JP2020533781A - Distance sensors for measuring distances to ferromagnetic elements, magnetic levitation systems, and methods for measuring distances to ferromagnetic elements - Google Patents

Distance sensors for measuring distances to ferromagnetic elements, magnetic levitation systems, and methods for measuring distances to ferromagnetic elements Download PDF

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Abstract

本開示は、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサ、強磁性素子を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システム、及び距離センサ内の漂遊磁界を補正するための方法に関する。第1の態様によれば、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサが提供される。第2の態様によれば、強磁性素子を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システムが提供される。磁気浮揚システムは、第1の実施形態に係る、少なくとも1つの電磁アクチュエータ及び少なくとも1つの距離センサを備えており、少なくとも1つの距離センサは、強磁性素子までの距離を測定するように構成されている。第3の態様によれば、強磁性素子までの距離を測定するための方法が提供される。当該方法は、第1のホール素子及び第2のホール素子を備えた距離センサを設けることと、第1のホール素子の第1の信号、及び第2のホール素子の第2の信号を検出することと、第1の信号から第2の信号を差し引くこととを含む。第4の態様によれば、第1の態様に係る距離センサの使用が提供される。距離センサは、磁気浮揚装置内で使用され、距離センサは、浮揚体までの距離を測定するように構成されている。【選択図】図3aThe present disclosure relates to a distance sensor for measuring the distance to a ferromagnetic element, a magnetic levitation system for magnetically levating the ferromagnetic element, and a method for correcting a stray magnetic field in the distance sensor. According to the first aspect, a distance sensor for measuring the distance to the ferromagnetic element is provided. According to the second aspect, a magnetic levitation system for magnetically levitation of a ferromagnetic element is provided. The magnetic levitation system comprises at least one electromagnetic actuator and at least one distance sensor according to the first embodiment, the at least one distance sensor configured to measure the distance to a ferromagnetic element. There is. According to the third aspect, a method for measuring the distance to the ferromagnetic element is provided. In this method, a distance sensor including a first Hall element and a second Hall element is provided, and a first signal of the first Hall element and a second signal of the second Hall element are detected. This includes subtracting the second signal from the first signal. According to the fourth aspect, the use of the distance sensor according to the first aspect is provided. The distance sensor is used in a magnetic levitation device and the distance sensor is configured to measure the distance to the levitation body. [Selection diagram] FIG. 3a

Description

本開示の実施形態は、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、特に、強磁性素子を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システム、及び距離センサ内の漂遊磁界を補正するための方法に関する。 An embodiment of the present disclosure relates to a distance sensor for measuring a distance to a ferromagnetic element. More specifically, embodiments of the present disclosure relate, in particular, to magnetic levitation systems for magnetically levitation of ferromagnetic elements and methods for compensating for stray magnetic fields in distance sensors.

様々な処理(例えば、処理チャンバ内での基板のコーティング)を実行するシステムが知られている。材料を基板上に堆積する方法は幾つか知られている。一例として、蒸発処理、物理的気相堆積(PVD)処理(スパッタリング処理や噴霧処理プロセスなど)、又は化学気相堆積(CVD)処理を使用することによって、基板をコーティングすることができる。処理は、堆積装置の処理チャンバ内で実行され得る。ここに、コーティングされる基板が配置される。堆積材料は、処置チャンバ内に供給される。小分子、金属、酸化物、窒化物、及び炭化物などの複数の材料が、基板上への堆積に使用され得る。さらに、エッチング、構造化(structuring)、アニール処理などの他の処理が処理チャンバ内で実行され得る。 Systems are known to perform a variety of processes (eg, coating the substrate in a processing chamber). There are several known methods for depositing material on a substrate. As an example, the substrate can be coated by using an evaporation process, a physical vapor deposition (PVD) process (such as a sputtering process or a spray process), or a chemical vapor deposition (CVD) process. The treatment can be performed in the processing chamber of the depositor. The substrate to be coated is arranged here. The deposited material is fed into the treatment chamber. Multiple materials such as small molecules, metals, oxides, nitrides, and carbides can be used for deposition on substrates. In addition, other processes such as etching, structuring and annealing can be performed in the processing chamber.

例えば、コーティング処理は、例えば、ディスプレイ製造技術においては、大面積基板向けに検討され得る。コーティングされた基板は、幾つかの用途及び幾つかの技術分野において使用することができる。例えば、ある用途は、有機発光ダイオード(OLED)パネルであり得る。さらなる用途としては、絶縁パネル、半導体デバイスなどのマイクロエレクトロニクス、薄膜トランジスタ(TFT)付き基板、カラーフィルタなどが含まれる。OLEDは、電気の印加により光を生成する(有機)分子の薄膜から構成された固体デバイスである。一例としては、OLEDディスプレイは、電子デバイスに明るいディスプレイを設けることができ、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)と比べて使用する電力が少ない。処理チャンバ内では、有機分子が、生成(例えば、蒸発、スパッタリング、又は噴霧等)され、層として基板上に堆積される。粒子は、例えば、境界又は特定のパターンを有するマスクを通過することができ、それにより、基板上の特定の位置に材料が堆積され、例えば、基板上にOLEDパターンが形成される。 For example, coating treatments can be considered for large area substrates, for example in display manufacturing techniques. The coated substrate can be used in several applications and in some technical fields. For example, one application may be an organic light emitting diode (OLED) panel. Further applications include insulating panels, microelectronics such as semiconductor devices, substrates with thin film transistors (TFTs), color filters and the like. An OLED is a solid device composed of a thin film of (organic) molecules that generate light when electricity is applied. As an example, an OLED display can be provided with a bright display in an electronic device and uses less power than, for example, a liquid crystal display (LCD). In the processing chamber, organic molecules are generated (eg, evaporation, sputtering, spraying, etc.) and deposited as layers on the substrate. The particles can pass, for example, a boundary or a mask having a particular pattern, whereby the material is deposited at a particular location on the substrate, for example, an OLED pattern is formed on the substrate.

処理システムは、例えば、コーティング処理の間、処理チャンバ内でキャリアを誘導するための磁気浮揚システムを含み得る。磁気浮揚システムは、キャリアを処理位置に設け、且つ/又はキャリアを処理チャンバ内で搬送するために適合され得る。磁気浮揚システムは、閉鎖制御ループを形成するための、電磁アクチュエータ、センサ、信号プロセッサ、及びパワーアンプを有する1つ以上の浮揚ユニットを含み得、これにより、浮揚されたキャリアは、磁気ベアリングから所定の距離で維持される。 The processing system may include, for example, a magnetic levitation system for guiding carriers in the processing chamber during the coating process. The magnetic levitation system may be adapted to provide the carrier in the processing position and / or to transport the carrier within the processing chamber. The magnetic levitation system may include one or more levitation units having an electromagnetic actuator, a sensor, a signal processor, and a power amplifier to form a closure control loop, whereby the levitation carrier is defined from the magnetic bearing. Is maintained at a distance of.

基板が高真空で処理される用途では、アクチュエータ、センサ、及び他の構成要素を金属シールディングすると、幾つかの種類の距離センサを使用できなくなる。このような用途では、ホール効果センサなどの磁気効果に基づく距離センサが使用される。なぜなら、こうした距離センサは、非鉄金属シールドを通して距離を測定することができるからである。 In applications where the substrate is processed in high vacuum, metal shielding of actuators, sensors, and other components renders some types of distance sensors unusable. In such applications, distance sensors based on magnetic effects, such as Hall effect sensors, are used. This is because such distance sensors can measure distance through a non-ferrous metal shield.

磁気浮揚システムの一態様は、浮揚システム内で電磁アクチュエータと距離センサを互いに近接させて配置することである。これにより、磁気浮揚システムの最小化されたサイズを実現し、アクチュエータとセンサとの並置による改善された制御挙動を実現する。 One aspect of the magnetic levitation system is to place the electromagnetic actuator and the distance sensor in close proximity to each other in the levitation system. This achieves a minimized size of the magnetic levitation system and improved control behavior due to juxtaposition of actuators and sensors.

上記の観点から、本開示の態様は、当該技術分野の課題のうち少なくとも幾つかを克服する、距離センサ、及び距離センサを操作するための方法を提供することである。 In view of the above, an aspect of the present disclosure is to provide a distance sensor and a method for operating the distance sensor that overcomes at least some of the problems in the art.

第1の実施形態によれば、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサが提供される。距離センサは、少なくとも第1の永久磁石素子、少なくとも第1のホール素子、及び少なくとも第2のホール素子を含み、第1の永久磁石素子は、第1の磁界を生成し、第1のホール素子の位置における第1の磁界の方向は、第2のホール素子の位置における第1の磁界の方向と実質的に反対方向である。 According to the first embodiment, a distance sensor for measuring the distance to the ferromagnetic element is provided. The distance sensor includes at least a first permanent magnet element, at least a first Hall element, and at least a second Hall element, the first permanent magnet element generating a first magnetic field and a first Hall element. The direction of the first magnetic field at the position of is substantially opposite to the direction of the first magnetic field at the position of the second Hall element.

第2の実施形態によれば、強磁性素子を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システムが提供される。磁気浮揚システムは、第1の実施形態に係る、少なくとも1つの電磁アクチュエータ及び少なくとも1つの距離センサを備えており、少なくとも1つの距離センサは、強磁性素子までの距離を測定するように構成されている。 According to the second embodiment, a magnetic levitation system for magnetically levitation of a ferromagnetic element is provided. The magnetic levitation system comprises at least one electromagnetic actuator and at least one distance sensor according to the first embodiment, the at least one distance sensor configured to measure the distance to a ferromagnetic element. There is.

第3の実施形態によれば、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサが提供される。当該方法は、第1のホール素子及び第2のホール素子を備えた距離センサを設けることと、第1のホール素子の第1の信号、及び第2のホール素子の第2の信号を検出することと、第1の信号から第2の信号を差し引くこととを含む。 According to the third embodiment, a distance sensor for measuring the distance to the ferromagnetic element is provided. In this method, a distance sensor including a first Hall element and a second Hall element is provided, and a first signal of the first Hall element and a second signal of the second Hall element are detected. This includes subtracting the second signal from the first signal.

第4の実施形態によれば、第1の実施形態に係る、距離センサの使用が提供される。距離センサは、磁気浮揚装置内で使用され、距離センサは、浮揚体までの距離を測定するように構成されている。 According to the fourth embodiment, the use of the distance sensor according to the first embodiment is provided. The distance sensor is used in a magnetic levitation device and the distance sensor is configured to measure the distance to the levitation body.

諸実施形態は、開示された方法を実行するための装置をさらに対象としており、記載されたそれぞれの方法ステップを実行するための装置の部分を含む。これらの方法ステップは、ハードウェア構成要素、適切なソフトウェアによってプログラミングされたコンピュータ、これらの2つの任意の組合せ、又は任意の他の方法で実行されてもよい。さらに、本開示に係る実施形態は、記載された装置が動作する方法も対象とする。装置のあらゆる機能を実行するための方法ステップを含む。 The embodiments further cover the apparatus for performing the disclosed methods and include parts of the apparatus for performing each of the described method steps. These method steps may be performed by hardware components, a computer programmed with the appropriate software, any combination of the two, or any other method. Furthermore, the embodiments according to the present disclosure also cover the methods by which the described devices operate. Includes method steps for performing all functions of the device.

本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、実施形態を参照することによって、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明を得ることができる。添付の図面は、本開示の実施形態に関し、以下において説明される。
本明細書に記載された実施形態に係る、磁気浮揚システムの概略正面図を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、磁気浮揚システムの側方断面図を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、磁気浮揚システムの前方断面図を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、距離センサの側方断面図を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、距離センサの側方断面図を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、強磁性素子までの距離を測定するための方法のフロー図を示す。 本明細書に記載された実施形態に係る、距離信号の誤った成分をさらに補正するための方法のフロー図を示す。
By referring to embodiments, a more specific description of the present disclosure briefly summarized above can be obtained so that the above-mentioned features of the present disclosure can be understood in detail. The accompanying drawings are described below with respect to embodiments of the present disclosure.
A schematic front view of the magnetic levitation system according to the embodiment described in the present specification is shown. A side sectional view of the magnetic levitation system according to the embodiment described in the present specification is shown. A front sectional view of the magnetic levitation system according to the embodiment described in the present specification is shown. A side sectional view of the distance sensor according to the embodiment described in the present specification is shown. A side sectional view of the distance sensor according to the embodiment described in the present specification is shown. The flow chart of the method for measuring the distance to a ferromagnetic element which concerns on embodiment described in this specification is shown. A flow chart of a method for further correcting an erroneous component of a distance signal according to an embodiment described in the present specification is shown.

本開示の様々な実施形態について、これより詳細に参照する。これらの実施形態の1つ以上の実施例は、図面で示されている。図面についての以下の説明の中で、同じ参照番号は同じ構成要素を表す。概して、個々の実施形態に関する相違のみが説明される。各実施例は、本開示の説明のために提供されるが、本開示を限定することを意図しているわけではない。さらに、ある実施形態の一部として図示且つ説明されている特徴は、他の実施形態において用いてもよく、又は、他の実施形態と共に用いてもよく、それにより、さらに別の実施形態が生じる。本記載は、このような修正例及び変形例を含むことが意図されている。 The various embodiments of the present disclosure will be referred to in more detail. One or more embodiments of these embodiments are shown in the drawings. In the following description of the drawings, the same reference numbers represent the same components. In general, only differences regarding individual embodiments are explained. Each example is provided for illustration purposes of the present disclosure, but is not intended to limit the present disclosure. Furthermore, the features illustrated and described as part of one embodiment may be used in other embodiments or in conjunction with other embodiments, thereby resulting in yet another embodiment. .. This description is intended to include such modifications and modifications.

本明細書に記載された実施形態は、キャリア(例えば、基板キャリア)の磁気的な浮揚及び/又は搬送に関する。このように、キャリアの磁気浮揚は、非接触型であり得る。本開示全体で使用される「非接触(contactless)」という用語は、キャリアの重量が、機械的接触又は機械的力によって保持されず、磁力によって保持されるという意味であると理解することができる。特に、機械的力の代わりに磁力を用いて、キャリアが浮揚又は浮遊状態で保持され得る。幾つかの実装形態では、システム内でのキャリアの浮揚中、且つ例えば運動中に、キャリアとそれ以外の装置との間に機械的接触が全くないことがある。 The embodiments described herein relate to magnetic levitation and / or transport of carriers (eg, substrate carriers). Thus, the magnetic levitation of the carrier can be non-contact. The term "contactless" as used throughout this disclosure can be understood to mean that the weight of the carrier is not held by mechanical contact or mechanical force, but by magnetic force. .. In particular, magnetic forces can be used instead of mechanical forces to keep the carriers in a floating or floating state. In some implementations, there may be no mechanical contact between the carrier and other devices during levitation of the carrier in the system and, for example, movement.

処理システム内でキャリアを誘導する機械的デバイスに比べて、非接触浮揚は、キャリアの運動の直線性及び/又は精度に影響を与える摩擦によって悩まされることがないのが利点である。キャリアの非接触搬送によって、キャリアの無摩擦運動が可能となり、例えば、堆積処理においてマスクに対するキャリアの位置を高精度に制御且つ維持することができる。さらに、浮揚によって、キャリアの素早い加速又は減速が可能となり、且つ/又は、キャリア速度の微調節が可能となる。 Compared to mechanical devices that guide carriers within a processing system, non-contact levitation has the advantage of not being bothered by friction that affects the linearity and / or accuracy of carrier motion. The non-contact transport of the carriers enables frictionless motion of the carriers, for example, the position of the carriers with respect to the mask can be controlled and maintained with high accuracy in the deposition process. Further, levitation allows for rapid acceleration or deceleration of the carrier and / or fine adjustment of the carrier speed.

例えば、堆積処理の間のキャリアの非接触浮揚又は搬送では、キャリアを搬送する間のキャリアと装置のセクション(例えば、機械的レール)との間の機械的接触により粒子が発生しないという点において有益である。したがって、非接触浮揚を使用すると粒子の発生が最小限に抑えられることから、非接触磁気浮揚システムは、特に、基板に堆積される層の純度及び均一性の向上をもたらす。 For example, non-contact levitation or transfer of carriers during the deposition process is beneficial in that no particles are generated by mechanical contact between the carrier and the section of the device (eg, mechanical rails) during carrier transfer. Is. Therefore, non-contact magnetic levitation systems provide, in particular, improvements in the purity and uniformity of the layers deposited on the substrate, as the use of non-contact levitation minimizes particle generation.

磁気浮揚システムは、真空空間で動作するように構成され得る。処理システムは、少なくとも1つの真空チャンバを含み得、堆積処理は基板上で行われる。少なくとも1つの真空チャンバは、真空チャンバの内部に真空を発生させるために真空チャンバに接続された、ターボポンプ及び/又はクライオポンプなどの1つ以上の真空ポンプを含み得る。磁気浮揚システムは、基板を、真空チャンバの内外へ、又は真空チャンバを通して搬送するように構成され得る。 The magnetic levitation system can be configured to operate in vacuum space. The processing system may include at least one vacuum chamber and the deposition process is performed on the substrate. The at least one vacuum chamber may include one or more vacuum pumps, such as turbo pumps and / or cryopumps, connected to the vacuum chamber to create a vacuum inside the vacuum chamber. The magnetic levitation system may be configured to transport the substrate in and out of the vacuum chamber or through the vacuum chamber.

磁気浮揚システムは、キャリアを搬送するように使用され得る。キャリアは、基板、複数の基板、及び/又はマスクを運ぶように適合され得る。キャリアは、例えば、大面積基板及び/又は複数の大面積基板を運搬するように適合された基板キャリアであってもよい。代替的に、キャリアは、例えば、堆積処理において基板の端部のコーティングを防止する端部除外マスクを運ぶように適合されたマスクキャリアであってもよい。 Magnetic levitation systems can be used to carry carriers. The carrier may be adapted to carry a substrate, multiple substrates, and / or masks. The carrier may be, for example, a substrate carrier adapted to carry a large area substrate and / or a plurality of large area substrates. Alternatively, the carrier may be, for example, a mask carrier adapted to carry an edge exclusion mask that prevents coating of the edges of the substrate in the deposition process.

本明細書に記載された実施形態に係るキャリアは、基板キャリア又はマスクキャリアに限定される必要はない。本明細書に記載された方法は、他の種類のキャリア、すなわち、例えば基板又はマスク以外の物体又はデバイスを運搬するように適合されたキャリアにも適用される。 The carriers according to the embodiments described herein need not be limited to substrate carriers or mask carriers. The methods described herein also apply to other types of carriers, i.e., carriers adapted to carry objects or devices other than, for example, substrates or masks.

本明細書で使用される「基板」という用語は、非フレキシブル基板(例えば、ガラス基板、ウエハ、サファイアなどの透明結晶体のスライス、又はガラスプレート)と、フレキシブル基板(例えば、ウエブ又は箔)との両方を含む。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によると、本明細書に記載された実施形態は、ディスプレイPVD、すなわち、ディスプレイ市場向けの大面積基板上のスパッタ堆積のために利用され得る。 As used herein, the term "subject" refers to non-flexible substrates (eg, slices of transparent crystals such as glass substrates, wafers, sapphires, or glass plates) and flexible substrates (eg, web or foil). Including both. According to embodiments that can be combined with other embodiments described herein, the embodiments described herein are for display PVD, ie, sputter deposition on large area substrates for the display market. Can be used for.

実施形態によれば、大面積基板又は対応キャリアは、少なくとも0.67mのサイズを有し得る。このサイズは、約0.67m(0.73×0.92m−Gen4.5)から約8mであってもよく、より具体的には、約2mから約9m、又はさらに最大で12mであってもよい。例えば、大面積基板又はキャリアは、約0.67mの基板(0.73×0.92m)に相当するGEN4.5、約1.4mの基板(1.1m×1.3m)に相当するGEN5、約4.29mの基板(1.95m×2.2m)に相当するGEN7.5、約5.7mの基板(2.2m×2.5m)に相当するGEN8.5、又はさらに約8.7mの基板(2.85m×3.05m)に相当するGEN10であり得る。GEN11及びGEN12のようなさらに次の世代、並びにそれに相当する基板面積を同様に実装してもよい。 According to embodiments, the large area substrate or corresponding carrier can have a size of at least 0.67 m 2 . This size may range from about 0.67 m 2 (0.73 x 0.92 m-Gen4.5) to about 8 m 2 , more specifically from about 2 m 2 to about 9 m 2 or even up to. It may be 12 m 2 . For example, large area substrates or carrier, corresponds to GEN4.5 corresponds to about 0.67 m 2 substrate (0.73 × 0.92 m), about 1.4 m 2 substrate (1.1 m × 1.3 m) GEN5, GEN7.5 corresponding to a substrate of about 4.29 m 2 (1.95 m x 2.2 m), GEN 8.5 corresponding to a substrate of about 5.7 m 2 (2.2 m x 2.5 m), or Further, it may be GEN10 corresponding to a substrate (2.85 m × 3.05 m) of about 8.7 m 2 . Further next generations such as GEN11 and GEN12, and corresponding substrate areas may be similarly mounted.

図面では、垂直に配向されたキャリアが示されている。図1に例示するように、キャリア110支持基板120は、第1の方向192及び第2の方向194によって画定された平面において配向されており、第1の方向192は、キャリア搬送方向に実質的に配向され、第2の方向194は、重力方向に対して実質的に平行に配向される。第1の方向192は、第2の方向194に対して実質的に直角に配向される。しかしながら、本明細書に記載された実施形態は、垂直に配向されたキャリアに限定されない。キャリアの他の配向、例えば、水平配向をさらに設けてもよい。 The drawings show vertically oriented carriers. As illustrated in FIG. 1, the carrier 110 support substrate 120 is oriented in a plane defined by a first direction 192 and a second direction 194, with the first direction 192 being substantially in the carrier transport direction. The second direction 194 is oriented substantially parallel to the direction of gravity. The first direction 192 is oriented substantially perpendicular to the second direction 194. However, the embodiments described herein are not limited to vertically oriented carriers. Other orientations of the carrier, such as horizontal orientation, may be further provided.

本開示では、「実質的に平行(substantially parallel)」という表現は、2つの方向が互いに対して10度までの小さな角度、又はさらに15度までの角度をなすことを含み得る。「実質的に直角(substantially perpendicular)」という表現は、2つの方向が互いに対して90度未満、例えば、少なくとも80度、又は少なくとも75度の角度をなすことを含み得る。同様の考えが、互いに対して実質的に平行又は直角な軸、平面、領域、配向という概念に適用される。 In the present disclosure, the expression "substantially parallel" may include the two directions forming a small angle of up to 10 degrees or even an angle of up to 15 degrees with respect to each other. The expression "substantially perpendicular" can include an angle between the two directions of less than 90 degrees, eg, at least 80 degrees, or at least 75 degrees with respect to each other. A similar idea applies to the notions of axes, planes, regions, and orientations that are substantially parallel or perpendicular to each other.

本明細書に記載された幾つかの実施形態は、「垂直方向(vertical direction)」という概念を伴う。垂直方向とは、重力の延在に沿った方向に対して平行な又は実質的に平行な方向と見なされる。垂直方向は、厳密な垂直性(重力によって規定される)から、例えば、最大15度の角度でずれてもよい。 Some embodiments described herein are associated with the concept of "vertical direction". The vertical direction is considered to be a direction parallel to or substantially parallel to the direction along the extension of gravity. The vertical direction may deviate from the exact verticality (defined by gravity), for example, at an angle of up to 15 degrees.

本明細書に記載された実施形態は、「水平方向(horizontal direction)」という概念がさらに伴い得る。水平方向は、垂直方向と区別されると理解すべきである。水平方向は、重力によって規定された厳密な垂直方向に対して直角又は実質的に直角であり得る。 The embodiments described herein may further accompany the concept of "horizontal direction". It should be understood that the horizontal direction is distinguished from the vertical direction. The horizontal direction can be perpendicular to or substantially perpendicular to the exact vertical direction defined by gravity.

本明細書に記載された実施形態は、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサ、及び強磁性素子を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システムに関する。本明細書に記載された実施形態に係る磁気浮揚システム100の実施例を示す図1を最初に参照する。 The embodiments described herein relate to a distance sensor for measuring the distance to a ferromagnetic element and a magnetic levitation system for magnetically levitation of the ferromagnetic element. First, FIG. 1 showing an embodiment of the magnetic levitation system 100 according to the embodiment described in the present specification is referred to.

図1に示す磁気浮揚システム100は、キャリア110を含む。キャリア110は、基板120を支持する。キャリア110は、強磁性素子150、例えば、強磁性材料のバーを含む。磁気浮揚システム100は、例えば、電磁デバイス、ソレノイド、コイル、又は超伝導磁石などのアクティブ磁石ユニットを備えた複数の浮揚ユニット170を含む。複数の浮揚ユニット170のうちの個々の浮揚ユニットは、参照番号175で示される。複数の磁石ユニット170は、第1の方向192に延びる。キャリア110は、複数の浮揚ユニット170に沿って移動可能である。強磁性素子150及び複数の浮揚ユニット170は、キャリア110を浮揚させるための磁気浮揚力を加えるように構成されている。磁気浮揚力は、第2の方向194に延びる。 The magnetic levitation system 100 shown in FIG. 1 includes a carrier 110. The carrier 110 supports the substrate 120. The carrier 110 includes a ferromagnetic element 150, such as a bar of ferromagnetic material. The magnetic levitation system 100 includes a plurality of levitation units 170 including, for example, an electromagnetic device, a solenoid, a coil, or an active magnet unit such as a superconducting magnet. The individual levitation units of the plurality of levitation units 170 are designated by reference numeral 175. The plurality of magnet units 170 extend in the first direction 192. The carrier 110 is movable along a plurality of levitation units 170. The ferromagnetic element 150 and the plurality of levitation units 170 are configured to apply a magnetic levitation force for levitation of the carrier 110. The magnetic levitation force extends in the second direction 194.

図1に示す磁気浮揚システム100は、複数の浮揚ユニット170に設けられた複数の距離センサ(図示せず)を含み得る。距離センサは、各浮揚ユニット175において設けられ得る。代替的に、距離センサは、各浮揚ユニット175の内部に設けられ得る。距離センサは、キャリア110の非接触浮揚の間に、複数の磁石ユニット170とキャリア110との間の距離を測定するように構成され得る。 The magnetic levitation system 100 shown in FIG. 1 may include a plurality of distance sensors (not shown) provided in the plurality of levitation units 170. Distance sensors may be provided in each levitation unit 175. Alternatively, the distance sensor may be provided inside each levitation unit 175. The distance sensor may be configured to measure the distance between the plurality of magnet units 170 and the carrier 110 during non-contact levitation of the carrier 110.

図1に示す磁気浮揚システム100は、磁気駆動構造体180を含む。磁気駆動構造体180は、複数の磁石駆動ユニットを含む。磁気駆動構造体180の個々の磁石駆動ユニットは、参照番号185で示される。キャリア110は、磁気駆動構造体180の磁気駆動ユニット185と相互作用する第2の強磁性素子160を含み得る。磁気駆動構造体180の磁気駆動ユニット185は、処理システム内のキャリアを、例えば、第1の方向192に沿って駆動させる。例えば、第2の強磁性素子160は、交互する極性で配置された複数の永久磁石を含み得る。第2のパッシブ磁気ユニット160の結果として生じた磁界は、磁気駆動構造体180の第2の強磁性素子160と相互作用して、キャリア110を浮揚させながら第1の方向192に移動させることができる。 The magnetic levitation system 100 shown in FIG. 1 includes a magnetic drive structure 180. The magnetic drive structure 180 includes a plurality of magnet drive units. The individual magnet drive units of the magnetic drive structure 180 are designated by reference numeral 185. The carrier 110 may include a second ferromagnetic element 160 that interacts with the magnetic drive unit 185 of the magnetic drive structure 180. The magnetic drive unit 185 of the magnetic drive structure 180 drives the carriers in the processing system, for example, along a first direction 192. For example, the second ferromagnetic element 160 may include a plurality of permanent magnets arranged in alternating polarities. The magnetic field generated as a result of the second passive magnetic unit 160 can interact with the second ferromagnetic element 160 of the magnetic drive structure 180 to move the carrier 110 in the first direction 192 while floating it. it can.

磁気浮揚システム100は、制御ユニット130を含む。制御ユニット130は、複数の浮揚ユニット170及び/又は距離センサに接続され得る。制御ユニット130は、キャリア110の磁気浮揚を制御するように構成され得る。制御ユニット130は、例えば、距離センサによって制御ユニット130に与えられた測定距離値に基づいて、キャリア110の浮揚の間、キャリア110と複数の磁石ユニット170との間の距離を制御するように構成され得る。磁気駆動構造体180は、制御ユニット130の制御の下でキャリア110を駆動させることができる。 The magnetic levitation system 100 includes a control unit 130. The control unit 130 may be connected to a plurality of levitation units 170 and / or distance sensors. The control unit 130 may be configured to control the magnetic levitation of the carrier 110. The control unit 130 is configured to control the distance between the carrier 110 and the plurality of magnet units 170 during the levitation of the carrier 110, for example, based on the measured distance value given to the control unit 130 by the distance sensor. Can be done. The magnetic drive structure 180 can drive the carrier 110 under the control of the control unit 130.

これより浮揚ユニット175の断面図を示す図2a及び図2Bを参照する。図2aは、第1の方向192又はキャリア搬送方向における断面図であり、図2bは、第1の方向192及び第2の方向194に対して直角な第3の方向196、又はキャリア搬送方向と直交する方向における断面図である。 From this, reference is made to FIGS. 2a and 2B showing a cross-sectional view of the levitation unit 175. FIG. 2a is a cross-sectional view in the first direction 192 or the carrier transport direction, and FIG. 2b is a third direction 196 or a carrier transport direction perpendicular to the first direction 192 and the second direction 194. It is sectional drawing in the orthogonal direction.

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、浮揚ユニット175は、少なくとも磁気アクチュエータ178を備えている。電磁アクチュエータ178は、少なくともコイル178a及び少なくとも強磁性コア178bを含み得、電流がコイル178aに印加されると、電界を発生させる。電磁アクチュエータ178によって生成された磁界は、強磁性素子150に第2の方向194で磁気浮揚力を加え、強磁性素子150が付着したキャリア110を浮揚させる。 According to the embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the levitation unit 175 comprises at least a magnetic actuator 178. The electromagnetic actuator 178 may include at least a coil 178a and at least a ferromagnetic core 178b and will generate an electric field when a current is applied to the coil 178a. The magnetic field generated by the electromagnetic actuator 178 applies a magnetic levitation force to the ferromagnetic element 150 in the second direction 194 to levitate the carrier 110 to which the ferromagnetic element 150 is attached.

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、少なくとも1つの電磁アクチュエータ、少なくとも1つの距離センサ、及びコントローラは、気密エンクロージャの内部に含まれ得る。高真空又は超高真空用途にて磁気浮揚システム100の操作する間、浮揚ユニット175の様々な構成要素は、周囲の真空環境から遮蔽される。このことを目的として、浮揚ユニット175は、ハウジング176をさらに含み得る。ハウジング176は、浮揚ユニット175の構成要素を取り囲み、浮揚ユニット175の構成要素を周囲の真空環境から遮蔽する。ハウジング176は、内部空間177が周囲の真空環境から分離されるように、内部空間177を取り囲む気密エンクロージャであり得る。内部空間177を周囲の真空環境から分離することにより、周囲の真空環境の汚染が避けられる。 According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the at least one electromagnetic actuator, at least one distance sensor, and controller may be included within an airtight enclosure. During the operation of the magnetic levitation system 100 in high vacuum or ultra high vacuum applications, the various components of the levitation unit 175 are shielded from the surrounding vacuum environment. For this purpose, the levitation unit 175 may further include a housing 176. The housing 176 surrounds the components of the levitation unit 175 and shields the components of the levitation unit 175 from the surrounding vacuum environment. The housing 176 can be an airtight enclosure surrounding the interior space 177 so that the interior space 177 is separated from the surrounding vacuum environment. By separating the internal space 177 from the surrounding vacuum environment, contamination of the surrounding vacuum environment can be avoided.

ハウジング176は、非強磁性材料を含み得る。これにより、少なくとも1つの距離センサ200が、ハウジング176の内部に配置され、ハウジング176を通して磁界を検出することが可能になる。例えば、ハウジング176は、金属、具体的には、アルミニウム合金又は非強磁性ステンレス鋼を含み得る。 Housing 176 may include non-ferromagnetic material. This allows at least one distance sensor 200 to be placed inside the housing 176 to detect the magnetic field through the housing 176. For example, the housing 176 may include a metal, specifically an aluminum alloy or non-ferromagnetic stainless steel.

内部空間177は、周囲の真空環境と同じ圧力で維持されてもよく、又は周囲の真空環境と異なる圧力で維持されてもよい。例えば、内部空間177は、周囲の真空環境より高い圧力で維持されてもよい。この特徴により、ハウジング176内に含まれる浮揚ユニット175の構成要素が対流を介して冷却されたり、又は内部空間177の平均自由行程を変更して、ハウジング176内に含まれる電気又は電子構成要素間の電気アークを避けたりすることが可能になる。さらに、内部空間177は、周囲の真空環境と同一の又は周囲の真空環境と異なるガス組成を含み得る。 The interior space 177 may be maintained at the same pressure as the surrounding vacuum environment, or may be maintained at a pressure different from the surrounding vacuum environment. For example, the interior space 177 may be maintained at a higher pressure than the surrounding vacuum environment. Due to this feature, the components of the levitation unit 175 contained within the housing 176 are cooled via convection, or the mean free path of the interior space 177 is modified between the electrical or electronic components contained within the housing 176. It becomes possible to avoid the electric arc of. Further, the interior space 177 may contain a gas composition that is the same as or different from the surrounding vacuum environment.

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、浮揚ユニット176は、コントローラ179をさらに含み得る。コントローラ179は、少なくとも距離センサ200、及び少なくとも電磁アクチュエータ178に電気的に取り付けられている。コントローラ179は、距離センサ200と強磁性素子150との間の距離Xに対応する、少なくとも距離センサ200からの距離信号を取得し得る。取得した距離信号に基づいて、コントローラ179は、電磁アクチュエータ178によって与えられる目標アクチュエータ力に対応するアクチュエータ信号を出力する。 According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the levitation unit 176 may further include a controller 179. The controller 179 is electrically attached to at least the distance sensor 200 and at least the electromagnetic actuator 178. The controller 179 can acquire at least the distance signal from the distance sensor 200, which corresponds to the distance X between the distance sensor 200 and the ferromagnetic element 150. Based on the acquired distance signal, the controller 179 outputs an actuator signal corresponding to the target actuator force given by the electromagnetic actuator 178.

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、コントローラ179は、強磁性素子150への距離を制御するための、少なくとも1つの電磁アクチュエータの閉ループ制御のために構成され得る。例えば、コントローラ179は、目標距離を維持するための閉ループ制御機構を実装し得る。閉ループ制御機構は、PIコントローラ、PIDコントローラ、又は当該技術における任意の他の閉ループコントローラを含み得る。閉ループ制御機構は、少なくとも1つの距離信号を入力として取り込み、少なくとも1つの電磁アクチュエータのための制御信号を出力として生成し得る。閉ループ制御機構は、さらなる入力信号を受信するように構成されてもよい。例えば、少なくとも1つの電磁アクチュエータの推定された電流信号が追加の入力信号として使用されてもよい。 According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the controller 179 is a closed loop control of at least one electromagnetic actuator for controlling the distance to the ferromagnetic element 150. Can be configured for. For example, controller 179 may implement a closed-loop control mechanism for maintaining a target distance. The closed-loop control mechanism may include a PI controller, a PID controller, or any other closed-loop controller in the art. The closed loop control mechanism may take at least one distance signal as an input and generate a control signal for at least one electromagnetic actuator as an output. The closed loop control mechanism may be configured to receive additional input signals. For example, the estimated current signal of at least one electromagnetic actuator may be used as an additional input signal.

図2a及び図2bで例示されているように、コントローラ179は、浮揚ユニット175の構成要素であり得る。この場合、複数の浮揚ユニット170内の各浮揚ユニット175は、それぞれ、個別のコントローラ179を有し得る。個々のコントローラ179は、各浮揚ユニット175を独立して制御することができる。任意選択的に、各浮揚ユニット175内に配置されたそれぞれ別個のコントローラ179は、図1に例示するように、制御ユニット130に電気的に取り付けられ得る。代替的に、コントローラ179は、制御ユニット130の構成要素であり得る。複数の浮揚ユニット170における各浮揚ユニット175のための各コントローラ179は、単一の制御ユニット130内に組み込まれる。 As illustrated in FIGS. 2a and 2b, the controller 179 can be a component of the levitation unit 175. In this case, each levitation unit 175 in the plurality of levitation units 170 may each have a separate controller 179. The individual controllers 179 can independently control each levitation unit 175. Optionally, a separate controller 179, located within each levitation unit 175, can be electrically attached to the control unit 130, as illustrated in FIG. Alternatively, the controller 179 can be a component of the control unit 130. Each controller 179 for each levitation unit 175 in the plurality of levitation units 170 is integrated within a single control unit 130.

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、浮揚ユニット176は、少なくとも距離センサ200さらに含む。図2aに例示されるように、浮揚ユニット176は、電磁アクチュエータ178の両側に配置された2つの距離センサ200を含み得る。距離センサ200の数は、各電磁アクチュエータ178に対して少なくとも1つの距離センサ、具体的には、各電磁アクチュエータ178に対して2つの距離センサ200であり得る。 According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the levitation unit 176 further includes at least the distance sensor 200. As illustrated in FIG. 2a, the levitation unit 176 may include two distance sensors 200 located on either side of the electromagnetic actuator 178. The number of distance sensors 200 may be at least one distance sensor for each electromagnetic actuator 178, specifically two distance sensors 200 for each electromagnetic actuator 178.

距離センサ200は、磁界に応じて出力電圧を変動させる少なくとも1つのトランスデューサを含み得る。例えば、距離センサ200は、ホール効果センサ又は巨大磁気抵抗(GMR)センサを含んでもよい。距離センサ200は、強磁性素子150の磁界を検出するように構成されており、これにより、距離センサ200と強磁性素子150との間の距離Xを判定することができる。したがって、距離センサ200は、浮揚ユニット175と、強磁性素子150が取り付けられたキャリア110との間の距離を非接触で判定するように使用可能である。さらに、強磁性素子150の磁界が検出されるので、距離センサ200と強磁性素子150との間に非強磁性素子があっても、距離センサ200の動作が妨げられることはない。 The distance sensor 200 may include at least one transducer that varies the output voltage in response to a magnetic field. For example, the distance sensor 200 may include a Hall effect sensor or a giant magnetoresistive (GMR) sensor. The distance sensor 200 is configured to detect the magnetic field of the ferromagnetic element 150, whereby the distance X between the distance sensor 200 and the ferromagnetic element 150 can be determined. Therefore, the distance sensor 200 can be used to determine the distance between the levitation unit 175 and the carrier 110 to which the ferromagnetic element 150 is attached in a non-contact manner. Further, since the magnetic field of the ferromagnetic element 150 is detected, even if there is a non-ferromagnetic element between the distance sensor 200 and the ferromagnetic element 150, the operation of the distance sensor 200 is not hindered.

距離センサ200は、強磁性素子150までの距離Xを確実に測定するように、適切な位置に配置され得る。距離センサ200は、浮揚ユニット175に取り付けられてもよく、又は浮揚ユニット175の内部に位置付けされてもよい。図2a及び図2bで例示されているように、距離センサ200は、電磁アクチュエータ178とインラインに位置付けされ得る。浮揚ユニット175の確実且つ高性能な制御を達成するために、センサ/アクチュエータの対においてセンサとアクチュエータを並置することが好ましい。したがって、距離センサ200が、電磁アクチュエータ178と近接するように位置付けされることが好ましい。さらに、距離センサ200を電磁アクチュエータ178と近接させることにより、浮揚ユニット175をよりコンパクトにすることが可能になるというさらなる効果がある。 The distance sensor 200 can be arranged in an appropriate position to reliably measure the distance X to the ferromagnetic element 150. The distance sensor 200 may be attached to the levitation unit 175 or may be positioned inside the levitation unit 175. As illustrated in FIGS. 2a and 2b, the distance sensor 200 may be positioned in-line with the electromagnetic actuator 178. In order to achieve reliable and high-performance control of the levitation unit 175, it is preferable to juxtapose the sensor and actuator in the sensor / actuator pair. Therefore, it is preferable that the distance sensor 200 is positioned so as to be close to the electromagnetic actuator 178. Further, by bringing the distance sensor 200 close to the electromagnetic actuator 178, there is a further effect that the levitation unit 175 can be made more compact.

しかしながら、電磁アクチュエータ178が、キャリア110を浮揚させるために電磁界を発生させるので、距離センサ200を電磁アクチュエータ178に近接させて位置付けさせることが問題になる。電磁アクチュエータ178によって発生した漂遊磁界は、距離センサ200によって検出することができ、これにより、電磁アクチュエータ178との望ましくないクロスカップリングが発生する。この漂遊磁界に起因するクロスカップリングは、距離センサ200と強磁性素子150との間の距離Xの確実な判定に影響を及ぼし、ひいては、キャリアと磁気浮揚システムとの間の確実な判定に影響を及ぼす。 However, since the electromagnetic actuator 178 generates an electromagnetic field to float the carrier 110, it is a problem to position the distance sensor 200 close to the electromagnetic actuator 178. The stray magnetic field generated by the electromagnetic actuator 178 can be detected by the distance sensor 200, which causes undesired cross-coupling with the electromagnetic actuator 178. The cross-coupling caused by this stray magnetic field affects the reliable determination of the distance X between the distance sensor 200 and the ferromagnetic element 150, which in turn affects the reliable determination between the carrier and the magnetic levitation system. To exert.

これより、本開示の実施形態に係る距離センサ200の側方断面図を示す図3a及び3bを参照する。ここでは、強磁性素子150までの距離Xを測定するための距離センサ200が提供される。距離センサ200は、少なくとも第1の永久磁石素子201、少なくとも第1のホール素子203、及び少なくとも第2のホール素子204を備えており、第1の永久磁石素子201は、第1の磁界205を生成する。第1及び第2のホール素子203、204は、第1のホール素子203の位置における第1の磁界205の方向が、第2のホール素子204の位置における第1の磁界205の方向と実質的に反対であるように、配向される。 From this, reference is made to FIGS. 3a and 3b showing a side sectional view of the distance sensor 200 according to the embodiment of the present disclosure. Here, a distance sensor 200 for measuring the distance X to the ferromagnetic element 150 is provided. The distance sensor 200 includes at least a first permanent magnet element 201, at least a first Hall element 203, and at least a second Hall element 204, and the first permanent magnet element 201 has a first magnetic field 205. Generate. In the first and second Hall elements 203 and 204, the direction of the first magnetic field 205 at the position of the first Hall element 203 is substantially the same as the direction of the first magnetic field 205 at the position of the second Hall element 204. Oriented as opposed to.

キャリア110を浮揚させる際の望ましくない効果として、第2の磁界206が電磁アクチュエータ178によって生成され得る。第2の磁界206は、漂遊磁界を含み得る。第2の磁界206の大きさは、キャリア110に加えられる浮揚力に依存するため、距離センサ200に対する第2の磁界206の影響により、電磁アクチュエータ178と距離センサ200との間に望ましくないクロスカップリングが生じる。本開示に係る距離センサ200を設けることにより、この望ましくないクロスカップリングを補正することができる。 As an undesired effect in levitation of the carrier 110, a second magnetic field 206 may be generated by the electromagnetic actuator 178. The second magnetic field 206 may include a stray magnetic field. Since the magnitude of the second magnetic field 206 depends on the buoyancy force applied to the carrier 110, the effect of the second magnetic field 206 on the distance sensor 200 causes an undesired cross-cup between the electromagnetic actuator 178 and the distance sensor 200. A ring is created. By providing the distance sensor 200 according to the present disclosure, this undesired cross-coupling can be corrected.

距離センサ200に少なくとも第1の永久磁石201、並びに第1及び第2のホール素子203、204を設けることにより、第1の磁界205を検出して強磁性素子150と距離センサ200との間の距離Xを判定することが可能になり、それと同時に第2の磁界206を補正することが可能になる。第1の磁界205は、第1のホール素子203にわたって正電圧成分を生成し、第2のホール素子204にわたって負電圧成分を生成する。一方で、第2の磁界206は、第1及び第2のホール素子203、204の両方にわたって正電圧成分を生成する。第1ホール素子203によって生成された電圧から第2ホール素子204によって生成された電圧を差し引くことにより、第2の磁界206によって第1及び第2のホール素子203、204にわたって生成された電圧成分が相殺され、第1の磁界205によって第1及び第2のホール素子203、204にわたって生成された電圧成分が残る。 By providing at least the first permanent magnet 201 and the first and second Hall elements 203 and 204 in the distance sensor 200, the first magnetic field 205 is detected and between the ferromagnetic element 150 and the distance sensor 200. It becomes possible to determine the distance X, and at the same time, it becomes possible to correct the second magnetic field 206. The first magnetic field 205 generates a positive voltage component over the first Hall element 203 and a negative voltage component over the second Hall element 204. On the other hand, the second magnetic field 206 generates a positive voltage component over both the first and second Hall elements 203 and 204. By subtracting the voltage generated by the second Hall element 204 from the voltage generated by the first Hall element 203, the voltage component generated over the first and second Hall elements 203 and 204 by the second magnetic field 206 is generated. The voltage components that are offset and generated by the first magnetic field 205 over the first and second Hall elements 203 and 204 remain.

第1及び第2のホール素子203、204は、印加される磁界に基づいて電圧を生成する。第1の磁界205が第1及び第2のホール素子203、204内で電圧を誘起するように、第1及び第2のホール素子203、204は位置付けされる。第1の磁界205の強度は、強磁性素子150の存在により影響を受けるので、強磁性素子150が、距離センサ200により近いときと、距離センサ200からより遠いときとの間で第1の磁界205において差異が生じる。第1の磁界205がホール素子203、204内で電圧を生成するように、ホール素子203、204を位置付けすることにより、距離センサ200と強磁性素子150との間の距離を測定することができる。 The first and second Hall elements 203 and 204 generate a voltage based on the applied magnetic field. The first and second Hall elements 203 and 204 are positioned such that the first magnetic field 205 induces a voltage within the first and second Hall elements 203 and 204. Since the strength of the first magnetic field 205 is affected by the presence of the ferromagnetic element 150, the first magnetic field is between when the ferromagnetic element 150 is closer to the distance sensor 200 and when it is farther from the distance sensor 200. There is a difference at 205. By positioning the Hall elements 203 and 204 so that the first magnetic field 205 generates a voltage in the Hall elements 203 and 204, the distance between the distance sensor 200 and the ferromagnetic element 150 can be measured. ..

第1の磁界205は、少なくとも第1の永久磁石素子201によって生成される。図3aに例示する実施形態をまず参照すると、距離センサ200は、第1の永久磁石素子201を備えている。第1の永久磁石素子201は、磁界ループが生成されるように位置付けされ、距離センサ200の一方の側の磁束方向は、強磁性素子150から離れる第1の磁束方向となり、距離センサ200の他方の側の磁束方向は、強磁性素子150に向かう第2の磁束方向となる。距離センサ200は、第1の磁界205を方向付けるように位置付けされたコア素子202をさらに備えている。第1及び第2ホール素子203、204は、第1のホール素子203が第1の磁束方向の磁束領域にあり、第2のホール素子204が第2の磁束方向の磁束領域にあるように、第1の磁界205において位置付けされる。 The first magnetic field 205 is generated by at least the first permanent magnet element 201. First referring to the embodiment illustrated in FIG. 3a, the distance sensor 200 includes a first permanent magnet element 201. The first permanent magnet element 201 is positioned so that a magnetic field loop is generated, and the magnetic flux direction on one side of the distance sensor 200 is the first magnetic flux direction away from the ferromagnetic element 150, and the other side of the distance sensor 200. The magnetic flux direction on the side of is the second magnetic flux direction toward the ferromagnetic element 150. The distance sensor 200 further includes a core element 202 positioned to direct the first magnetic field 205. In the first and second Hall elements 203 and 204, the first Hall element 203 is in the magnetic flux region in the first magnetic flux direction, and the second Hall element 204 is in the magnetic flux region in the second magnetic flux direction. It is positioned in the first magnetic field 205.

代替的な配置が図3bで例示されている。本実施形態では、第1の永久磁石素子201a及び第2の永久磁石素子201bが設けられる。第1及び第2の永久磁石素子201a、201bの極性は、磁界ループが生成されるように、互いに対して反対に配置され、距離センサ200の一方の側の磁束方向は、強磁性素子150から離れる第1の磁束方向となり、距離センサ200の他方の側の磁束方向は、強磁性素子150に向かう第2の磁束方向となる。距離センサ200は、第1の磁界205を方向付けるように位置付けされたコア素子202をさらに備えている。第1及び第2ホール素子203、204は、第1のホール素子203が第1の磁束方向の磁束領域にあり、第2のホール素子204が第2の磁束方向の磁束領域にあるように、第1の磁界205において位置付けされる。 An alternative arrangement is illustrated in FIG. 3b. In the present embodiment, the first permanent magnet element 201a and the second permanent magnet element 201b are provided. The polarities of the first and second permanent magnet elements 201a and 201b are arranged opposite to each other so that a magnetic field loop is generated, and the magnetic flux direction on one side of the distance sensor 200 is from the ferromagnetic element 150. It becomes the first magnetic flux direction away, and the magnetic flux direction on the other side of the distance sensor 200 becomes the second magnetic flux direction toward the ferromagnetic element 150. The distance sensor 200 further includes a core element 202 positioned to direct the first magnetic field 205. In the first and second Hall elements 203 and 204, the first Hall element 203 is in the magnetic flux region in the first magnetic flux direction, and the second Hall element 204 is in the magnetic flux region in the second magnetic flux direction. It is positioned in the first magnetic field 205.

少なくとも第1の永久磁石素子201は、複数の永久磁石素子内に含まれ得る。例えば、距離センサ200は、少なくとも2つの第1の永久磁石素子を備えてもよく、又は、少なくとも2つの第1の永久磁石素子と少なくとも2つの第2の磁石素子を備えてもよい。ハルバッハ配列(Halbach array)を形成するように複数の永久磁石素子を配向してもよい。これにより、複数の永久磁石素子によって生成された磁界は、強磁性素子150に面する側で強く、強磁性素子150の反対側で弱い。ハルバッハ配列には、その背面で磁界を発生しないという利点があり、磁気干渉の影響を受けやすい浮揚ユニット内に位置する他の構成要素は、従来の磁石素子と比べて、第1の磁界によって影響を受ける程度が小さい。 At least the first permanent magnet element 201 may be included in a plurality of permanent magnet elements. For example, the distance sensor 200 may include at least two first permanent magnet elements, or may include at least two first permanent magnet elements and at least two second magnet elements. A plurality of permanent magnet elements may be oriented so as to form a Halbach array. As a result, the magnetic field generated by the plurality of permanent magnet elements is strong on the side facing the ferromagnetic element 150 and weak on the opposite side of the ferromagnetic element 150. The Halbach array has the advantage of not generating a magnetic field behind it, and other components located within the levitation unit, which are susceptible to magnetic interference, are affected by the first magnetic field compared to conventional magnetic elements. The degree of receiving is small.

本開示の実施形態によると、第1の磁界205が第1及び第2のホール素子203、204内で電圧を生成するように、第1及び第2のホール素子203、204は、互いに対して逆向きに配向される。これは、第1の磁束方向の磁束領域に位置付けされた第1のホール素子203が第1の磁束方向に配向され、第2の磁束方向の磁束領域に位置付けされた第2のホール素子204が第2の磁束方向に配向されように、第1及び第2ホール素子203、204は配向されることを意味する。図3a及び図3bに示す側断面図では、第1のホール素子203は、上方に向けて配向され、第2のホール素子204は、下方に向けて配向されるということになる。 According to an embodiment of the present disclosure, the first and second Hall elements 203, 204 relative to each other so that the first magnetic field 205 produces a voltage within the first and second Hall elements 203, 204. Oriented in the opposite direction. This is because the first Hall element 203 positioned in the magnetic flux region in the first magnetic flux direction is oriented in the first magnetic flux direction, and the second Hall element 204 positioned in the magnetic flux region in the second magnetic flux direction It means that the first and second Hall elements 203 and 204 are oriented so as to be oriented in the second magnetic flux direction. In the side sectional views shown in FIGS. 3a and 3b, the first Hall element 203 is oriented upward, and the second Hall element 204 is oriented downward.

第1及び第2のホール素子203、204が互いに逆向きに配向されている場合、第1の磁界205は、第1のホール素子203及び第2のホール素子204の両方において正電圧を生成し、各電圧の大きさは互いに対してほぼ等しい。しかしながら、第2の磁界206は、各電圧の大きさは互いに対してほぼ等しくなるように、第1のホース素子203又は第2のホール素子204のいずれか一方に正電圧を生成し、第1のホース素子203及び第2のホール素子204のいずれか他方に負電圧を生成する。第1の磁界205によって生成された電圧が保持され、第2の磁界206によって生成された電圧が相殺されるように、第1及び第2のホール素子203、204のそれぞれによって生成された電圧を加えることができ、これにより、距離センサ200の出力電圧に対する第2の磁界206の任意の影響の測定電圧を補正することになる。 When the first and second Hall elements 203 and 204 are oriented in opposite directions to each other, the first magnetic field 205 generates a positive voltage in both the first Hall element 203 and the second Hall element 204. , The magnitude of each voltage is almost equal to each other. However, the second magnetic field 206 generates a positive voltage in either the first hose element 203 or the second Hall element 204 so that the magnitudes of the respective voltages are substantially equal to each other. A negative voltage is generated in either the hose element 203 or the second Hall element 204 of the above. The voltage generated by each of the first and second Hall elements 203 and 204 is set so that the voltage generated by the first magnetic field 205 is retained and the voltage generated by the second magnetic field 206 is offset. It can be added, which will correct the measured voltage of any effect of the second magnetic field 206 on the output voltage of the distance sensor 200.

代替的な実施形態として、第1の磁界205が、一方のホール素子で正電圧を生成し、他方のホール素子で負電圧を生成するように、第1及び第2のホール素子203、204は、互いに対して同じ方向に配向されてもよい。図3a及び図3bに示されている側断面図では、この場合、第1及び第2ホール素子203、204が、両方とも上向き又は両方とも下向きに配向されていることになる。 As an alternative embodiment, the first and second Hall elements 203, 204 have the first and second Hall elements 203, 204 such that the first magnetic field 205 produces a positive voltage on one Hall element and a negative voltage on the other Hall element. , May be oriented in the same direction with respect to each other. In the side sectional views shown in FIGS. 3a and 3b, in this case, the first and second Hall elements 203 and 204 are both oriented upward or both downward.

第1及び第2のホール素子203、204が互いに同じ方向に配向されている場合、第1の磁界205は、各電圧の大きさが互いに対してほぼ等しくなるように、第1のホール素子203において正電圧を生成し、第2のホール素子204において負電圧を生成する。しかしながら、第2の磁界206は、各電圧の大きさが互いに対してほぼ等しくなるように、第1及び第2のホール素子203、204の両方において正電圧を生成する。第1の磁界205によって生成された電圧が保持され、第2の磁界206によって生成された電圧が相殺されるように、第1及び第2のホール素子203、204のそれぞれによって生成された電圧を差し引くことができ、これにより、距離センサ200の出力電圧に対する第2の磁界206の任意の影響の測定電圧を補正することになる。 When the first and second Hall elements 203 and 204 are oriented in the same direction, the first magnetic field 205 uses the first Hall element 203 so that the magnitudes of the respective voltages are substantially equal to each other. A positive voltage is generated in the second Hall element 204, and a negative voltage is generated in the second Hall element 204. However, the second magnetic field 206 generates a positive voltage in both the first and second Hall elements 203 and 204 so that the magnitudes of the respective voltages are substantially equal to each other. The voltage generated by each of the first and second Hall elements 203 and 204 is set so that the voltage generated by the first magnetic field 205 is retained and the voltage generated by the second magnetic field 206 is offset. It can be deducted, which will correct the measured voltage of any effect of the second magnetic field 206 on the output voltage of the distance sensor 200.

本開示に係る距離センサ200を設定することにより、漂遊磁界を補正することができる。漂遊磁界は、例えば、電磁アクチュエータ、基板キャリア上の磁気素子、又はカソードターゲットによって生成され得る。漂遊磁界の補正により、距離センサ200を電磁アクチュエータのより近くに位置付けすることが可能になり、センサとアクチュエータとの並置によって、磁気浮揚システムの改善された性能を達成することができる。さらに、漂遊磁界の補正により、距離センサ200は、キャリアと磁気浮揚システムとの間の距離をより確実且つより正確に維持することができるように、より確実且つより正確な距離測定を行うことができる。 By setting the distance sensor 200 according to the present disclosure, the stray magnetic field can be corrected. The stray magnetic field can be generated, for example, by an electromagnetic actuator, a magnetic element on a substrate carrier, or a cathode target. The correction of the stray magnetic field allows the distance sensor 200 to be positioned closer to the electromagnetic actuator, and the juxtaposition of the sensor and actuator can achieve improved performance of the magnetic levitation system. Further, by correcting the stray magnetic field, the distance sensor 200 can perform more reliable and more accurate distance measurement so that the distance between the carrier and the magnetic levitation system can be maintained more reliably and more accurately. it can.

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、図2a及び図2bに示すコントローラ179は、少なくとも1つの電磁アクチュエータによって生成され且つ少なくとも1つの距離センサに作用する漂遊磁界を補正するように構成され得る。コントローラ179が、第1及び第2ホール素子のそれぞれから第1及び第2信号を受信できるように、コントローラ179は、少なくとも1つの距離センサ200に電気的に取り付けられ得る。コントローラ179は、少なくとも1つの電磁アクチュエータによって発生した漂遊磁界によって生成される信号成分を補正するように、第1の信号と第2の信号を互いから差し引くよう構成され得る。 According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the controller 179 shown in FIGS. 2a and 2b is generated by at least one electromagnetic actuator and at least one distance sensor. It may be configured to compensate for the stray magnetic field acting on the. The controller 179 may be electrically attached to at least one distance sensor 200 so that the controller 179 can receive the first and second signals from the first and second Hall elements, respectively. The controller 179 may be configured to subtract a first signal and a second signal from each other so as to correct the signal components generated by the stray magnetic field generated by at least one electromagnetic actuator.

本開示の第3の実施形態によれば、強磁性素子までの距離を測定するための距離センサが提供される。当該方法は、第1のホール素子及び第2のホール素子を備えた距離センサを設けることと、第1のホール素子の第1の信号、及び第2のホール素子の第2の信号を検出することと、第1の信号から第2の信号を差し引くこととを含む。 According to a third embodiment of the present disclosure, a distance sensor for measuring the distance to a ferromagnetic element is provided. In this method, a distance sensor including a first Hall element and a second Hall element is provided, and a first signal of the first Hall element and a second signal of the second Hall element are detected. This includes subtracting the second signal from the first signal.

これより、本開示の実施形態に係る、強磁性素子までの距離を測定するための方法500のフロー図を示す図5を参照する。方法500は、開始510で始まる。 From this, reference is made to FIG. 5 showing a flow chart of the method 500 for measuring the distance to the ferromagnetic element according to the embodiment of the present disclosure. Method 500 begins at start 510.

ブロック511では、第1のホール素子及び第2のホール素子を備えた距離センサが設けられる。距離センサは、本明細書に記載された距離センサであり得、距離センサは、強磁性素子までの距離を測定することが可能である。距離センサは、例えば、電磁アクチュエータに近くに設けられてよい。電磁アクチュエータによって生成された望ましくない漂遊磁界が、距離センサに影響を及ぼすことがあり、電磁アクチュエータと距離センサとの間にクロスカップリングが生じる。 The block 511 is provided with a distance sensor including a first Hall element and a second Hall element. The distance sensor can be the distance sensor described herein, and the distance sensor is capable of measuring the distance to a ferromagnetic element. The distance sensor may be provided close to, for example, the electromagnetic actuator. An unwanted stray magnetic field generated by the electromagnetic actuator can affect the distance sensor, resulting in cross-coupling between the electromagnetic actuator and the distance sensor.

ブロック512では、第1のホール素子の第1の信号が検出され、ブロック513では、第2のホール素子の第2の信号が検出される。第1及び第2のホール素子の第1及び第2の信号は、それぞれ、距離測定信号及び漂遊磁界信号の成分を含み得る。第1及び第2の信号のそれぞれの距離測定信号成分は、大きさがほぼ等しくても極性が反対であり得るが、第1及び第2の信号のそれぞれの漂遊磁界信号成分は、大きさがほぼ等しく、同じ極性を有し得る。 The block 512 detects the first signal of the first Hall element, and the block 513 detects the second signal of the second Hall element. The first and second signals of the first and second Hall elements may include components of the distance measurement signal and the stray magnetic field signal, respectively. The distance measurement signal components of the first and second signals may have opposite polarities even if they are approximately equal in magnitude, but the stray magnetic field signal components of the first and second signals are of magnitude. They can be approximately equal and have the same polarity.

ブロック514では、第1のホール素子の第1の信号と、第2のホール素子の第2の信号とは、互いから差し引かれる。第1及び第2の信号のそれぞれの漂遊磁界信号成分は、大きさがほぼ等しく、同じ極性を有するので、第1の信号と第2の信号を互いから差し引くことは、第1の信号及び第2の信号のそれぞれの漂遊磁界信号成分を相殺する。したがって、漂遊磁界信号成分が補正され、望ましくない漂遊磁界によって影響受けずに残る距離信号が生成され得る。最後に、方法500は、終了520で終わる。 In block 514, the first signal of the first Hall element and the second signal of the second Hall element are subtracted from each other. Since the stray magnetic field signal components of the first and second signals are approximately equal in magnitude and have the same polarity, subtracting the first and second signals from each other is a deduction of the first and second signals. The stray magnetic field signal components of each of the two signals are offset. Therefore, the stray magnetic field signal component can be corrected to produce a distance signal that remains unaffected by the undesired stray magnetic field. Finally, method 500 ends at end 520.

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができるさらなる実施形態によれば、ブロック511で提供される距離センサは、第1の磁界を生成するための少なくとも第1の永久磁石素子をさらに含み得、第1のホール素子の位置における第1の磁界の方向は、第2のホール素子の位置における第1の磁界の方向と実質的に反対方向である。代替的に、ブロック511で提供される距離センサは、第1の磁界を生成するための、少なくとも第1の永久磁石素子、及び少なくとも第2の永久磁石素子をさらに含み得、第1のホール素子の位置における第1の磁界の方向は、第2のホール素子の位置における第1の磁界の方向と実質的に反対方向である。したがって、第1の磁界は、第1のホール素子に第1の距離測定信号成分を生成させ、第2のホール素子に第2の距離測定信号成分を生成させ、この場合、第1の距離測定信号成分の極性は、第2の距離測定信号成分の極性と反対の極性である。例えば、第1の磁界は、第1のホール素子に正電圧成分を生成させ、第2のホール素子に負電圧成分を生成させ得る。第1及び第2のホール素子によってそれぞれ生成された第1の距離測定信号成分と第2の距離測定信号成分の大きさはほぼ等しくてもよく、これにより、ブロック514では、第1のホール素子の第1の信号と第2のホール素子の第2の信号とが互いから差し引かれた場合、第1の距離測定信号成分と第2の距離測定信号成分とは互いを相殺することなく、第1及び第2の漂遊磁界成分が補正される。したがって、漂遊磁界によって影響されずに残る距離信号が生成され得る。 According to a further embodiment that can be combined with other embodiments described herein, the distance sensor provided in block 511 has at least a first permanent magnet element for generating a first magnetic field. Further included, the direction of the first magnetic field at the position of the first Hall element is substantially opposite to the direction of the first magnetic field at the position of the second Hall element. Alternatively, the distance sensor provided in block 511 may further include at least a first permanent magnet element and at least a second permanent magnet element for generating a first magnetic field, the first Hall element. The direction of the first magnetic field at the position of is substantially opposite to the direction of the first magnetic field at the position of the second Hall element. Therefore, the first magnetic field causes the first Hall element to generate the first distance measurement signal component and the second Hall element to generate the second distance measurement signal component, in which case the first distance measurement. The polarity of the signal component is opposite to the polarity of the second distance measurement signal component. For example, the first magnetic field may cause the first Hall element to generate a positive voltage component and the second Hall element to generate a negative voltage component. The magnitudes of the first distance measurement signal component and the second distance measurement signal component generated by the first and second Hall elements, respectively, may be substantially equal, whereby in the block 514, the first Hall element When the first signal of the first signal and the second signal of the second Hall element are subtracted from each other, the first distance measurement signal component and the second distance measurement signal component do not cancel each other out. The first and second stray magnetic field components are corrected. Therefore, a distance signal that remains unaffected by the stray magnetic field can be generated.

方法500は、コントローラを使用して実行され得る。例えば、図2a及び図2bを再度参照すると、方法500は、浮揚ユニット175の構成要素であり得るコントローラ179によって実行され得る。コントローラ179は、入力として第1の信号及び第2信号を受信するように、少なくとも距離センサ200に電気的に取り付けられ得る。 Method 500 can be performed using a controller. For example, with reference to FIGS. 2a and 2b again, method 500 can be performed by controller 179, which can be a component of levitation unit 175. The controller 179 can be electrically attached to at least the distance sensor 200 to receive the first and second signals as inputs.

上述のように、磁気浮揚システムの一態様は、浮揚システム内で電磁アクチュエータと距離センサを互いに近接させて配置することである。これにより、磁気浮揚システムの最小化されたサイズを実現し、アクチュエータとセンサとの並置による改善された制御挙動を実現する。電磁アクチュエータと距離センサがより近づくことによって生じる望ましくない影響のうちの1つは、電磁アクチュエータによって生成された漂遊磁界が、距離センサとのクロスカップリング効果をもたらすことである。本明細書に記載された実施形態は、例えば、第1及び第2のホール素子を使用して、それらの信号を互いに差し引き、漂遊磁界を補正することによって、この問題を解決する。 As described above, one aspect of the magnetic levitation system is to place the electromagnetic actuator and the distance sensor in close proximity to each other in the levitation system. This achieves a minimized size of the magnetic levitation system and improved control behavior due to juxtaposition of actuators and sensors. One of the undesired effects caused by the closer the electromagnetic actuator and the distance sensor is is that the stray magnetic field generated by the electromagnetic actuator provides a cross-coupling effect with the distance sensor. The embodiments described herein solve this problem by, for example, using first and second Hall elements to subtract their signals from each other and correct the stray magnetic field.

しかしながら、距離センサが、電磁アクチュエータにより近接するように位置付けされると、漂遊磁界が、距離センサ内の第1及び第2のホール素子を等しく影響を及ぼし得ないという、さらに望ましくない影響がもたらされる。例えば、距離センサが位置付けされた領域で漂遊磁界の湾曲がより多い場合があり、又は漂遊磁界の大きさが均一ではない場合がある。これらの影響は、例えば、電磁アクチュエータ間に位置付けされた距離センサにおいて特に問題である。この場合、第2の磁界信号を差し引きによって完全に補正するためには、第1の磁界信号成分と第2の磁界信号成分は、大きさが十分に等しくない場合がある。したがって、これらの影響の追加的な補正が有利であり得る。 However, when the distance sensor is positioned closer to the electromagnetic actuator, it has the further undesired effect that the stray magnetic field cannot affect the first and second Hall elements in the distance sensor equally. .. For example, the stray magnetic field may be more curved in the region where the distance sensor is located, or the stray magnetic field may be non-uniform in magnitude. These effects are particularly problematic, for example, in distance sensors located between electromagnetic actuators. In this case, in order to completely correct the second magnetic field signal by subtraction, the first magnetic field signal component and the second magnetic field signal component may not be sufficiently equal in magnitude. Therefore, additional correction of these effects may be advantageous.

これより、強磁性素子までの距離を測定するための方法501のフロー図を示す図6を参照する。本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、方法501は、少なくとも1つの電磁アクチュエータによって生成された磁束を推定するためにコイル電流を使用して、少なくとも1つの電磁アクチュエータのコイル電流を検出すること、及び距離センサによって測定された距離信号の誤った成分を補正することという追加ステップをさらに含む。方法501は、開始510で始まる。 From this, it is referred to FIG. 6 which shows the flow chart of the method 501 for measuring the distance to a ferromagnetic element. According to embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, method 501 uses coil currents to estimate the magnetic flux generated by at least one electromagnetic actuator. Further includes the additional step of detecting the coil current of at least one electromagnetic actuator and correcting the erroneous component of the distance signal measured by the distance sensor. Method 501 begins at start 510.

上述の方法500による、ブロック511、512、513、及び514を含む方法501は、ブロック515では、少なくとも1つの電磁アクチュエータのコイル電流を検出することをさらに含む。電磁アクチュエータ内のコイル電流は、電磁アクチュエータによって生成された磁束に比例する。コイル電流は、電磁アクチュエータに送信されている電流信号から検出されてもよく、又は、電磁アクチュエータのコイル内の電流を測定するように構成された電流センサを使用することによって検出されてもよい。 Method 501, including blocks 511, 512, 513, and 514 according to method 500 described above, further comprises detecting coil currents in at least one electromagnetic actuator in block 515. The coil current in the electromagnetic actuator is proportional to the magnetic flux generated by the electromagnetic actuator. The coil current may be detected from a current signal transmitted to the electromagnetic actuator, or may be detected by using a current sensor configured to measure the current in the coil of the electromagnetic actuator.

さらに、ブロック516では、少なくとも1つの電磁アクチュエータによって生成された磁束が推定される。生成された磁束の推定は、ブロック515で検出された少なくとも1つの電磁アクチュエータのコイル電流に基づく。磁束の推定は、磁束補正信号を生成することを含む。磁束補正信号は、距離センサによって生成された距離信号の誤った成分を補正するために使用され得る。 Further, in block 516, the magnetic flux generated by at least one electromagnetic actuator is estimated. The estimation of the generated magnetic flux is based on the coil current of at least one electromagnetic actuator detected in block 515. Estimating the magnetic flux involves generating a magnetic flux correction signal. The magnetic flux correction signal can be used to correct an erroneous component of the distance signal generated by the distance sensor.

最後に、ブロック517では、距離センサによって測定された距離信号の誤った成分が補正される。距離センサによって検出された距離信号から、ブロック516で生成された磁束補正信号を差し引くことによって補正が行われ、これにより、ブロック514で既に補正されていない、電磁アクチュエータと距離センサとの間のクロスカップリングのさらなる影響が補正される。 Finally, block 517 corrects for erroneous components of the distance signal measured by the distance sensor. The correction is performed by subtracting the magnetic flux correction signal generated in block 516 from the distance signal detected by the distance sensor, whereby the cross between the electromagnetic actuator and the distance sensor that has not already been corrected in block 514. Further effects of coupling are corrected.

上述のように方法501を実行することにより、非均一又は多湾曲漂遊磁界、又は隣接する電磁アクチュエータからの漂遊磁界などの漂遊磁界をさらに補正することが可能となり、これにより、距離センサを、電磁アクチュエータにさらに近づくよう位置付けすることができ、磁気浮揚システムの性能がさらに改善される。 By performing method 501 as described above, it is possible to further compensate for non-uniform or multi-curved stray magnetic fields, or stray magnetic fields such as stray magnetic fields from adjacent electromagnetic actuators, thereby making the distance sensor electromagnetic. It can be positioned closer to the actuator, further improving the performance of the magnetic levitation system.

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、ブロック516で磁束を推定することは、コイル電流の大きさ及び/又は周波数に基づいて、磁束のモデルを計算することを含む。コイル電流は、例えば、ハウジング176内で渦電流を誘起することがあり、又は、周波数に依存する所与の大きさの磁束を生成することがある。さらに、強磁性素子150は、周波数依存性を導入し得る非積層素子であり得る。当該モデルは、所与のコイル電流の大きさ及び/又は周波数に関連して電磁アクチュエータによって生成される磁束の、あらかじめ決定された又はあらかじめ計算されたモデルを含み得る。例えば、モデルは、あらかじめ計算された値のルックアップテーブルを含み得る。代替的に、当該モデルは、所与のコイル電流の大きさ及び/又は周波数に関連して電磁アクチュエータによって生成される磁束の数学的近似に基づいて、リアルタイムで計算され得る。 According to the embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, estimating the magnetic flux at block 516 is based on the magnitude and / or frequency of the coil current. Includes calculating the model. The coil current can, for example, induce eddy currents within the housing 176 or generate a frequency-dependent magnetic flux of a given magnitude. Further, the ferromagnetic element 150 can be a non-stacked element capable of introducing frequency dependence. The model may include a pre-determined or pre-computed model of the magnetic flux generated by the electromagnetic actuator in relation to the magnitude and / or frequency of a given coil current. For example, the model may include a look-up table of precomputed values. Alternatively, the model can be calculated in real time based on a mathematical approximation of the magnetic flux generated by the electromagnetic actuator in relation to the magnitude and / or frequency of a given coil current.

磁束のモデルは、印加されたコイル電流に応じて電磁アクチュエータの磁束挙動を測定し、距離信号に対するその影響を判定することによって、決定され得る。強磁性素子は、距離センサから周知の距離で固定され、コイル電流は、電磁アクチュエータに印加され、距離センサから距離信号が生成される。電磁アクチュエータに印加されるコイル電流を変更することにより、磁束の変化を引き起こし、これにより、磁束の影響の下で距離センサからの距離信号が変化する。コイル電流に基づいて距離信号の変化を測定することにより、コイル電流に基づいて電磁アクチュエータの磁束が距離信号に対して有する影響を推定するためのモデルを算出することができる。 The model of the magnetic flux can be determined by measuring the magnetic flux behavior of the electromagnetic actuator according to the applied coil current and determining its effect on the distance signal. The ferromagnetic element is fixed at a well-known distance from the distance sensor, a coil current is applied to the electromagnetic actuator, and a distance signal is generated from the distance sensor. By changing the coil current applied to the electromagnetic actuator, a change in magnetic flux is caused, which changes the distance signal from the distance sensor under the influence of the magnetic flux. By measuring the change in the distance signal based on the coil current, it is possible to calculate a model for estimating the influence of the magnetic flux of the electromagnetic actuator on the distance signal based on the coil current.

当該モデルは、少なくとも1つの電磁アクチュエータによって生成された磁束を推定するためのさらなるパラメータを考慮し得る。例えば、当該モデルは、少なくとも1つの隣接する電磁アクチュエータのコイル電流に関連するパラメータを含み得る。電磁アクチュエータが隣接する電磁アクチュエータに近接して配置されている場合、隣接する電磁アクチュエータによって生成される漂遊磁束も、隣接する距離センサとクロスカップリングし得る。したがって、距離センサに作用する漂遊磁束によって引き起こされる、距離センサによって生成される距離信号の誤った成分をさらに補正することができる。 The model may take into account additional parameters for estimating the magnetic flux generated by at least one electromagnetic actuator. For example, the model may include parameters related to the coil current of at least one adjacent electromagnetic actuator. When the electromagnetic actuators are located close to adjacent electromagnetic actuators, the stray magnetic flux generated by the adjacent electromagnetic actuators may also cross-coup with the adjacent distance sensor. Therefore, it is possible to further correct the erroneous component of the distance signal generated by the distance sensor caused by the stray magnetic flux acting on the distance sensor.

本明細書に記載された他の実施形態と組み合わせることができる本開示の実施形態によれば、磁束の推定は、デジタル信号プロセッサ上で実行される。デジタル信号プロセッサは、通常、アナログデジタル変換器(ADC)、デジタル信号処理ユニット、及びデジタルアナログ変換器(DAC)を備えており、リアルタイムでアナログ信号を処理することが可能である。デジタル信号プロセッサは、浮揚ユニット内に設けられた別個の構成要素であってもよく、又は浮揚ユニット用のコントローラ内に組み込まれてもよい。デジタル信号プロセッサで磁束の推定を実行すると、磁束のリアルタイム推定が可能になり、これにより、距離信号をより速く取得することが可能になり、キャリアと浮揚システムとの間の目標距離を維持するにあたって、浮揚システムのより優れた性能が可能になる。 According to the embodiments of the present disclosure that can be combined with other embodiments described herein, the estimation of magnetic flux is performed on a digital signal processor. A digital signal processor usually includes an analog-to-digital converter (ADC), a digital signal processing unit, and a digital-to-analog converter (DAC), and can process an analog signal in real time. The digital signal processor may be a separate component provided within the levitation unit, or may be incorporated within a controller for the levitation unit. Performing magnetic flux estimation on a digital signal processor enables real-time estimation of magnetic flux, which allows for faster acquisition of distance signals and in maintaining the target distance between the carrier and the levitation system. , Allows for better performance of levitation system.

以上の記述は、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態を考案してもよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。 Although the above description is intended for the embodiments of the present disclosure, other embodiments and further embodiments of the present disclosure may be devised without departing from the basic scope of the present disclosure. The scope is determined by the following claims.

Claims (16)

強磁性素子(150)までの距離を測定するための距離センサ(200)であって、
少なくとも第1の永久磁石素子(201、201a)、
少なくとも第1のホール素子(203)、及び
少なくとも第2のホール素子(204)
を備え、
前記第1の永久磁石素子(201、201a)が、第1の磁界(205)を生成し、前記第1のホール素子(203)の位置における前記第1の磁界(205)の方向が、前記第2のホール素子(204)の位置における前記第1の磁界(205)の方向と実質的に反対方向である、距離センサ(200)。
A distance sensor (200) for measuring the distance to the ferromagnetic element (150).
At least the first permanent magnet element (201, 201a),
At least the first Hall element (203), and at least the second Hall element (204)
With
The first permanent magnet element (201, 201a) generates a first magnetic field (205), and the direction of the first magnetic field (205) at the position of the first Hall element (203) is the said. A distance sensor (200) that is substantially opposite to the direction of the first magnetic field (205) at the position of the second Hall element (204).
前記第1の永久磁石素子(201a)に対して、平行に配置され、且つ反対の極性を有する少なくとも第2の永久磁石素子(201b)をさらに備え、前記第1の永久磁石素子(201a)及び前記第2の永久磁石素子(201b)が、前記第1の磁界(205)を生成する、請求項1に記載の距離センサ(200)。 A second permanent magnet element (201b) arranged parallel to the first permanent magnet element (201a) and having the opposite polarity is further provided, and the first permanent magnet element (201a) and The distance sensor (200) according to claim 1, wherein the second permanent magnet element (201b) generates the first magnetic field (205). 前記第1の磁界(205)が、前記第1のホール素子(203)及び前記第2のホール素子(204)において正電圧を生成するように、前記第1のホール素子(203)と前記第2のホール素子(204)が、互いに対して逆向きに配向されている、請求項1又は2に記載の距離センサ(200)。 The first Hall element (203) and the first Hall element (203) and the first Hall element (203) so that the first magnetic field (205) generates a positive voltage in the first Hall element (203) and the second Hall element (204). The distance sensor (200) according to claim 1 or 2, wherein the Hall elements (204) of 2 are oriented in opposite directions with respect to each other. 強磁性素子(150)を磁気的に浮揚させるための磁気浮揚システム(100)であって、
少なくとも1つの電磁アクチュエータ(178)、及び
請求項1から3のいずれか一項に記載の少なくとも1つの距離センサ(200)
を備え、
前記少なくとも1つの距離センサ(200)が、前記強磁性素子(150)までの距離(X)を測定するように構成されている、磁気浮揚システム(100)。
A magnetic levitation system (100) for magnetically levitation of a ferromagnetic element (150).
At least one electromagnetic actuator (178) and at least one distance sensor (200) according to any one of claims 1 to 3.
With
The magnetic levitation system (100), wherein the at least one distance sensor (200) is configured to measure the distance (X) to the ferromagnetic element (150).
前記強磁性素子(150)までの前記距離(X)を制御するための、前記少なくとも1つの電磁アクチュエータ(178)の閉ループ制御のために構成されたコントローラ(130、179)をさらに備えている、請求項4に記載の磁気浮揚システム(100)。 It further comprises a controller (130, 179) configured for closed loop control of the at least one electromagnetic actuator (178) to control the distance (X) to the ferromagnetic element (150). The magnetic levitation system (100) according to claim 4. 前記コントローラ(130、179)が、前記少なくとも1つの電磁アクチュエータ(178)によって生成され且つ前記少なくとも1つの距離センサ(200)に作用する磁界を、補正するように構成されている、請求項5に記載の磁気浮揚システム。 5. The controller (130, 179) is configured to compensate for a magnetic field generated by the at least one electromagnetic actuator (178) and acting on the at least one distance sensor (200). The magnetic levitation system described. 前記少なくとも1つの電磁アクチュエータ(178)が、前記強磁性素子(150)を搬送方向(192)に搬送するように構成されている、請求項4から6のいずれか一項に記載の磁気浮揚システム(100)。 The magnetic levitation system according to any one of claims 4 to 6, wherein the at least one electromagnetic actuator (178) is configured to transport the ferromagnetic element (150) in the transport direction (192). (100). 前記強磁性素子が、基板キャリア(110)である、請求項4から7のいずれか一項に記載の磁気浮揚システム(100)。 The magnetic levitation system (100) according to any one of claims 4 to 7, wherein the ferromagnetic element is a substrate carrier (110). 前記少なくとも1つの電磁アクチュエータ(178)、前記少なくとも1つの距離センサ(200)、及び前記コントローラ(179)が、気密ハウジング(176)の内部に含まれている、請求項5から8のいずれか一項に記載の磁気浮揚システム(100)。 Any one of claims 5 to 8, wherein the at least one electromagnetic actuator (178), the at least one distance sensor (200), and the controller (179) are contained inside an airtight housing (176). The magnetic levitation system (100) according to the section. 前記磁気浮揚システム(100)が、真空内で動作するように構成されている、請求項4から9のいずれか一項に記載の磁気浮揚システム(100)。 The magnetic levitation system (100) according to any one of claims 4 to 9, wherein the magnetic levitation system (100) is configured to operate in a vacuum. 強磁性素子(150)までの距離(X)を測定するための方法であって、
第1のホール素子(203)及び第2のホール素子(204)を備えた距離センサ(200)を設けることと、
前記第1のホール素子(203)の第1の信号、及び前記第2のホール素子(204)の第2の信号を検出することと、
前記第1の信号から前記第2の信号を差し引くことと
を含む方法。
A method for measuring the distance (X) to a ferromagnetic element (150).
Providing a distance sensor (200) including a first Hall element (203) and a second Hall element (204), and
To detect the first signal of the first Hall element (203) and the second signal of the second Hall element (204),
A method comprising subtracting the second signal from the first signal.
前記距離センサ(200)が、第1の磁界(205)を生成するための少なくとも第1の永久磁石素子(201、201a)をさらに備え、前記第1のホール素子(203)の位置における前記第1の磁界(205)の方向が、前記第2のホール素子(204)の位置における前記第1の磁界(205)の方向と実質的に反対方向である、請求項11に記載の方法。 The distance sensor (200) further comprises at least a first permanent magnet element (201, 201a) for generating a first magnetic field (205), said the first at the position of the first Hall element (203). The method according to claim 11, wherein the direction of the magnetic field (205) of 1 is substantially opposite to the direction of the first magnetic field (205) at the position of the second Hall element (204). 少なくとも1つの電磁アクチュエータ(178)のコイル電流を検出することと、
前記コイル電流を使用して、前記少なくとも1つの電磁アクチュエータ(178)によって生成された磁束を推定することと、
前記距離センサ(200)によって測定された距離信号の誤った成分を補正することと
をさらに含む、請求項11又は12に記載の方法。
To detect the coil current of at least one electromagnetic actuator (178)
Using the coil current to estimate the magnetic flux generated by the at least one electromagnetic actuator (178).
The method of claim 11 or 12, further comprising correcting an erroneous component of the distance signal measured by the distance sensor (200).
前記磁束を推定することが、前記コイル電流の大きさ及び/又は周波数に基づいて、前記磁束のモデルを計算することを含む、請求項13に記載の方法。 13. The method of claim 13, wherein estimating the magnetic flux comprises calculating a model of the magnetic flux based on the magnitude and / or frequency of the coil current. 漂遊する前記磁束を推定することが、デジタル信号プロセッサ上で行われる、請求項13又は14に記載の方法。 13. The method of claim 13 or 14, wherein estimating the drifting magnetic flux is performed on a digital signal processor. 磁気浮揚装置(100)内における、請求項1から3のいずれか一項に記載の距離センサ(200)の使用であって、前記距離センサ(200)が、浮揚体までの距離(X)を測定するように構成されている、距離センサ(200)の使用。 The use of the distance sensor (200) according to any one of claims 1 to 3 in the magnetic levitation device (100), wherein the distance sensor (200) determines the distance (X) to the buoyant body. Use of a distance sensor (200) that is configured to measure.
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