JP4706119B2

JP4706119B2 - Canned linear motor armature and canned linear motor

Info

Publication number: JP4706119B2
Application number: JP2001122973A
Authority: JP
Inventors: 前村　　明彦; 透鹿山
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: JP2002320374A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリーンルーム内で使用される半導体製造装置のリニアステージ等を高精度・微細送りで駆動するリニアモータの電機子に関するもので、特にそのキャン板構造に特徴を有するキャンド・リニアモータ電機子およびそのキャンド・リニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置に用いられると共に、低温度上昇と一定速送り精度が要求されるキャンド・リニアモータとしては、例えば、特開２０００−４５７２号公報に開示されているようなガラス布をエポキシ樹脂で固めて構成したキャン板構造を有するリニアモータが知られている。
図５はその従来技術を示すキャンド・リニアモータの電機子の正断面図である。
図５において、５１は可動子、５２はヨーク、５３は永久磁石、５４は固定子、５５はキャン板、５６は多相の電機子巻線、５７は冷媒通路、５８は固定ネジ、５９は固定ベースである。このキャンド・リニアモータは、固定子５４側に電機子巻線５６を配設し、可動子５１側にヨーク５２および永久磁石５３を配したいわゆる可動磁石型のロングストロークタイプのものである。固定子５４側には、第１および第２のキャン板５５，５５が固定ネジ５８で互いに結合された状態で固定ベース５９に固定配設されている。キャン板５５，５５は、合成樹脂をシート状の部材に含浸させて積層し押圧して形成された積層材によって形成された板状部材である。積層材としてエポキシ樹脂を含浸させたガラス布を積層させてプレス成形した積層材を用いている。この積層材は、まず紙や太糸布、細糸布、ガラス布などのシート状部材にフェノール樹脂やエポキシ樹脂、シリコン、メラミン樹脂、ポリエステル等の合成樹脂を含浸させる。そして、このシート状部材を多数重ねて積層し、これを多段積層プレス機等により押圧し板状にして形成される。キャン板５５，５５の対向面（内面側）に設けられた巻線収容溝に電機子巻線５６が設けられ、また、冷媒を流通させるための冷媒通路５７が設けられて、電機子巻線５６の周囲にまんべんなく冷媒がまわり、電機子巻線５６から発生した熱を効率よく吸収するようにしている。
一方、可動子５１の形状は、想像線で示すように、固定子５４の電機子部を挟み込むようにして凹字形を成している。可動子５１は、固定子５４のキャン板５５、５５の両外側に磁気的空隙を介して配置された永久磁石５３，５３と、永久磁石５３，５３の作る磁束を通すための磁性体で作られた界磁ヨーク５２により構成されている。また、永久磁石５３は、可動子５１の移動方向（紙面と垂直方向）に沿って極ピッチごとに交互に極性が異なるように複数配置されている。
このように構成されたキャンド・リニアモータは、可動子５１と固定子５４の電気的相対位置に応じた所定の電流を電機子巻線５６に流すことにより、可動子５１となる永久磁石５３の作る磁界と作用して可動子５１に推力が発生する。この際、銅損によって発熱した電機子巻線５６を冷媒により冷却し、固定子５４の表面の温度上昇を低く抑えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来技術のリニアモータでは、図６に示すように樹脂より成るキャン板５５の表面が滑らかでなくて細かな凹部があるため、その凹部に直接もしくは溜まった水分を介して０．１μｍ程度のパーティクルが付着したりすることがあることが判った。
そのため、クリーンルーム内で半導体露光装置のリニアステージ駆動として用いるとき、キャン板表面が露光用光源からのＵＶ（紫外線）により曝露されると、付着力が弱まりキャン板表面からパーティクルが離散し、クリーン度の低下を招くことも判明した。
また、キャン板表面が光源に曝露されると、図７に示す樹脂を組成するＣとＨ、および気中のＯ₂がＵＶにより励起されＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆、ＣＯ₂もしくはＨ₂Ｏ等となり気中に拡散し、ケミカルクリーン度の低下を招く。ケミカルクリーン度が低下、すなわちＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆、ＣＯ₂もしくはＨ₂Ｏ等が存在すると、シリコンウエハにこれらＣＨ₄等が付着し、シリコンチップの製造歩留まりが悪化していた。
以上のように、上述した従来のリニアモータでは露光用光源のＵＶにより曝露されると、キャン板表面から発塵および発ガスが生じるという問題があった。
また、キャン板内に流す冷媒の種類によっては、樹脂中に冷媒が浸透・拡散しキャン板表面から冷媒がにじみ出ることがあった。更に、樹脂が冷媒によって次第に侵食され、長期間の使用では最悪の場合、樹脂に穴があき、液漏れを起こすことも起こり得た。
更に、リニアステージに組みつける際に、キャン板表面がステージ等と接触すると樹脂が傷つき、樹脂表面に一層の凹凸ができるため、樹脂の露出表面積が増え、前記発塵および発ガスが増加するという問題があった。
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、露光用の光源に曝露されても、キャン板表面からの発塵および発ガスが少なく、また、キャン板内に流す冷媒によりキャン板の樹脂が侵食されて液漏れすることがなく、更にリニアステージに組みつける際に、キャン板表面がステージ等と接触して樹脂が傷つき露光表面積が増えることによる発塵および発ガス発生の抑制が可能なキャン板構造を持つキャンド・モータ電機子およびキャンド・リニアモータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載のキャンド・リニアモータ電機子の発明は、芯金と、前記芯金の長手方向に沿って固定される電機子巻線と、前記芯金を額縁状に囲むように設けた梁と、前記梁の両開口部を密封するキャン板と、前記電機子巻線の周囲に冷媒を流すことができるように前記梁と前記キャン板とで構成される密閉空間内に形成される冷媒通路とを具備してなるキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャン板を樹脂板材で構成し、かつ前記樹脂板材の少なくとも外面または内面にコーティングカバーを備えたことを特徴とする。
請求項１記載の構成により、キャン板を構成する樹脂板材の少なくとも外面または内面はコーティングカバーにより覆われることになるので、クリーンルーム内で半導体露光装置のリニアステージ駆動用として用いるとき、キャン板表面が露光用の光源に曝露されても、キャン板表面からの発塵および発ガスを少なくし、発塵・発ガスの問題を低減することができ、また、キャン板内に流す冷媒によりキャン板の樹脂が侵食されても液漏れを低減することができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記コーティングカバーが金属の膜、箔または板であることを特徴とする。
請求項２記載の構成により、前記コーティングカバーを金属の膜、箔または板で構成するため、キャン板を構成する樹脂板材の少なくとも外面または内面は金属の膜、箔または板により覆われることになり、クリーンルーム内で半導体露光装置のリニアステージ駆動用として用いるとき、キャン板表面が露光用の光源に曝露されても、キャン板表面からの発塵および発ガスを少なくし、ケミカルクリーンの問題を低減することができ、また、キャン板内に流す冷媒によりキャン板の樹脂が侵食され液漏れを低減することができると共に、機械的衝撃に対しても強固にすることができる。
そのため、リニアステージに組みつける際に、キャン板表面がステージ等と接触することにより生じるキャン板表面の凸凹が生じることによる露出面積の増加を押えることができ、発塵または発ガスの増加を抑制できる。
【０００５】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記金属の膜をメッキにより構成したことを特徴とする。
請求項３記載の構成により、請求項２記載のコーティングカバーとして金属のメッキ膜を用いるため、キャン板を構成する樹脂板材の少なくとも外面または内面は機械的衝撃に対しても強固なメッキにより覆われることになり、クリーンルーム内で半導体露光装置のリニアステージ駆動用として用いるとき、キャン板表面が露光用の光源に曝露されても、キャン板表面からの発塵および発ガスの問題を低減することができ、また、キャン板内に流す冷媒によりキャン板の樹脂が侵食されても液漏れを低減することができると共に、ステンレスはヤング率が高く皺になり難いために接着作業が容易に行え、大掛かりな設備が不要であるので、少量の台数を安価に製作することができる。
請求項４記載の発明は、請求項２記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記金属の箔または板をステンレスで構成したことを特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記ステンレスの箔または板を前記キャン板に接着により取り付けたことを特徴とする。
請求項４および５記載の構成により、請求項２記載のコーティングカバーとしてステンレスよりなる箔または板を用い、これをキャン板に接着するため、キャン板を構成する樹脂板材の少なくとも外面または内面は機械的衝撃に対しても強固なステンレスにより覆われることになり、クリーンルーム内で半導体露光装置のリニアステージ駆動用として用いるとき、キャン板表面が露光用の光源に曝露されても、キャン板表面からの発塵および発ガスの問題を低減することができ、また、キャン板内に流す冷媒によりキャン板の樹脂が侵食されても液漏れを低減することができると共に、ステンレスはヤング率が高く皺になり難いために接着作業が容易に行え、大掛かりな設備が不要であるので、少量の台数を安価に製作することができる。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記樹脂板材をガラス繊維又はカーボン繊維を充填した樹脂で構成したことを特徴とする。
請求項６記載の構成により、冷媒の圧力による可動子に対向する空隙へのキャン板変形を抑えることができるのでキャン板の弾性疲労がなくなり液漏れを低減することができると共に、、冷媒流量の増加が図れ、温度上昇を低減することができる。
【０００６】
請求項７記載のキャンド・リニアモータの発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載の電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークとを備え、前記前記電機子と前記界磁ヨークの何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたことを特徴とする。
請求項７記載の構成により、前記請求項１から４記載のキャン板構造の電機子は、キャン板を構成する樹脂板材の少なくとも外面または内面はコーティングカバーにより覆われることになり、クリーンルーム内で半導体露光装置のリニアステージ駆動用として用いるとき、キャン板表面が露光用の光源に曝露されても、キャン板表面からの発塵および発ガスの問題を低減することができ、また、キャン板内に流す冷媒によりキャン板の樹脂が侵食されても液漏れを低減することができる。さらに、このようなキャンド・リニアモータにおいて、電機子巻線を有する電気装苛手段を固定子とし、永久磁石により構成される磁気装荷手段を移動子とすると、該固定子を覆うキャン板は直接気中に露出するために、発塵・発ガスの問題を低減する効果は一層大きい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図１〜図３を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示すキャンド・リニアモータ（磁束貫通形）の全体斜視図である。図において、１０は固定子、１１は固定子ベース、１２はキャン板、１３はヘッダ、１４は冷媒供給口、１５は冷媒排出口、２０は可動子、２１は可動子ベース、２２は界磁ヨーク、２３は永久磁石である。
固定子１０は、２枚のキャン板１２と、この２枚のキャン板１２を上部と下部とで互いに結合する梁１９と、２枚のキャン板１２と梁１９とから成る空間を長さ方向の先端と後端で密封しているヘッダ１３と、このキャン板１２と梁１９とヘッダ１３とから成る閉じた空間内に配置される芯金１６と、芯金１６の長手方向に沿って固定される３相の電機子巻線１７と、キャン板１２の中を冷媒が通過する冷媒通路１８とにより構成されている。
ヘッダ１３はステンレス製鋳物で形成され、キャン板１２の両端のうち、一方端に冷媒を通すための冷媒供給口１４を持ち、他端に冷媒排出口１５を各々持っている。キャン板１２および梁１９とヘッダ１３とは接合面で溶接によって接合されている。また、冷媒を冷媒供給口１４より供給して、冷媒排出口１５より排出することにより、冷媒は電機子巻線１７とキャン板１２の間にある冷媒通路１８を流れる。
一方、可動子２０の形状は、固定子１０の電機子部を挟み込むようにして逆凹字形を成している。可動子２０は、固定子１０のキャン板１２の両側に磁気的空隙を介して配置された永久磁石２３、永久磁石２３の作る磁束を通すための磁性体で作られた界磁ヨーク２２、それらを支持する可動子ベース２１により構成されている。また、永久磁石２３は、可動子の移動方向（図の矢印方向）に沿って、極ピッチごとに交互に極性が異なるように複数配置されている。
可動子２０は、図示しないリニアガイド等によって固定子１０に対して支持されている。
このように構成されたキャンド・リニアモータは、可動子２０と固定子１０の電気的相対位置に応じた所定の電流を電機子巻線１７に流すことにより、可動子２０となる永久磁石２３の作る磁界と作用して可動子２０に推力が発生し、可動子２０は矢印で示す進行方向に移動する。その際、銅損によって発熱した電機子巻線１７を冷媒により冷却することによって、固定子１０の表面の温度上昇を低く抑えている。
【０００８】
図２は図１のＡ−Ａ線に沿うキャンド・リニアモータの正断面図である。
図２において、１０は固定子、１２はキャン板、１６は芯金、１７は電機子巻線、１８は冷媒通路、１９は梁である。
キャン板１２は、基材として樹脂板材１２２を用い、樹脂板材１２２としてはガラス布をエポキシ樹脂で固めた板状のＧＦＲＰ、もしくは、カーボン繊維をエポキシ樹脂で固めた板状のＣＦＲＰを用いることができる。これらは流通性が良く比較的安価に入手できるものである。
芯金１６はそれ自身の強度を要求されるため、ステンレスが使われている。
電機子巻線１７は、例えば複数の集中巻コイルを３相分用意したもので構成され、芯金１６の左右両側に貼り付けられている。
梁１９は固定子１０のたわみに対する強度材となっており、本実施例の場合には、ステンレス材の機械加工、もしくはアルミ材の機械加工もしくはダイカスト成形により構成でき、本実施例では、アルミ材の機械加工により構成した。
このように、芯金１６には長手方向に沿って両面を挟むように電機子巻線１７が貼り付けられ、芯金１６は上下の梁１９間に固定されている。また、梁１９には、電機子巻線１７の表面と所望の隙間を保ちながらこれらの電機子巻線１７を覆うようにキャン板１２を取りつけている。そして、電機子巻線１７とキャン板１２の隙間には、電機子巻線１７を冷却するための冷媒が流れるようになっており、そのため梁１９とキャン板１２とは図示していないＯリング等を用いて密閉するように固定した。冷媒は、近年オゾン層破壊の問題から、フロリナートに代わりＨＦＥ−７２００等が用いられるようになってきており、樹脂の溶解性は無視できない。本発明の実施例では、冷媒にＨＦＥ−７２００を用いた。
そして、１２１が本発明により設けられるコーティングカバー（後述）で、キャン板１２の基材である樹脂板材１２２を覆って、樹脂板材１２２の表面から塵やガスの離反を低減している。
【０００９】
図３は図２のキャン板１２の構成を説明する拡大正断面図である。
図３において、１０は固定子、１２はキャン板、１２１は本発明により設けられたコーティングカバー、１２２はキャン板材（樹脂板材）、１９は梁である。
図３に示すように、キャン板１２は、永久磁石３（図２）と対向する樹脂板材１２２の外面および電機子巻線１７（図２）と対向する内面に、樹脂板材１２２を覆うコーティングカバー１２１を設けるように構成した。
以上のようなキャン板の構造によれば、キャン板材１２を構成する樹脂板材１２２の少なくとも外面または内面にコーティングカバー１２１を備えたことにより、クリーンルーム内で半導体露光装置のリニアステージ駆動用として用いるとき、キャン板表面が露光用光源のＵＶに曝露されても、キャン板表面からの発塵および発ガスを少なくし、ケミカルクリーンの問題を低減することができ、また、キャン板内に流す冷媒によりキャン板の樹脂が侵食されても液漏れを低減することができる。
表１に、コーティングカバーの有無によるパーティクル数を表面にＵＶを照射してカウントした結果を示す。
【００１０】
【表１】

本実施例では樹脂板材に板状のＣＦＲＰを用い、コーティングカバー１２１は下記の第２の実施例に示すニッケルメッキにより構成した。
表１に示すように、コーティングカバーなしの場合だとパーティクルの発生がクラス１５であったものが、コーティングカバー１２１を設けるとクラス３と激減した。このように、コーティングカバー１２１を付けることにより、樹脂板材５５の表面の凹凸が少なくなるのでその凹部に直接もしくは水分を介してパーティクルが樹脂板材５５の表面に付きにくくなるため、発塵は激減した。すなわち、コーティングカバーがあるリニアモータは、光源に曝露されても殆ど発塵しないことが確認できた。
また、本発明のようにコーティングカバーを用いると、仮に冷媒によって樹脂が侵食され、樹脂に穴が開いてもコーティングカバーで防止できる。
更に樹脂の侵食は、樹脂とコーティングカバーの間を毛細管現象を伴って徐々に進行するため、急激かつ突然の大量の液漏れは防止できる。
【００１１】
次に、本発明のコーティングカバーの具体例について説明する。
図４は、コーティングカバーの具体例を表すキャン板の拡大正断面図で、図４（Ａ）はコーティングカバーの一具体例、図４（Ｂ）は別の具体例を示している。
まず、図４（Ａ）において、１０は固定子、１２はキャン板、１２１ａは本実施例による金属の膜、１２２はキャン板材（樹脂板材）、１９は梁である。キャン板材１２２および梁１９は図３で示したものと同じであり、キャン板１２１は図示していないＯリング等を用いて密閉するよう固定した。図３で示した樹脂板材１２２の外面および内面のコーティングカバー１２１として、金属の膜１２１ａが形成されている。そして、この金属の膜１２１ａはメッキにより設ける構成としている。本実施例ではニッケルメッキで行ったが、その他、亜鉛メッキ、銅メッキまたはアルミメッキにより行っても良く、その厚さは３〜２０μｍ程度が良い。
以上のキャン板構造によれば、キャン板材１２を構成する樹脂板材１２２の少なくとも外面または内面にメッキで構成された金属の膜１２１ａによるコーティングカバーを備えたことにより、クリーンルーム内で半導体露光装置のリニアステージ駆動用として用いるとき、キャン板表面が露光用光源のＵＶに曝露されても、キャン板表面からの発塵および発ガスの問題を低減することができ、また、キャン板内に流す冷媒によりキャン板の樹脂が侵食されても液漏れを低減することができると共に、樹脂より成るキャン板をメッキにより構成した金属で覆うために機械的衝撃に対しても強固にすることができる。そのため、リニアステージに組みつける際に、キャン板表面がステージ等と接触することにより生じるキャン板表面の凸凹が生じることによる露出面積の増加を押えることができ、発塵または発ガスの増加を抑制できる。また、コーティングカバーをメッキにより構成するため、コーティングカバーを樹脂板材の表面に設ける作業が大幅に簡素化でき、大量の台数を安価に製作することができる。
【００１２】
次に、図４（Ｂ）について説明する。
図４（Ｂ）において、１０は固定子、１２はキャン板、１２１ｂは本実施例による金属の箔、１２２はキャン板材（樹脂板材）、１９は梁である。
キャン板材１２２および梁１９は図３で示したものと同じであり、キャン板１２１は図示していないＯリング等を用いて密閉するよう固定した。図３で示した樹脂板材１２２の外面および内面のコーティングカバー１２１として、金属の箔１２１ｂが形成されている。本実施例では金属の箔１２１ｂを、厚さ５〜２０μｍ程度のステンレスにより構成し、これを接着によってキャン板材１２２に貼り付けた。
以上のキャン板構造によれば、キャン板材１２を構成する樹脂板材１２２の少なくとも外面または内面に機械的衝撃に対しても強固なステンレスよりなるコーティングカバー１２１ｂを備えたことにより、クリーンルーム内で半導体露光装置のリニアステージ駆動用として用いるとき、キャン板表面が露光用光源のＵＶに曝露されても、キャン板表面からの発塵および発ガスを少なくし、ケミカルクリーンの問題を低減することができ、また、キャン板内に流す冷媒によりキャン板の樹脂が侵食されても液漏れ低減することができると共に、ステンレスよりなる箔は、ヤング率が高く皺になり難いため、金属箔としてステンレスを用いることは接着作業が容易に行え、少量の台数を製作する際は大掛かりな設備が不要という利点を有する。
なお、本実施例ではコーティングカバーとして金属の箔を用いているが、他に金属の板でもかまわない。
金属の箔を用いたコーティングカバーの有無によるパーティクル数を表面にＵＶを照射して、カウントした結果、表１と同じような結果が得られた。すなわち、コーティングカバーなしの場合だとパーティクルの発生がクラス１５であったものが、金属の箔を用いたコーティングカバー１２１を設けるとクラス３にまで激減した。
なお、以上の実施例では、固定子に電機子巻線、可動子に界磁とした永久磁石を持つ構造で説明したが、可動子に電機子巻線を、固定子に永久磁石を持つ逆の構造としても良い。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明した本発明の実施例におけるキャン板構造のキャンド・リニアモータ電機子により、以下のような効果がある。
▲１▼ コーティングカバーを備えたことにより、クリーンルーム内で半導体露光装置のリニアステージ駆動用として用いるとき、キャン板表面が露光用の光源に曝露されても、キャン板表面からの発塵および発ガスの問題を低減することができる。
▲２▼ また、コーティングカバーを備えたことにより、キャン板内に流す冷媒によりキャン板の樹脂が侵食されても液漏れを低減することができる。
▲３▼ コーティングカバーを金属の膜・箔・板で構成するため、上記▲１▼、▲２▼の他に、機械的衝撃に対しても強固にすることができる。そのため、リニアステージに組みつける際に、キャン板表面がステージ等と接触することにより生じるキャン板表面の凸凹が生じることによる露出面積の増加を押えることができ、発塵または発ガスの増加を抑制できる。
▲４▼ 金属の膜・箔・板よりなるコーティングカバーをメッキにより構成するため、上記▲１▼、▲２▼、▲３▼の他に、大量の台数を安価に製作することができる。
▲５▼ コーティングカバーとしてステンレスの箔・板を樹脂板材に接着しているため、ステンレスはヤング率が高く皺になり難いことから、接着作業が容易に行え、大掛かりな設備が不要であるので、少量の台数を安価に製作することができる。
▲６▼ キャンド・リニアモータにおいて、電機子巻線を有する電気装苛手段を固定子とし、永久磁石により構成される磁気装荷手段を移動子とすると、固定子を覆うキャン板は直接気中に露出するために、ケミカルクリーンの問題を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿うキャンド・リニアモータの正断面図である。
【図３】図２のキャン板１２の構成を説明する拡大正断面図である。
【図４】本発明のコーティングカバーの具体的実施例を表すキャン板の拡大正断面図で、（Ａ）はコーティングカバーの一具体例、（Ｂ）は別の具体例を示している。
【図５】従来のキャン板の構成を示す構成説明図である。
【図６】樹脂表面と発塵の説明図である。
【図７】樹脂組成と発ガスの説明図である。
【符号の説明】
１０固定子
１１固定子ベース
１２キャン板
１２１コーティングカバー
１２１ａ金属膜
１２１ｂ金属箔
１２２キャン板材（樹脂板材）
１３ヘッダ
１４冷媒供給口
１５冷媒排出口
１６芯金
１７電機子巻線
１８冷媒通路
１９梁
２０可動子
２１可動子ベース
２２界磁ヨーク
２３永久磁石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an armature of a linear motor for driving a linear stage or the like of a semiconductor manufacturing apparatus used in a clean room with high precision and fine feed, and in particular, a canned linear motor armature characterized by its can plate structure. And the canned linear motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a canned linear motor that is used in a semiconductor manufacturing apparatus and requires a low temperature rise and a constant speed feeding accuracy, for example, a glass cloth as disclosed in JP 2000-4572 A is used as an epoxy resin. There is known a linear motor having a can plate structure which is formed by solidifying with a.
FIG. 5 is a front sectional view of an armature of a canned linear motor showing the prior art.
In FIG. 5, 51 is a mover, 52 is a yoke, 53 is a permanent magnet, 54 is a stator, 55 is a can plate, 56 is a multi-phase armature winding, 57 is a refrigerant passage, 58 is a fixing screw, 59 is It is a fixed base. This canned linear motor is a so-called movable magnet type long stroke type in which an armature winding 56 is disposed on the stator 54 side, and a yoke 52 and a permanent magnet 53 are disposed on the movable element 51 side. On the stator 54 side, the first and

second can plates

55, 55 are fixedly disposed on the fixed base 59 in a state where they are coupled to each other by a fixing screw 58. The

can plates

55 and 55 are plate-like members formed by a laminated material formed by impregnating a synthetic resin into a sheet-like member and laminating and pressing. A laminated material obtained by laminating glass cloth impregnated with an epoxy resin and press-molding the laminated material is used. In this laminated material, first, sheet-like members such as paper, thick yarn cloth, fine yarn cloth, and glass cloth are impregnated with a synthetic resin such as phenol resin, epoxy resin, silicon, melamine resin, and polyester. And many of this sheet-like member are laminated | stacked and laminated | stacked, this is pressed with a multistage lamination press machine etc., and it forms in plate shape. The armature winding 56 is provided in the winding accommodating groove provided on the opposing surface (inner surface side) of the

can plates

55, 55, and the refrigerant passage 57 for circulating the refrigerant is provided. The refrigerant flows evenly around the area 56 so that the heat generated from the armature winding 56 is efficiently absorbed.
On the other hand, as shown by an imaginary line, the shape of the mover 51 has a concave shape so as to sandwich the armature portion of the stator 54. The mover 51 is made of

permanent magnets

53 and 53 disposed on both outer sides of the

can plates

55 and 55 of the stator 54 via magnetic gaps, and a magnetic material for passing the magnetic flux generated by the

permanent magnets

53 and 53. The field yoke 52 is formed. A plurality of permanent magnets 53 are arranged so that the polarities are alternately different for each pole pitch along the moving direction of the mover 51 (perpendicular to the paper surface).
The canned linear motor configured as described above allows a predetermined current corresponding to the electrical relative position of the mover 51 and the stator 54 to flow through the armature winding 56 so that the permanent magnet 53 serving as the mover 51 A thrust is generated in the mover 51 by acting on the magnetic field created. At this time, the armature winding 56 that has generated heat due to copper loss is cooled by the refrigerant, and the temperature rise on the surface of the stator 54 is kept low.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional linear motor, since the surface of the can plate 55 made of resin is not smooth and has a fine recess as shown in FIG. It has been found that particles of about 1 μm may adhere.
Therefore, when used as a linear stage drive of a semiconductor exposure apparatus in a clean room, if the surface of the can plate is exposed by UV (ultraviolet light) from the light source for exposure, the adhesion is weakened and particles are scattered from the surface of the can plate, and the degree of cleanliness It has also been found that this leads to a decrease in
When the surface of the can plate is exposed to a light source, C and H constituting the resin shown in FIG. 7 and O _{2 in the} air are excited by UV, and CH ₄ , C ₂ H ₆ , CO _2, or H ₂ O. It diffuses in the air and causes a decrease in chemical cleanliness. When the degree of chemical cleanness is reduced, that is, when CH ₄ , C ₂ H ₆ , CO _2, H ₂ O, or the like is present, these CH _{4 and the} like adhere to the silicon wafer, and the production yield of silicon chips deteriorates.
As described above, the conventional linear motor described above has a problem that dust and gas are generated from the surface of the can plate when exposed to UV of the light source for exposure.
Further, depending on the type of refrigerant flowing through the can plate, the refrigerant may permeate and diffuse into the resin and the refrigerant may ooze out from the surface of the can plate. Further, the resin is gradually eroded by the refrigerant, and in the worst case for long-term use, the resin may have a hole and liquid leakage may occur.
Furthermore, when the can plate surface comes into contact with the stage or the like when assembling to the linear stage, the resin is damaged and further unevenness is formed on the resin surface, which increases the exposed surface area of the resin and increases the generation of dust and gas. There was a problem.
The present invention has been made in view of these problems, and even when exposed to a light source for exposure, the dust generation and gas generation from the surface of the can plate is small, and the can plate is cooled by the refrigerant flowing in the can plate. The resin is not eroded and leaks, and when it is assembled to the linear stage, the can plate surface comes into contact with the stage etc., and the resin is damaged and the exposure surface area is increased. An object of the present invention is to provide a canned motor armature and a canned linear motor having a can plate structure.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the invention of a canned linear motor armature according to claim 1 is characterized in that a cored bar, an armature winding fixed along a longitudinal direction of the cored bar, and the cored bar in a frame shape. A beam that surrounds the beam, a can plate that seals both openings of the beam, and a seal that includes the beam and the can plate so that a coolant can flow around the armature winding A canned linear motor armature comprising a refrigerant passage formed in a space, wherein the can plate is made of a resin plate material, and a coating cover is provided on at least an outer surface or an inner surface of the resin plate material. And
According to the structure of claim 1, at least the outer surface or the inner surface of the resin plate material constituting the can plate is covered with the coating cover. Therefore, when used for driving a linear stage of a semiconductor exposure apparatus in a clean room, the surface of the can plate is Even when exposed to an exposure light source, dust generation and gas generation from the surface of the can plate can be reduced, and problems of dust generation and gas generation can be reduced. Even if the resin is eroded, liquid leakage can be reduced.
According to a second aspect of the present invention, in the canned linear motor armature according to the first aspect, the coating cover is a metal film, foil, or plate.
According to the configuration of claim 2, since the coating cover is composed of a metal film, foil or plate, at least the outer surface or the inner surface of the resin plate material constituting the can plate is covered with the metal film, foil or plate. When used for driving a linear stage of a semiconductor exposure apparatus in a clean room, even if the surface of the can plate is exposed to the light source for exposure, dust generation and gas generation from the surface of the can plate is reduced, reducing the problem of chemical clean. In addition, the resin flowing into the can plate can erode the resin of the can plate to reduce liquid leakage, and can also be strong against mechanical impact.
Therefore, when assembling to the linear stage, it is possible to suppress the increase in the exposed area caused by the unevenness of the surface of the can plate caused by the contact of the surface of the can plate with the stage etc. it can.
[0005]
According to a third aspect of the present invention, in the canned linear motor armature according to the second aspect, the metal film is formed by plating.
With the configuration according to claim 3, since the metal plating film is used as the coating cover according to claim 2, at least the outer surface or the inner surface of the resin plate material constituting the can plate is covered with a strong plating against mechanical impact. Therefore, when used for driving a linear stage of a semiconductor exposure apparatus in a clean room, even if the surface of the can plate is exposed to a light source for exposure, the problem of dust generation and gas generation from the surface of the can plate can be reduced. In addition, even if the resin on the can plate is eroded by the refrigerant flowing in the can plate, the leakage of the liquid can be reduced, and since the stainless steel has a high Young's modulus and is difficult to become wrinkled, the bonding work can be easily performed and is large-scale. Therefore, a small number of units can be manufactured at low cost.
According to a fourth aspect of the present invention, in the canned linear motor armature according to the second aspect, the metal foil or plate is made of stainless steel.
According to a fifth aspect of the present invention, in the canned linear motor armature according to the fourth aspect, the stainless steel foil or plate is attached to the can plate by bonding.
According to the constructions of claims 4 and 5, since the foil or plate made of stainless steel is used as the coating cover according to claim 2 and this is adhered to the can plate, at least the outer surface or the inner surface of the resin plate material constituting the can plate is a machine. Even when the can plate surface is exposed to a light source for exposure when used for driving a linear stage of a semiconductor exposure apparatus in a clean room, it is covered with stainless steel that is resistant to mechanical shock. The problem of dust generation and gas generation can be reduced, and even if the resin of the can plate is eroded by the refrigerant flowing in the can plate, the liquid leakage can be reduced. Therefore, a small number of units can be manufactured at a low cost because large-scale equipment is not necessary.
The invention according to claim 6 is the canned linear motor armature according to any one of claims 1 to 5, wherein the resin plate material is made of a resin filled with glass fiber or carbon fiber.
According to the configuration of the sixth aspect, the deformation of the can plate to the gap facing the mover due to the pressure of the refrigerant can be suppressed, so that the elastic fatigue of the can plate can be eliminated and the liquid leakage can be reduced. Increase can be achieved and temperature rise can be reduced.
[0006]
The invention of the canned linear motor according to claim 7 is arranged oppositely to the armature according to any one of claims 1 to 6 and the armature via a magnetic gap and alternately has different polarities. A field yoke in which a plurality of permanent magnets are arranged next to each other, and one of the armature and the field yoke is a stator and the other is a mover, and the field yoke and the armature are It is characterized by relatively running.
According to the structure of claim 7, in the armature having the can plate structure according to claims 1 to 4, at least the outer surface or the inner surface of the resin plate material constituting the can plate is covered with the coating cover, and the semiconductor is formed in the clean room. When used for driving the linear stage of an exposure apparatus, the problem of dust generation and gas generation from the surface of the can plate can be reduced even if the surface of the can plate is exposed to an exposure light source. Even if the resin of the can plate is eroded by the flowing refrigerant, the liquid leakage can be reduced. Furthermore, in such a canned / linear motor, if the electric loading means having armature winding is a stator and the magnetic loading means composed of permanent magnets is a moving element, the can plate covering the stator is directly Since it is exposed to the air, the effect of reducing the problem of dust generation and gas generation is even greater.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is an overall perspective view of a canned linear motor (magnetic flux penetration type) according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a stator, 11 is a stator base, 12 is a can plate, 13 is a header, 14 is a refrigerant supply port, 15 is a refrigerant discharge port, 20 is a mover, 21 is a mover base, and 22 is a field magnet. The yoke 23 is a permanent magnet.
The stator 10 has a length direction in a space formed by two can plates 12, a beam 19 that couples the two can plates 12 to each other at an upper portion and a lower portion, and the two can plates 12 and the beam 19. The header 13 sealed at the front and rear ends of the core, the core 16 disposed in the closed space composed of the can plate 12, the beam 19 and the header 13, and fixed along the longitudinal direction of the core 16 The three-phase armature winding 17 and the refrigerant passage 18 through which the refrigerant passes through the can plate 12 are configured.
The header 13 is formed of a stainless steel casting, and has a refrigerant supply port 14 for passing the refrigerant through one end of the can plate 12 and a refrigerant discharge port 15 at the other end. The can plate 12 and the beam 19 are joined to the header 13 by welding at the joint surface. Further, the refrigerant is supplied from the refrigerant supply port 14 and discharged from the refrigerant discharge port 15, whereby the refrigerant flows through the refrigerant passage 18 between the armature winding 17 and the can plate 12.
On the other hand, the shape of the mover 20 forms an inverted concave shape so as to sandwich the armature portion of the stator 10. The mover 20 includes a permanent magnet 23 disposed on both sides of the can plate 12 of the stator 10 via a magnetic gap, a field yoke 22 made of a magnetic material for passing a magnetic flux generated by the permanent magnet 23, and the like. It is comprised by the needle | mover base 21 which supports. A plurality of permanent magnets 23 are arranged along the moving direction of the mover (the arrow direction in the figure) so that the polarities are alternately different for each pole pitch.
The mover 20 is supported with respect to the stator 10 by a linear guide or the like (not shown).
The canned linear motor configured as described above is configured so that a predetermined current corresponding to the electrical relative position between the mover 20 and the stator 10 is caused to flow through the armature winding 17, whereby the permanent magnet 23 that becomes the mover 20. A thrust is generated in the mover 20 by acting on the magnetic field to be generated, and the mover 20 moves in the traveling direction indicated by the arrow. At this time, the temperature rise of the surface of the stator 10 is kept low by cooling the armature windings 17 that have generated heat due to copper loss with a refrigerant.
[0008]
FIG. 2 is a front sectional view of the canned linear motor taken along line AA in FIG.
In FIG. 2, 10 is a stator, 12 is a can plate, 16 is a metal core, 17 is an armature winding, 18 is a refrigerant passage, and 19 is a beam.
The can plate 12 uses a resin plate material 122 as a base material, and as the resin plate material 122, a plate-like GFRP obtained by hardening a glass cloth with an epoxy resin, or a plate-like CFRP obtained by hardening a carbon fiber with an epoxy resin. it can. These have good circulation and can be obtained relatively inexpensively.
Since the core 16 is required to have its own strength, stainless steel is used.
The armature winding 17 is composed of, for example, a plurality of concentrated winding coils for three phases, and is attached to both the left and right sides of the core metal 16.
The beam 19 is a strength material against the deflection of the stator 10, and in the case of the present embodiment, it can be constructed by machining of stainless steel, machining of aluminum material or die casting. In this embodiment, aluminum material is used. It was constituted by machining.
As described above, the armature winding 17 is attached to the cored bar 16 so as to sandwich both surfaces along the longitudinal direction, and the cored bar 16 is fixed between the upper and lower beams 19. Further, a can plate 12 is attached to the beam 19 so as to cover the armature windings 17 while maintaining a desired clearance from the surface of the armature windings 17. A coolant for cooling the armature winding 17 flows in the gap between the armature winding 17 and the can plate 12, and therefore the beam 19 and the can plate 12 are not shown in the figure. Etc., and fixed so as to be sealed. In recent years, HFE-7200 or the like has been used instead of Fluorinert as a refrigerant due to the problem of ozone layer destruction, and the solubility of the resin cannot be ignored. In the examples of the present invention, HFE-7200 was used as the refrigerant.
Reference numeral 121 denotes a coating cover (described later) provided by the present invention, which covers the resin plate 122 that is the base material of the can plate 12 and reduces separation of dust and gas from the surface of the resin plate 122.
[0009]
FIG. 3 is an enlarged front sectional view for explaining the configuration of the can plate 12 of FIG.
In FIG. 3, 10 is a stator, 12 is a can plate, 121 is a coating cover provided according to the present invention, 122 is a can plate material (resin plate material), and 19 is a beam.
As shown in FIG. 3, the can plate 12 has a coating cover that covers the resin plate 122 on the outer surface of the resin plate 122 facing the permanent magnet 3 (FIG. 2) and the inner surface facing the armature winding 17 (FIG. 2). 121 is provided.
According to the structure of the can plate as described above, the coating cover 121 is provided on at least the outer surface or the inner surface of the resin plate material 122 that constitutes the can plate material 12, so that it can be used for driving a linear stage of a semiconductor exposure apparatus in a clean room. Even if the surface of the can plate is exposed to UV of the light source for exposure, dust generation and gas generation from the surface of the can plate can be reduced, and the problem of chemical clean can be reduced. Even if the resin of the can plate is eroded, the liquid leakage can be reduced.
Table 1 shows the result of counting the number of particles with or without the coating cover by irradiating the surface with UV.
[0010]
[Table 1]

In this embodiment, plate-like CFRP is used for the resin plate material, and the coating cover 121 is formed by nickel plating shown in the second embodiment below.
As shown in Table 1, when the coating cover was not provided, the generation of particles was class 15, but when the coating cover 121 was provided, it was drastically reduced to class 3. In this way, by attaching the coating cover 121, the unevenness of the surface of the resin plate material 55 is reduced, so that particles are less likely to adhere to the surface of the resin plate material 55 directly or through moisture, so that dust generation is drastically reduced. . That is, it was confirmed that the linear motor with the coating cover hardly generates dust even when exposed to the light source.
Further, when the coating cover is used as in the present invention, even if the resin is eroded by the refrigerant and a hole is formed in the resin, it can be prevented by the coating cover.
Furthermore, since the resin erosion gradually proceeds between the resin and the coating cover with a capillary action, a large amount of liquid leakage can be prevented.
[0011]
Next, specific examples of the coating cover of the present invention will be described.
FIG. 4 is an enlarged front sectional view of a can plate showing a specific example of the coating cover. FIG. 4A shows a specific example of the coating cover, and FIG. 4B shows another specific example.
4A, 10 is a stator, 12 is a can plate, 121a is a metal film according to the present embodiment, 122 is a can plate material (resin plate material), and 19 is a beam. The can plate material 122 and the beam 19 are the same as those shown in FIG. 3, and the can plate 121 is fixed so as to be sealed using an O-ring or the like not shown. A metal film 121a is formed as the coating cover 121 on the outer surface and inner surface of the resin plate 122 shown in FIG. The metal film 121a is provided by plating. In this embodiment, nickel plating is used. Alternatively, zinc plating, copper plating, or aluminum plating may be used, and the thickness is preferably about 3 to 20 μm.
According to the above can plate structure, at least the outer surface or the inner surface of the resin plate member 122 constituting the can plate member 12 is provided with the coating cover by the metal film 121a formed by plating, so that the linear of the semiconductor exposure apparatus can be provided in the clean room. When used for stage driving, even if the surface of the can plate is exposed to UV of the light source for exposure, the problem of dust generation and gas generation from the surface of the can plate can be reduced. Even if the resin of the can plate is eroded, the liquid leakage can be reduced, and the can plate made of resin is covered with a metal formed by plating, so that it can be strengthened against mechanical impact. Therefore, when assembling to the linear stage, it is possible to suppress the increase in the exposed area caused by the unevenness of the surface of the can plate caused by the contact of the surface of the can plate with the stage etc. it can. In addition, since the coating cover is formed by plating, the operation of providing the coating cover on the surface of the resin plate can be greatly simplified, and a large number of units can be manufactured at low cost.
[0012]
Next, FIG. 4B will be described.
In FIG. 4B, 10 is a stator, 12 is a can plate, 121b is a metal foil according to this embodiment, 122 is a can plate material (resin plate material), and 19 is a beam.
The can plate material 122 and the beam 19 are the same as those shown in FIG. 3, and the can plate 121 is fixed so as to be sealed using an O-ring or the like not shown. A metal foil 121b is formed as a coating cover 121 on the outer and inner surfaces of the resin plate 122 shown in FIG. In this embodiment, the metal foil 121b is made of stainless steel having a thickness of about 5 to 20 μm, and this is attached to the can plate material 122 by adhesion.
According to the above can plate structure, at least the outer surface or the inner surface of the resin plate member 122 constituting the can plate member 12 is provided with the coating cover 121b made of stainless steel that is strong against mechanical shock, so that the semiconductor exposure is performed in a clean room. When used for driving the linear stage of the apparatus, even if the surface of the can plate is exposed to UV of the light source for exposure, dust generation and gas generation from the surface of the can plate can be reduced, and the problem of chemical clean can be reduced. Moreover, even if the resin of the can plate is eroded by the refrigerant flowing in the can plate, the liquid leakage can be reduced, and the foil made of stainless steel has a high Young's modulus and is unlikely to become wrinkles. Can be easily bonded, and has the advantage of not requiring large-scale equipment when producing a small number of units.
In this embodiment, a metal foil is used as the coating cover, but other metal plates may be used.
As a result of counting the number of particles depending on the presence or absence of a coating cover using a metal foil by irradiating the surface with UV, the same results as in Table 1 were obtained. That is, when the coating cover was not provided, the generation of particles was class 15, but when the coating cover 121 using a metal foil was provided, it was drastically reduced to class 3.
In the above-described embodiments, the stator has an armature winding and the mover has a permanent magnet as a field magnet. However, the armature winding is a mover and the stator has a permanent magnet. It is good also as a structure.
[0013]
【The invention's effect】
The canned linear motor armature having the can plate structure in the embodiment of the present invention described above has the following effects.
(1) By providing a coating cover, when used for driving a linear stage of a semiconductor exposure apparatus in a clean room, even if the can plate surface is exposed to an exposure light source, dust and gas are generated from the can plate surface. Problems can be reduced.
(2) Since the coating cover is provided, the leakage of the liquid can be reduced even if the resin of the can plate is eroded by the refrigerant flowing into the can plate.
(3) Since the coating cover is made of a metal film, foil, or plate, in addition to the above (1) and (2), it can be strengthened against mechanical impact. Therefore, when assembling to the linear stage, it is possible to suppress the increase in the exposed area caused by the unevenness of the surface of the can plate caused by the contact of the surface of the can plate with the stage, etc., and suppress the increase in dust generation or gas generation. it can.
(4) Since the coating cover made of a metal film, foil, or plate is formed by plating, in addition to the above (1), (2), and (3), a large number of units can be manufactured at low cost.
▲ 5 ▼ Since the stainless steel foil and plate are bonded to the resin plate as the coating cover, stainless steel has a high Young's modulus and does not easily become wrinkles. A small number of units can be manufactured at low cost.
(6) In a canned / linear motor, if the electric loading means having armature winding is a stator and the magnetic loading means composed of permanent magnets is a moving element, the can plate covering the stator is directly in the air. Because of the exposure, the chemical clean problem can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall perspective view of a canned linear motor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view of a canned linear motor taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is an enlarged front sectional view for explaining the configuration of the can plate 12 of FIG. 2;
FIG. 4 is an enlarged front sectional view of a can plate showing a specific example of the coating cover of the present invention, in which (A) shows one specific example of the coating cover and (B) shows another specific example.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional can plate.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a resin surface and dust generation.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a resin composition and gas generation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Stator 11 Stator base 12 Can board 121 Coating cover

121a Metal film

121b Metal foil 122 Can board material (resin board material)
13 Header 14 Refrigerant supply port 15 Refrigerant discharge port 16 Core metal 17 Armature winding 18 Refrigerant passage 19 Beam 20 Movable element 21 Movable element base 22 Field yoke 23 Permanent magnet

Claims

A metal core, an armature winding fixed along the longitudinal direction of the metal core, a beam provided so as to surround the metal core in a frame shape, and a can plate that seals both openings of the beam; In a canned linear motor armature comprising a refrigerant passage formed in a sealed space formed by the beam and the can plate so that a refrigerant can flow around the armature winding,
The can-linear motor armature, wherein the can plate is made of a resin plate material, and a coating cover is provided on at least an outer surface or an inner surface of the resin plate material.

The canned linear motor armature according to claim 1, wherein the coating cover is a metal film, foil, or plate.

The canned linear motor armature according to claim 2, wherein the metal film is formed by plating.

The canned linear motor armature according to claim 2, wherein the metal foil or plate is made of stainless steel.

The canned linear motor armature according to claim 4, wherein the stainless steel foil or plate is attached to the can plate by bonding.

The canned linear motor armature according to any one of claims 1 to 5, wherein the resin plate material is made of a resin filled with glass fiber or carbon fiber.

A field yoke comprising: the armature according to any one of claims 1 to 6; and a plurality of permanent magnets that are arranged opposite to each other with a magnetic gap and are alternately arranged side by side. The armature and the armature travel relatively with either one of the armature and the field yoke as a stator and the other as a mover. Canned linear motor.