JP2022539466A - 回転運動システム用の磁気ストッパ - Google Patents

Abstract

【課題】回転運動システムの回転ユニットのために、粒子のないストッパ又は少なくともよりわずかな粒子を生成するストッパを提供する。【解決手段】ベースユニットと、回転ユニットとを含む回転運動システム用の磁気ストッパ１０であって、該磁気ストッパ１０が、不動部分１２と、回転アーム３０とを含んでおり、不動部分１２が、回転アームストッパ部１４と、可動の装置とを含んでいる、前記磁気ストッパにおいて、可動の装置が、磁石ホルダ２６と、該磁石ホルダ２６に取り付けられつつ回転アームストッパ部１４内で可動であるように適合された可動の磁石２８とを含んでおり、回転ユニットの過剰な移動を防止するために不動部分１２及び回転部分３０がそれぞれベースユニット及び回転ユニットに取り付けられている場合に、可動の磁石２８と磁気的に相互作用するように構成された回転アーム磁石３６を回転アーム３０が含んでいる。

Description

本発明は、回転運動システムの回転ユニット用の磁気ストッパに関するものである。本発明は、磁気ストッパを備え、Ｘ－Ｙ運動システムに取り付けられた回転システムを含む高精度位置決めシステムに関するものでもある。

通常、ベースユニットに回転可能に取り付けられたウエハチャックのタイプの回転運動システムは、ウエハチャック（以下、回転ウエハ保持ユニットという。）の表面に配置された真空孔又はリングパターンを通してウエハの後ろ側へ負圧を及ぼすことでウエハを適当な位置に保持するために、回転ウエハ保持ユニット及び真空源に結合された真空配管を含んでいる。したがって、ウエハ保持ユニットは、連続回転運動に耐えることができず、さもなければ、真空配管は、真空源から外れ、ウエハチャックに巻き付けられ、これにより、配管に摩耗及び引裂きが生じ、回転運動システムに損傷が生じることがあり得る。

一般的に、回転ウエハ保持ユニットは、基準位置から時計方向及び反時計方向の両方向へ回転駆動されるように構成されている。回転ウエハ保持ユニットの連続回転を阻止するために、様々な機械的なストッパが既に存在しており、これにより、時計方向又は反時計方向における駆動時に、保持ユニットが１８０°をやや超えて回転することが可能である。

図１には、従来技術の一部である機械的なストッパの一例が示されている。機械的なストッパは、回転運動システムのバースステーションＢに取り付けられた不動部分Ａを含んでおり、ピンＣは、ベースステーションＢに回転可能に取り付けられた回転ウエハ保持ユニットＥを有する統合部分を形成する径方向の延長部分Ｄに垂直に取り付けられている。機械的なストッパの不動部分は、旋回軸Ｇに結合されたショックアブソーバＦと、旋回軸の両側に配置された２つのハードストップＨとを含んでいる。ウエハ保持ユニットＥのピンＣは、回転ウエハ保持ユニットＥの回転方向に応じてショックアブソーバＦの各側に当接するように構成されている。ピンＣとショックアブソーバＦの各側の間の当接により、回転ウエハ保持ユニットを次第に停止させるために、後者が旋回軸Ｇ周りに回転される。

回転ウエハ保持ユニットＥがエラーモードに至り、あらかじめ規定された回転を超える場合には、保持ユニットのピンＣがショックアブソーバＦに当接し、すると、ショックアブソーバは、回転ウエハ保持ユニットを停止させるために各ハードストップＨと接触するまで旋回軸Ｇ周りに回転する。

しかし、クリーンルーム環境アプリケーションのための精密位置システムのために機械的なショックは回避されるべきである。なぜなら、当該ショックにより、半導体装置の製造のためのフロントエンドアプリケーション及びバックエンドアプリケーションの両方に対して重大なネガティブな影響を有し得る粒子が生成されることがあるためである。

図２には、従来技術の一部であって、大きな加速を受けるときに図１のショックアブソーバが両ハードストップＨに対して揺動し当接することを防止するために開発された機械的なストッパが示されている。これは、特に、図１に示されたタイプの回転位置システムが、高精度位置決めアプリケーションのために、大きな加速度が生じやすいＸ－Ｙ運動システムに取り付けられている場合である。

ストッパは、旋回軸Ｇに旋回可能に取り付けられた基端部と、図１の回転ウエハ保持ユニットＥのピンによって当接されるように配置された末端部とを有するアームを含んでいる。磁石Ｋが、強磁性材料から成るブラケットＬ内に位置決めされたアームに取り付けられている。Ｘ－Ｙ運動システムの加速時には、ラケットＬの各逆側に対して作用され、これにより、加速の方向に応じて第１のロック位置又は第２のロック位置への磁気引力によってアームがロックされる。したがって、当該機械的なストッパにより、大きな加速を受けるときに両ハードストップＨでの機械的なショックの問題が克服される。

図２の機械的なストッパによってもまだ、ピンＣとアームの末端部の間の当接によってのみならずアーム回転時の旋回軸Ｇとアームの間に生じる摩擦によって生じ得る粒子が発生する。

したがって、本発明の１つの目的は、回転運動システムの回転ユニットのために、粒子のないストッパ又は少なくともよりわずかな粒子を生成するストッパを提供することにある。

したがって、本発明の他の目的は、回転運動システムの回転ユニットのために、弾性的かつ耐久性のあるストッパを提供することにある。

本発明の更なる目的は、厳重なクリーンルーム分離及び基準に適合する高精度位置決めシステムを提供することにある。

これら目的は、ベースユニットと、当該ベースユニットに回転可能に取り付けられた回転ユニットとを含む回転運動システム用の磁気ストッパによって達成される。磁気ストッパは、ベースユニットに取り付けられるように構成された不動部分と、回転ユニットに取り付けられるように構成された回転アームとを含んでいる。不動部分は、回転アームの末端部を収容するように構成された回転アームストッパ部と、磁石ホルダ及び当該磁石ホルダに取り付けられ回転アームストッパ部内で移動可能に適合された可動の磁石を含む可動の装置とを含んでいる。回転アームは、回転運動システムが動作しているときに回転ユニットの過剰な移動を防止するために不動部分及び回転アームがそれぞれベースユニット及び回転ユニットに取り付けられている場合に可動の磁石と磁気的に相互作用するように構成された回転アーム磁石を含んでいる。

一実施例では、回転アームが不動部分の回転アームストッパ部内で移動するときに磁石の極Ｎ－Ｓが回転アーム磁石の円形状の軌道の接線と一直線になるように、磁石ホルダが可動の磁石を保持するように形作られている。

一実施例では、回転アームが回転アームストッパ部内で移動するときに可動の磁石及び回転アーム磁石の同一の極が互いに対向し、これにより接触することなく互いに反発するように、可動の磁石及び回転アーム磁石が位置決めされている。

一実施例では、回転アーム磁石の円形状の軌道が、回転アームストッパ部内で、１０～２０°の間、好ましくは１０～１５°の間で延びている。

一実施例では、回転アームの末端部が磁石収容部を含んでおり、該磁石収容部では、回転ユニットがベースユニットに対して相対的に回転しているときに回転アーム磁石が該回転アーム磁石の円形状の軌道の接線と一直線であるその逆の極Ｎ－Ｓをもって取り付けられている。

一実施例では、可動の装置は、不動部分に結合された基端部と、磁石ホルダに結合された末端部とを含むブレードを更に含んでいる。ブレードは、回転アーム磁石が可動の磁石と磁気的に相互作用する時に湾曲するように構成されている。

一実施例では、不動部分はケーシングを含んでいる。ブレードは、当該ブレードが非動作構成にあるときにケーシングの側方側から等距離の軸線に沿ってケーシング内に位置決めされる。

一実施例では、回転アームストッパ部は前記軸線に関して傾斜された２つの逆側を含んでいる。磁石ホルダは、回転ユニットがあらかじめ規定された回転を超える場合に、前記逆側のそれぞれに対して接触する。

一実施例では、回転ユニットがあらかじめ規定された回転を超える場合に回転アームストッパ部の２つの各逆側に対して磁石ホルダが接触すること防止するために、磁気ストッパの不動部分が、ケーシングに取り付けられた不動の磁石を更に含んでいる。

一実施例では、可動の磁石が直方体の形状を有している一方、回転アーム磁石が円筒状の形状を有している。

本発明の他の態様は、ベースユニットに回転可能に取り付けられた回転ユニットを含む回転運動システムに関するものである。回転運動システムは、上述のような磁気ストッパを更に含んでいる。磁気ストッパの回転アームが回転ユニットに取り付けられている一方、磁気ストッパの不動部分はベースユニットに取り付けられている。

一実施例では、回転アームは、回転ユニットの側方部に取り付けられているとともに、該側方部の外側エッジから径方向外方へ延びている。

本発明の他の態様は、Ｘ－Ｙ運動システムと、当該Ｘ－Ｙ運動システムに取り付けられた回転運動システムとを含む高精度位置決めシステムに関するものである。

例示され、図面に図示されたいくつかの実施例の説明により、本発明がより良好に理解される。

ベースユニットに回転可能に取り付けられ、従来技術によるストッパを含むウエハ保持ユニットの平面図である。 従来技術による改善されたストッパの斜視図である。 本発明の一実施例による磁気ストッパの斜視図である。 図３の磁気ストッパの他の角度からの部分的な斜視図である。 ベースユニットに回転可能に取り付けられ、図３及び図４の磁気ストッパを含むウエハ保持ユニットの部分的な斜視図である。 図５の平面図である。 図３及び図４の磁気ストッパの平面図であり、回転アームは、磁気ホルダの不動部分と磁気的に相互作用しようとしている。 図７と類似の図であり、回転アームは、回転アーム磁石と可動の磁石の間の反発平衡状態に対応する静止位置に達している。 他の一実施例による図８と類似の図である。 回転ユニットがあらかじめ規定された回転を超え、エラーモードに至るときの図８と類似の図である。

図５及び図６を参照すると、回転運動システム１００は、ベースユニット１０２と、ベースユニット１０２に回転可能に取り付けられた回転ユニット、例えば回転ウエハ保持ユニット１０４とを含んでいる。回転ユニットは、基準位置から時計方向及び反時計方向の両方向へ±１８２．５°のあらかじめ規定された範囲内で回転駆動されるように構成されている。

回転運動システム１００は、高精度位置決めシステムを提供するためにＸ－Ｙ運動システムに取り付けられることができる。高精度位置決めシステムは、特にフロントエンドアプリケーション及びバックエンドアプリケーションに良好に適合されており、当該フロントエンドアプリケーション及びバックエンドアプリケーションでは、プロセス又は制御工具とウエハ又は半導体チップの間の精密なアライメントが最も重要である。

有利な実施例では、回転運動システム１００は、動作条件下で摩擦も衝撃も受けない磁気ストッパを含んでいる。磁気ストッパ１０は、ベースユニット１０２に取り付けられた不動部分１２と、回転ユニット１０４に取り付けられた回転アーム３０とを含んでいる。図５に図示されているように、回転アーム３０の基端部３２ａは、例えば回転ユニット１０４の側方部に配置された空洞部内に、回転ユニット１０４に固定して取り付けられている。回転アーム３０は、径方向に延びているとともに、１つの水平面内で、回転ユニット１０４の側方部の外側エッジから外方へ突出している。磁気ストッパ１０の不動部分１２は、回転アーム３０の末端部３２ｂが不動部分１２の一部と磁気的に相互に作用し得るように、ベースユニット１０２の取付ベース部１０３に固定されている。

とりわけ、例えば図３及び図４に示されるような磁気ストッパ１０の不動部分１２はケーシング１３を含んでおり、当該ケーシングの内部にはブレード２４が取り付けられている。ブレード２４は、例えばクランプ装置２５によってケーシング１３に結合された基端部２４ａを含んでいる。磁石ホルダ２６は、ブレード２４の末端部２４ｂに結合されている（図７）。磁石ホルダ２６は、ブレード２４の末端部の一方側に対して配置された第１の磁石ホルダ固定部２６ａと、ブレード２４の末端部の反対側に対して配置された第２の磁石ホルダ固定部２６ｂとを含んでいるとともに、第１の固定部２６ａに結合されており、これにより、これらの間で末端部２４ｂが押し込まれる。第２の磁石ホルダ固定部２６ｂは、例えば、図３及び図４に図示されているように、第１の磁石ホルダ固定部２６ａに螺着されることが可能である。図７に示されるように、ブレード２４は、当該ブレードが非動作構成にあるときに、ケーシングの側方側１３ａ，１３ｂから等距離の軸線に沿ってケーシング１３内に位置決めされる。回転アームストッパ部１４は、前記軸線に関して傾斜された２つの逆側１８ａ，１８ｂを含んでいる。

回転アーム３０の末端部３２ｂは、例えば空洞部の形態の磁石収容部３４を含んでおり、当該磁石収容部の内部には、好ましくは円筒状の形状を有する分極化された回転アーム磁石３６が取り付けられている。回転アーム磁石３６は、回転ユニット１０４が回転運動システム１００のベースユニット１０２に対して相対的に回転しているときに、磁石３６の逆の極Ｎ－Ｓが回転アーム磁石３６の円形状の軌道の接線と一直線であるように、磁石収容部３４において向けられている。

不動部分１２の磁石ホルダ２６は、図７に示されるようにブレード２４が非動作構成にあるときに磁石の極Ｎ－Ｓも回転アーム磁石３６の円形状の軌道の接線と一直線であるように、図３に図示されるように好ましくは直方体の形状を有する可動の磁石２８を保持するように形作られている。可動の磁石２８及び回転アーム磁石３６は、回転ユニット１０４の回転アーム３６が磁気ストッパ１０の回転アームストッパ部１４に係合するときに各磁石２８，３６が互いに対向するように位置決めされており、これにより、接触することなく互いに反発しあう。可動の磁石２８の直方体の形状及び回転アーム磁石３６の円筒状の形状は、後者が互いに相互作用するときに、これら磁石２８，３６の間の相対的な位置の変化を考慮に入れることが好ましい。

図７には、非動作構成から動作構成へ変化しようとしている磁気ストッパ１０が示されている。回転保持ユニット１０４は、可動の磁石２８と磁気的に相互作用するのに十分近い位置へ到達することなく、回転アームストッパ部１４と係合するために、回転アーム磁石３６が１７４°の円弧に沿って基準位置から移動するように回転駆動される。

回転保持ユニット１０４の更なる回転に際して、回転アーム磁石３６は、可動の磁石３８と回転アーム磁石３６の同極間、例えばＮ極間の反発が生じ始め、これにより、両磁石３６，３８間の磁気的な相互作用が例えば図８に示されるような反発均衡状態に達するまで、ブレード２４の湾曲が開始される。この実施例では、回転アーム磁石３６が基準位置から約１８２．５°の円弧に沿って移動するように回転保持ユニット１０４が回転駆動されるときに、反発平衡状態に達する。

回転保持ユニット１０４が逆方向へそのあらかじめ規定された範囲、すなわち１８２．５°にわたって駆動されると、ブレード２４は、回転アーム磁石３６が回転アームストッパ部１４の他の側に係合するまで、その非動作構成へ戻り、そうすると、この実施例では、可動の磁石３８及び回転アーム磁石３６の同極間、すなわちＳ極間の磁気的な反発が消磁はじめ、これにより、両磁石３６，３８間の磁気的な相互作用が反発平衡状態に到達するまでブレード２４が逆方向へ湾曲し始める。

回転保持ユニット１０４がエラーモードとなり、図１０に示されるように±１８２．５°のそのあらかじめ規定された範囲を超える場合には、回転アーム３０の末端部３２ｂは、回転アームストッパ部のそれぞれ傾斜した逆側１８ａ，１８ｂに対してもたらされる磁気ホルダ２６と接触することとなる。傾斜した両逆側１８ａ，１８ｂは、回転運動システムのモータの最大トルクに耐えることが可能である。

図９に図示される実施例では、回転運動システムの摂動又は加速による揺動のような、回転ユニットがそのあらかじめ規定された範囲を超える場合に磁石ホルダ２６が各逆側１８ａ，１８ｂに対して接触するのを防止するために、磁気ストッパ１０の不動部分１２は、好ましくは傾斜した両逆側１８ａ，１８ｂの近傍において、ケーシング１３に取り付けられた２つの不動の磁石２２ａ，２２ｂを含んでいるとともに、以下の２つの反発力によって制限されている：ｉ）可動の磁石２８と回転アーム磁石３６の間で生じる１つの反発力及びｉｉ）可動の磁石２８と各不動の磁石２２ａ，２２ｂの間の１つの反発力。

上述のような磁気ストッパの構成は、衝撃がなく、また磁気ストッパの異なる部分間でいかなる摩擦も生じないため、動作時にいかなる粒子も生じさせないという利点を有している。磁気ストッパは、従来の機械的なストッパより弾性的であるとともに耐久性もある。これは、主に異なるファクタによるものであり、特に：
－旋回部を有する従来のストッパと異なり、ブレードは、旋回レベルにおいて発生する摩擦による摩耗及び引裂きを受けない；
－回転ユニットがエラーモードとなり、あらかじめ規定された回転の角度を超えるとしても、ブレードが受ける、生じる最大の応力振幅が、通常の動作条件の間その疲労強さ未満に維持される；
－ハードストップを有する従来のストッパと異なり、可動の磁石と回転アーム磁石の間の磁気的な相互作用は、摩耗及び引裂きの原因となる接触を回避する。

磁気ストッパは、Ｘ－Ｙ運動システム及びこれに取り付けられた回転運動システムを含む高精度位置システムやクリーンルームアプリケーション（用途）に特に適合するが、磁気ストッパは、回転ユニットがベースユニットに回転可能に取り付けられている他の用途にも用いられることが可能である。

加えて、不動部分の可動の磁石は、上記有利な実施例により磁石ホルダを介してブレードに結合されているが、摩擦がないか、摩擦が低減された可動の磁石をガイドする他の配置を特許請求の範囲内で実施することが可能である。例えば、不図示の実施例によれば、可動の磁石２８を支持するためのブレードの使用に代えて、可動の磁石は、他の回転アームの末端部に取り付けられることができる一方、この追加的な回転アームの基端部は、上記有利な実施形態によりブレードの末端部に結合されるときに、回転アームストッパ部内で回転アームの末端部に取り付けられた可動の磁石が可動の磁石と同一の円形軌道に従うのに適合されているように、磁気ストッパの不動部分における旋回軸の周りに取り付けられている。好ましくは、この追加的な回転アームは、従来のステンレス鋼軸受よりも大幅に低い摩擦特性を有することで知られたセラミック軸受を介して旋回軸の周りに取り付けられている。

１００ 回転運動システム
１０２ ベースユニット
１０３ 取付ベース部
１０４ 回転ユニット
回転ウエハ保持ユニット
１０ 磁気ストッパ
１２ 不動部分
１３ ケーシング
１３ａ，１３ｂ 側方側
１４ 回転アームストッパ部
１８ａ，１８ｂ 傾斜した逆側
２２ａ，２２ｂ 不動の磁石（一実施例）
可動の装置
可動の磁石支持部
２４ ブレード
２４ａ 基端部
２４ｂ 末端部
２５ ブレード結合手段
クランプ装置
２６ 磁石ホルダ
２６ａ 第１の磁石ホルダ固定部
２６ｂ 第２の磁気ホルダ固定部
２８ 可動の磁石
３０ 回転アーム
３２ａ 基端部
３２ｂ 末端部
３４ 磁石収容部
３６ 回転アーム磁石

Claims (13)

1. ベースユニット（１０２）と、該ベースユニット（１０２）に回転可能に取り付けられた回転ユニット（１０４）とを含む回転運動システム（１００）用の磁気ストッパ（１０）であって、該磁気ストッパ（１０）が、前記ベースユニット（１０２）に取り付けられるように構成されている不動部分（１２）と、前記回転ユニット（１０４）に取り付けられるように構成されている回転アーム（３０）とを含んでおり、不動部分（１２）が、
   回転アーム（３０）の末端部（３２ｂ）を収容するように構成された回転アームストッパ部（１４）と、
   可動の装置と
   を含んでいる、前記磁気ストッパにおいて、
   前記可動の装置が、磁石ホルダ（２６）と、該磁石ホルダ（２６）に取り付けられつつ回転アームストッパ部（１４）内で可動であるように適合された可動の磁石（２８）とを含んでおり、回転運動システム（１００）が動作しているときに回転ユニット（１０４）の過剰な移動を防止するために不動部分（１２）及び回転部分（３０）がそれぞれベースユニット（１０２）及び回転ユニット（１０４）に取り付けられている場合に、前記可動の磁石（２８）と磁気的に相互作用するように構成された回転アーム磁石（３６）を回転アーム（３０）が含んでいることを特徴とする磁気ストッパ。
2. 回転アーム（３０）が不動部分（１２）の回転アームストッパ部（１４）内で移動するときに磁石の極が回転アーム磁石（３６）の円形状の軌道の接線と一直線になるように、磁石ホルダ（２６）が前記可動の磁石（２８）を保持するように形作られていることを特徴とする請求項１に記載の磁気ストッパ（１０）。
3. 回転アーム（３０）が前記回転アームストッパ部（１４）内で移動するときに可動の磁石（２８）及び回転アーム磁石（３６）の同一の極が互いに対向し、これにより接触することなく互いに反発するように、可動の磁石（２８）及び回転アーム磁石（３６）が位置決めされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気ストッパ（１０）。
4. 回転アーム磁石（３６）の円形状の軌道が、回転アームストッパ部（１４）内で、１０～２０°の間、好ましくは１０～１５°の間で延びていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の磁気ストッパ（１０）。
5. 回転アーム（３０）の末端部（３２ｂ）が磁石収容部（３４）を含んでおり、該磁石収容部では、回転ユニット（１０４）がベースユニット（１０２）に対して相対的に回転しているときに回転アーム磁石（３６）が該回転アーム磁石（３６）の円形状の軌道の接線と一直線であるその逆の極Ｎ－Ｓをもって取り付けられていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の磁気ストッパ（１０）。
6. 可動の装置が、不動部分（１２）と結合された基端部（２４ａ）及び磁石ホルダ（２６）に結合された末端部（２４ｂ）を含むブレード（２４）を更に含んでおり、該ブレード（２４）が、回転アーム磁石（３６）が前記可動の磁石（２８）と磁気的に相互作用しているときに湾曲するように構成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の磁気ストッパ（１０）。
7. 不動部分（１２）がケーシング（１３）を含んでおり、ブレード（２４）は、該ブレード（２４）が停止構成にあるときに、前記ケーシングの側方側（１３ａ，１３ｂ）から等距離の軸線に沿ってケーシング（１３）内に位置決めされていることを特徴とする請求項６に記載の磁気ストッパ（１０）。
8. 回転アームストッパ部（１４）が、前記軸線に関して傾斜された２つの逆側（１８ａ，１８ｂ）を含んでおり、磁石ホルダ（２６）が、回転ユニット（１０４）があらかじめ規定された回転を超える場合に前記各逆側（１８ａ，１８ｂ）に対して接触することを特徴とする請求項７に記載の磁気ストッパ（１０）。
9. 回転ユニット（１０４）があらかじめ規定された回転を超える場合に２つの各逆側（１８ａ，１８ｂ）に対して磁石ホルダ（２６）が接触すること防止するために、磁気ストッパの不動部分（１２）が不動の磁石（２２ａ，２２ｂ）を更に含んでいることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の磁気ストッパ（１０）。
10. 可動の磁石（２８）が直方体の形状を有している一方、回転アーム磁石（３６）が円筒状の形状を有していることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の磁気ストッパ（１０）。
11. ベースユニット（１０２）に回転可能に取り付けられた回転ユニット（１０４）を含む回転運動システムであって、該回転運動システムが、請求項１～１０のいずれか１項に記載の磁気ストッパ（１０）を更に含んでおり、磁気ストッパの回転アーム（３０）が回転ユニット（１０４）に取り付けられている一方、磁気ストッパの不動部分（１２）がベースユニット（１０２）に取り付けられていることを特徴とする回転運動システム。
12. 回転アーム（３０）が、回転ユニット（１０４）の側方部に取り付けられているとともに、該側方部の外側エッジから径方向外方へ延びていることを特徴とする請求項１１に記載の回転運動システム。
13. Ｘ－Ｙ運動システムと、請求項１１又は１２に記載の回転運動システムとを含む高精度位置決めシステム。

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