DE4023403A1 - Beruehrungsfrei gefuehrter positioniertisch - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen berührungsfrei geführten Positioniertisch, wie er in verschiedenen Typen von Präzisionsbearbeitungsmaschinen, Präzisionsmeßgeräten und biotechnischen Geräten zum Einsatz kommt.

Der Positioniertisch wird z. B. in einer Präzisionsmaschine zur Herstellung eines Schaltkreismusters auf einem Halbleiter eingesetzt. In diesem Fall trägt der Positioniertisch eine Halbleiterunterlage und eine Maske in einem Belichtungsgerät zwecks optischer Übertragung eines mikrofeinen Bildes der Maske mit dem gewünschten Muster auf die mit lichtempfind­ lichen Material beschichtete Halbleiterunterlage mittels ultravioletter Strahlen. Der Tisch ist mit einer Führung und mit einem Antrieb ausgerüstet. So kann z. B. ein Motor mit Gleitfläche und einem Kugelgewindetrieb zur Grobverschiebung und ein piezoelektrisches Element mit elastischer Aufhängung und eine berührungsfreie, auf Luft gelagerte Fläche oder ein Linearmotor zur Feineinstellung benutzt werden.

Diese Präzisionsgeräte, wie ein Belichtungsapparat zur Übertragung von Schaltkreismustern auf einen Halbleiter, erfordern eine Positioniergenauigkeit und eine Parallelaus­ richtgenauigkeit in der Größenordnung von 0,01 µm. Um Staub­ ablagerungen aus der Atmosphäre und physikalische und chemi­ sche Angriffe auf die Unterlage und das lichtempfindliche Material auszuschließen, muß dieser Positioniertisch im Hoch­ vakuum betrieben werden. Gemäß dem Stand der Technik ist es jedoch nicht auszuschließen, daß beim Betrieb des Tisches mit Gleitflächen und Kugelgewindetrieb zwecks Verschieben und Ausrichten infolge des direkten Kontakts zwischen Metallen, wie Stahl, und Nichtmetallen, wie Kunststoff, Staub oder Späne entstehen. Ferner kommt es zu Ablagerungen von Fest­ stoffen, die wieder entfernt werden müssen, weil im Vakuum kein Schmieröl eingesetzt werden kann.

Beim Einsatz der herkömmlichen, berührungsfreien, auf Luft schwimmenden Fläche lassen sich ernste Beschädigungen bzw. die Zerstörung von Instrumenten und Produkten aufgrund von Stromausfall, Pannen, Leck oder Unfall nicht ausschließen. Ferner setzt der herkömmliche Positioniertisch verschiedene zusätzliche Mittel zum Sichern der gewünschten Positionsge­ nauigkeit und parallelen Ausrichtgenauigkeit voraus.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereit­ stellung eines Positioniertisches ohne jeden mechanischen Kontakt. Der erfindungsgemäße, kontaktfrei geführte Positio­ niertisch besteht aus einem Tischkörper, einer beweglichen Aufhängevorrichtung mit Magnetlagern für eine 5-Achsen- Steuerung zum Halten des Tisches in waagrecht verschiebbarer Stellung und mit einem kontaktfreien Linearmotor zum Vei­ schieben des Tisches in waagrechter Richtung, einem Vakuumbe­ hälter, der die in senkrecht zur Verschieberichtung des Tischs verrückbare bewegliche Aufhängevorrichtung aufnimmt, ein durch ein flexibles, vakuumdichtes Hohlglied wirkendes Verbindungsglied zum Ankuppeln der beweglichen Aufhängevor­ richtung an einen äußeren Antrieb, und ein Steuergerät zum Steuern des elektrischen Stroms, der an den magnetischen Lagern liegt.

Bei der Positionierung und Parallelausrichtung des Tischkör­ pers in X-, Y- und Z-Richtung werden zunächst die Positions­ justiermagnete der Y-Achse und der Z-Achse der Magnetlager der 5-Achsensteuerung vom Steuergerät gesteuert erregt, so daß der Tisch innerhalb eines Hohlraums der beweglichen Aufhängevorrichtung in einen schwimmenden Zustand kommt.

Die Grobpositionierung in der X-Richtung wird durch den kontaktfreien Linearmotor für den waagrechten Antrieb bewerk­ stelligt, wobei der kontaktfreie Linearmotor für die waa­ grechte Verschiebung bei Erregung durch das Steuergerät den schwimmenden Tisch in der X-Richtung in eine vorgegebene Position innerhalb des Hohlraums bzw. des eingeschlossenen Raums der beweglichen Aufhängung verschiebt und somit die Grobeinstellung bewerkstelligt.

Die Grobpositionierung in der Y-Richtung wird vom äußeren Antrieb bewerkstelligt. Bei Betätigung des äußeren Antriebs durch das Steuergerät wird die bewegliche Aufhängung inner­ halb des Vakuumbehälters in der Y-Richtung in eine vorgege­ bene Position verschoben, so daß der von der Aufhängevorrich­ tung getragene Tischkörper in der Y-Richtung grob voreinge­ stellt wird.

Die Feinpositionierung in X-Richtung wird durch bekannte Antriebsmittel, wie die Kombination von piezoelektrischen Elementen und elastischen Antriebsgliedern besorgt. Wenn der Antrieb unter der Steuerung durch das Steuergerät betätigt wird, erfährt der Tischkörper die gewünschte Mikroverschie­ bung in X-Richtung. Somit läßt sich der Tischkörper in X-Richtung relativ zur gekapselten, beweglichen Aufhängevor­ richtung feinpositionieren.

Die Feinpositionierung in Y-Richtung wird durch die Elektro­ magneten zur Feinpositionierung der Magnetlager der 5-Achsen­ steuerung in Y-Richtung bewerkstelligt. Wenn die Elektroma­ gnete für die Y-Achse unter der Steuerung durch das Steuerge­ rät erregt werden, erfährt der Tischkörper die gewünschte Mikroverschiebung in Y-Richtung, ausgelöst durch die unter­ schiedlichen Ströme und damit unterschiedlichen magnetischen Kräfte zwischen den einander gegenüberliegenden Elektromagne­ ten für die Y-Achse. Somit wird der Tischkörper in der Y-Richtung relativ zur gekapselten beweglichen Aufhängung feinpositioniert.

Die Feinpositionierung in Z-Richtung wird durch die Elektro­ magneten zur Feinpositionierung der Magnetlager der 5-Achsen­ steuerung in Z-Richtung bewerkstelligt. Wenn die Elektroma­ gnete für die Z-Achse unter der Steuerung durch das Steuerge­ rät erregt werden, erfährt der Tischkörper die gewünschte Mikroverschiebung in Z-Richtung, ausgelöst durch die unter­ schiedlichen Ströme und damit unterschiedlichen magnetischen Kräfte zwischen den einander gegenüberliegenden Elektromagne­ ten für die Z-Achse. Somit wird der Tischkörper in der Z-Richtung relativ zur gekapselten, beweglichen Aufhängung feinpositioniert.

Die Parallelausrichtung des Tischkörpers wird durch Winkelpo­ sitionierung jeweils um die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse besorgt. Die Winkelpositionierung um die X-Achse, oder Schlin­ gerpositionierung, wird durch die Feineinstellmagneten für die Z-Achseneinstellung besorgt. Wenn die Elektromagnete der Z-Achse unter der Steuerung durch das Steuergerät erregt werden, erfährt der Tischkörper eine vorgegebene Mikrover­ schiebung in der Z-Richtung infolge der unterschiedlichen Ströme und damit unterschiedlichen magnetischen Kräfte zwischen den einander gegenüberliegenden Z-Achsen-Elektro­ magneten. Zusätzlich werden die Elektromagnetströme so gesteuert, daß der obere und der untere Abschnitt des Tisch­ körpers gegenläufig zueinander verschoben wird. Auf diese Weise kann der Tischkörper um die X-Achse relativ zur gekap­ selten beweglichen Aufhängevorrichtung feinjustiert werden.

Die Winkelpositonierung um die Y-Achse, oder Gierpositionie­ rung, wird ebenfalls durch die Feineinstellmagneten für die Z-Achse besorgt. Wenn die Elektromagneten der Z-Achse unter der Steuerung durch das Steuergerät erregt werden, erfährt der Tischkörper eine vorgegebene Mikroverschiebung in der Z-Richtung infolge der unterschiedlichen Ströme und damit unterschiedlichen magnetischen Kräfte zwischen den einander gegenüberliegenden Z-Achsen-Elektromagneten. Zusätzlich werden die Elektromagnetströme so gesteuert, daß der linke und der rechte Abschnitt des Tischkörpers bezüglich seiner Mittellinie entlang der X-Achse gegenläufig verschoben wird. Auf diese Weise kann der Tischkörper um die Y-Achse relativ zur gekapselten beweglichen Aufhängevorrichtung feinjustiert werden.

Die Winkelpositonierung um die Z-Achse, oder Stampfpositio­ nierung, wird durch die Feineinstellmagneten für die Y-Achse besorgt. Wenn die Elektromagnete der Y-Achse unter der Steuerung durch das Steuergerät erregt werden, erfährt der Tischkörper eine vorgegebene Mikroverschiebung in der Y-Richtung infolge der unterschiedlichen Ströme und damit unterschiedlichen magnetischen Kräfte zwischen den einander gegenüberliegenden Y-Achsen-Elektromagneten. Zusätzlich werden die Elektromagnetströme so gesteuert, daß der linke und der rechte Abschnitt des Tischkörpers bezüglich seiner Mittellinie entlang der X-Achse gegenläufig verschoben wird. Auf diese Weise kann der Tischkörper um die Z-Achse relativ zur gekapselten beweglichen Aufhängevorrichtung feinjustiert werden.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, berührungsfrei geführten Positioniertisches in teilweise geschnittener Vorderansicht;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, berührungsfrei geführten Positioniertisches in Draufsicht;

Fig. 4 zeigt eine in der Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen, berührungsfrei geführten Positioniertisches vorgese­ hene Hebevorrichtung;

Fig. 5 zeigt einen in der Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen, berührungsfrei geführten Positioniertisches in geschnittener Vorderansicht;

Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 5; und

Fig. 7 ist ein Stromlaufplan für die Steuerung der Elektroma­ gnete, die in der Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, berührungsfrei geführten Positioniertisches vorgesehen sind.

Anhand der Zeichnungen werden jetzt erfindungsgemäße Ausfüh­ rungsformen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen beispiels­ weise einen berührungsfrei geführten Positioniertisch eines Typs, der zum Aufbringen eines Schaltkreismusters durch Belichtung eines Halbleiters eingesetzt wird. Dieses Gerät zum Aufbringen eines Schaltkreismusters auf einen Halbleiter durch Belichtung verwendet in der Regel eine Strahlung im UV-Bereich mit Wellenlängen von 200-400 A. In anderen Fällen kann auch Röntgenstrahlung mit Wellenlängen von ein paar A benützt werden, und die starke Röntgenstrahlung setzt sich aus waagrecht ausgestrahlter Synchrotronstrahlung zusammen. ln diesem Fall muß der berührungsfrei geführte Positioniertisch senkrecht angeordnet werden, wobei der Tischkörper entlang einer senkrechten Ebene verschoben wird, wie in den Figuren dargestellt wird. In Fig. 1 verläuft die X-Achse von links nach rechts, die Y-Achse von oben nach unten und die Z-Achse senkrecht zur Zeichnungsebene.

Wie die Figuren zeigen, ist ein Vakuumbehälter 3 mittels eines Verbindungsglieds 2 seitlich auf einem Rahmen 1 befe­ stigt. Ein Servomotor 5 sitzt auf einer oberen Fläche eines Vorsprungs 4, der sich von der gleichen Seite des Rahmens 1 aus über den Vakuumbehälter 3 erstreckt. Eine obere Platte 6 ist zwischen einer oberen Fläche des Vakuumbehälters 3 und dem Vorsprung 4 angeordnet, und eine untere Platte 7 ist unter einer unteren Fläche des Vakuumbehälters 3 angeordnet. Die Platten 6 und 7 sind durch ein Paar paralleler Führungs­ stäbe 9, 9, die das Verbindungsglied 2 in senkrechter Rich­ tung durchdringen und die senkrecht verschiebbar von einem paar Schiebekontaktlagern 8, 8 getragen werden, integral gekoppelt.

Eine Vorschubspindel 10 ist mit einem Wellenende des Servomo­ tors 5 gekoppelt, der vom (nicht dargestellten) Steuergerät gesteuert wird. Die Spindel 10 erstreckt sich nach unten und greift in ein Mutterteil 11 ein, das in der Mitte der oberen Platte 6 vorgesehen ist, und das untere Ende der Vorschub­ spindel 10 läuft in der oberen Fläche des Vakuumbehälters 3 und zwar so, daß es sich frei drehen kann.

Innerhalb des Vakuumbehälters 3 ist eine Hebevorrichtung 12 so angeordnet, daß mindestens nach oben und nach unten jeweils ein freier Raum vorhanden ist. Die obere Fläche der Hebevorrichtung 12 ist durch ein Paar parallel angeordneter, oberer Haltestäbe 13, 13, die die obere Wand des Vakuumbehäl­ ters 3 durchdringen, mit der unteren Fläche der oberen Platte 6 verbunden, und die untere Fläche der Hebevorrichtung 12 ist durch ein weiteres Paar paralleler, unterer Haltestäbe 14, 14, die die untere Wand des Vakuumbehälters 3 durchdringen, auch mit der oberen Fläche der unteren Platte 7 verbunden, so daß die Hebevorrichtung 12 mit den zwei Platten, der oberen Platte 6 und der unteren Platte 7, verbunden ist. Die oberen und unteren Haltestäbe 13, 13; 14, 14 sind in Öffnungen 15, 15; 16, 16 geführt, die in der oberen und in der unteren Wand des Vakuumbehälters 3 ausgebildet sind, und lassen dort ein bestimmtes Aufmaß oder einen Spalt frei. Die Haltestäbe 13, 13; 14, 14 laufen in Bälgen 17, 17; 18,18; diese verbinden die untere Fläche der oberen Platte 6 mit der oberen Fläche des Vakuumbehälters 3, sowie die obere Fläche der unteren Platte 7 mit der unteren Fläche des Vakuumbehälters 3. Somit sind die Öffnungen 15, 15; 16, 16 in der unteren Fläche der oberen Platte 6 bzw. in der oberen Fläche der unteren Platte 7 durch die Bälge 17, 17; 18,18 verschlossen, so daß das Vakuum in Behälter 3 gewahrt bleibt.

Die Hebevorrichtung 12 setzt sich zusammen aus einem Rahmen, der mit einem Raum bzw. einer Höhlung 19 ausgebildet ist, die sich in X-Richtung erstreckt und die in Fig. 6 gezeigte Querschnittsform hat. Diese Hebevorrichtung 12 ist ferner mit einem rechteckigen Schaufenster 20 im Mittelpunkt einer Vorderwand ausgebildet.

Die Elektromagnete 21, 22 zur Positionsjustierung in Y-Richtung sind in den linken oberen und unteren Abschnitten einer inneren Umfangsfläche dieses Hohlraums 19 vorgesehen, und weitere Elektromagnete 23, 24 zur Positionsjustierung in der Y-Richtung sind in den rechten oberen und unteren Ab­ schnitten der inneren Oberfläche dieser Höhlung vorgesehen. Die Elektromagnete 21, 22 liegen den Elektromagneten 23, 24 entsprechend gegenüber. Die Elektromagnete 25, 26 zur Posi­ tionsjustierung in Z-Richtung sind in den vorderen und hinteren Sektionen der linken oberen Seite, und weitere Elektromagnete 27, 28 zur Z-Achsen-Positionsjustierung sind in den vorderen und hinteren Sektionen der rechten oberen Seite angeordnet und noch weitere Elektromagnete 29, 30 zur Positionsjustierung in der Z-Richtung sind in den vorderen und hinteren Abschnitten der zentralen unteren Seite einander gegenüberliegend angeordnet. Ferner sind ein Paar Linear­ schrittmotoren 31, 32 auf der hinteren Oberfläche auf der unteren Seite der linken und rechten inneren Umfangsfläche der Höhlung 19 vorgesehen. Die Linearschrittmotoren 31, 32 können auch durch ein Positionierelement des Rückkopplungs- Steuertyps in Kombination mit einer gerichteten optischen Skala und einem Schwingspulenmotor ersetzt werden.

An den Elektromagneten 21, 22, 23, 24 zur Justierung der Position in Y-Richtung sind Positionsfühler 33, 34, 35, 36 zur Bestimmung der Position in Y-Richtung angeordnet. An den Elektromagneten 25, 26, 27, 28, 29, 30 zur Justierung der Position in Z-Richtung sind Positionsfühler 37, 38, 39, 40, 41, 42 zur Bestimmung der Position in Z-Richtung angeordnet.

Ein Tischkörper 43 mit einer rechteckigen Platte ist senk­ recht im Hohlraum 19 angeordnet, so daß die obere, untere, vordere und hintere Fläche des Tischkörpers 43 zur Ausrich­ tung gegenüber den Magnetpolen der entsprechenden Elektroma­ gnete 21-30, den entsprechenden Positionsfühlern 31-42, und den Magnetpolen der Linearschrittmotoren 31, 32 gegenüberlie­ gen. Weitere Schutzlager 44, 44 sind an beiden Enden der unteren Fläche des Hohlraums 19 vorgesehen und weitere Schutzlager 45, 45 .... sind an der oberen und unteren Seite der vorderen und hinteren Flächen vorgesehen. Die Schutzlager 44, 44 sind vom Wälzkontakttyp, während die anderen Schutzla­ ger 45, 45 .... vom Gleitkontakttyp sein können.

Die Magnetpole der Linearschrittmotoren 31, 32 und die Gegenmagnetpolabschnitte 46, 47 des Tischkörpers 43 sind kammförmig ausgebildet und gegeneinander in der X-Richtung ausgerichtet. Die entsprechenden gegenüberliegenden Elektro­ magnetpaare und die entsprechenden Paare der Positionsfühler an den entsprechenden Elektromagneten sind mit dem Steuerge­ rät der Stromzuführung für die Magnetpole verbunden, wie in Fig. 7 gezeigt wird.

Die Fig. 7 zeigt die Anordnung von zwei einander gegenüber­ liegenden Elektromagneten und die benachbarten Positionsfüh­ ler, typisch z. B. die Elektromagnete 25, 26 und die Fühler 37, 38. Einer dieser zwei Positionsfühler 37, 38 kann auch zwecks Vereinfachung der Anordnung weggelassen werden.

Die entsprechende Positionsfühler 37, 38 sind mit einem Fühlersignalprozessor 51 so verbunden, daß ein Erfassungssi­ gnal in ein Spannungspegelsignal umgeformt wird, das vom Steuergerät 53 vom PID-Typ verarbeitet werden kann. Der Fühlersignalprozessor 51 ist mit dem Steuergerät 53 durch einen Komparator 52 verbunden, in den ein Referenzsignal eingespeist wird. Das Steuergerät 53 vom PID-Typ ist so angeschlossen, daß seine Ausgangssignale über entsprechende Verstärker 54, 55 in die Spulen der entsprechenden Elektroma­ gnete 25, 26 eingespeist werden.

Ferner liegen ein piezoelektrisches Element und ein elasti­ sches Glied zwischen dem Tischkörper 43 und der Hebevorrich­ tung 12, so daß das piezoelektrische Element in der X-Richtung durch das externe Steuergerät vorgespannt ist und das elastische Glied in der Gegenrichtung vorgespannt ist. Der Tischkörper 43 kann in der X-Richtung durch das Zusammen­ wirken dieser Elemente im Mikrometerbereich verschoben werden.

Obwohl in der Figur nicht gezeigt, ist es jedoch leicht verständlich, daß die verschiedenen Anschlüsse so vorgesehen sind, daß die Vakuumabdichtung des Behälters 3, zwischen dem Vakuumbehälter 3 und einer Vakuumpumpe, zwischen dem Kontrollgerät und den entsprechenden Elektromagneten, Positi­ onsfühlern und dem piezoelektrischen Element sowie zwischen dem Linearschrittmotor und der Stromzuführung nicht gestört wird.

Die folgende Beschreibung betrifft den Betrieb des berüh­ rungsfrei geführten Positioniertisches. In dem Positionier­ tisch, wie er in einem Gerät zur Herstellung eines Schalt­ kreismusters auf einer Halbleiterunterlage durch Belichtung eingesetzt wird, wird die Halbleiterunterlage auf dem Tisch­ körper 43 aufmontiert und durch eine Maske mit einem Röntgen­ strahl belichtet, der durch das Belichtungsfenster 20 ein­ tritt.

Zu diesem Zweck muß der Tischkörper 43 zusammen mit der Halbleiterunterlage in der X-, Y- und Z-Richtung auf etwa 0,01 µm genau positioniert und in seiner parallelen Ausrich­ tung justiert werden. Zuerst werden dazu die Elektromagnete 21, 22, 23, 24 zur Justierung in der Y-Achse, und die Elek­ tromagnete 25, 26, 27, 28, 29 und 30 zur Justierung in der Z-Achse erregt, gesteuert von Eingangssignalen vom Steuerge­ rät her, so daß der Tischkörper 43 im Hohlraum 18 der Hebe­ vorrichtung 12 in einen schwimmenden Zustand kommt.

Die Grobeinstellung in der X-Achse erfolgt durch Linear­ schrittmotoren 31, 32. Sobald die Linearschrittmotoren unter der Steuerung durch das (nicht dargestellte) Steuergerät angetrieben werden, wird der schwimmende Tischkörper 43 in X-Richtung in eine vorgegebene Stellung innerhalb des Hohl­ raums 19 der Hebevorrichtung 12 verschoben, um so die grobe Positionierung vorzunehmen.

Die Grobpositionierung in der Y-Richtung wird durch den Betrieb des Servomotors 5 durchgeführt. Wenn der Servomotor 5 gesteuert durch das (nicht dargestellte) Steuergerät betrie­ ben wird, wird die Vorschubspindel 10 drehend angetrieben, so daß sich die obere Platte 6 nach oben bzw. unten bewegt durch den Eingriff zwischen der Spindelmutter 11 und der Vorschub­ spindel 10. So wird die Hebevorrichtung 12, die durch die obere Haltestange 13 mit der Platte 6 verbunden ist, inner­ halb des Vakuumbehälters in der Y-Richtung in eine bestimmte Position vorgeschoben, während sie durch die Führungsstange 9 durch die Gleitkontaktlager 8, 8, geführt wird. Somit wird der Tischkörper 43 in der Y-Achse innerhalb der Hebevorrich­ tung 12 grob positioniert. Inzwischen erübrigt sich mögli­ cherweise eine Grobpositionierung in der Z-Achse.

Die Feinpositionierung in der X-Richtung wird durch das Zusammenwirken zwischen dem piezoelektrischen Element und dem (nicht dargestellten) elastischen Glied bewirkt. Wenn das piezoelektrische Element unter der Steuerung des Steuergerä­ tes betätigt wird, wird der Tischkörper 43 infolge der Formänderung des piezoelektrischen Elements unter der Steuer­ spannung im Mikrometerbereich in der X-Richtung verschoben, während der Tischkörper 43 vom piezoelektrischen Element und vom elastischen Glied in gegenläufgen Richtungen gedrückt wird. Somit wird der Tischkörper 43 in der gewünschten X-Richtung im Hohlraum relativ zur Hebevorrichtung 12 feinpo­ sitioniert.

Die Feinjustierung in der Y-Richtung wird von den Justier­ elektromagneten 21, 22; 23, 24 in der Y-Achse bewirkt. Wenn die entsprechenden Elektromagneten 21, 22; 23, 24 unter der Steuerung des Steuergeräts betätigt werden, erfährt der Tischkörper 43 eine Bewegung im Mikrometerbereich in der Y-Achse aufgrund des Unterschieds des in die Spulen einge­ speisten Stroms, d. h. Unterschiede in der magnetischen Kraft zwischen den Elektromagnetpaaren 21, 23, und dem anderen Elektromagnetpaar 22, 24. Zu diesem Zeitpunkt wird die Position des Tischkörpers relativ zur Hebevorrichtung 12 durch die Y-Achsen-Positionsfühler 33, 34; 35, 36 festge­ stellt. Ihr Erfassungssignal wird durch den Fühlersignalpro­ zessor 51 in den Komparator eingespeist und dort mit einem vorgegebenen Bezugssignal verglichen. Das Steuergerät 53 bewirkt die Steuerung der elektrischen Ströme, die durch die Justiermagneten 21, 22; 23, 24 der Y-Achse fließen, um das Erfassungssignal dem Bezugswert anzugleichen. Somit wird der Tischkörper 43 in der gewünschten Y-Richtung innerhalb des abgeschlossenen Raums bezüglich der Hebevorrichtung 12 feinpositioniert.

Die Feinpositionierung in Z-Richtung wird von den Justier­ elektromagneten 25, 26; 27, 28; 29, 30 in der Z-Achse bewirkt. Wenn die entsprechenden Elektromagneten 25, 26; 27, 28; 29, 30 unter der Steuerung des Steuergeräts betätigt werden, erfährt der Tischkörper 43 eine Bewegung im Mikrome­ terbereich in der Z-Achse aufgrund des Unterschieds des in die Spulen eingespeisten Stroms, d.h. Unterschiede in der magnetischen Kraft zwischen den Elektromagneten 25, 27 und 29 und den anderen Elektromagneten 26, 28, 30. Gleichzeitig wird die Position des Tischkörpers relativ zur Hebevorrichtung 12 durch die Z-Achsen-Positionsfühler 37, 38; 39, 40; 41, 42 erfaßt und ihr Erfassungssignal wird über den Fühlersignal­ prozessor 51 in den Komparator 52 eingespeist und dort mit einem vorgegebenen Bezugswert verglichen. Das Steuergerät 53 bewirkt die Steuerung der elektrischen Ströme, die durch die Justiermagnete 25, 26; 27, 28; 29, 30 in der Z-Position fließen, so daß das Erfassungssignal auf den Bezugswert ausgerichtet wird. Somit wird der Tischkörper 43 in der gewünschten Z-Richtung innerhalb des abgeschlossenen Raums bezüglich der Hebevorrichtung 12 feinpositioniert.

Die Parallelausrichtung des Tischkörpers 43 wird gemäß der Winkelpositionierungen um die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse bewirkt. Die Winkel- oder Schlingerbewegungspositionierung um die X-Achse wird von den Elektromagneten 25, 26; 27, 28; 29, 30 zur Positionsjustierung in der Z-Achse bewirkt. Wenn die Elektromagneten 25, 26; 27, 28; 29, 30 unter der Steuerung durch das Steuergerät betrieben werden, erfährt der Tischkör­ per 43 eine Winkelverschiebung im Mikrometerbereich um die X-Achse infolge der Unterschiede in den Spulenströmen, d. i. Unterschiede der Magnetkraft zwischen den Elektromagneten 25, 27, 30 und den anderen Elektromagneten 26, 28, 29. Gleichzei­ tig wird die Position des Tischkörpers 43 relativ zur Hebe­ vorrichtung 12 durch die Positionserfassungsfühler 37, 38; 39, 40; 41, 42 in der Z-Achse erfaßt und diese Erfassungssi­ gnale werden über den Fühlersignalprozessor 51 in den Kompa­ rator 52 zwecks Vergleich mit einem vorgegebenen Bezugswert eingespeist. Das Steuergerät 53 bewirkt, daß Steuerströme durch die Positionsjustierungselektormagnete 25, 26; 27, 28; 29, 30 der Z-Achse fließen und das Erfassungssignal auf den Bezugswert ausrichten. Somit wird der Tischkörper 43 im Winkel um die gewünschte X-Achse feinpositioniert.

Auch die Winkel- oder Gierbewegungspositionierung um die Y-Achse wird von den Positionsjustierungselektromagneten 25, 26; 27, 28 der Z-Achse bewerkstelligt. Wenn die entsprechen­ den Elektromagneten 25, 26; 27, 28 unter der Steuerung durch das Steuergerät betätigt werden, erfährt der Tischkörper 43 eine Winkelbewegung im Mikrometerbereich um die Y-Achse infolge der unterschiedlichen Ströme in den Magnetspulen, d. h. Unterschiede der Magnetkraft zwischen den Elektromagne­ ten 25, 28 und den anderen Elektromagneten 26, 27. Gleichzei­ tig wird die Position des Tischkörpers 43 relativ zur Hebe­ vorrichtung 12 durch die Positionserfassungsfühler 37, 38; 39, 40 in der Z-Achse erfaßt und diese Erfassungssignale werden über den Fühlersignalprozessor 51 in den Komparator 52 zwecks Vergleich mit einem vorgegebenen Bezugswert einge­ speist. Das Steuergerät 53 bewirkt, daß Steuerströme durch die Positionsjustierungselektromagnete 25, 26; 27, 28 der Z-Achse fließen und das Erfassungssignal auf den Bezugswert ausrichten. Somit wird der Tischkörper 43 im Winkel innerhalb des Hohlraums und relativ zur Hebevorrichtung 12 um die gewünschte Y-Achse feinpositioniert.

Die Winkel- oder Stampfbewegungspositionierung um die Z-Achse wird von den Positionsjustierungselektromagneten 21, 22; 23, 24 der Y-Achse bewerkstelligt. Wenn die entsprechenden Elektromagneten 21, 22; 23, 24 unter der Steuerung durch das Steuergerät betätigt werden, erfährt der Tischkörper 43 eine Winkelbewegung im Mikrometerbereich um die Z-Achse infolge der unterschiedlichen Ströme in den Magnetspulen, d. h. Unter­ schiede der Magnetkraft zwischen den Elektromagneten 21, 24 und den anderen Elektromagneten 22, 23. Gleichzeitig wird die Position des Tischkörpers 43 relativ zur Hebevorrichtung 12 durch die Positionserfassungsfühler 33, 34; 35, 36 in der Y-Achse erfaßt und diese Erfassungssignale werden über den Fühlersignalprozessor 51 in den Komparator 52 zwecks Ver­ gleich mit einem vorgegebenen Bezugswert eingespeist. Das Steuergerät 53 bewirkt, daß Steuerströme durch die Positions­ justierungselektromagnete 21, 22; 23, 24 der Y-Achse fließen und das Erfassungssignal auf den Bezugswert ausrichten. Somit wird der Tischkörper 43 im Winkel innerhalb des Hohlraums und relativ zur Hebevorrichtung 12 um die gewünschte Y-Achse feinpositioniert.

lm Nichtbetriebszustand oder wenn die Erregung der Elektroma­ gneten bei Stromausfall unterbrochen wird, kann der Tischkör­ per 43 aus seiner Schwimmlage nach unten fallen. In diesem Falle jedoch wird der Tischkörper 43 von den Schutzlagern 44, 44 getragen, bevor er wenigstens in Berührung mit den Posi­ tionsjustierungselektromagneten 22, 24 der Y-Achse kommt, wodurch die Zerstörung der Positionsjustierungselektromagne­ ten 21, 24 der Y-Achse verhindert wird. Ferner, wenn der Tischkörper gleichzeitig schief gelagert wird, kann der Tischkörper 43 durch die Schutzlager 45, 45 .... getragen werden, bevor er wenigstens mit den Positionsjustierungselek­ tromagneten 37-42 der Z-Achse in Berührung kommt, wodurch die Zerstörung der Positionsjustierungselektromagneten 37-42 der Z-Achse verhindert wird.

Die oben beschriebene Ausführungsform ist vom senkrechten Typ, bei dem der Tischkörper 43 innerhalb einer beweglichen Halterung, d. i. der auf und ab beweglichen Hebevorrichtung 12, senkrecht gehaltert wird. Solche berührungsfrei geführten Tische des senkrechten Typs können in ein Gerät zum Aufbrin­ gen eines Schaltkreismusters auf einen Halbleiter durch Belichtung eingesetzt werden. Andererseits kann auch ein waagrechter Typ gebaut werden, der sich in verschiedene Typen von Präzisionsbearbeitungsgeräten, Präzisionsmeßgeräten und biotechnischen Geräten einsetzen läßt, so daß der Tischkörper 43 waagrecht steht und eine in der Senkrechten bewegliche Befestigung vorgesehen ist, ähnlich wie die Hebevorrichtung 12. Insbesondere ist der waagrechte Typ von der gleichen Konstruktion, nur um 90° um die X-Achse gedreht. In diesem Fall lassen sich die Schutzlager 44, 44, die in der Höhlung 19 des senkrechten Typs angeordnet sind, auch auf gegenüber­ liegenden Flächen anordnen, und die anderen Schutzlager 45, 45 .... können auf einer einzigen, tieferliegenden Fläche angeordnet werden. Zusätzlich können die Schutzlager 44, 44 vom Gleitkontakttyp, und die Schutzlager 45, 45 .... können vom Wälzkontakttyp sein.

Auf dem kontaktfrei geführten Positioniertisch läßt sich ein Werkstück unter Vakuum verschieben. Ferner gibt es keine mechanische Berührung wie bei gleitenden Flächen und Kugelge­ windetrieben bei der Bewegung und Verschiebung, was das Entstehen von Staub verhindert, der bei Reibung in direkter Berührung erzeugt würde. Ferner erübrigt dieser erfindungsge­ mäße Tisch die Notwendigkeit für die Anwendung von Schmieröl, die den Betrieb unter Vakuum beeinträchtigen würde, und vermeidet die Ablagerung und entsprechende Entfernung von Feststoffen. Zusätzlich läßt sich, weil der Tisch von Magnet­ lagern gehaltert wird, eine lineare Verschiebung in den betreffenden Achsenrichtungen und die Winkeldrehung im Mikrometerbereich ausschließlich durch Steuerung der Magneten bewirken, was eine Feinjustierung des Tisches in den betref­ fenden Achsenrichtungen und eine Feinparallelausrichtung ohne die Notwendigkeit für großvolumige Antriebsteile ermöglicht.

Claims (1)

1. Ein berührungsfrei geführter Positioniertisch, enthal­ tend:
   einen Tischkörper;
   eine bewegliche Lagerung mittels Magnetlagern, steuerbar in fünf Achsen, zwecks in waagrechter Richtung beweglicher Halterung des Tischkörpers und einen berührungsfreien Linearmotor zum waagrechten Antrieb des Tischkörpers;
   einen Vakuumbehälter, in dem die in senkrechter Richtung zur Bewegungsrichtung des Tischkörpers bewegliche Halterung aufgenommen wird;
   ein biegsames Hohlglied zwecks Sicherung des Vakuumzustands des Vakuumbehälters;
   ein durch das biegsame Hohlglied reichendes Kupplungsglied, das die bewegliche Halterung an einen äußeren Antrieb ankuppelt; und
   ein Steuergerät zur Steuerung der elektrischen Ströme, die an die Magnetlager angelegt werden.