JP2002142438A - Xyzテーブル - Google Patents
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Abstract
磁束支持機構の負担の課題がある。 【解決手段】電機子の一方の磁極に磁気的に結合され、
該可動子の移動方向に対し略垂直方向に第1段及び第2
段に分けて配列した一方の磁極歯列と、可動子の他方の
磁極に磁気的に結合され、該可動子の移動方向に対し略
垂直方向に第1段及び第2段に分けて配列した他方の磁
極配列とを有し、該一方に設けた磁極配列の第1段の磁
極歯と該他方に設けた磁極歯列の第1段の磁極歯が該可
動子の移動方向に対して交互に配置され、該一方に設け
た磁極配列の第2段の磁極歯と該他方に設けた磁極歯列
の第2段の磁極歯が該可動子の移動方向に対して交互に
配置され、該一方及び該他方の第1段の磁極歯列と該一
方及び該他方に設けた第2段の磁極歯列の間に該可動子
が配列されたリニアモータを用いる。
Description
に関し、特に、半導体製造用ステッパ,工作機械、その
他の露光装置におけるマスクの位置合わせ等に使用され
るXYZテーブル等に関するものである。
ニアモータを用いる場合、回転機を切り開いて直線駆動
する構造のリニアモータが用いられている。
て、従来の技術に記載のリニアモータは、電機子と可動
子間には漏れ磁束も多く、さらに、電機子と可動子の間
に磁気吸引力が一方方向に働くため、可動子の支持機構
に大きな負担がかかり、構造に歪みが生じる等の課題が
ある。
通る磁束の漏れを少なくして、電機子と可動子間に生ず
る磁気吸引力を小さくしたXYZテーブルを提供するこ
とにある。
ベース,複数の直線案内装置,ステージ,X軸駆動リニ
アモータ,Y軸駆動リニアモータとZ軸駆動リニアモー
タを設けたXYZテーブルにある。前記リニアモータは
電機子と相対的に移動可能な可動子からなるリニアモー
タであることが望ましい。また、前記リニアモータは更
に前記電機子の一方の磁極に磁気的に結合され、該可動
子の移動方向に対し略垂直方向に第1段及び第2段に分
けて配列した一方の磁極歯列と、前記可動子の他方の磁
極に磁気的に結合され、該可動子の移動方向に対し略垂
直方向に第1段及び第2段に分けて配列した他方の磁極
配列とを有し、該一方に設けた磁極配列の第1段の磁極
歯と該他方に設けた磁極歯列の第1段の磁極歯が該可動
子の移動方向に対して交互に配置され、該一方に設けた
磁極配列の第2段の磁極歯と該他方に設けた磁極歯列の
第2段の磁極歯が該可動子の移動方向に対して交互に配
置され、該一方及び該他方の第1段の磁極歯列と該一方
及び該他方に設けた第2段の磁極歯列の間に該可動子が
配列されたリニアモータを構成することが望ましい。本
発明の上記特徴及びその他の特徴は、以下で説明され
る。
図面を用いて説明する。
テーブルの基本構成図である。
02は直線案内装置のレール、103はステージ、3Xは
X軸駆動リニアモータの電機子、3YはY軸駆動リニア
モータの電機子、3ZはZ軸駆動リニアモータの電機
子、6X,6Y,6Zは各々軸の可動子を示し、108
はアーム、等で構成されたリニアモータ付XYZテーブ
ルである。3Xは、X1とX2の部分を有する。3Yは
Y1とY2の部分を有する。3ZはZ1,Z2の部分を
有する。
間は空気浮上、又は磁気浮上で滑らかな移動を可能にす
る。ベース101上のX軸,Y軸移動可能な部分をXY
テーブルとみなすことができる。
に用いる軸駆動用のリニアモータの一例の概略を示す。
と相対的に移動可能な可動子6からなるリニアモータで
あって、該リニアモータは更に前記電機子の一方の磁極
1に磁気的に結合され、該可動子の移動方向に対し略垂
直方向に第1段及び第2段に分けて配列した一方の磁極
歯列を持つ。
に結合され、該可動子の移動方向に対し略垂直方向に第
1段及び第2段に分けて配列した他方の磁極配列とを有
し、該一方に設けた磁極配列の第1段の磁極歯と該他方
に設けた磁極歯列の第1段の磁極歯が該可動子の移動方
向に対して交互に配置され、該一方に設けた磁極配列の
第2段の磁極歯と該他方に設けた磁極歯列の第2段の磁
極歯が該可動子の移動方向に対して交互に配置され、該
一方及び該他方の第1段の磁極歯列と該一方及び該他方
に設けた第2段の磁極歯列の間に該可動子が配列された
リニアモータである。
磁極歯21bを第一の対向部と定義し、下部磁極歯12
bと上部磁極歯22aを第二の対向部と定義する。よっ
て、(2n−1)番目の鉄心は第一の対向部、(2n)
番目の鉄心は第二の対向部になるように電機子を構成す
る(但し、n=1,2,3,……)。
れる。前記可動子6は前記第一の対向部に挟持され、か
つ、前記可動子が前記第二の対向部に挟持され、前記電
機子とは相対移動することを特徴とするリニアモータで
ある。ここに、前記電機子3は鉄心,永久磁石,巻線4
などからなり、前記可動子6は永久磁石,磁性体,巻線
の単種類、又は複数種類材料の組み合わせにより構成し
ても良い。
が流れる概念と積層鋼板による組み立てられた概略図を
示す。図2のような構成にすれば、図3(a)に示すよ
うに本実施形態のリニアモータ各対向部の上部磁極歯1
1a又は22aと下部磁極歯21b又は12bの間のギ
ャップには磁束が上部と下部の磁極歯間を交番して上下
に流れる電機子を形成し、ギャップを通して可動子が相
対移動する構造になる。
動子6と上部磁極歯に働く吸引力と可動子6と下部磁極
歯に働く吸引力の大きさはほぼ同じであり、かつ、吸引
力が働く方向は反対であるので、全体の吸引力は小さく
なる。このため、可動子6と電機子3の磁極歯間の吸引
力を小さくすることができ、支持機構の負担を小さくで
きる。
からなり、前記第一の対向部と第二の対向部が交互に複
数個配置された構造である。また、前記電機子の巻線が
配置される鉄心部(図2の鉄心5に相当。)と前記可動
子が挟持される対向部を有する磁極部(上部磁極歯11
a又は22a,下部磁極歯12b又は21bに相当。)
を積層鋼板により分割製作して組み立てることが可能で
ある。
成された電機子をモールドしたイメージを示す。
10と一体化して、スライド溝111には直線案内装置の
レール102が挟まれて案内支持されることになる。
用いた制御ブロック図を示す。
なるリニアモータ (Motor)と前記電機子と前記可動子
の相対的な変位と磁極を検出するセンサ(図示せず)と
その信号 (Signals)をフィードバックする制御部(Contr
oller)とパワードライブ部(DriverとPower Source)から
なるクローズループ制御システムを構成するブロック図
を示す。
なるリニアモータ (Motor)と制御部(Controller)とパ
ワードライブ部(DriverとPower Source)からなるオープ
ンループ制御システムを構成する他のブロック図例を示
す。
らなるリニアモータ(Motor )と、電圧センサと、制御
部(Controller)と、パワードライブ部 (DriverとPowerS
ource) からなる磁極センサレス制御システムを構成す
る他のブロック図例を示す。本実施例においては、電圧
センサを用いてリニアモータが発生する誘起電圧(Eo)
を制御部内に読み込んでいる。制御器内では、誘起電圧
の大きさから磁極位置を推定し、リニアモータを駆動す
る信号をパワードライブ部へ出力する。本構成の制御シ
ステムでは、磁極位置センサをリニアモータ部に取り付
けることなく、安定に(脱調することなく)リニアモー
タを駆動できるようになる。
らなるリニアモータ (Motor)と、電流センサと、制御
部(Controller)と、パワードライブ部(DriverとPowerSo
urce) からなる磁極センサレス制御システムを構成する
他のブロック図例を示す。本実施例においては、電流セ
ンサを用いてリニアモータに流れる電流(I)を制御部
内に読み込んでいる。制御器内では、リニアモータに印
加している電圧と検出電流値から、リニアモータの誘起
電圧を演算し、磁極位置を推定演算する。本構成の制御
システムでは、磁極位置センサをリニアモータ部に取り
付けることなく、安定に(脱調することなく)リニアモ
ータを駆動できるようになる。
テーブル部の詳細図である。前記ベース101に前記直
線案内装置のレール102を東西南北の4箇所に配置
し、前記レールに案内され自由自在に移動するスライダ
110と前記電機子の相対進行方向とは直角になるよう
に一体化させ、前記可動子は十字形になるようにして前
記ステージと連結し、一方の東西方向に配置された該電
機子はX軸駆動リニアモータ、他方の南北方向に配置さ
れた該可動子はY軸駆動リニアモータとして駆動される
ことを特徴とするリニアモータ付XYテーブルである。
子3X1(3XのうちX1の部分)と3X2(3Xのう
ちX2の部分)が一組になってX軸駆動リニアモータの
電機子を構成するが、Y軸,Z軸も同じ原理である。
の磁極歯と電機子3X2の磁極歯間のピッチが(k・P
+P/M){(k=0,1,2,…),(M=2,3,
4,…)}になるように電機子3X1と電機子3X2を
直列に並べる。ここで、Pは極ピッチ(極ピッチPは電
機子磁極ピッチPs又は可動子極ピッチPmどちらかを
選ぶ)、Mはモータの相数を表わす。可動子6には隣り
合う磁極が異極になるように永久磁石を複数個配置す
る。
機子3X2の磁極歯間のピッチが{(k・P;k=0,
1,2,…)}になるように電機子3X1と電機子3X
2を直列に並べて、可動子6X1(6XのうちX1の部
分)と可動子6X2(6XのうちX2の部分)との磁極
中心が(k・P+P/M)になるように永久磁石を複数
個配置しても良い。
2は、(k・P+P/M)ピッチだけずらせて一体化す
る。相対的に、可動子6X1と可動子6X2は揃えて電
機子3X1と電機子3X2の中心間を(k・P+P/
M)ピッチだけずらせても良い。
互に移動磁界が発生するように励磁すると、上部磁極面
と下部磁極面の間ギャップ8には極ピッチ毎に反対方向
に磁束が流れ、移動に必須なP/2によって推力が発生
し、可動子6が相対移動し、該可動子に連結されたステ
ージ103が自由自在に移動する。
磁性体を組み合わせても良いし、永久磁石を兼用しても
良い。また、可動子6には永久磁石の変わりに移動磁界
が発生する巻線を巻いて、電機子3に界磁電流を流せ
ば、相対的に自由自在に移動するリニアモータになる。
べることについて説明したが、電機子を複数個直列に並
べて構成することもできる。同じく、電機子を2個並列
に並べ、2個の可動子を一体化したり、電機子を複数個
並列に並べ、複数個の可動子を一体化してもよい。
アモータについて説明したが、3相,4相,5相等の多
相リニアモータとして利用することができる。
の実施例のXYテーブルを示す。
を片側の一個所に集めて構成した他の実施例である。前
記ベース101に前記直線案内装置のレール102をX
Y軸が直交するように配置し、前記レール102に案内
され自由自在に移動するスライダーと電機子の相対進行
方向とは直角なるように一体化させ、前記可動子6Xと
6YはL字形になるように前記ステージ103と連結
し、一方の東西方向に配置された電機子3XはX軸駆動
リニアモータ、他方の南北方向に配置された電機子3Y
はY軸駆動リニアモータとして駆動されることを特徴と
するリニアモータ付XYテーブルである。このように、
リニアモータをまとめることもできるため、配置の自由
度が向上する。また、リニアモータの数を減らすことも
できる。
レール102を東西南北の4箇所に配置し、前記可動子
6Xと6Yは十字形になるように空隙を保ちながら重ね
て配置しそれらの両端には前記レール102に案内され
自由自在に移動するスライダー110と可動子の相対進
行方向とは直角になるように連結され、前記複数の電機
子は前記直線案内装置らの内側に集めて前記ステージ1
03と一体化して形成され、一方の東西方向に配置され
た該電機子3XはX軸駆動リニアモータ、他方の南北方
向に配置された該電機子3YはY軸駆動リニアモータと
して駆動されることを特徴としたXYテーブルである。
リニアモータをステージ部分にまとめることにより、配
線構造をより簡略化できる。
備したZ軸直線案内装置のそれぞれに傾きθ駆動の機能
を持たせたことを特徴とするリニアモータ付XYZテー
ブルである。これにより、工具の加工の自由度が高くな
る。工具の代わりに、印刷装置,顕微鏡等の観察装置を
付加することも可能である。
方の中央部には貫通孔が設けられることで、長い物をス
テージに載せることが可能である。これにより、取扱う
対象物の範囲を広げることができる。
よれば、リニアモータは有効磁束の磁気回路の磁路が短
くなり、磁極歯の漏れ磁束を少なくすることができるの
で効率が向上する。また、本実施形態のリニアモータで
は、可動子6と上部磁極歯に働く吸引力と可動子6と下
部磁極歯に働く吸引力の大きさは同じであり、かつ、吸
引力が働く方向は反対であるので、全体の吸引力は小さ
くなる。このため、可動子6と電機子3の磁極歯間の吸
引力を小さくすることができ、支持機構の負担を小さく
できるので耐久性が向上する。更に、部品点数が少な
く、XYテーブルの薄型化も可能である。また、以上に
よればこれらのXYZデーブル又は、XYデーブルを有
する半導体製造用ステッパ,工作機械,露光装置等を提
供できる。
高いXY又はXYZテーブルが提供できる。
Zテーブルの基本構成図。
コア組み立て図。
ライダーの一体図。
ク図。
ロック図。
Yテーブル。
Yテーブル。
XYZテーブル。
1の下部磁極歯、2…磁極、21b…磁極2の下部磁極
歯、22a…磁極2の上部磁極歯、3…電機子、4…巻
線(電機子側)、5…鉄心、6…可動子、101…ベー
ス、102…レール、103…ステージ。
Claims (14)
- 【請求項1】ベース,複数の直線案内装置,ステージ,
X軸駆動リニアモータ,Y軸駆動リニアモータとZ軸駆
動リニアモータを設けたリニアモータ付XYZテーブル
において、該リニアモータは電機子と相対的に移動可能
な可動子からなるリニアモータであって、該リニアモー
タは更に前記電機子の一方の磁極に磁気的に結合され、
該可動子の移動方向に対し略垂直方向に第1段及び第2
段に分けて配列した一方の磁極歯列と、前記可動子の他
方の磁極に磁気的に結合され、該可動子の移動方向に対
し略垂直方向に第1段及び第2段に分けて配列した他方
の磁極配列とを有し、該一方に設けた磁極配列の第1段
の磁極歯と該他方に設けた磁極歯列の第1段の磁極歯が
該可動子の移動方向に対して交互に配置され、該一方に
設けた磁極配列の第2段の磁極歯と該他方に設けた磁極
歯列の第2段の磁極歯が該可動子の移動方向に対して交
互に配置され、該一方及び該他方の第1段の磁極歯列と
該一方及び該他方に設けた第2段の磁極歯列の間に該可
動子が配列されたリニアモータを用いることを特徴とす
るXYZテーブル。 - 【請求項2】請求項1において、前記ベースに前記直線
案内装置のレールを東西南北の4箇所に配置し、前記レ
ールに案内され自由自在に移動するスライダと前記電機
子の相対進行方向とは直角になるように一体化させ、前
記可動子は十字形になるようにして前記ステージと連結
し、一方の東西方向に配置された該電機子はX軸駆動リ
ニアモータ、他方の南北方向に配置された該可動子はY
軸駆動リニアモータとして駆動されることを特徴とする
XYテーブル。 - 【請求項3】請求項1において、前記ベースに前記直線
案内装置のレールを東西南北の4箇所に配置し、前記可
動子は十字形になるように空隙を保ちながら重ねて配置
しそれらの両端には前記レールに案内され自由自在に移
動するスライダと可動子の相対進行方向とは直角になる
ように連結され、前記複数の電機子は前記直線案内装置
らの内側に集めて前記ステージと一体化して形成され、
一方の東西方向に配置された該電機子はX軸駆動リニア
モータ、他方の南北方向に配置された該電機子はY軸駆
動リニアモータとして駆動されることを特徴とするXY
テーブル。 - 【請求項4】請求項1において、前記ベースに前記直線
案内装置のレールをXY軸が直交するように配置し、前
記レールに案内され自由自在に移動するスライダと電機
子の相対進行方向とは直角なるように一体化させ、前記
可動子はL字形になるように前記ステージと連結し、一
方の東西方向に配置された電機子はX軸駆動リニアモー
タ、他方の南北方向に配置された電機子はY軸駆動リニ
アモータとして駆動されることを特徴とするXYテーブ
ル。 - 【請求項5】請求項1〜4のいずれにおいて、XYテー
ブル,Z軸直線案内装置のそれぞれに傾きθ駆動の機能
を持たせたことを特徴とするXYZテーブル。 - 【請求項6】請求項1〜4のいずれにおいて、各々の直
線案内装置を独立して前記ベースに配置するか、又は一
方軸直線案内装置の上に他方軸直線案内装置を上乗せて
前記リニアモータを用いることを特徴とするXYテーブ
ル。 - 【請求項7】請求項1から請求項6のいずれかにおい
て、前記リニアモータと前記電機子と前記可動子の相対
的な変位と磁極を検出するセンサとその信号をフィード
バックする制御部とパワードライブ部からなるクローズ
ループ制御システムを構成することを特徴とするXYZ
テーブル。 - 【請求項8】請求項1から請求項6のいずれかにおい
て、前記リニアモータと制御部とパワードライブ部から
なるオープンループ制御システムを構成することを特徴
とするXYZテーブル。 - 【請求項9】請求項1から請求項6のいずれかにおい
て、前記リニアモータと、パワードライブ部と、前記リ
ニアモータの誘起電圧を検出し、該電圧検出値に基づい
て、前記電機子と可動子の相対的な磁極位置を推定する
手段を含む制御部からなる制御システムを構成すること
を特徴とするXYZテーブル。 - 【請求項10】請求項1から請求項6のいずれかにおい
て、前記リニアモータと、パワードライブ部と、前記リ
ニアモータに流れる電流を検出し、該電流検出値に基づ
いて、前記電機子と可動子の相対的な磁極位置を推定す
る手段を含む制御部からなる制御システムを構成するこ
とを特徴とするXYZテーブル。 - 【請求項11】請求項1から請求項10において、前記
同軸駆動リニアモータの前記電機子を複数個並べ、極ピ
ッチをPとするとき、隣り合う前記電機子の磁極歯との
ピッチを(k・P+P/M){(k=0,1,2,
…),(M=2,3,4,…)}{ここに、kは隣り合
う電機子の配置可能範囲で自由に選べる数、Mはモータ
の相数}とすることを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項12】請求項1から請求項11のいずれかにお
いて、前記XYテーブルと前記ベースの双方の中央部に
は貫通孔が設けられることを特徴とするXYテーブル。 - 【請求項13】請求項1乃至請求項12のいずれかにお
いて、前記ベースと前記ステージの間には圧縮空気浮
上、又は磁気浮上機能を持たせたことを特徴とするXY
Zテーブル。 - 【請求項14】請求項1乃至請求項13のいずれか記載
のXYテーブル又はXYZテーブルを有する半導体製造
用ステッパ,工作機械又は露光装置。
Priority Applications (9)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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