JPS58175020A - 二次元精密位置決め装置 - Google Patents
二次元精密位置決め装置Info
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- JPS58175020A JPS58175020A JP57056344A JP5634482A JPS58175020A JP S58175020 A JPS58175020 A JP S58175020A JP 57056344 A JP57056344 A JP 57056344A JP 5634482 A JP5634482 A JP 5634482A JP S58175020 A JPS58175020 A JP S58175020A
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- coil
- coils
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70716—Stages
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/70758—Drive means, e.g. actuators, motors for long- or short-stroke modules or fine or coarse driving
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
- H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/18—Machines moving with multiple degrees of freedom
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Linear Motors (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、載物台を高速高精度に移動させて、精密な位
置決めを行なう装置に関する。
置決めを行なう装置に関する。
本発明の目的は特に、半導体製造装置等に使用される極
めて高精度な載物台を二次元に、高速高テップモーター
又は、回転型直流サーボモーターを使用し、送りネジ等
で回転運動を直線運動に変換する方法が一般的であり、
その構造」−１ミクロン以下の微少な動きを載物台に与
える事はむづかしく、又、分解能を得ようとするとネジ
のピッチが細かくなる事などにより一般的には移動速度
も遅い。このため載物台を二重構造にし、微少な変位を
別に与える構造をとる例が多く、機械的に複雑となり高
価であった。一方、最近はＤＣＩＪニアモーターの開発
が進み、１」クロン以下の高分解能と高速な移動の双方
に非常に良い結果が得られている。しかしネジ送りによ
る方法も、リニアモーターによる方法も、共に載物台に
は直線運動を与える事しかできないにもかかわらず一般
的には載物台は平面上を二次元運動しなければならない
場合が多く、それぞれ直交する線型駆動源と、その駆動
方向以外の動きを拘束するガイドレール等を用いてＸ−
Ｙ直交座標系を構成するのが一般的であった。
めて高精度な載物台を二次元に、高速高テップモーター
又は、回転型直流サーボモーターを使用し、送りネジ等
で回転運動を直線運動に変換する方法が一般的であり、
その構造」−１ミクロン以下の微少な動きを載物台に与
える事はむづかしく、又、分解能を得ようとするとネジ
のピッチが細かくなる事などにより一般的には移動速度
も遅い。このため載物台を二重構造にし、微少な変位を
別に与える構造をとる例が多く、機械的に複雑となり高
価であった。一方、最近はＤＣＩＪニアモーターの開発
が進み、１」クロン以下の高分解能と高速な移動の双方
に非常に良い結果が得られている。しかしネジ送りによ
る方法も、リニアモーターによる方法も、共に載物台に
は直線運動を与える事しかできないにもかかわらず一般
的には載物台は平面上を二次元運動しなければならない
場合が多く、それぞれ直交する線型駆動源と、その駆動
方向以外の動きを拘束するガイドレール等を用いてＸ−
Ｙ直交座標系を構成するのが一般的であった。
本発明の目的は、二次元に移動可能な電流運動変換装置
を供給する事により二重構造やガイドレールによらず簡
単な機構によって、高速かつ高精度に二次元の位置決め
を行なう装置を供給する事にある。
を供給する事により二重構造やガイドレールによらず簡
単な機構によって、高速かつ高精度に二次元の位置決め
を行なう装置を供給する事にある。
以下、図面によって、本発明に係る二次元精密位置決め
装置の一例について説明する。
装置の一例について説明する。
第１１図は、本発明に係る二次元精密位置決め装置の一
例の略図及び構成を示したものである。
例の略図及び構成を示したものである。
第１１図に於いて、１５０が載物台で、この例では、矢
印１５１，１５２及び１５３で示す方向にのみ移動可能
である。以後第１１図に関して、矢印１５１の方向をＸ
方向、矢印１５２の方向をＹ方向、矢印１５３の方向を
θ方向と呼ぶ。載物台は、例えば、１５７に示す如く、
平板型静圧空気軸受を配置する事などにより、極めて軽
い力で、Ｘ、Ｙ及びθ方向に動かす事が可能である。
印１５１，１５２及び１５３で示す方向にのみ移動可能
である。以後第１１図に関して、矢印１５１の方向をＸ
方向、矢印１５２の方向をＹ方向、矢印１５３の方向を
θ方向と呼ぶ。載物台は、例えば、１５７に示す如く、
平板型静圧空気軸受を配置する事などにより、極めて軽
い力で、Ｘ、Ｙ及びθ方向に動かす事が可能である。
１５４．１．５５及び１５６は、後に詳しく説明する本
発明に係る二次元電流運動変換器の構成要素であり、１
５４が磁界を構成する固定子、１５５及び１５６は共に
移動子となるコイル群である。
発明に係る二次元電流運動変換器の構成要素であり、１
５４が磁界を構成する固定子、１５５及び１５６は共に
移動子となるコイル群である。
二組の移動子は、載物台底部に、Ｘ方向に間隔を聞けて
取り付けられ、固定子１５４の磁界を共有し、その移動
平面は、載物台の移動平面と平行になっている。
取り付けられ、固定子１５４の磁界を共有し、その移動
平面は、載物台の移動平面と平行になっている。
各々の駆動コイル群は、同時にＸ方向及びＹ方向の力を
発生させる能力を持ち、二組のコイル群を間隔を持って
使用する事により、θ方向の力を得る事が可能である。
発生させる能力を持ち、二組のコイル群を間隔を持って
使用する事により、θ方向の力を得る事が可能である。
二組のコイル群は、この例６ではＸ方向に間隔を持って
いるが、Ｘ−Ｙ平面内の任意の方向に間隔を持たせる事
が可能であり、この例では、磁界が固定竿、コイル群が
移動子となっているが、この関係を逆にする事も可能で
ある。又、磁界構成部材の面積を小さくし、かつ、広い
運動面積を得るために、更にい（つかのコイルを加え、
移動子の位置に従ってこれを切り換えて使用する事も可
能である。
いるが、Ｘ−Ｙ平面内の任意の方向に間隔を持たせる事
が可能であり、この例では、磁界が固定竿、コイル群が
移動子となっているが、この関係を逆にする事も可能で
ある。又、磁界構成部材の面積を小さくし、かつ、広い
運動面積を得るために、更にい（つかのコイルを加え、
移動子の位置に従ってこれを切り換えて使用する事も可
能である。
１５８．１５９，１６０及び１６１は、載物台１５０の
現在位置を知るための位置検出器の構成要素であり、こ
の例では、従来から良く知られている平面鏡を用いたレ
ーザー測長器を使用してい問わない。１５８は高い精度
を持った平面鏡であり、１５９，１６０及び１６１はレ
ーザー測長器の各軸の検出器である。１５９によってＸ
方向の変位を、１６０及び１６１によって載物台のニカ
所に於けるＹ方向の変位を得ており、１６０と１６１の
差によってθ方向の変位を知る。この例で使用されてい
るレーザー測長器は平面鏡使用にて、０．０７９ミクロ
ン以下の高い分解能を持つ。
現在位置を知るための位置検出器の構成要素であり、こ
の例では、従来から良く知られている平面鏡を用いたレ
ーザー測長器を使用してい問わない。１５８は高い精度
を持った平面鏡であり、１５９，１６０及び１６１はレ
ーザー測長器の各軸の検出器である。１５９によってＸ
方向の変位を、１６０及び１６１によって載物台のニカ
所に於けるＹ方向の変位を得ており、１６０と１６１の
差によってθ方向の変位を知る。この例で使用されてい
るレーザー測長器は平面鏡使用にて、０．０７９ミクロ
ン以下の高い分解能を持つ。
１６２．１６３及び１６４はそれぞれ載物台のＸ及び二
カ所に於けるＹの方向の、磁界とコイル群の位置関係を
保持しているカウンターであり、位置検出器１５９，１
６０及び１６１の出力によって、それぞれ常に更新され
ている。
カ所に於けるＹの方向の、磁界とコイル群の位置関係を
保持しているカウンターであり、位置検出器１５９，１
６０及び１６１の出力によって、それぞれ常に更新され
ている。
１６５．１６６及び１６７は、位置検出器１５９゜１６
０及び１６１からの信号により、載物台１５０の現在位
置を常に保持しているカウンターであり１６５は載物台
のＸ方向の現在位置を、１６６゜１６７は載物台の二カ
所に於けるＹ方向の現在位置を示しており、１６５，１
６６及び１６７の出力は、それぞれデジタル減算器１７
０，１７１及び１７２に与えられている。一方１６８及
び１６９は、それぞれＸ方向及びＹ方向の停止目標位置
を示すデジタル信号であり、１６８は減算器１７０に、
１６９は減算器１７１及び１７２に与えられる。従って
デジタル減算器１７０の出力は、Ｘ方向の停止目標位置
と現在位置との差、すなわちＸ方向の位置誤差デジタル
信号となり、同様に１７１及び１７２の出力は、Ｙ方向
位置誤差デジタル信号となる。
０及び１６１からの信号により、載物台１５０の現在位
置を常に保持しているカウンターであり１６５は載物台
のＸ方向の現在位置を、１６６゜１６７は載物台の二カ
所に於けるＹ方向の現在位置を示しており、１６５，１
６６及び１６７の出力は、それぞれデジタル減算器１７
０，１７１及び１７２に与えられている。一方１６８及
び１６９は、それぞれＸ方向及びＹ方向の停止目標位置
を示すデジタル信号であり、１６８は減算器１７０に、
１６９は減算器１７１及び１７２に与えられる。従って
デジタル減算器１７０の出力は、Ｘ方向の停止目標位置
と現在位置との差、すなわちＸ方向の位置誤差デジタル
信号となり、同様に１７１及び１７２の出力は、Ｙ方向
位置誤差デジタル信号となる。
１７０．１７１及び１７２の出力は、それぞれ１７３．
１７４及び１７５に示すデジタル・アナログ変換器によ
って、アナログ信号１７６．１７７及び１７８となる。
１７４及び１７５に示すデジタル・アナログ変換器によ
って、アナログ信号１７６．１７７及び１７８となる。
従って１７６はＸ方向位置誤差アナログ信号、１７７及
び１７８はそれぞれ二カ所に於けるＹ方向位置誤差アナ
ログ信号となる。
び１７８はそれぞれ二カ所に於けるＹ方向位置誤差アナ
ログ信号となる。
１７６．１７７及び１７８は、加算点１８５゜１８６及
び１８７に加えられると共に、微分器１７９゜１８０及
び１８１にてそれぞれ微分され、各々の速度信号となっ
て加算点１８５，１８６及び１８７に符号を反転して加
算され、更に積分器１８２，１８３及び１８４にてそれ
ぞれ積分された信号が微少変位に対する応答改善のため
に同じ（加算点１８５．１８６及び１８７に加算され駆
動要求信号１８８，１８９及び１９０となる。
び１８７に加えられると共に、微分器１７９゜１８０及
び１８１にてそれぞれ微分され、各々の速度信号となっ
て加算点１８５，１８６及び１８７に符号を反転して加
算され、更に積分器１８２，１８３及び１８４にてそれ
ぞれ積分された信号が微少変位に対する応答改善のため
に同じ（加算点１８５．１８６及び１８７に加算され駆
動要求信号１８８，１８９及び１９０となる。
１９４及び１９５は共に、後述する本発明に係る二次元
駆動装置を構成する駆動力配分制御回路であり、Ｘ方向
及びＹ方向の駆動要求信号をコイルと磁界との位置関係
に従って、・牢個のコイルに電流として正しい割合で配
分し、駆動要求信号の大きさと極性に比例した駆動力を
得る回路である。
駆動装置を構成する駆動力配分制御回路であり、Ｘ方向
及びＹ方向の駆動要求信号をコイルと磁界との位置関係
に従って、・牢個のコイルに電流として正しい割合で配
分し、駆動要求信号の大きさと極性に比例した駆動力を
得る回路である。
１９４には、Ｘ方向駆動要求信号としぞ１８８が、Ｙ方
向駆動要求信号として１８９が、更に、Ｘ方向の磁界と
コイルの位置関係信号として１９１が、Ｙ方向の磁界と
コイルの位置関係信号として１９２が入力され、コイル
群１５５を制御する信号群１９６が出力される。同様に
１９５にはＸ。
向駆動要求信号として１８９が、更に、Ｘ方向の磁界と
コイルの位置関係信号として１９１が、Ｙ方向の磁界と
コイルの位置関係信号として１９２が入力され、コイル
群１５５を制御する信号群１９６が出力される。同様に
１９５にはＸ。
Ｙ各方向駆動要求信号として１８８，１９０が、Ｘ、
Ｙ各方向の磁石とコイルの位置関係信号としてｊ９１，
１９３が入力され、コイル群１５６を制御する信号群１
９７が出力される。従ってコイル群１５５及び１５６は
駆動要求信号１８８と１８９及び１８８と１９０にそれ
ぞれ比例した力を発生し、載物台１５０の位置及び、姿
勢を修正する。
Ｙ各方向の磁石とコイルの位置関係信号としてｊ９１，
１９３が入力され、コイル群１５６を制御する信号群１
９７が出力される。従ってコイル群１５５及び１５６は
駆動要求信号１８８と１８９及び１８８と１９０にそれ
ぞれ比例した力を発生し、載物台１５０の位置及び、姿
勢を修正する。
この系は、１６２，１６３，１６４，１９４゜１９５．
１５４，１５５，１５６をまとめてＸ、 Ｙ及びθ方向
の駆動力を持つ直流モーターとみなせば、従来から良く
知られている直流サーボ系に等しい。従って載物台１５
０は１６８，１６９で与えられるＸ−Ｙ座標位置に向か
って移動し、与えられた座標と位置検出器から得た座標
とが等しくなる位置に停止する。更に、二点あるＹ方向
位置検出器１６０及び１６１から得た座標が、共に、１
６９と等しくなる様に帰還されているから、載物台１５
０はガイドレールを必要とせず、しかも回転を生じない
。
１５４，１５５，１５６をまとめてＸ、 Ｙ及びθ方向
の駆動力を持つ直流モーターとみなせば、従来から良く
知られている直流サーボ系に等しい。従って載物台１５
０は１６８，１６９で与えられるＸ−Ｙ座標位置に向か
って移動し、与えられた座標と位置検出器から得た座標
とが等しくなる位置に停止する。更に、二点あるＹ方向
位置検出器１６０及び１６１から得た座標が、共に、１
６９と等しくなる様に帰還されているから、載物台１５
０はガイドレールを必要とせず、しかも回転を生じない
。
本発明の構成は、このように基本的には、従来から良く
知≦れている直流サーボ系の構成であるが、従来では回
転型直流モーターもしくは、リニア直流モーターである
ところの駆動装置が、１５４１５５及び１５６で示され
る特殊な二次元電流通詞 動変換器となっており、その刷部回路１６．２，１６３
１６４．１９４，１９５と共に、特殊な二次元駆動装置
となっている。
知≦れている直流サーボ系の構成であるが、従来では回
転型直流モーターもしくは、リニア直流モーターである
ところの駆動装置が、１５４１５５及び１５６で示され
る特殊な二次元電流通詞 動変換器となっており、その刷部回路１６．２，１６３
１６４．１９４，１９５と共に、特殊な二次元駆動装置
となっている。
本発明の更に他の目的は、この移動範囲の広い二次元駆
動装置を提供する事にあり、基本的には無限に広くする
事が可能である。以下、この二次元駆動装置すなわち、
二次元電流運動変換器及びその駆動回路について説明す
る。
動装置を提供する事にあり、基本的には無限に広くする
事が可能である。以下、この二次元駆動装置すなわち、
二次元電流運動変換器及びその駆動回路について説明す
る。
本発明に係る二次元電流運動変換器は、磁界のの中にお
かれたコイルに通電した時に発生する力を利用するもの
であり磁界側、又は、コイル側のどちらを固定子として
扱っても良い事は勿論であるが、以下の説明では、便宜
上、磁界側を固定子、コイル側を移動子として扱う。
かれたコイルに通電した時に発生する力を利用するもの
であり磁界側、又は、コイル側のどちらを固定子として
扱っても良い事は勿論であるが、以下の説明では、便宜
上、磁界側を固定子、コイル側を移動子として扱う。
まず、第１図に磁界の一例の模式的な図を示す。
第１図に於いて、１１は磁路の一部を形成し、かつ永久
磁石を保持する部材であり、１２は永久磁石で矢印１３
．１４の軸方向に着磁されており、矢印１５及び矢印１
６の方向に、それぞれ等間隔にしかも、Ｎ、 Ｓ交互
に並べられている。従って磁界の向きは、矢印１３方向
と矢印１４方向とが交互に並ぶことになる。
磁石を保持する部材であり、１２は永久磁石で矢印１３
．１４の軸方向に着磁されており、矢印１５及び矢印１
６の方向に、それぞれ等間隔にしかも、Ｎ、 Ｓ交互
に並べられている。従って磁界の向きは、矢印１３方向
と矢印１４方向とが交互に並ぶことになる。
第２図は、第１図の平面図であり、２１は１１２２は１
２にそれぞれ対応する。２４．２６は磁界の周期であり
、２３．２５は永久磁石の配列間隔すなわち磁界の配列
間隔である。
２にそれぞれ対応する。２４．２６は磁界の周期であり
、２３．２５は永久磁石の配列間隔すなわち磁界の配列
間隔である。
この例では、軟鉄の板の上に永久磁石を配置した物であ
る″が、上記の磁気空間さえ得られれば、勿論、種類及
び構造は問わない。
る″が、上記の磁気空間さえ得られれば、勿論、種類及
び構造は問わない。
一方、コイルの一例を第３図、その配列の一例を第４図
に示す。３１．３４はコイルの外形寸法であり、この例
では第２図に於ける、磁界の配列間隔２３及び２５のそ
れぞれ２分の３にほぼ等しい寸法である。３２．３５は
コイルの巻き幅であり、この例では磁界の配列間隔２３
及び２５のそれぞれ２分の１にほぼ等しい寸法である。
に示す。３１．３４はコイルの外形寸法であり、この例
では第２図に於ける、磁界の配列間隔２３及び２５のそ
れぞれ２分の３にほぼ等しい寸法である。３２．３５は
コイルの巻き幅であり、この例では磁界の配列間隔２３
及び２５のそれぞれ２分の１にほぼ等しい寸法である。
従ってコイル中央には、磁界の配列間隔２３及び２５の
それぞれほぼ２分の１の寸法３３．３６で示されるよう
な穴を持つ。３９はコイルの中心線であり３７．３８は
それぞれ磁界と配列間隔２３及び２５のそれぞれ２分の
３にほぼ等しい寸法となっている。後述するこの二次元
電流運動変換器の制御方法によると、コイルは第３図に
示すような正方形もしくは長方形が望ましいが、円に近
いものや、だ円に近いものでも可である。
それぞれほぼ２分の１の寸法３３．３６で示されるよう
な穴を持つ。３９はコイルの中心線であり３７．３８は
それぞれ磁界と配列間隔２３及び２５のそれぞれ２分の
３にほぼ等しい寸法となっている。後述するこの二次元
電流運動変換器の制御方法によると、コイルは第３図に
示すような正方形もしくは長方形が望ましいが、円に近
いものや、だ円に近いものでも可である。
次に、第４図を用いてコイルの配列について説明する。
本発明に係る二次元電流運動変換器には少なくとも４個
のコイルが必要となり、これらが−組となって力を発生
する。４個以上のコイルを備え、同時もしくは切り換え
て使用する事も可能であるが、これらは、コイル４個の
場合と原理的に、何ら異なるものではないから、コイル
４個の場合を例にとって説明する。
のコイルが必要となり、これらが−組となって力を発生
する。４個以上のコイルを備え、同時もしくは切り換え
て使用する事も可能であるが、これらは、コイル４個の
場合と原理的に、何ら異なるものではないから、コイル
４個の場合を例にとって説明する。
４３．４４，４５．４６はそれぞれ第３図に示したコイ
ルである。この例では、コイル４４はコイル４３を矢印
４１の方向に、この方向の磁界の配列間隔のほぼ２分の
３だけ平行移動した位置にあり、コイル４５はコイル４
３を矢印４２の方向に、この方向の磁界の配列間隔のほ
ぼ２分の３だけ平行移動した位置にあり、更にコイル４
６はコ゛イル４３を、矢印４１．ｊ２の両方向にそれぞ
れの方向の磁界の配列間隔のほぼ２分の３ずつ移動した
位置にある。この例では、全て、磁界の配列間隔の２分
の３ずつ移動させたが、原理的にはそれぞれの寸法は磁
界の配列間隔の２分の１の奇数倍であれば良い。
ルである。この例では、コイル４４はコイル４３を矢印
４１の方向に、この方向の磁界の配列間隔のほぼ２分の
３だけ平行移動した位置にあり、コイル４５はコイル４
３を矢印４２の方向に、この方向の磁界の配列間隔のほ
ぼ２分の３だけ平行移動した位置にあり、更にコイル４
６はコ゛イル４３を、矢印４１．ｊ２の両方向にそれぞ
れの方向の磁界の配列間隔のほぼ２分の３ずつ移動した
位置にある。この例では、全て、磁界の配列間隔の２分
の３ずつ移動させたが、原理的にはそれぞれの寸法は磁
界の配列間隔の２分の１の奇数倍であれば良い。
第５図は、第２図に示した磁界の分布と、第４図に示し
たコイル群の関係を平面的に示す。第５図に示す状態に
於いて、コイル５３に電流を流しても、対角線上にある
同方向の磁界より受ける力が、打ち消し合って力は発生
しない。一方、コイル５４に電流を流すと、矢印５８の
軸°上に、電流の向きに従った方向に駆動力を発生する
。同様にコイル５５に電流を流すと、矢印５７の軸上に
、電流の向きに従った方向に駆動力を発生する。コイル
５６は、磁界から外れており、駆動力は発生し得ない。
たコイル群の関係を平面的に示す。第５図に示す状態に
於いて、コイル５３に電流を流しても、対角線上にある
同方向の磁界より受ける力が、打ち消し合って力は発生
しない。一方、コイル５４に電流を流すと、矢印５８の
軸°上に、電流の向きに従った方向に駆動力を発生する
。同様にコイル５５に電流を流すと、矢印５７の軸上に
、電流の向きに従った方向に駆動力を発生する。コイル
５６は、磁界から外れており、駆動力は発生し得ない。
この各コイルの駆動能力は、コイルの位置の変化に従っ
て周期的に変化するが、まず、この変化を矢印５７、も
しくは５８の一次元方向について説明する。
て周期的に変化するが、まず、この変化を矢印５７、も
しくは５８の一次元方向について説明する。
第６図と第７図は、第５図の矢印５７、もしくは５８に
於ける断面の例である。第６図と第７図の相異点は、磁
束の帰路の構成方法である。第６図に於いて、６１．６
２は磁界を形成する固定子であり、６７．６８はその磁
束の帰路となるもう一つの固定子であり、磁束は矢印６
５に示すように隣り合った永久磁石の組との間で、各々
、効率良く閉じている。６３．６４はコイルでありご矢
印６６の方向に移動平面を持つ。一方、第７図に於いて
は、７１．７３が磁界を形成する固定子であり、その磁
束は移動子のコイル７４．７５と共に移動する磁気導体
７２を通って、矢印７６の如く閉じる。７７は移動子の
移動平面である。いずれの場合も、コイルの駆動能力の
変化は、第８図に示すようになる。第８図に於いて、矢
印８１はコイルの移動方向、矢印８２はコイルの駆動能
力の大きさ方向である。８５．８４はそれぞれコイル６
３．６４もしくは、’／４，７５の駆動能力曲線であり
、一般に磁路の形状により、磁界の周期８３を周期とす
る三角波、台形波もしくは正弦波形等に近いものとなる
。又、二つのコイルの駆動能力曲線は、はぼ９０度の位
相関係にあり、片方が０の時にも他方が駆動能力を有す
る事になる。更に、第８図に示す駆動能力曲線は、第５
図の矢印５７及び５８の双方向について、各々、独立に
同様な曲線となるから、−移動平面上の任意の位置に於
ける駆動能力の各軸成分は、その積となる。
於ける断面の例である。第６図と第７図の相異点は、磁
束の帰路の構成方法である。第６図に於いて、６１．６
２は磁界を形成する固定子であり、６７．６８はその磁
束の帰路となるもう一つの固定子であり、磁束は矢印６
５に示すように隣り合った永久磁石の組との間で、各々
、効率良く閉じている。６３．６４はコイルでありご矢
印６６の方向に移動平面を持つ。一方、第７図に於いて
は、７１．７３が磁界を形成する固定子であり、その磁
束は移動子のコイル７４．７５と共に移動する磁気導体
７２を通って、矢印７６の如く閉じる。７７は移動子の
移動平面である。いずれの場合も、コイルの駆動能力の
変化は、第８図に示すようになる。第８図に於いて、矢
印８１はコイルの移動方向、矢印８２はコイルの駆動能
力の大きさ方向である。８５．８４はそれぞれコイル６
３．６４もしくは、’／４，７５の駆動能力曲線であり
、一般に磁路の形状により、磁界の周期８３を周期とす
る三角波、台形波もしくは正弦波形等に近いものとなる
。又、二つのコイルの駆動能力曲線は、はぼ９０度の位
相関係にあり、片方が０の時にも他方が駆動能力を有す
る事になる。更に、第８図に示す駆動能力曲線は、第５
図の矢印５７及び５８の双方向について、各々、独立に
同様な曲線となるから、−移動平面上の任意の位置に於
ける駆動能力の各軸成分は、その積となる。
この各軸成分のベクトル和が、移動平面上の任意の位置
に於ける駆動能力となる。これを第９図に模式的に示す
。
に於ける駆動能力となる。これを第９図に模式的に示す
。
第９図は、１つのコイルに、一定の直流電流を流して、
固定子の形成する磁界内を移動させた時コイルに働く力
を、コイル位置に対して図示したものであり、図中の矢
印の向き及び長さは、それぞれ、その位置に於いて働く
力の方向と大きさを表わしている。ここで、９］、９２
はそれぞれの方向の磁界の配列間隔である。
固定子の形成する磁界内を移動させた時コイルに働く力
を、コイル位置に対して図示したものであり、図中の矢
印の向き及び長さは、それぞれ、その位置に於いて働く
力の方向と大きさを表わしている。ここで、９］、９２
はそれぞれの方向の磁界の配列間隔である。
前述のように、４個のコイルの位置関係は各軸方向にそ
れぞれ磁界の配列間隔の２分の１の奇数倍であるから、
４個のコイルは、第９図上に於いて、例えば９３，９４
，９５．９６のような相互の位置関係を保って移動して
いる。従って４個のコイルには、各々、方向及び大きさ
の異なる力が働く。そこで、この４個のコイルに与える
電流の配分を調整する事により、コイル群は、その移動
平面上の任意の方向へ任意の大きさの駆動力を発生させ
る事ができる。
れぞれ磁界の配列間隔の２分の１の奇数倍であるから、
４個のコイルは、第９図上に於いて、例えば９３，９４
，９５．９６のような相互の位置関係を保って移動して
いる。従って４個のコイルには、各々、方向及び大きさ
の異なる力が働く。そこで、この４個のコイルに与える
電流の配分を調整する事により、コイル群は、その移動
平面上の任意の方向へ任意の大きさの駆動力を発生させ
る事ができる。
しかし、一般にこの分配比は、磁束の分布やコイルの形
状等により異なった、コイル群位置に関する複雑な関数
となる。
状等により異なった、コイル群位置に関する複雑な関数
となる。
第１０図は、この電流配分を行なう系の一例のブロック
図である。１００，１０１は外部からのＸ及びＹ方向へ
の駆動信号入力であり、この例では大きさ及び符号を持
ったアナログ信号である。
図である。１００，１０１は外部からのＸ及びＹ方向へ
の駆動信号入力であり、この例では大きさ及び符号を持
ったアナログ信号である。
１０２．１０３． １ｏ４； １０５は各々コイルで
弗り、このコイル群の磁界との位置関係は、位置検出器
１０６，１０７により測定され、カウンタ１０８．１０
９に常に保持されている。従って、１１０．１１１はそ
れぞれＸ、 Ｙ方向の磁界とコイルの位置関係を示すデ
ジタル信号である。１１２１】３は共にＸ、 Ｙ各方向
の駆動信号を、コイル位置信号１１０，１１１に従って
、それぞれ４個のコイルに分配するための係数として各
々、４つのデジタル値を送出する回路であり、この例で
はリードオンリーメモリーを使用する事によって、複雑
な関数となる配分比を必要なだけ細かく近似″−可能と
している。
弗り、このコイル群の磁界との位置関係は、位置検出器
１０６，１０７により測定され、カウンタ１０８．１０
９に常に保持されている。従って、１１０．１１１はそ
れぞれＸ、 Ｙ方向の磁界とコイルの位置関係を示すデ
ジタル信号である。１１２１】３は共にＸ、 Ｙ各方向
の駆動信号を、コイル位置信号１１０，１１１に従って
、それぞれ４個のコイルに分配するための係数として各
々、４つのデジタル値を送出する回路であり、この例で
はリードオンリーメモリーを使用する事によって、複雑
な関数となる配分比を必要なだけ細かく近似″−可能と
している。
１１２．１１３からの二組のデジタル出力は、１］４及
び１１５に示す、各４個から成る二組の可変利得増幅器
群の対応する各構成要素に供給され、それぞれ１００及
び１０１に示すアナログ入力との間で乗算が行なわれる
。この例では１１４及び１１５はそれぞれ４象限乗算型
デジタル・アナログ変換器群である。
び１１５に示す、各４個から成る二組の可変利得増幅器
群の対応する各構成要素に供給され、それぞれ１００及
び１０１に示すアナログ入力との間で乗算が行なわれる
。この例では１１４及び１１５はそれぞれ４象限乗算型
デジタル・アナログ変換器群である。
１１４．１１５の各増幅器群によって、各コイル用に配
分された駆動要求信号は、各コイル毎に加算点１１６で
加算され、各々、電圧電流変換器１１７を径で、駆動信
号群１１８となりそれぞれ対応するコイルを駆動する。
分された駆動要求信号は、各コイル毎に加算点１１６で
加算され、各々、電圧電流変換器１１７を径で、駆動信
号群１１８となりそれぞれ対応するコイルを駆動する。
このようにして、１００，１０１で示した駆動要求信号
に対応し、その方向及び大きさに比例した１１９，１２
０各方向の駆動力成分を得る事ができる。以上が本発明
に係る、二次元駆動装置の動作原理であり、これは従来
の直流モーターの性質と等しく、従って既存の直流サー
ボ系の中に組み込む事が可能である。
に対応し、その方向及び大きさに比例した１１９，１２
０各方向の駆動力成分を得る事ができる。以上が本発明
に係る、二次元駆動装置の動作原理であり、これは従来
の直流モーターの性質と等しく、従って既存の直流サー
ボ系の中に組み込む事が可能である。
以上で、本発明に係る二次元精密位置決め装置ξの一例
についての動作説明を終わるが、本発明の主旨を変更す
ることなく、載物台の形状や永久磁石、コイル等の形状
、配置等が変更可能であることは勿論である。
についての動作説明を終わるが、本発明の主旨を変更す
ることなく、載物台の形状や永久磁石、コイル等の形状
、配置等が変更可能であることは勿論である。
第１図は本発明に係る二次元精密位置決め装置の二次元
電流運動変換器部分の磁界構成部分の見取り図、第２図
は同上の平面図、第３図は本発明に係る、二次元電流運
動変換器の駆動コイル群のうち１つを取り出した形状図
であり、第４図は駆動コイルの配列図である。第５図は
二次元電流運動変換器の磁界とコイル群との、移動平面
」二に於ける位置関係を示したものであり、第６図及び
第７図はその磁路の構成方法に於いて異なる二通りの方
法についての断面図である。 第８図は本発明に係る二次元電流運動変換器のコイル群
の内、２つのコイルの一次元方向に於けるトルクカーブ
の例であり、第９図は１つのコイルのトルクの変化の二
次元モデルである。 第１０図は本発明に係る二次元駆動装置の制御系の構成
を示すブロック図、第１１図は本発明に係る二次元精密
位置決め装置全体の構成を示すブロック図である。 特許出願人 株式会社テルメンク ′＄ ｌ６ ５１ Ｊｌ’１３ ■ Ｊｆ５ ４ｒｉｌ 累ら図 第６ｉ！１ 茶 ７１！１
電流運動変換器部分の磁界構成部分の見取り図、第２図
は同上の平面図、第３図は本発明に係る、二次元電流運
動変換器の駆動コイル群のうち１つを取り出した形状図
であり、第４図は駆動コイルの配列図である。第５図は
二次元電流運動変換器の磁界とコイル群との、移動平面
」二に於ける位置関係を示したものであり、第６図及び
第７図はその磁路の構成方法に於いて異なる二通りの方
法についての断面図である。 第８図は本発明に係る二次元電流運動変換器のコイル群
の内、２つのコイルの一次元方向に於けるトルクカーブ
の例であり、第９図は１つのコイルのトルクの変化の二
次元モデルである。 第１０図は本発明に係る二次元駆動装置の制御系の構成
を示すブロック図、第１１図は本発明に係る二次元精密
位置決め装置全体の構成を示すブロック図である。 特許出願人 株式会社テルメンク ′＄ ｌ６ ５１ Ｊｌ’１３ ■ Ｊｆ５ ４ｒｉｌ 累ら図 第６ｉ！１ 茶 ７１！１
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、平面上に、平面と垂直で、かつ、方向が交互に反対
方向を向いた磁気空間群を、二次元方向に、それぞれ等
間隔に配列し、前記磁気空間内に、平板状に巻かれた４
個のコイルを、相互にずらせて配置し、このコイルの組
と前記磁気空間とは、前記平面にそって、二次元方向に
相対的に移動可能となっている二次元電流運動変換器。 ２、特許請求の範囲１に示す装置に於いて、平板状に巻
かれた各コイルの外形が、その磁界の各方向への配列間
隔のほぼ２分の３に等しく、磁界の配列方向と平行な辺
を持つほぼ四辺形であり、コイルの巻き幅は磁気空間の
各方向への配列間隔のほぼ２分の１に等しく、従って中
心に各方向の巻き幅とほぼ同寸法を２辺とするほぼ四辺
形の穴を有する口の字型であるもｐｏ ３、特許請求の範囲１に示す装置に於いて、平板状に巻
かれたコイルの位置関係が、１つのコイルを基準にして
、これに対して１つは、はぼ前記磁気空間の配列間隔の
２分の１の奇数倍だけ平行移動されており、また１つは
、前記コイルの移動と直交方向に、同じく、はぼその方
向の磁気空間の配列間隔の２分の１の奇数倍だけ平行移
動されており、最後の１つは、基準としたコイルから前
記２方向に、はぼそれぞれの磁気空間の配列間隔の２分
の１の奇数倍だけ、それぞれ移動された位置関係にある
もの。 ４、特許請求の範囲１に示す装置に於いて、−組以上の
コイルを有し、移動子の位置に従って、コイルの組を組
み替え、もしくは組合体を切り換えて使用するもの。 ５、特許請求の範囲１に示す装置に於いて、複数の異な
った制御を受ける移動子が、固定子を共有しているもの
。 ６、特許請求の範囲１に示す二次元電流運動変換器及び
、前記二次元電流運動変換器の可動子側に直結された二
次元可動子位置検出器、更に、二次元可動子位置検出器
の示す値に従って増幅倍率の制御を受ける増幅器群及び
、電圧電流変換器群から構成される二次元駆動装置。 ７、特許請求の範囲６に示す二次元駆動装置に於いて、
位置検出器の出力と、位置決め目標位置が等しくなるよ
う帰還を施した二次元精密位置決め装置。 ８、特許請求の範囲６及び７に示す装置に於いて、更に
もう１組の二次元駆動装置と、可動子の姿勢の回転を検
出可能な検出器とを追加し、可動子の回転に対する制御
も可能とした装置。また、回転に対する制御を施した事
により、ガイドレールを必要としない装置。 ９、特許請求の範囲６に示す二次元駆動装置に於いて、
増幅倍率の制御を受ける増幅器が４象限乗算型デジタル
・アナログ変換器であること。 １０、特許請求の範囲６に示す二次元駆動装置に於いて
、可変倍率増幅器に与える倍率制御信号は、デジタルカ
ウンターより計算機、もしくはリードオンリーメモリー
を通して与えられること。 １１、特許請求の範囲６に示す二次元駆動装置に於いて
、二次元の移動のための軸受けとして平板型静圧空気軸
受を使用した装置。 １２、特許請求の範囲１１に示す装置に於いて、固定子
表面を平担に加工し、この面をも静圧空気軸受が移動可
能としたもの。 １′３．特許請求の範囲６及び７に示す装置に於いて、
二次元移動子位置検出器としてレーザー測長器を使用し
た装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57056344A JPS58175020A (ja) | 1982-04-05 | 1982-04-05 | 二次元精密位置決め装置 |
| US06/481,324 US4535278A (en) | 1982-04-05 | 1983-04-01 | Two-dimensional precise positioning device for use in a semiconductor manufacturing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57056344A JPS58175020A (ja) | 1982-04-05 | 1982-04-05 | 二次元精密位置決め装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58175020A true JPS58175020A (ja) | 1983-10-14 |
Family
ID=13024608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57056344A Pending JPS58175020A (ja) | 1982-04-05 | 1982-04-05 | 二次元精密位置決め装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4535278A (ja) |
| JP (1) | JPS58175020A (ja) |
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