JP6440740B2 - 物体を保持、位置決めおよび／または移動させるための装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体、特に基板を保持、位置決めおよび／または移動させるための装置に関する。

例えばディスプレイ用途の半導体装置を製作するための基板を加工するために、比較的に大きな面積の基板は種々の表面処理プロセスを受ける。例えば当該の基板にコーティングまたは表面構造体を形成するために、このような基板の表面は機械的にまたは化学的に処理される。この場合、若干の表面処理プロセスは、特に、例えばスパッタリング、物理蒸着、化学蒸着のような表面処理ステップが場合によってはプラズマ支援されて行われるときには、クリーンルーム条件下であるいは真空内で行われる。

マイクロメートル範囲またはナノメートル範囲の構造体が基板のあちこちに形成されるので、基板のきわめて正確な位置決めが基板平面内とこの基板平面に対して垂直な方向において必要である。

基板環境の微粒子解放に関する要求は、基板の非接触支承部と、対応する保持、移動または走行駆動装置の実装を必要とする。空気支承装置はクリーン度の高い製作環境にとって条件付きでのみ適している。というのは、意図しない空気流が基板の近くで発生し得るからである。この空気流は事情によっては基板処理時の要求精度の維持に反する。

さらに、いわゆる磁気的なウェハステージあるいは基礎と物体を支持する支持体を備えた磁気的な保持装置または位置決め装置が存在する。基礎上で支持体を非接触支承するために一般的には、それぞれ１個の距離センサと制御回路を有する多数の磁気軸受（以下、磁気支承装置ということがある）が設けられている。この磁気軸受は基礎に対して設定された間隔をおいて支持体を浮上状態で保持する。

この種のウェハステージは例えば米国特許第７８６８４８８Ｂ２号明細書によって知られている。

特に真空環境下で、能動的（以下、積極的という）に制御され電気的に駆動可能な磁気軸受（磁気支承装置）を実装することはきわめて面倒であることがわかった。

真空技術での用途のためには、真空に十分適した材料、特に金属を、部品としておよびケーシング要素のために使用すべきである。これによってしかし、個々の磁気支承装置の磁気作用が悪影響を受ける。電磁アクチュエータの電気的制御は金属要素内で渦電流を形成することになる。この渦電流は１個または複数の磁気支承装置の作用に悪影響を与え得る。さらに、電気的な信号発生と信号処理は真空環境ではプロセス技術的な観点から困難であることがわかった。一般的に電気絶縁材料として機能する合成樹脂または射出成形樹脂は、真空環境内でガスを発生する傾向がある。これは要求される真空水準とクリーンルーム条件の維持にとって邪魔になる。

そこで、本発明の課題は、できるだけコンパクトな構造を有し、特に真空分野の用途のために使用可能である、物体、特に基板を保持、位置決めおよび／または移動させるための装置を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の装置によって解決される。その際、有利な実施形はそれぞれ従属請求項の対象である。

本発明では、物体、一般的には１枚または複数の基板を保持、位置決めおよび／または移動させるための装置が提供される。装置は、基礎と、この基礎と相対的に移動可能なキャリア（以下、支持体という）を具備している。基礎は一般的に定置可能であり、支持体は少なくとも３個の磁気軸受によって基礎上で非接触支承されている。支持体は少なくとも３個の磁気軸受によって基礎上に浮上状態で非接触保持可能である。その際、磁気軸受は、基礎上で支持体を位置安定的に保持するために、互いに空間的に離隔されている。

その際、３個の磁気支承装置の少なくとも２個は積極的に制御可能な磁気支承装置として形成されている。この磁気支承装置はそれぞれ、磁気的な相手方部材と磁気的に相互作用する電気的に制御可能な電磁アクチュエータを備えている。このアクチュエータは基礎と支持体の間の設定された間隔を維持するために電子ユニットによって積極的に制御可能である。支承装置バランスに対する擾乱はどんな種類のものでも、少なくとも２個の積極的な磁気支承装置の積極的な制御によって常に相殺することができる。２個の積極的な磁気支承装置を設置する場合、第３の磁気支承装置は受動式の磁気支承装置として形成可能である。この磁気支承装置は例えば１個または複数の永久磁石を備え、この磁石によって当該の支承装置の範囲において基礎と支持体の間に一定の支持力を発生することができる。しかし、すべての磁気支承装置を積極的な磁気支承装置、すなわち電気的に制御可能な磁気支承装置として形成することもできる。

例えば電磁アクチュエータと相手方部材の間隔が変化する場合、それに応じて大きくまたは小さく変化した制御電流を電磁アクチュエータに供給可能である。それによって、支持体と基礎の間の要求された間隔を維持するために、当該のアクチュエータは少なくとも一時的により大きなまたはより小さな力、従って変化した力を相手方部材に加える。この場合さらに、磁気支承装置の少なくとも２個の電磁アクチュエータと電子ユニットが支持体に配置されている。これにより、比較的に短い信号経路が形成されるので、支持体の真空適合性を、十分に分配されて支持体と基礎に配置された電子部品を有するそのほかの実施形と比べて高めることができる。

さらに、電子ユニットと、それに電気的に接続された電磁アクチュエータとを支持体に配置すると、配線コストが低減される。従って、ケーブル接続部の数と、必ず設けられるケーブル接続部の全長を最小限に減らすことができる。

少なくとも２個の制御可能な磁気支承装置の電磁アクチュエータが支持体に配置されているのに対し、この電磁アクチュエータと電磁的に作用連結可能な相手方部材は基礎に設けられている。相手方部材は一般的に永久磁石でまたは強磁性的に形成されている。設けられる磁気支承装置の数は決して３個に限定されない。磁気支承装置の数は特に、実現すべき運動自由度の数によって変化し得る。空間的に互いに離隔された少なくとも３個の磁気支承装置によって、支持体をその重力に逆らって基礎上に位置安定的に保持することができる。基礎上の支持体の浮上および非接触支承部は特に搬送のために、例えば基礎と相対的な支持体の直線移動のために設けることが可能である。この場合、少なくとも１個の他の磁気支承装置、好ましくは複数の他の磁気支承装置を、基礎上における支持体の側方安定化のために設けることができる。他の磁気支承装置によって例えば、重力に対して垂直な平面および搬送方向に対して垂直な平面内で非接触磁気支承を行うことできる。

基礎上での支持体のこのような側方安定化または横方向安定化のためにさらに、積極的に制御可能な１個または複数の磁気支承装置を設けることができる。この磁気支承装置の電磁アクチュエータは同様に支持体に配置されている。

物体を保持、位置決めおよび／または移動させるための装置は特に、支持体上に配置された基板ホルダを備えている。基礎と相対的に支持体を移動させることにより、支持体側に配置された基板は所定の方法で、処理装置、一般的には表面処理装置の作業範囲またはプロセス範囲内に運ばれる。この場合、基礎と相対的な支持体の位置決め精度は、数マイクロメータの範囲あるいはマイクロメータ以下の範囲、すなわちナノメータ範囲である。さらに、基板ホルダの代わりにまたは基板ホルダに補足して、プロセスステーション、例えば蒸発装置またはそれと類似する表面加工装置を支持体に配置することができる。

発展形態では、支持体上の積極的に制御可能な磁気支承装置がそれぞれ、基礎と支持体の間の間隔を測定するための距離センサを備えている。それによって、各磁気支承装置には少なくとも１個の距離センサが付設され、この距離センサによって当該の磁気支承装置とそれに直接対向する基礎の区間の間の間隔を検出することができる。この場合、距離センサがそれぞれの磁気支承装置の電磁アクチュエータのすぐ近くにおいて支持体上に配置されていると有利である。それに伴って生じる、距離センサと電磁アクチュエータの間の間隔の最小化は特に、コロケーションの程度を縮小するために有利である。しかし、距離センサを電磁アクチュエータから離して、従って磁気支承装置の外側で支持体に配置することもできる。

距離センサはできるだけ電磁アクチュエータを備えている支持体の場所で、間隔を測定する。それによって、電磁アクチュエータの制御電流の変化と、それに伴って生じるアクチュエータの力または作用変化は、アクチュエータと基礎側に配置された相手方部材の間の間隔に直接作用する。このような間隔変化は、距離センサを電磁アクチュエータに直接隣接させて配置することによって直接測定可能である。

積極的に制御可能な各磁気支承装置が固有の距離センサを備えていることにより、基礎と支持体の間の局所的な間隔変化を、それぞれの磁気支承装置の範囲内で正確に検出し、当該の磁気支承装置の制御のために選択的に使用することができる。

他の実施形では、支持体上の積極的に制御可能な磁気支承装置がそれぞれ、電子ユニットを備えている。この電子ユニットは、距離センサによってその都度検出可能な間隔に依存して当該の磁気支承装置の電磁アクチュエータを制御する働きをする。各磁気支承装置が固有の電子ユニットと固有の距離センサを備えていることにより、距離センサによって測定された間隔信号を、それぞれの磁気支承装置内在の電子ユニットによって局所的に加工することができる。各磁気支承装置の電磁アクチュエータのための制御電流または制御信号を、磁気支承装置の範囲内で局所的にあるいは磁気支承装置に付設された電子ユニットによって発生することができる。これにより、距離センサと電子ユニットの間と、電子ユニットと電磁アクチュエータの間の配線コストをさらに低減することができる。これにより、装置全体、特にその支持体の真空適合性がさらに改善されて向上する。

他の実施形では、電子ユニットが少なくとも２個の磁気支承装置に接続されている。その代わりにあるいはそれに補足して、電子ユニットを中央制御装置として形成することができる。中央制御装置の形に形成する場合、電子ユニットは支持体のすべての積極的な磁気支承装置に電気的に接続されている。このような実施形は、各磁気支承装置を、磁気支承装置の外側に配置され支持体上に設けられた電子ユニットと電気的に接続することを必要とする。この構造形式の場合、中央信号処理を行うことができる。この場合、個々の磁気支承装置の複数またはすべての距離センサの信号が中央電子ユニットまたは制御装置で同時に評価可能である。

その代わりにあるいはそれに補足して、各磁気支承装置が、電磁アクチュエータのすぐ近くに配置された固有の局所的な電子ユニットを備えることができ、そして支持体が局所的な電子ユニットに補足して他の中央制御装置を備えることができ、この中央制御装置は例えばすべての電子ユニットにあるいは磁気支承装置に局所的に設置された少なくとも若干の電子ユニットに信号伝送するよう接続されている。

例えば複数の距離センサの信号を同時に中央評価することは、基礎上のまたは基礎に沿った支持体の運動状態の正確な検出にとって有利である。これによって特に、万一の共振現象または振動現象に対して反対作用をすることができる。

磁気支承装置上または磁気支承装置内に配置された電子ユニットは特に制御回路として形成可能であるかあるいは磁気支承装置の電磁アクチュエータと共に制御回路を形成することができる。制御回路は少なくとも、支持体と基礎の間の間隔を質的および量的に検出するための上記の距離センサを備えている。距離センサの信号は設定値発信器に供給可能である。この設定値発信器は測定された実際値と予め調節された設定値を比較することができる。実際値と設定値の比較から、設定値発信器に接続されたコントローラは制御信号を発生することができる。この制御信号は増幅器を経て電磁アクチュエータに供給可能である。

この場合、コントローラは次のような制御信号を発生するように設計されている。すなわち、距離センサによって検出可能な間隔が設定された間隔インターバル内にあるいは設定された最大間隔の下方に、そして要求される最小間隔の上方にあるような制御信号を発生するように設計されている。電磁アクチュエータは例えば、相手方部材と常に引きつけるように相互作用する電磁石の形に形成可能である。しかし、電磁アクチュエータは、相手方部材に対して引きつけ力と反発力を発生するように形成可能なローレンツアクチュエータまたは可動コイルアクチュエータの形に形成してもよい。

他の実施形では、少なくとも１個の相手方部材を備えた、搬送方向に沿って延在する少なくとも１本の案内レールが基礎上に配置され、相手方部材が支持体の電磁アクチュエータと磁気的に相互作用する。相手方部材は例えば強磁性または永久磁石のレールを備えることができる。このレールは基礎の縦方向に延在する案内レール上に配置されているかまたはこの案内レールに埋め込まれている。さらに、基礎の案内レール自体を強磁性または永久磁石の材料で作るかまたはこのような材料から形成することもできる。案内レールは成形された横断面を有していてもよく、この横断面は支持体の対応するプロファイル形状に一致しているかまたはこれと相互作用することができる。例えば支持体が基礎に懸吊支承される場合には、基礎と支持体の互いに係合するプロファイル区間によって、支持体が基礎に支持保持される。それによって、電磁アクチュエータのスイッチ切断時または作動停止時に、支持体の落下を防止することができる。

基礎が互いに平行に延在する２本の案内レールを備えていると有利である。この案内レールにはそれぞれ、支持体の電磁アクチュエータと磁気的に相互作用する相手方部材が配置されている。これにより、支持体は基礎上に複数個所で支持される。特に、支持体にはそれぞれ、案内レールの縦方向に互いに離隔された複数の電磁アクチュエータと、複数の磁気支承装置が配置されている。

この場合、磁気支承装置は重力と反対向きの作用方向を有し、かつ横方向および側方安定化を行うように形成されている。個々の磁気支承装置はその電磁アクチュエータと共に基礎の案内レールの上方または下方に配置可能である。若干の磁気支承装置が例えば支持体の重力を相殺することができる。他の磁気支承装置は少なくとも１本の案内レールの側方で支持体に配置可能である。このような磁気支承装置によって特に、案内レールの縦方向に対して垂直方向で、すなわち搬送方向に対して垂直方向で、支持体の横方向および側方安定化を行うことができる。

他の実施形では、保持、位置決めおよび／または移動のための装置がさらに、少なくとも１つの搬送方向に沿って基礎と相対的に支持体を移動させるための駆動装置を具備している。この駆動装置は基礎上に配置された永久磁石構造体と、支持体上に配置され永久磁石構造体と相互作用するコイル構造体とを備えている。その際、駆動装置は、一般的に基礎の少なくとも１本の案内レールに対して平行に延在するリニア駆動装置として形成可能である。

この場合にも、電気的に作動するかまたは電気信号を供給される駆動装置のすべての構成要素は、支持体上に配置されている。従って、この場合にも配線コストが低減される。これにより、真空融和性または真空適合性がさらに改善される。

他の実施形では、少なくとも１つの搬送方向に沿って延在する三次元的な符号化部が基礎上に配置されている。この符号化部は支持体上に配置された位置センサによって読み取り可能である。この場合、位置センサは駆動装置に統合されているかあるいは駆動装置から分離して支持体に配置されている。三次元的な符号化部は光学式または磁気式である。これに応じて、関連する位置センサは光学式センサまたは磁気式センサとして形成されている。

搬送方向に延在する三次元的な符号化部と、支持体上の位置センサによって、基礎上の支持体のための独立した位置測定が提供される。三次元的な符号化部を読み取る位置センサは電子ユニット、特に中央制御装置に接続されている。従って、支持体またはその中央制御装置は、基礎に沿った搬送方向の支持体の位置を自動的に測定することができる。

他の実施形では、磁気支承装置の少なくとも１個が永久磁石ユニットと、この永久磁石ユニットと相互作用する電気的に制御可能な電磁アクチュエータを備えている。永久磁石ユニットによって、支持体に作用する支持力Ｓを発生することができる。この支持力は支持体の重力Ｇに逆らい、その値は支持体の重力よりも大きくてもよい。永久磁石ユニットによって支持体は言わば重力に逆らって基礎から突き離される。従って、永久磁石ユニットは支持体の重力を過剰相殺する。すなわち、永久磁石ユニットによって加えられる支持力の値は支持体の重力よりも大きい。

永久磁石ユニットまたは基礎と相互作用する電気的に制御可能な電磁アクチュエータを設けることにより、重力の過剰相殺を差し引きゼロにすることができる。

従って、発展形態では、少なくとも１個の磁気支承装置の永久磁石ユニットが支持体に作用する支持力を発生するように形成され、この支持力が支持体の重力よりも大きく、電磁アクチュエータが支持力に反作用する調節力を発生するように形成されている。

電磁アクチュエータは永久磁石ユニットに対して反作用し、支持体を基礎上に位置安定状態で浮上および非接触配置する。

その代わりに、永久磁石と電磁アクチュエータが協働し、支持体の重力に反作用する保持力または支持力を分担して加えることができる。少なくとも１個または複数の永久磁石を設けることにより、積極的な磁気支承装置の電磁アクチュエータに提供すべき、基礎に支持体を支承するための力を低減することができる。

基本的には、永久磁石ユニットが支持体の重力の一部だけを相殺し、電磁アクチュエータが永久磁石ユニットと協働することもできる。重力を相殺する永久磁石ユニットと少なくとも１個の電磁アクチュエータを組み合わせることにより、積極的な磁気支承装置が形成され、そのアクチュエータが基礎側の相手方部材に調節力を加えるだけでよく、この調節力の値が永久磁石ユニットによって加えられる支持力よりも小さいので有利である。

複数の磁気支承装置に設けられた１個または複数の永久磁石ユニットにより、電磁アクチュエータによって加えられる最大力を低減することができる。従って、電磁アクチュエータの寸法と重量をさらに小さくすることができる。これは、支持体の構造をさらにコンパクトにし、重量をさらに低減する。このような最小化によってさらに、電磁アクチュエータの冷却に対する要求も低下する。

永久磁石によってさらに、支持体に対して反発作用または引きつけ作用する、支持体の重力よりも大きな支持力を発生することができる。この場合、基礎の上方での支持体の浮上配置を実現することができる。電磁アクチュエータとして機能する電磁石はもっぱら支持体に配置されている。この電磁石は基礎に対して常に引きつけ作用する下向きの調節力を発生する。この調節力によって、支持体は位置安定状態で基礎に保持される。このような実施形は、互いに作用連結される電磁アクチュエータと相手方部材の、支持体と基礎における相互配置を簡単化する。

他の実施形では、電子ユニットに接続された少なくとも１個の運動センサが支持体上に配置されている。運動センサによって、多彩な運動状態、例えば支持体の振動現象または共振現象、装置に作用するそのほかの機械的な擾乱を検出することができる。この運動状態はさらに、少なくとも１個または複数の磁気支承装置を制御するために使用可能である。

少なくとも１個の運動センサは一般的に、電磁アクチュエータのすぐ近くに配置されている。運動センサは特に、既に設けられた距離センサから独立しておよび分離して形成可能である。運動センサは加速度センサおよび／または速度センサとして形成可能である。運動センサの信号を評価することにより、振動現象または共振現象に対して適切に反作用することができる。これによって結果的に、位置決め精度と移動精度並びに磁気支承部の安定性と緩衝が改善される。

他の実施形では、支持体のための積極的な磁気支承装置および／または駆動装置の電気的に制御可能な、電気的に信号を処理するかまたは電気的に信号を発生するすべての構成要素が支持体自体に配置されている。従って、基礎は電気制御可能な構成要素を設けないように形成することができる。

これは基礎のきわめて低コストの製作および設置を可能にする。それによって、基礎は比較的に低コストで、大きな容積を有するように、従って例えば比較的に長い案内レールを有するように形成可能である。物体を保持、位置決めおよび／または移動させるための装置のすべての電気的構成要素が支持体に配置されていることにより、規格統一が前提ではあるが、１個の支持体を、それぞれ同一に形成された異なる基礎と共に使用することができる。従って、本発明に係る装置の調達コストと保守整備コストが低減されるので有利である。基礎の電子フリーの形成はさらに、比較的に頑丈であり、保守整備が不要であるかまたは保守整備が少なくて済む。

他の実施形では、支持体が位置変更可能なエネルギー供給装置に接続されている。支持体は特に、中央エネルギー供給装置を備えているので、装置の運転のために必要なすべての電気エネルギーを、１つのインターフェースを経て支持体に供給することができる。これは構造的な観点から有利であることがわかった。位置変更可能なエネルギー供給装置は特に、支持体と共に一緒に動くために適している。しかし、このエネルギー供給装置を支持体に機械的に連結する必要はない。

他の実施形では、エネルギー供給装置は引きずりケーブルとして、長さ変更可能な可撓性のらせんケーブルとして形成可能である。エネルギー供給装置はさらに、誘導形エネルギー供給部として形成可能である。装置の用途および使用目的に応じて、エネルギー供給装置の具体的な設置を変更することができる。真空環境での用途には、ケーブル接続部が有利である。引きずりケーブルは一端が支持体に接続され、他端が基礎に接続される。しかし、引きずりケーブルは、その可動性およびその多数の部分からなる可撓性の形成に基づいて、基礎と支持体を機械的に強固に連結はしない。従って、依然として、支持体は基礎上に非接触浮上支承される。

他の実施形では、エネルギー供給装置がさらにおよび付加的に、データ伝送装置および／または冷却媒体供給部を備えることができる。引きずりケーブルまたは長さ変更可能な可撓性のらせんケーブルまたはそれに応じたケーブルストランドは、エネルギー供給のために機能するだけでなく、同様に支持体と基礎の間または支持体とその他の制御装置または信号処理装置の間におけるデータ伝送を行うこともできる。

エネルギー供給装置がさらに冷却媒体供給、例えば冷却媒体回路のための供給および／または排出を行うことにより、エネルギー供給装置と支持体との接続によって、支持体は同時に積極的にまたは受動的に冷却される。冷却を行うことあるいは冷却回路を設けることは特に、真空環境での用途の場合に重要である。というのは、電磁アクチュエータまたはその他の電子部品から発生する廃熱が、冷却回路によってきわめて良好に排出可能であるからである。

他の実施形では、支持体が十分に真空封止的に形成されている。支持体は特に、十分に閉鎖されたケーシングを備えている。この場合、エネルギー供給装置、データ伝送装置および／または冷却媒体供給部だけが、真空封止的に形成された少なくとも１個または複数の導体ガイドまたは導体貫通部を経て、外部から支持体のケーシング内に敷設可能である。

支持体のケーシングは特に、金属製ケーシングとして形成可能である。ケーシングはさらに、モノリスのケーシングとして製作可能である。これは例えばアルミニウムブロックから切削加工可能である。電磁アクチュエータの範囲内、特に電磁アクチュエータの作用範囲内において、少なくとも１個の基礎側の相手方部材の方に、支持体のケーシングはそのほかの金属材料を備えている。この材料はアルミニウムと比べて導電率が小さい。例えば、支持体のケーシングは電磁アクチュエータの作用範囲内に、特殊鋼または類似の金属材料を気密に備えている。

センサ、特に各磁気支承装置の距離センサと、任意的に設けられる運動センサは、支持体ケーシング内に配置可能である。支持体ケーシングが特に磁気支承装置のために設けられた距離センサの範囲内において、当該のセンサの作用のために十分に透過性であると有利である。距離センサと、三次元的な符号化部を検出するための少なくとも１個の位置センサは、例えば磁気センサまたは誘導性センサとして形成可能である。

次の記載において、図を参照して本発明の他の目的、特徴および有利な実施形を説明する。

物体を保持、位置決めおよび／または移動させるための装置を示す概略的な斜視図である。 電子ユニットを有する制御回路を備えた磁気支承装置の概略図である。 搬送方向に対して垂直な平面内に配置された全部で４個の磁気支承装置を備えた装置の概略的な横断面図である。 さらに永久磁石装置を備えた装置の、図３の代わりの実施形を示す。 支持体の他を示す他の概略図である。

図１は、物体１を保持、位置決めおよび／または移動させるための装置の斜視図である。装置１は一般的に定置して配置された基礎３０を備えている。この基礎上には、２本の案内レール３２、３４が互いに平行に配置されている。案内レールは装置１のための搬送方向２を定める。案内レール３２、３４上には、支持体５０が積極的に制御可能な複数の磁気支承装置（Ｍａｇｎｅｔｌａｇｅｒ）１０によって非接触支承されている。図２には、このような磁気支承装置１０の原理的な構造が示してある。

磁気支承装置１０は制御回路１１を備えている。この制御回路は距離センサ２０と設定値発信器２５とコントローラ２２と増幅器２４と電磁アクチュエータ１２を互いに接続している。電磁石の形に形成されたこの電磁アクチュエータ１２は、電子信号を供給可能なコイル１６と、フェライトコアまたは鉄心１４を備えている。電磁アクチュエータ１２は電磁石の代わりに、双方向に作用するローレンツアクチュエータまたは可動コイル形アクチュエータとして形成可能である。コントローラ２２によって発生可能な制御信号は増幅器２４によって増幅され、相手方部材１８に作用する力を発生するためにコイル１６に供給される。相手方部材１８は基礎３０上の案内レール３２、３４に沿ってまたは案内レール上に配置されている。相手方部材１８は強磁性または永久磁石である。相手方部材は一般的に基礎３０上の案内レール３２、３４に対して平行に延在している。

一般的に電磁アクチュエータ１２のすぐ近くに配置された距離センサ２０は相手方部材１８または支持体５０との間隔２６を持続的に測定する。距離センサ２０によって測定された間隔２６は間隔信号の形で設定値発信器２５に供給される。この設定値発信器は例えば図１に示した中央制御装置２９に接続されている。この中央制御装置は例えば基礎３０と支持体５０の間の維持すべき間隔２６の設定値を設定する。設定値と実際置は設置発信器２５において互いに比較され、対応する比較信号がコントローラ２２に供給される。このコントローラはこの比較信号から、電磁アクチュエータ１２の制御のための制御信号を発生し、増幅器２４に供給する。

最後にコイル１６に供給可能な増幅された制御信号は、支持体５０と基礎３０の間の設定された間隔２６が維持されるように、そして要求された間隔２６から偏差がある場合には電磁アクチュエータ１２から出力される力が間隔２６を維持するために動的に適合されるように演算および決定されている。

磁気支承装置１０の電子部品は本例では電子ユニット１５内に少なくとも論理的にまとめられている。例えば増幅器２４、コントローラ２２、設定値発信器２５、距離センサ２０のようなすべての電子部品は、例えば１個の一体化された回路の形をした共通の基板に配置可能である。従って、電子ユニット１５用の必要スペースと、それに伴う配線コストは最小限に抑えられる。

さらに、図２に示した実施形では、運動センサ２８が支持体５０上に、一般的には電磁アクチュエータ１２のすぐ近くに設けられている。運動センサ２８も電子ユニット１５および制御回路１１に統合することができる。運動センサ２８は特に加速度センサおよび／または速度センサとして形成されている。加速度センサ２８によって運動状態、特に支持体５０の振動状態または共振状態を測定可能または検出可能である。

支持体５０上に配置された加速度センサ２８によってさらに、基礎３０の万一の振動状態または共振状態が測定可能であり、しかも特に加速度センサ２８によって検出された信号と距離センサ２０によって検出可能な信号の組み合わせによって測定可能である。距離センサ２０が例えば時間と共に変化する、基礎３０と支持体５０の間の間隔を検出し、運動センサ２８によって運動が検出されないかまたは無視できるほど小さな運動しか検出されないと、これは、基礎３０が励振されているかあるいはそうでない場合には機械的な擾乱、例えば衝撃を受けている徴候を示す。従って、運動センサ２８と距離センサ２０の組み合わせがシステムの擾乱や振動を検出することができるので、磁気支承装置１０はこのような擾乱または振動を減衰するために適切に制御可能である。運動センサ２８によって発生可能な運動信号は同様に制御回路１１のコントローラ２２に供給可能である。この運動信号は基礎３０上での支持体５０の支承部の緩衝または振動減衰のために役立つ。そのため、コントローラ２２は、振動を減衰するように運動センサ２８の信号を処理する振動減衰部２３を備えることができる。

図１に略示するように、支持体５０の上方に複数の磁気支承装置１０が分配されて配置されている。各磁気支承装置１０は固有の制御回路１１と、それに伴い固有の電子ユニット１５を備えている。これにより、各磁気支承装置１０は基礎３０と支持体５０の間の設定された間隔２６をほぼ独立して維持する。装置１はさらに、駆動装置３８を備えている。この駆動装置は少なくとも、基礎３０と相対的な支持体５０の非接触直線運動を提供する。駆動装置３８は特にリニアモータとして形成されている。駆動装置は例えば図１の実施の形態では側方の案内レール３２、３４の間において延在する駆動レール３６を備えている。この駆動レール３６は永久磁石構造体４２または強磁性材料を備えている。支持体５０上に配置されたコイル構造体４０がこの永久磁石構造体と磁気的に相互作用することができる。ここでも、駆動装置３８の給電可能な構成要素はすべて支持体５０上に配置されている。

駆動装置は非同期電動機の形またはリラクタンス駆動装置の形に形成することもできる。駆動装置の実施形に応じて、駆動レール３６は永久磁石材料または強磁性材料で作ることができるかあるいはこのような材料を備えることができる。非同期電動機の実施形の場合、駆動レールはアルミニウムまたは他の金属を備えることができるかまたはこのような金属で作ることができる。図１にはさらに、支持体５０のための中央のエネルギー供給装置５２が示唆されている。図示した実施の形態では、エネルギー供給装置５２は引きずりケーブル（Ｋａｂｅｌｓｃｈｌｅｐｐｅ）として形成されている。この引きずりケーブルは他端が例えば基礎３０上に配置されている。可撓性に形成された引きずりケーブルは基礎３０の案内レール３２、３４に沿った支持体５０の非接触移動または非接触滑走を可能にする。

各磁気支承装置１０が固有の電子ユニット１５を備えることができるときにも、支持体５０は中央制御装置２９を備えることができる。この中央制御装置は例えばすべての磁気支承装置１０に、特にその電子ユニット１５にデータ技術的に接続されている。

図３に係る、物体を保持、位置決めおよび／または移動させるための装置のきわめて簡略化した概略横断面図では、基礎３０が上側に位置している。この基礎には支持体５０が懸吊されて支承されている。この場合一般的に、基礎３０と支持体５０には、互いに対応して形成された成形区間、例えばＬ字形またはＴ字形の成形区間が設けられ、この成形区間によって、支持体５０を基礎３０上に確実に支持して支承することができる。

図３の実施形では、搬送方向２に対して横向きまたは垂直に配置された水平な２個の磁気支承装置１０が上向きに、すなわち基礎３０の方に向けて設けられている。磁気支承装置の電磁アクチュエータ１２は特に、基礎に対して、特に基礎上に配置された相手方部材１８に対して引きつけ相互作用をするように形成されている。図３において幾分下方に示した他の両磁気支承装置１０は、基礎３０上の横方向安定化装置または側方安定化装置５０としての働きをする。本例では、中央の案内レール３５が示してある。この案内レールは基礎３０の構成部材であり、場合によっては基礎３０に統合してあるいは基礎と一体に形成されている。案内レール３５により、それに対して対向して支持体５０上に配置された２個の磁気支承装置１００がそれぞれ引きつけ相互作用することができる。水平方向（ｘ）に作用する各磁気支承装置１００は、横方向（ｘ）、従って搬送方向２（ｚ）に対して垂直方向と、鉛直方向（ｙ）に対して垂直方向、すなわち重力に対して垂直方向において設定された間隔２６を維持する働きをする。

図３にはさらに、支持体５０上に配置された駆動装置３８のコイル構造体４０が示してある。このコイル構造体は永久磁石構造体４２に沿ってまたは駆動レール３６に沿って支持体５０を前進させるように形成されている。

さらに、基礎３０上には、三次元的な符号化部４４が搬送方向２に配置されている。この符号化部は支持体側に配置された位置センサ４６によって読み取ることができる。位置センサ４６は特に、図１に略示した中央制御装置２９に接続可能であり、支持体５０の位置に対応する位置信号を発生することできる。これにより、支持体５０は搬送方向２（ｚ）における位置を自動的に検出することができる。

案内レール３５に対向して配置された、それぞれ引きつけ力を発生する２個の磁気支承装置１００の代わりに、例えばローレンツアクチュエータまたは可動コイル形アクチュエータのような双方向に作用する電磁アクチュエータを備えた磁気支承装置を１個だけ設けてもよい。

図４には、図３の装置１の変形実施形が示してある。この場合、基礎３０が支持体５０の下方にある。この場合、支持体５０の重力を少なくとも部分的に相殺する磁気支承装置１０は、下向きに作用する反発力を基礎３０に加えるためのローレンツアクチュエータとして形成されているかあるいは相手方部材または基礎３０に対する引きつけ力を発生するための電磁石として形成されている。図示した実施の形態では、各磁気支承装置１０は永久磁石ユニット５４を備えている。ここでは、支持体側において個々の磁気支承装置１０の範囲にそれぞれ永久磁石５６が設けられている。この永久磁石は例えば、図４に一部だけを示した案内レール３２、３４に対して引きつけ相互作用する。

永久磁石装置５４については多彩な実装が考えられる。図４の図示の代わりに、案内レール３２、３４またはその範囲を永久磁石でまたは強磁性に形成することができ、これに対応する強磁性または永久磁石の要素５６が支持体５０に設けられている。さらに、永久磁石装置５４の実装も、図４に示した、支持体５０と基礎３０の構造に限定されない。図３に示すような懸吊構造についても同じように、永久磁石装置を実装することができる。

この場合、案内レール３２、３４はＴ字形断面を有する。当該の磁気支承装置１０の永久磁石５６は案内レール３２、３４のＴ字形断面区間と板状に形成された基礎３０の表面との間に配置されている。永久磁石ユニット５４によって、支持体５０の重力の少なくとも一部を相殺することができる。永久磁石ユニット５４から出力されて基礎３０に作用する支持力を、支持体５０の重力よりも大きくすることもできる。それによって、支持体５０を安定した非接触状態で基礎３０に支承するために、当該の磁気支承装置１０の電磁アクチュエータ１２は永久磁石ユニット５４に反作用する調節力を発生することができる。

図３と図４にはさらに、例えば引きずりケーブルとして形成されたエネルギー供給装置５２による、支持体５０のエネルギー供給が略示されている。この場合、エネルギー供給装置５２は真空に適合した導体貫通部５８によって、支持体５０のケーシング６０の内部に案内されている。導体貫通部５８は特に十分に気密に形成されているので、支持体５０の内部に必然的に設けられる中空室を十分に真空封止的に形成することができる。これにより、例えば支持体５０の中空室内に存在する物質による、真空環境の汚染を十分に閉め出すことができる。

図５に係る他の概略的な図示では、支持体５０の十分に閉鎖されたケーシング６０が示してある。搬送方向２に対して垂直に切断された支持体５０は、切断面内に４個の磁気支承装置１０、１００を備えている。上側に示した両磁気支承装置１０は重力に逆らうように作用する。一方、下側に示した両磁気支承装置はそれぞれ横方向安定化および側方安定化のために設計されている。例えば図１に示唆するように、搬送方向２にまたは基礎３０の案内レール３２、３４の縦方向に、このような磁気支承装置構造体を複数個設けることができる。

図５において電磁アクチュエータ１２を装備した各磁気支承装置１０は固有の電子ユニット１５を備えている。この電子ユニットはそれぞれ、当該の磁気支承装置１０、１００の電磁アクチュエータ１２のすぐ近くに配置されている。コイル構造体４０も位置センサ４６も、支持体５０の十分に閉鎖されたケーシング６０内に配置されている。装置１の電気制御可能な要素、信号処理要素または信号発生要素のすべてが支持体５０上に配置されていることにより、配線コストを低減することができ、従って装置の真空適合性が改善される。この構造はさらに、電子部品を備えていない、それに伴い低コストで頑丈な基礎３０の形成を可能にする。

１ 保持、位置決めおよび／または搬送装置
２ 搬送方向
１０ 磁気支承装置
１１ 制御回路
１２ 電磁石
１４ 鉄心
１５ 電子ユニット
１６ コイル
１８ 相手方部材
２０ 距離センサ
２２ コントローラ
２３ 振動減衰部
２４ 増幅器
２５ 設定値発信器
２６ 間隔
２８ 運動センサ
２９ 中央制御装置
３０ 基礎
３２ 案内レール
３４ 案内レール
３５ 案内レール
３６ 駆動レール
３８ 駆動装置
４０ コイル構造体
４２ 永久磁石構造体
４４ 符号化部
４６ 位置センサ
５０ 支持体
５２ エネルギー供給装置
５４ 永久磁石装置
５６ 永久磁石
５８ 導体貫通部
６０ ケーシング
１００ 磁気支承装置

Claims (14)

1. 物体（５２）を保持、位置決めおよび／または移動させるための装置であって、
   基礎（３０）と、この基礎（３０）と相対的に移動可能なキャリア（５０）を具備し、
   少なくとも３個の磁気軸受（１０、１００）を具備し、この磁気軸受によって前記キャリア（５０）が前記基礎（３０）上で非接触支承され、
   前記磁気軸受（１０、１００）の少なくとも２個が能動的に制御可能な磁気軸受（１０、１００）として形成され、能動的に制御可能な各磁気軸受は相手方部材（１８）と磁気的に相互作用する電気的に制御可能な電磁アクチュエータ（１２）を備え、
   この電磁アクチュエータは、前記基礎（３０）と前記キャリア（５０）の間を設定された間隔に維持するために電子ユニット（１５）によって能動的に制御可能であり、
   前記磁気軸受（１０、１００）の少なくとも２個の電磁アクチュエータ（１２）と前記電子ユニット（１５）が前記キャリア（５０）上に配置され、
   さらに、少なくとも１つの搬送方向（２）に沿って前記基礎（３０）と相対的に前記キャリア（５０）を移動させるための駆動装置（３８）を具備し、この駆動装置（３８）が前記基礎（３０）上に配置された永久磁石構造体（４２）と、前記キャリア（５０）上に配置され前記永久磁石構造体（４２）と相互作用するコイル構造体（４０）とを備えている、装置。
2. 能動的に制御可能な各磁気軸受（１０、１００）には、前記基礎（３０）と前記キャリア（５０）の間の間隔（２６）を測定するための距離センサ（２０）が前記キャリア（５０）上に設けられている、請求項１に記載の装置。
3. 能動的に制御可能な各磁気軸受（１０、１００）には、前記距離センサ（２０）によって検出可能な間隔（２６）に依存して前記電磁アクチュエータ（１２）を制御するように形成された電子ユニット（１５）が前記キャリア（５０）上に設けられている、請求項２に記載の装置。
4. 前記電子ユニット（１５）としては、少なくとも２個の前記磁気軸受（１０、１００）に接続されたものであるか、あるいは、すべての能動的な磁気軸受（１０、１００）に接続された中央制御装置（２９）で実現したものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 少なくとも１個の相手方部材（１８）を備えた、搬送方向（２）に沿って延在する少なくとも１本の案内レール（３２、３４）が前記基礎（３０）上に配置され、前記相手方部材が前記電磁アクチュエータ（１２）と磁気的に相互作用する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 少なくとも１つの搬送方向（２）に沿って延在する三次元的な符号化部（４４）が前記基礎（３０）上に配置され、この符号化部が前記キャリア（５０）上に配置された位置センサ（４６）によって読み取り可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記磁気軸受（１０）の少なくとも１個が永久磁石ユニット（５４）と、この永久磁石ユニット（５４）と相互作用する電気的に制御可能な電磁アクチュエータ（１２）を備えている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 少なくとも１個の磁気軸受（１０）の永久磁石ユニットが前記キャリア（５０）に作用する支持力（Ｓ）を発生するように形成され、この支持力が前記キャリアの重力（Ｇ）よりも大きく、前記電磁アクチュエータ（１２）が前記支持力（Ｓ）に反作用する調節力を発生するように形成されている、請求項７に記載の装置。
9. 前記電子ユニット（１５）に接続された少なくとも１個の運動センサ（２８）が前記キャリア（５０）上に配置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 能動的な磁気軸受（１０、１００）の電気的に制御可能な、信号を処理するかまたは信号を発生するすべての構成要素（１５、１６、２０、２２、２４、２５、２８）が前記キャリア（５０）上に配置されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記キャリア（５０）が位置変更可能なエネルギー供給装置（５２）に接続されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記エネルギー供給装置（５２）が引きずりケーブルとして、長さ変更可能な可撓性のらせんケーブルとしてあるいは誘導形エネルギー供給部として形成されている、請求項１１に記載の装置。
13. 前記エネルギー供給装置（５２）がデータ伝送装置および／または冷却媒体供給部を備えている、請求項１１または１２に記載の装置。
14. 前記キャリア（５０）が真空封止的に形成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置。

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