JPS6028095Y2 - 微小変位装置用電磁変換装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は微小変位装置用電磁変換装置に関するもので、
特に変位特性においてヒステリシスを全く除去した高精
度、高分解能を有する微小変位装置用の電磁変換装置を
提供しようとするものである。

近年、電子ビームやＸ線露光技術を用いてＬＳＩや超Ｌ
ＳＩ等の高密度半導体集積回路素子が提供されている。

このような素子は、極めて狭いスペースに導電層や半導
体層あるいは絶縁層を高密度に形威しなければならず、
その際にはミクロン以下あるいはサブミクロン単位の高
精度な位置決めを必要とする。

従来、このような位置決め装置は種々な方式が提案され
ており、このうちの実用化された一例として電磁石装置
を用いた第１図に示すような高精度位置決め装置が提供
されている。

この装置はステージ１の両端に磁性体によるアマチャ３
を取りつけ、こられをばね材２で支持しておき、変位駆
動力を得るためのヨーク４に巻装したコイル５に電流を
供給して、一方のヨーク４にこれに対応したアマチャ３
を吸引させることにより、Ｘ方向の位置決めが可能とな
る。

Ｙ方向にもこのような装置を構成することによりＸ、
Ｙ両方向の位置決めが可能であり、原理的にはＺ方向も
同様に可能と言える。

ところで、位置決めのための変位の高精度化あるいは正
確性が要求されてくると、電磁石のコイルの入力による
変位量の直線性が要求されてくる。

しかし、従来の電磁石装置のヨーク、あるいはアマチャ
は、ストロークを大きくとることに主眼がおかれていた
ために、磁石密度Ｂの大きな強磁性体で比較的安価な、
例えば鉄材で構成される・のが一般的であった。

しかし、鉄材は磁気的ヒステリシスが大きく、ステージ
変位においてもヒステリシス性を呈することとなり、前
述のような要求に対しては不適当となってきた。

本考案はこのような問題を解決しようとするもので、コ
イルへの入力と変位量との直線性を向上させ、ヒステリ
シス性をなくした高精度な位置決め装置を微小変位装置
用電磁変換装置として提供しようとするものである。

本考案の特徴は、永久磁石と磁性アマチャとコイルが巻
装されたヨークとて閉磁路を形威し、且つ前記アマチャ
に連結された微動ステージを前記コイルの入力に応じて
微小変位させる装置において、前記アマチャとヨークを
保持力Ｈ６が０．２Ｑ、以下の強磁性材で構成すること
にある。

第２図は本考案の一構成例を横断面図で示す。

図において、−は上部にウェハーステージを取りつけた
ステージ本体、２′はリン青銅等で構成されステージ１
を微小移動可能に支持しているばね板、３，３′は金属
強磁性材で構成されたアマチャ、４．４’もアマチャ３
，３′と同様に強磁性材で構成されたヨーク、５．５’
はヨーク４゜４′に巻回されたコイルで、６，６′はア
マチャ３．３′の途中に組み込まれた永久磁石である。

アマチャ３、ヨーク４と磁石６とでギャップＧを介した
閉磁路を形成して図中左側の電磁変換器を構成し、アマ
チャ３′、ヨーク４′及び磁石６′で同様にギャップＧ
′を介した閉磁路を形成して図中右側の電磁変換器を構
成している。

動作を説明すると、コイル５，５′に電流が流れない場
合には、磁石６及び６′によりアマチャ３はヨーク４を
、アマチャ３′はヨーク４′をそれぞれ吸引するが、左
右対称にバランスするよう設定されているためステージ
１の変位は０である。

コイル５，５′に通電すると、例えばコイル５側の閉磁
路で磁石６の磁束と相乗する方向へコイル５による磁束
を発生させる場合、コイル５′側の閉磁路では磁石６′
の磁束と相殺する方向へコイル５′による磁束が発生す
るようにされており、この場合アマチャ３はヨーク４に
吸引されるがアマチャ３′に対するヨーク４′の磁気吸
引力は弱められて、この結果ステージ１は図中左側に変
位する。

その変位量はコイル５，５′に供給される電流の大きさ
に比例する。

変位を逆方向にしたい場合には、コイル５，５′にそれ
ぞれ上記と逆方向の電流を供給することにより実現され
る。

電流が無くなればばね板２′によりステージ１は元の位
置に戻る。

第３図ａ及び第３図すは、コイル５，５′をそれぞれ５
０００ターン巻き、アマチャ３，３′とヨーク４，４′
とをＮｉ−Ｆｅ系の金属強磁性体（ＴＭＢ材なる名称に
て市販されており、保磁力Ｈ６が０．２０ｅ以下）で構
成し、ヨークとアマチャとのギャップＧを０．１ｍｍに
形成した時のコイルに流れる電流とステージの変位との
関係を示す。

図から明らかなように、直線性が良好で、特に分解能を
示す第３図すから明らかなように０．１μｍの制御も可
能である。

これに対し第４図ａ及び第４図すは、同じ構造でアマチ
ャ４及び４′を保磁力Ｈ６が０．２０ｅ以上である鉄材
（ＳＵＹ材）で構成した場合の特性を示したもので、こ
の場合にはヒステリシス性が現われ、例えば電流６０ｍ
Ａではコイルへの電流が増加する時と減少する時とでは
２μｍ程度ずれてしまい、高精度な位置決めには適しな
いことが理解できよう。

勿論、ヨーク及びアマチャのいずれも保磁力Ｈｃの大き
い強磁性材で構成すれば、ヒステリシス、直線性はます
ます悪くなる傾向にある。

以上、比較例を用いて本考案の優位性を示したが、本考
案のように保磁力の極めて小さい強磁性体でヨークとア
マチャを構成することにより、変位装置のヒステリシス
性が全くなくなり、直線性、分解能が大幅に向上した位
置決め装置を提供できる。

尚、以上はＸ方向のみの説明であったが、図示のような
電磁変換装置をＹ方向にも設置することにより、Ｙ方向
への位置決めもできることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の微小変位装置の概略構成を側面図で示し
、第２図は本考案による装置の一構成例を横断面図で示
し、第３図ａ及び第３図すはそれぞれ、本考案による装
置の軸変位特性を示した図であり、第４図ａ及び第４図
すは参考例の軸変位特性を示した図である。 図において、１はステージ本体、２，２′はばね板、３
，３′はアマチャ、４，４′はヨーク、５．５′はコイ
ル、６，６′は永久磁石である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 変位用ステージの少なくとも両側にそれぞれ、永久磁石
   と磁性アマチャとコイルが巻装された磁性ヨークとで閉
   磁路を形威し、前記コイルへの入力に応じて直進微小変
   位させる装置において、前記アマチャ及びヨークを保持
   力Ｈ６が０．２０ｏ以下の強磁性材で構成することを特
   徴とした微小変位装置用電磁変換装置。