ることにより共振点を向上させることを特徴とする可動
コイル。In a movable coil of an XY stage device using a linear motor, flange-shaped projection pieces (4), (4 ') are provided on peripheral edges (3, 3') of both ends of a cylindrical coil bobbin body (2). ), And the resonance point is improved by increasing the rigidity of the movable coil.
形状が矩形または台形ないしは三角形であることを特徴
とする請求項１記載の可動コイル。2. The movable coil according to claim 1, wherein the flange-shaped projection pieces (4) and (4 ') have a rectangular, trapezoidal or triangular cross-sectional shape.
製であることを特徴とする請求項１または請求項２記載
の可動コイル。3. The movable coil according to claim 1, wherein the cylindrical coil bobbin main body is made of ceramic.
台形であることを特徴とする請求項１または請求項２ま
たは請求項３記載の可動コイル。4. The movable coil according to claim 1, wherein the planar shape of the tubular coil bobbin main body is trapezoidal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8333126A JPH10164819A (en) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | Moving coil for x-y state device using linear motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8333126A JPH10164819A (en) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | Moving coil for x-y state device using linear motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10164819A true JPH10164819A (en) | 1998-06-19 |
Family
ID=18262591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8333126A Pending JPH10164819A (en) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | Moving coil for x-y state device using linear motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10164819A (en) |
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