JPH01227672A - 超電導部材を利用した駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 超電導部材のマイスナー効果または磁力を利用した駆動
機構に関し、 簡単かつコンパクトな構造で強力な駆動力が得られるよ
うにすることを目的とし、 ガイド部材に沿って移動部材を移動させる駆動機構にお
いて、前記ガイド部材又は前記移動部材の少なくともい
ずれか一方に超電導部材を設け、該超電導部材のマイス
ナー効果または磁力を利用して前記ガイド部材を浮上状
態で移動させるようにした構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は超電導部材のマイスナー効果または磁力を利用
した駆動機構に関する。

〔従来の技術〕

移動部材である昇降機本体を昇降させる従来の自動昇降
装置の駆動機構には、ワイヤを使って昇降機本体を引っ
張る方式のものや、油圧を使って昇降機本体を押し上げ
たりする方式のものがある。

また、第１４図乃至第１６図に従来の他の各種駆動機構
を示す。

第１４図は送り機構として使用されるｘ−ｙテーブル方
式の駆動機構の構造を示す斜視図で、被加工物等をセッ
トするステージ１はガイド２に案内されてＸ方向に移動
し、ガイド２が設けられたベース３は固定されたガイド
４に案内されてＸ方向に移動する。すなわち、ステージ
１はｘ−ｙ平面内を送り駆動される。

第１５図は半導体製造用に使用される駆動機構の構造を
示す斜視図で、ウェハは２−α−βステニジ５上にセッ
トされる。６はステージ５のＸ方向の移動を案内するｙ
ステージ、７はステージ６のＸ方向の移動を案内する′
Ｘステージである。セットされたウェハに対する回路パ
ターン形成は、該ウェハ上にマスクを介し光を照射する
ことにより行われるが、このときのマスクとウェハの位
置ずれを補正するために、ステージ５をｘ、ｙ、ｚの３
方向と、Ｘ軸、ｙ軸の回りの回転方向（α。

β）に動かす必要がある。このため、ｙステージ６上に
アクチュエータ８Ｉ、８□、８３を設け、ステージ５を
２方向とα、β方向に動かす構成がとられている。

第１６図はうエバ１００を工程間等で搬送するのに使用
される駆動機構の構造を示す斜視図で、ウェハ１００は
、矢印方向に駆動される１対のベルト９，９′により搬
送される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、これらの従来構造はそれぞれ次の欠点を有して
いた。

自動昇降装置の場合； 装置が大がかりになり、かつ強い駆動力を得るためには
駆動系が大きなものになるといった問題がある。この問
題を解決するため、エアーシュータ方式も採用されてい
るが、この方式は、構造は簡単になるが、反面強い駆動
力を得るのに大きな圧縮ポンプを必要とする。また、こ
れらの駆動系では、騒音等も問題となっている。

第１４図の場合； Ｘ軸方向への送り機構とｙ軸方向への送り機構とを重ね
合わせる構成で、しかもそれぞれに対して送りねじ方式
やりニアモータ方式による駆動手段を設ける必要があり
、大型化は免れない。さらに、広い可動範囲を確保する
ためには、ガイドを延長する必要があり、これも装置大
型化の要因となっている。

第１５図の場合； ３ステージを重ねる構造で、装置が大型になる。

さらに、各ステージのガイド機構を工夫しないと、接触
部から塵が入り、回路パターン欠陥を引き起こす。

第１６図の場合； ベルトと、該ベルトを駆動するプーリとが接触しており
、この部分から塵が出て品質上問題となっている。また
エア等によりウェハを浮上させる方式も併用されること
があるが、クリーンルームのダウンフローを乱し、塵が
舞い上がる。

本発明は簡単かつコンパクトな構造で強力な駆動力が得
られるようにすることのできる超電導部材を利用した駆
動機構を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕　　□ 上述の目的を達成するため、本発明では、ガイド部材に
沿って移動部材を移動させる駆動機構において、前記ガ
イド部材又は前記移動部材の少なくともいずれか一方に
超電導部材を設け、該超電導部材のマイスナー効果また
は磁力を利用して前記ガイド部材を浮上状態で移動させ
るようにした構成とする。

〔作　用〕

移動部材は超電導部材のマイスナー効果により浮上状態
で移動するため、移動時の抵抗力は小さくなり、塵も発
生しない。

また、超電導部材として超電導電磁石又は超電導コイル
を用い、これらの部材から発生する磁界を利用して移動
部材を駆動するようにした場合は、これらの部材は比較
的小型でも強力な磁界を発生できるため、構造はコンパ
クトになり、駆動系も簡単になる。

〔実施例〕

以下、第１図乃至第１３図に関連して本発明の詳細な説
明する。

第１図乃至第４図に第１の実施例を示す。

本実施例は、自動昇降装置に適用したもので、超電導磁
・石と超電導コイルの間の斥力と引力を利用して駆動を
行うようになっている。

第１図は超電導部材を利用した駆動装置の構造概要説明
図で、図中、１１は運搬台等の昇降機本体゛（移動部材
）、１２はガイド部材である。

昇降機本体１１の上部にはＳ極の超電導磁石（超電導部
材）１３が、下部にはＮ極の超電導磁石（超電導部材）
１４がそれぞれ張り付けられている。

ガイド部材１２は、垂直に配置された非磁性体の筒状部
材１５に一定間隔で複数の超電導コイル（超電導部材）
１６を巻装して構成され、これらの各超電導コイル１６
は個別に定電流アンプに接続されている。各超電導コイ
ル間の間隔Ｓは、昇降機本体１１の長さしより大きくな
っている。上述の昇降機本体１１は、このガイド部材１
２の筒状部材１５内に嵌合して上下に移動できる形状を
有している。

このような構成の駆動機構による昇降機本体１１の駆動
要領を第２図により説明すると次の通りである。

昇降機本体１１が第２図（ａ）に示すようにｎ番目のコ
イル１６の上にあるとき、ｎ番目のコイル１６の上部が
Ｎ極で１．−、＋１番目のコイル１６の下部がＮ極にな
るように両コイル１６に通電（オン）する。この場合、
昇降機本体１１は、ｎ番目のコイル１６により上方向へ
の強い斥力を、ｎ＋１番目のコイル１６により上方向へ
の強い引力をそれぞれ受けて上昇する。そして、昇降機
本体１１の上部がｎ＋１番目のコイル１６に達したとき
、第２図（ｂｌに示すようにｎ＋１番目のコイル１６を
オフにしｎ＋２番目のコイル１６を下部がＮ極となるよ
うにオンにする。その後昇降機本体１１が第２図（Ｃ）
に示すようにｆｉ＋１ｎ＋１番目ル１６の上に来たとき
、ｆｉ＋１ｎ＋１番目ル１６を上部がＮ極となるように
オンにし、ｎ番目のコイル１６をオフにする。この繰り
返しにより、昇降機本体１１は上昇して行く。この動作
時における昇降機本体１１の位置Ｘと各コイル１６に流
す電流の関係は第３図に示すようになる。下降の場合に
は、上述と逆の動作により第２図の（ｅ）　−（ｂ）→
（ａ）の順で下降する。この下降時には、昇降機本体１
１自身の重力を利用し、上昇のときに使用した斥力と引
力の和が重力以下となるように電流を制御して昇降機本
体１１を下降させる。この方式では、重力とコイルに流
す電流の関係のみで上昇、下降の速度、加速度を制御で
きるが、その場合の運動方程式は次式で表わされる。

Ｍａ＝Ｃｏ（ｉ、ｘ）−Ｍｇ−Ｆ　　　・・・・・・（
１）但し、上向きは正、Ｍは昇降機本体の質量、ａ−加
速度、Ｘは位置、ｉは電流、Ｃｏ　（ｉ＋　ｘ）は電流
ｉでＸにある昇降機本体に対し２つのコイル（上。

下）が発生する力の和、ｇは重力加速度、Ｆはガイド部
分や空気抵抗による摩擦力である。

第１図に示したリミットセンサ群１７は、昇降機本体１
１の位置、速度、加速度を知るためのものである。

上述の説明における超電導磁石、超電導コイルの極性を
すべて逆転しても同様の作用が得られる。

また、上述の説明では昇降機本体を上下方向に移動させ
る例について述べたが、移動方向が重力方向と同じでな
くてもコイルのみで力を発生できるので、ガイド部材が
横向きでも斜め方向でも中の昇降機本体を駆動すること
ができる。

第４図は上述の動作を実現するための制御プロツク図で
、指令値は計算機１８に入力され、該計算機１８は、ス
イッチング回路１９を介し各コイル１６への電流供給を
制御する。なお、計算機１８からの出力のＤ／Ａ変換及
び増幅は、変換器２０及び増幅器２１により行われる。

この制御時における計算機１８への位置情報はリミット
センサ群１７により与えられる。

上述のように、本例では、強力な磁界が得られる超電導
磁石及び超電導コイルを使用しているため、強力な駆動
力を得ることができ、構造も簡単でコンパクト化が可能
である。

第５図及び第６図に第２の実施例を示す。

本例はｘ−ｙ平面内での送り駆動を行うもので、第５図
（ａｌは駆動機構の構造を示す平面図、第５図（ｂ）は
第５図（ａ）のイーイ断面矢視１図である。図中、３１
はガイド部材である超電導体の基板（超電導部材）、３
２は基板３１上に対向して設けられた移動テーブル（移
動部材）で、移動テーブル３２の中央には磁石（又は電
磁石）３３が設けられ、周囲には電磁石３４ａ、３４ｂ
、３４ｃ、３４ｄが基板３１に対しθだけ傾けて配設さ
れている。

移動テーブル３２は、基板３１との間のマイスナー効果
により浮上する。そして、各電磁石３４８〜３４’ｄの
起磁力を制御すれば、上記マイスナー効果による反発力
を制御することになるが、各電磁石３４’ａ〜３４ｄは
上述のように傾いているため、ｘ、　　ｙ方向の推進力
が得られ、ｉの推進力を制御することによって、移動テ
ーブル３２をＸ−ｙ平面内で移動させることが可能とな
る。このことを詳しく説明すると次の通りである。

＋Ｘ方向へ移動テーブル３２を移動させたい場合には、
電磁石３４ｂを主に制御し、−Ｘ方向へ移動させたい場
合は、電磁石３４ａを制御する。

このとき、電磁石３４ｃ、３４ｄは、ｙ方向へのずれを
抑制するために制御される。

第６図は第５図の駆動機構の駆動制御系説明図で、３５
ａ、３５ｂは位置センサ（レーザ測器）、３６は測定用
のミラー、３７は制御部、３８ａ。

３８ｂ、・・・、３８ｅは増幅用のアンプである。制御
部３７は、位置センサ３５ａ、３５ｂの値を読み取り、
アンプ３８ａ〜３８ｄ、アンプ３８ｅを通して電磁石３
４ａ〜３４ｄ、磁石３３　（電磁石の場合）を制御する
。

本例の場合は、装置の小型、軽量化を可能にする。また
、テーブル可動範囲の拡大は基板の拡大だけで実現され
、移動部材の大型化を防ぐことができる。

第７図乃至第１１図に第３の実施例を示す。

本例はウェハの回路パターン形成（マスクを介し光を照
射）に使用されるウェハセット用のステージを駆動する
もので、第７図は超電導部材を利用した駆動機構の構造
説明図である。第７図において、４１は第１５図のステ
ージ５に相当するステージ（移動部材）、４２は第１５
図のｙステージ６に相当するベース（ガイド部材）であ
る。

ステージ４１は、第８図に詳細を示すように、円板状本
体４３の外周を３等分する位置Ａ、Ｂ及びＣに、図示の
ような山形形状の磁石４４をそれぞれ設けて構成されて
いる。これらの各磁石４４の上下面の磁極は、位置Ａに
ついて第７図に示し１ま た通りである。このステージ４１は、ベース４２の凹部
４５内に配置されている。

ベース４２は、ステージ４１の各位置Ａ、Ｂ。

Ｃに対向する位置に、位置Ａに対応する部分について第
７図に例示したように、磁石４４の山形の上、下面に対
向する超電導電磁石（超電導部材）４６、．４６□を備
えている。

ところで、磁力により重力に抗してステージを浮上させ
かつその点で強い拘束を持たせるためには強力・な磁力
が必要であり、通常の常電導電磁石を用いた場合、強力
な磁力を発生させるためには大電流が必要になる。大電
流を流すと、磁石は発熱してしまう。

本例の場合は、超電導電磁石の採用により、発熱を抑え
て強力な磁力を発生させてステージ４１を浮上させ、第
１５図で説明したようなＸ、３’＋２、α、βの５つの
自由度を持たせるもので、次にその作用を説明する。

超電導電磁石４６Ａ＋　、４６Ａ２に通電することによ
り発生した磁力は磁石４４と反発する。この超電導電磁
石４６Ａ＋　、４６Ａｚに流す電流を制御することによ
り、第９図に示す反発力Ｆａｌ　。

Ｆａ２が発生する。このＦａＩ、Ｆａ２は水平方向の力
Ｆａｃと垂直方向の力Ｆａｕに分解することができる。

Ａ、Ｂ、’Ｃ位置での水平方向の力Ｆａｃ。

Ｆｂｃ、　　Ｆｅｃは、第１０図に示すように、Ｘ方向
のＦｘとｙ方向の力Ｆｙに分解することができる。

また、垂直方向の力Ｆａｕ、　’Ｆ’ｂｕ、　　Ｆｃｕ
は、第１１図に示すように、重心Ｇの垂直方向（２方向
）の力Ｆｚと、Ｘ軸、Ｙ軸の回りのモーメントＦα。

Ｆβに分解できる。

以上により、各位置Ａ、Ｂ、Ｃの超電導磁石４６１．４
６□の電流を制御することにより、５方向の力Ｆｘ、Ｆ
ｙ’、Ｆｚ、Ｆα、Ｆβを発生し、５自由度を持つこと
ができる。

上述の説明ではステージ側に永久磁石を用いてベース側
に超電導電磁石を用いたが、この逆でも良く、また両方
とも超電導のものでも良い。

本例の場合は、アクチュエータとガイドを兼ねた超電導
磁石による簡単な６自由度ステージを構成することがで
き、構造をコンパクトにできる。

また接触部分がないので塵も出さない。

第１２図及び第１３図に第４の実施例を示す。

第１２図は超電導部材を利用した駆動機構の構造説明図
で、図中、５１はウェハ１００搬送用の搬送台（移動部
材）、５２はベース（ガイド部材）である。

搬送台５１は、Ｕ字型の超電導部材５３と、１対の磁石
５４とを備えている。

ベース５２は凹部５５を有し、該凹部５５の周壁には、
電磁石５６と、電磁石５７が設けられており、搬送台５
１は図示のように凹部５５内に配設される。

搬送台５１は、電磁石５６と超電導部材５３との間のマ
イスナー効果により浮上するが、超電導部材５３の両側
の垂直部分と電磁石５７との間に働く反発力によって軌
道上に拘束される。また、電磁石５７は、磁石５４との
間でリニアモータを構成し、図の紙面と垂直方向に並べ
た電磁石５７を次々に切り替えて行（と駆動力が発生し
、１般送台５１は浮上状態で図の紙面と垂直方向に移動
してウェハ１００を搬送する。

第１３図に応用例を示す。本例の場合は、凹部５５′が
Ｖ型になっており、搬送台５１′もこれに合った形状と
なっている。５３′は超電導部材、５４′は磁石、５７
′は電磁石である。この場合は、電磁石５７′が浮上と
軌道拘束を兼ねる。

本例の場合も、構造は簡単かつコンパクトで、しかも強
力な駆動力が得られる。また塵は発生せず、ダウンフロ
ーも乱されない。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、簡単かつコンパク
トな構造で強力な駆動力を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の超電導部材を利用した
駆動装置の構造概要説明図、 第２図（ａ）、　（ｂｌ、　（Ｃ）は同昇降機本体駆動
要領説明図、 第３図は同各コイルへの通電タイミングを示すグラフ、 第４図は同昇降機本体駆動用制御ブロック図、第５図（
ａＬ　（ｂ）は本発明の第２の実施例の超電導部材を利
用した駆動機構の構造説明図、第６図は第５図の駆動機
構の駆動制御系説明図、第７図は本発明の第３の実施例
の超電導部材を利用した駆動機構の構造説明図、 第８図は第７図のステージの詳細を示す斜視図、第９図
は第３の実施例のステージの位置Ａでの反発力説明図、 第１０図は同ステージの各位置での反発力説明図、 第１１図は同ステージの各位置での反発力による５方向
の力の説明図、 第１２図は本発明の第４の実施例の超電導部材を利用し
た駆動機構の構造説明図、 第１３図は同応用例の構造説明図、 第１４図は従来の送り機構として使用されるＸ−ｙテー
ブル方式駆動機構の構造を示す斜視図、第１５図は従来
の半導体製造用駆動機構の構造を示す斜視図、 第１６図は従来のウェハ搬送用駆動機構の構造を示す斜
視図で、 図中、 １１は昇降機本体（移動部材）、 １２はガイド部材、 １３．１４は超電導磁石（超電導部材）、１６は超電導
コイル（超電導部材）、 ３１は基板（超電導部材であるガイド部材）、３２は移
動テーブル（移動部材）、 ４１はステージ（移動部材）、 ４２はベース（ガイド部材）、 ４６、．４６□は超電導電磁石（超電導部材）、５１．
５１’は搬送台（移動部材）、 ５２はベース（ガイド部材）、 ５３．５３’は超電導部材である。 ゝン　　　　÷　　　　【 Ｃ口 ｙ、Ｊ 第１５図 従来のウェハ搬送用駆動機構の＠造を示す斜視図第１６
図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ガイド部材に沿って移動部材を移動させる駆動機構にお
   いて、 前記ガイド部材又は前記移動部材の少なくともいずれか
   一方に超電導部材を設け、該超電導部材のマイスナー効
   果または磁力を利用して前記ガイド部材を浮上状態で移
   動させるようにしたことを特徴とする超電導部材を利用
   した駆動機構。