KR100917499B1 - Non-contact planar stage and method of controlling the same - Google Patents

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정광석
박준규
심기본
한광희
이상헌
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충주대학교 산학협력단
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Abstract

A non-contact planar stage and a control method thereof are provided to extend a driving area by enlarging a conductive plate. A first directional linear induction motor unit includes a plurality of linear induction motors arranged in parallel. A second directional linear induction motor unit includes a plurality of linear induction motors arranged in an orthogonal direction to the first directional linear induction motor unit. At least one of the linear induction motors is arranged to generate the thrust of the opposite direction of the other linear induction motors inside the same linear induction motor unit. Each linear induction motor includes a plurality of ferromagnetic cores and a coil wound around the ferromagnetic cores. A non-contact planar stage(100) is moved on the conductive plate with a ferromagnetic uneven part(300) by the magnetic force generated between the first directional linear induction motor unit, the second directional linear induction motor unit, and a conductive plate(310).

Description

비접촉 평면 스테이지 및 이의 제어방법{Non-contact planar stage and Method of controlling the same} Non-contact planar stage and method of controlling the same

본 발명은 평면 스테이지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도성 평판 위에서 부상되어 이동하는 평면 스테이지 및 이의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a planar stage, and more particularly to a planar stage and a control method thereof that floats and moves on a conductive plate.

평면 스테이지는 반도체 노광 공정을 위한 웨이퍼 스테퍼, TFT-LCD를 비롯한 평판 디스플레이(FPD: Flat panel device) 등의 제조공정 및 검사에 필수적으로 이용되는 핵심 장비이다. 그러나 12인치에 달하는 웨이퍼의 핸들링 및 다면취 공법을 이용한 평판 디스플레이 원판의 제조 단가 인하를 위하여 관련 업체들은 더욱 큰 작업 영역을 갖는 동시에 더욱 정밀한 분해능의 평면 스테이지 개발에 전념하고 있지만 현재와 같은 평면 스테이지 기술로는 이러한 요구를 해결하기에는 한계가 있다. 평면 스테이지의 작업 공간 확대는 단순히 구성 요소의 확대만이 아닌 조립 기술 등의 분야에서 고도의 전문성을 필요로 하기 때문에 전세계적으로 소수의 업체만이 현재 산업현장에서의 설계사양에 맞는 제품을 제조하고 있을 뿐이다. Planar stages are essential equipment used in the manufacturing process and inspection of wafer steppers for semiconductor exposure processes, flat panel devices (FPDs) including TFT-LCDs. However, in order to reduce the manufacturing cost of flat-panel display discs using 12-inch wafer handling and multi-faceted process, related companies are committed to developing flat stages with a larger working area and more precise resolution. There are limits to addressing this need. The expansion of the work space of the flat stage requires not only the expansion of components but also a high degree of expertise in the field of assembly technology, so that only a few companies around the world manufacture products that meet the design specifications of the current industrial site. There is only.

이와 같은 평면 스테이지 관한 종래 기술로는 위치결정장치(대한민국 등록특허: 10-0193153)와 같은 기술이 개시되어 있는데, 도 1은 이와 같은 종래의 평면 스테이지의 기술을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 일반적인 평면 스테이지는 베이스(1) 위의 선형모터블럭(2, 3, 2’, 3’)들이 y축 운동을 만들어 내며 상기 선형모터블럭(2, 3, 2’, 3’)들과 직교하는 또 하나의 선형모터(5)가 x축의 운동을 만들어 낸다. 이러한 상기 선형모터블럭(2, 3, 2’, 3) 및 선형모터(5)의 적층 구조는 현재 상용화되고 있는 가장 일반적인 형태의 평면 스테이지 구조로서 상기 선형모터들은 리니어 가이드 등에 의해 안내되거나 안내면을 따라 공기 베어링에 의해 비접촉으로 구동된다. As a conventional technology related to such a planar stage, a technology such as a positioning device (Korea Patent No. 10-0193153) is disclosed, and FIG. 1 is a schematic view showing a technique of such a conventional planar stage. As shown in FIG. 1, a conventional general planar stage has linear motor blocks 2, 3, 2 ′, 3 ′ on a base 1 that produce y-axis motion and the linear motor blocks 2, 3, 2. Another linear motor 5 orthogonal to ', 3') produces the x-axis motion. The stacked structure of the linear motor blocks 2, 3, 2 ', 3 and the linear motor 5 is a planar stage structure of the most common type which is currently commercially available, and the linear motors are guided by linear guides or along a guide surface. It is driven non-contact by air bearings.

그러나 이러한 적층 구조로 인하여 평면 스테이지의 확장에 큰 어려움이 있으며 구동 요소들 간의 조립 공차가 중첩되어 평면 스테이지 전체 정밀도에 영향을 주기 때문에 평면 스테이지 조립시 고도의 전문성을 필요로 하는데 이러한 점은 작업 영역이 확대될수록 더욱 심각해진다.However, due to the laminated structure, there is a great difficulty in the expansion of the planar stage, and as the assembly tolerances between the driving elements overlap and affect the overall precision of the planar stage, a high level of expertise is required when assembling the planar stage. The bigger it gets, the worse it gets.

또한, 이러한 적층 구조의 평면 스테이지는 평면 스테이지의 구동에 있어서 많은 전력을 필요로 하는 문제점 또한 있다.In addition, the planar stage of such a laminated structure also has a problem that requires a lot of power in driving the planar stage.

이에 이러한 적층구조가 아닌 자기 부상 방식을 이용하는 평면 스테이지에 관한 기술로서 자기부상식의 대면적 스테이지장치(대한민국 등록특허: 10-0726711)가 개시되어 있다. 도 2는 이와 같은 자기 부상 방식의 평면 스테이지를 개략적으로 나타낸 개략도이다. 도시된 바와 같이 자기부상방식 대면적 스테이지 장치는 크게 수평면을 형성하는 받침플레이트(51)와, 이를 지지하는 지지대(52)를 구비한 하부 이송대(50)와, 상기 받침 플레이트(51)의 상면에 설치되어 전자계를 발생시키는 코일모듈 어레이(54)와, 상기 하부 이송대(50)의 상측에서 부상 및 이송되는 스테 이지(55)와, 상기 스테이지(55)의 하면에 설치된 영구자석 어레이(58)로 구성된다. 여기서 상기 코일모듈 어레이(54)에서 발생하는 전자계는 상기 스테이지(55) 아래의 영구자석 어레이(58)와 자기 상호작용을 하며 이에 의해 상기 스테이지(55)는 자기 부상 및 추진 이송된다. 이러한 상기 코일모듈 어레이(54) 하부 구조를 갖는 스테이지(55)의 경우 작업 영역 확대는 하부 코일 어레이를 x, y축 방향으로 중첩시켜 해결하는데 이마저도 일정영역 이상의 확대는 힘든 실정이며 상기 스테이지(55)의 이동에 따라 인접 코일의 경계선에서 파워 스위칭에 의한 추력 리플(ripple)이 근원적으로 존재할 수밖에 없는 시스템이다. Accordingly, a large-area stage device (Korea Republic Patent No. 10-0726711) of a magnetic levitation type is disclosed as a technology related to a flat stage using a magnetic levitation method rather than a stacked structure. Figure 2 is a schematic diagram schematically showing a planar stage of such a magnetic levitation method. As shown in the figure, the magnetic levitation type large area stage apparatus includes a lower plate 50 having a support plate 51, a support plate 52 supporting the same, and an upper surface of the support plate 51. A coil module array 54 installed at the side to generate an electromagnetic field, a stage 55 floating and conveyed from the upper side of the lower transfer table 50, and a permanent magnet array 58 provided at a lower surface of the stage 55. It consists of Herein, the electromagnetic field generated by the coil module array 54 magnetically interacts with the permanent magnet array 58 below the stage 55, whereby the stage 55 is magnetically floated and propagated. In the case of the stage 55 having the lower structure of the coil module array 54, the expansion of the work area is solved by overlapping the lower coil array in the x and y-axis directions. As a result, thrust ripple due to power switching at the boundary of adjacent coils is inevitably present.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전도성 평판위에서 평면 스테이지가 비접촉식으로 부상되어 이동함으로써 상기 전도성 평판의 확대만으로 구동 영역을 간단하게 확장할 수 있는 비접촉 평면 스테이지를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and to provide a non-contact planar stage which can simply expand the driving region by only expanding the conductive plate by moving the plane stage on the conductive plate in a non-contact manner.

본 발명의 다른 목적은 상기 비접촉 평면 스테이지와 상기 전도성 평판 간의 상호 작용으로 상기 비접촉 평면 스테이지에 자기력을 발생시킴에 있어서 공급되는 전원의 상 변화에 의한 추력 리플(ripple) 등을 방지하여 줌으로써 상기 비접촉 평면 스테이지의 구동제어를 정밀하게 할 수 있는 비접촉 평면 스테이지를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to generate a magnetic force in the non-contact planar stage by the interaction between the non-contact planar stage and the conductive plate to prevent the thrust ripple due to the phase change of the power supplied to the non-contact plane An object is to provide a non-contact planar stage capable of precisely driving control of the stage.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 비접촉 평면 스테이지는 서로 나란히 배열된 복수의 선형유도모터를 구비한 제 1 방향 선형유도모터부와, 상기 제 1 방향 선형유도모터부와 직교하는 방향으로 서로 나란히 배열된 복수의 선형유도모터를 구비한 제 2 방향 선형유도모터부를 포함하는 비접촉 평면 스테이지로서, 상기 각 선형유도모터부 내에서 서로 나란히 배열된 상기 선형유도모터들 중 적어도 하나는 동일 선형유도모터부 내의 다른 선형유도모터들과 반대 방향의 추력을 발생시키도록 배열되며, 상기 각 선형유도모터는 일렬로 배열되는 복수개의 강자성 코어 및 각 강자성 코어의 철심에 코일이 감겨지는 형태로 구성되며, 하부에 강자성 요철판이 구비된 전도성 평판 위에서 상기 제 1 방향 선형유도모터부 및 상기 제 2 방향 선형유도모터부와 상기 전도성 평판 간에 발생하는 자기력에 의해 이동되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the non-contact planar stage according to the present invention is a first direction linear induction motor unit having a plurality of linear induction motors arranged side by side with each other in a direction orthogonal to the first direction linear induction motor unit A non-contact planar stage including a second direction linear induction motor unit having a plurality of linear induction motors arranged side by side, wherein at least one of the linear induction motors arranged in parallel with each other in each linear induction motor unit is the same linear induction motor The linear induction motors are arranged to generate a thrust in the opposite direction to other linear induction motors. Each linear induction motor has a plurality of ferromagnetic cores arranged in a line and a coil wound around the iron core of each ferromagnetic core. The first direction linear induction motor part and the second direction linear induction on a conductive plate having ferromagnetic uneven plate It characterized in that the movement by the magnetic force generated between the taboo and the conductive plate.

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여기서 상기 제 1 방향 선형유도모터부는, 상기 제 1 방향으로 복수의 선형유도모터가 서로 나란히 인접하게 배열되어 있는 제 1 선형유도모터부와, 상기 제 1 선형유도모터부와 이격되어, 상기 제 1 선형유도모터부와 나란한 방향으로 복수의 선형유도모터가 서로 나란히 인접하게 배열되어 있는 제 2 선형유도모터부로 구성되며, 상기 제 2 방향 선형유도모터부는, 복수의 선형유도모터가 서로 나란히 인접하게 배열되되 상기 제 1 선형유도모터부 및 상기 제 2 선형유도모터부와는 직교하는 방향으로 배열되는 제 3 선형유도모터부와, 상기 제 3 선형유도모터부와 이격되어, 상기 제 3 선형유도모터부와 나란한 방향으로 복수의 선형유도모터가 서로 나란히 인접하게 배열되어 있는 제 4 선형유도모터부로 구성되는 것을 특징으로 한다.The first directional linear induction motor unit may be spaced apart from the first linear induction motor unit and the first linear induction motor unit in which a plurality of linear induction motors are arranged adjacent to each other in the first direction. A second linear induction motor unit is arranged in a direction parallel to the linear induction motor unit adjacent to each other, the second linear induction motor unit, the second direction linear induction motor unit, the plurality of linear induction motors are arranged adjacent to each other side by side. The third linear induction motor unit is arranged in a direction orthogonal to the first linear induction motor unit and the second linear induction motor unit, and the third linear induction motor unit spaced apart from the third linear induction motor unit And a fourth linear induction motor unit in which a plurality of linear induction motors are arranged adjacent to each other in parallel with each other in a direction parallel to each other.

상기 제 1 내지 제 4 선형 유도모터부는 직사각형 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.The first to fourth linear induction motor unit is characterized by forming a rectangular shape.

상기 제 1 내지 제 4 선형 유도모터부는 각각 3개의 선형 유도 모터가 3열로 배열되도록 형성되며, 상기 3열의 선형 유도 모터 중 중간 열의 선형 유도모터가 다른 2개의 선형유도모터들과 반대 방향의 추력을 발생시키도록 형성되는 것을 특징으로 한다.Each of the first to fourth linear induction motors is configured such that three linear induction motors are arranged in three rows, and the linear induction motor in the middle row among the three linear induction motors has a thrust in a direction opposite to the other two linear induction motors. It is characterized in that it is formed to generate.

그리고 상기 제 1 및 제 2 방향 선형유도모터부 사이에 공기베어링이 더 구비된 것을 특징으로 한다.The air bearing is further provided between the first and second direction linear induction motors.

그리고 상기 비접촉 평면 스테이지에는 자속센서와, 상기 비접촉 평면 스테이지의 이동 변화량을 측정할 수 있는 변위센서와, 상기 자속센서와 변위센서에서 검출된 데이터에 따라 상기 비접촉 평면 스테이지의 구동을 제어할 수 있는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The non-contact planar stage includes a magnetic flux sensor, a displacement sensor capable of measuring a change amount of movement of the non-contact planar stage, and a controller capable of controlling the driving of the non-contact planar stage according to data detected by the magnetic flux sensor and the displacement sensor. Characterized in that it comprises a.

본 발명에 따르면, 비접촉 평면 스테이지가 전도성 평판위에서 비접촉 식으로 부상되어 이동하기 때문에 상기 전도성 평판의 확대만으로 구동 영역을 간단하게 확장할 수 있다.According to the present invention, since the non-contact planar stage floats and moves in a non-contact manner on the conductive plate, it is possible to simply expand the driving region by only expanding the conductive plate.

또한, 비접촉 평면 스테이지가 바이어스 추력 발생 구조를 가지고 있기 때문에 선형유도모터의 주기적인 힘 리플없이 상기 비접촉 평면 스테이지에서 발생하는 부상력 및 추진력을 일정하게 제어하여 줌으로써 상기 비접촉 평면 스테이지의 구동제어를 정밀하게 할 수 있다. In addition, since the non-contact planar stage has a bias thrust generation structure, the drive control of the non-contact planar stage is precisely controlled by constantly controlling the floating force and the propulsion force generated in the non-contact planar stage without the periodic force ripple of the linear induction motor. can do.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 바람직한 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 바람직한 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 바람직한 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the preferred embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the preferred embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and only the present preferred embodiments make the disclosure of the present invention complete, and are common in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, which is to be defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 비접촉 평면 스테이지의 전체적인 모습을 나타낸 사 시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지의 선형유도모터의 배열을 나타낸 참조도이며, 도 5는 본 발명에 따른 비접촉 평면 스테이지의 구성요소인 선형유도모터의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 5의 선형유도모터의 코어부의 다양한 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 5의 선형유도모터에서 주파수의 변화에 따라 추력 및 수직력의 변화를 나타낸 선도이고, 도 8은 복수개의 선형유도모터가 서로 나란히 인접하게 배열되어 있는 모습 및 상기 복수개의 선형유도모터에서 발생하는 추력을 나타낸 참조도이다.Figure 3 is an attempt to show the overall appearance of a non-contact planar stage according to the present invention, Figure 4 is a reference diagram showing the arrangement of the linear induction motor of the non-contact planar stage according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 5 is the present invention FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration of a linear induction motor that is a component of a non-contact planar stage according to FIG. 6, FIG. 6 is a perspective view illustrating various embodiments of a core part of the linear induction motor of FIG. 5, and FIG. 7 is a frequency of the linear induction motor of FIG. 5. Figure 8 is a diagram showing a change in the thrust and the vertical force in accordance with the change, Figure 8 is a reference diagram showing the state in which a plurality of linear induction motors are arranged adjacent to each other and the thrust generated in the plurality of linear induction motors.

그리고 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지의 선형유도모터부에서 발생하는 자기력과 공압력을 나타낸 선도이며, 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지의 구성요소인 선형유도모터의 좌표계와 전원 결선을 나타내는 간략도이고, 도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지의 제어 흐름도이며, 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지의 구성요소인 선형유도모터의 이축 자기력 독립 제어를 위한 벡터 제어 흐름도이다.9 is a diagram showing the magnetic force and the air pressure generated in the linear induction motor unit of the non-contact planar stage according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 10 is a component of the non-contact planar stage according to a preferred embodiment of the present invention FIG. 11 is a control diagram of a non-contact planar stage according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a component of a non-contact planar stage according to a preferred embodiment of the present invention. A vector control flow chart for biaxial magnetic force independent control of a linear induction motor.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지(100)의 구성요소에 대하여 살펴본 후, 이와 같은 비접촉 평면 스테이지(100)의 작동 및 구동제어에 대하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, the components of the non-contact planar stage 100 according to the preferred embodiment of the present invention will be described, and then the operation and driving control of such a non-contact planar stage 100 will be described.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 각각의 구성요소를 지지하는 본체 프레임(101)과, 상기 본체 프레임(101) 하단에 구비되는 복수의 선형유도모터부(110, 120, 130, 140) 와, 상기 본체 프레임(101)의 하측 모서리 부분에 구비되는 공기베어링(200) 및 상기 비접촉 평면 스테이지(100)에 전원 등을 공급하는 케이블(500)로 구성되어 있다.First, the non-contact planar stage 100 according to the preferred embodiment of the present invention is provided with a main body frame 101 for supporting each component, as shown in Figure 3 and 4, the bottom of the main body frame 101 A plurality of linear induction motor unit 110, 120, 130, 140 to be supplied to the air bearing 200 and the non-contact planar stage (100) provided in the lower edge portion of the main body frame 101 The cable 500 is comprised.

그리고 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 상기 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)가 자기력을 발생시켜 상기 비접촉 평면 스테이지(100)를 이동시킬 수 있도록 4각 평판 형상의 전도성 평판(310)가 구비되는데 상기 전도성 평판(310)의 하부에는 강자성 요철판(300)이 더 구비된다.In addition, the linear induction motor unit 110, 120, 130, 140 of the non-contact planar stage 100 may generate a magnetic force to move the non-contact planar stage 100 to form a quadrangular flat plate-like conductive plate 310. A ferromagnetic uneven plate 300 is further provided below the conductive plate 310.

상기 비접촉 평면 스테이지(100)에 구비되는 상기 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)는 네 개의 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)가 직사각형 형상을 이루도록 구비된다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상, 하측(도 4의 +Y축 방향이 상측)에 소정의 간격만큼 이격되어 상호 나란하게 구비되는 제 1 선형유도모터부(110) 및 제 2 선형유도모터부(120)와, 상기 제 1 선형유도모터부(110) 및 제 2 선형유도모터부(120)의 좌, 우측(도 4의 +X축 방향이 우측)에 상기 제 1 및 제 2 선형유도모터부(110, 120)와 마찬가지로 소정의 간격만큼 이격되어 상호 나란하게 배열되되 상기 제 1 및 제 2 선형유도모터부(110, 120)와는 직교하는 방향으로 구비되는 제 3 선형유도모터부(130) 및 제 4 선형유도모터부(140)로 이루어진다. The linear induction motor parts 110, 120, 130, and 140 provided in the non-contact planar stage 100 are provided such that four linear induction motor parts 110, 120, 130, and 140 have a rectangular shape. That is, as shown in FIG. 4, the first linear induction motor unit 110 and the second linear induction motor are provided on the upper side and the lower side (the + Y axis direction of FIG. 4 is upper side) spaced apart by a predetermined interval. The first and second linear inductions on the left and right sides (the + X axis direction in FIG. 4 is right) of the unit 120 and the first linear induction motor unit 110 and the second linear induction motor unit 120. Similar to the motor parts 110 and 120, the third linear induction motor part 130 is spaced apart by a predetermined interval and arranged in parallel with each other, but is provided in a direction orthogonal to the first and second linear induction motor parts 110 and 120. ) And the fourth linear induction motor unit 140.

상기 제 1내지 제 4 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)는 일렬로 배열되는 복수개의 강자성 코어(112) 및 상기 강자성 코어(112)의 철심에 코일(114)이 감겨지는 형태로 구성되는 세 개의 선형유도모터(111)가 서로 나란히 인접하여 3열로 배열되는 형태로 이루어진다. 여기서 이동 자속을 생성하는 일렬로 배열되는 복수 개의 상기 강자성 코어(112)는 도 6에 도시된 바와 같이 상단이 연결되어 있는 일체형 코어 형태(116) 또는 코어에 의해 이동 자속과 횡자속이 동시에 형성될 수 있도록 한 십자 기둥 형태의 코어(118) 등 다양한 형태로 실시할 수 있다.The first to fourth linear induction motors 110, 120, 130, and 140 are formed in such a manner that the coils 114 are wound around the plurality of ferromagnetic cores 112 arranged in a line and iron cores of the ferromagnetic cores 112. Three linear induction motors 111 are configured to be arranged in three rows adjacent to each other next to each other. Here, the plurality of ferromagnetic cores 112 arranged in a line for generating a moving magnetic flux may be simultaneously formed with a moving magnetic flux and a transverse magnetic flux by an integral core form 116 or a core having an upper end connected thereto, as shown in FIG. 6. It can be carried out in a variety of forms, such as a cross pill core 118.

그리고 상기 제 1 내지 제 4 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)의 배열 사이, 즉 네 모서리에는 공기베어링(200) 이 구비된다. 상기 공기 베어링(200)은 상기 제 1 내지 제 4 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)에서 발생하는 수직력이 고주파 대역일때는 반발력 형태로 작용하여 상기 비접촉 평면 스테이지(100)를 부상시키지만 저주파 대역일때는 흡인력 형태로 작용하기 때문에 이와 같은 흡인력을 보상하여 상기 비접촉 평면 스테이지(100)를 부상시키기 위한 것이다. The air bearings 200 are provided between the first to fourth linear induction motor parts 110, 120, 130, and 140, that is, at four corners. When the vertical force generated in the first to fourth linear induction motor parts 110, 120, 130, and 140 is a high frequency band, the air bearing 200 acts as a repulsive force to float the non-contact planar stage 100. When the low frequency band acts in the form of a suction force to compensate for such a suction force to float the non-contact planar stage 100.

상기 공기베어링(200) 은 팬과 모터가 구비되어 압축공기를 발생하는 형태로 구비되거나 외부에서 압축공기를 공급받아 이를 외부로 분출하는 형태 등으로 구비될 수 있다. The air bearing 200 may be provided with a fan and a motor to generate compressed air, or may be provided with a compressed air supplied from the outside to eject the compressed air to the outside.

그리고 상기 비접촉 평면 스테이지(100)에는 자속센서(미도시)와, 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 이동 변화량을 측정할 수 있는 변위센서(미도시)와, 상기 자속센서와 변위센서에서 검출된 데이터에 따라 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 구동을 제어할 수 있는 제어부(미도시)가 더 구비되어 있다. 이와 같은 상기 자속센서 및 변위센서 그리고 이 센서들로부터 검출된 데이터에 따라 상기 비접촉 평면 스테이지(100)를 제어하는 제어부에 대한 설명은 차후에 다시 자세히 설명하기로 한다.The non-contact planar stage 100 includes a magnetic flux sensor (not shown), a displacement sensor (not shown) capable of measuring a change amount of movement of the non-contact planar stage 100, and data detected by the magnetic flux sensor and the displacement sensor. The control unit (not shown) for controlling the driving of the non-contact planar stage 100 is further provided. The magnetic flux sensor, the displacement sensor, and the control unit for controlling the non-contact planar stage 100 according to the data detected from the sensors will be described later in detail.

이하에서는 이와 같이 구성되는 비접촉 평면 스테이지(100)의 기본적이 작동 원리에 대하여 설명하기로 한다. 먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 비접촉 평면 스테이지(100)에서 상기 비접촉 평면 스테이지(100)에 구비되는 상기 제 1내지 제 4 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)가 그룹형태로 구성되어 있는 이유에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the basic operating principle of the non-contact planar stage 100 configured as described above will be described. First, in the non-contact planar stage 100 according to the preferred embodiment of the present invention, the first to fourth linear induction motor parts 110, 120, 130, and 140 provided in the non-contact planar stage 100 are grouped. The reason that is configured as will be described.

도 5에 도시된 바와 같이 전도성 평판(310) 위에 놓인 상기 선형유도모터 즉, 강자성 코어(112) 철심을 갖는 상기 코일(114)에 다상 전원을 인가하면 상기 전도성 평판(310)에서 발생하는 와전류와 상기 코일(114)의 자계에 의해 ± X축 방향의 추력(410) 및 -Z축 방향의 수직력(400)이 발생한다. As shown in FIG. 5, when a polyphase power is applied to the linear induction motor placed on the conductive plate 310, that is, the coil 114 having the ferromagnetic core 112 iron core, an eddy current generated from the conductive plate 310 is generated. The magnetic field of the coil 114 generates a thrust 410 in the ± X axis direction and a vertical force 400 in the −Z axis direction.

이때 이와 같이 ± X축 방향으로 발생하는 상기 선형유도모터(111)의 추력 방향을 전환시키기 위해서는 상기 코일(114)에 인가되는 다상 전원의 상을 전환시켜 주어야 한다. 그런데 상기 비접촉 평면 스테이지(100)가 영속 혹은 저속으로 이동하고 있는 도중 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 이동 방향을 전환시키기 위해 다상 전원의 상을 전환하게 되면 상기 코일(114)에 인가되는 입력 전원의 불연속을 낳게 된다. At this time, in order to change the thrust direction of the linear induction motor 111 generated in the ± X-axis direction, it is necessary to switch the phase of the polyphase power applied to the coil 114. However, when the phase of the multi-phase power source is switched in order to change the moving direction of the non-contact plane stage 100 while the non-contact plane stage 100 is moving at a constant or low speed, the input power applied to the coil 114 is changed. It leads to discontinuities.

이는 상기 선형유도모터(111)에 의해 발생되는 추력에 불연속을 낳게 되는데 이러한 추력의 불연속은 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 균일한 동특성 확보에 큰 제약이 된다. 이러한 상 전환 방식의 추력 방향 전환은 유도 원리에 있어서 불가피한 제반 조건인데, 본 실시예에서는 이러한 추력의 불연속을 없애기 위해 바이어스 추력 발생 구조를 가질 수 있도록 상기 제 1 내지 제 4 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)를 그룹형태로 구비하여 주었다.This causes a discontinuity in the thrust generated by the linear induction motor 111, this discontinuity of the thrust is a great constraint to secure the uniform dynamic characteristics of the non-contact planar stage (100). The thrust direction change of the phase shift method is an inevitable condition in the induction principle. In the present embodiment, the first to fourth linear induction motors 110 and 110 may have a bias thrust generation structure to eliminate the discontinuity of the thrust. 120, 130, 140) were provided in a group form.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이 세 개의 선형유도모터(116, 117, 118)를 3열 형태로 구비하여 준 후 이들 선형유도모터(116, 117, 118)들이 서로 다른 방향으로 추력을 발생시키도록 하여주고 이들의 힘의 조합에 의해서 상기 비접촉 평면 스테이지(100)를 이동시키거나 이동 중 방향을 전환시키거나 또는 정지되도록 하여 주는 것이다. That is, as shown in FIG. 8, three linear induction motors 116, 117, and 118 are provided in three rows, and then these linear induction motors 116, 117, and 118 generate thrust in different directions. The non-contact planar stage 100 is moved, changed direction during movement, or stopped by a combination of these forces.

예를 들어 설명하면 첫째 열과 하측 열의 상기 선형유도모터(116,118)에서는 +X(F1, F3)축 방향으로 추력이 발생하도록 하여 주고 중간 열의 상기 선형유도모터(117)에서는 -X(F2)축 방향으로 추력이 발생하도록 하여 줄때 상기 +X(F1, F3)축 방향의 추력과 -X(F2)축 방향의 추력이 서로 같게 되면 서로의 힘이 상쇄되어 어느 방향으로도 추력이 발생하지 않아 상기 비접촉 평면 스테이지(100)는 정지 상태로 있게 된다. For example, in the linear induction motors 116 and 118 in the first row and the lower row, thrust is generated in the + X (F1, F3) axis direction, and in the linear induction motor 117 in the middle row, the -X (F2) axis direction. When the thrust in the + X (F1, F3) axis direction and the thrust in the -X (F2) axis direction are equal to each other when the thrust is generated, the forces of each other cancel each other and the thrust does not occur in any direction so that the non-contact Planar stage 100 is in a stationary state.

그리고 상기 비접촉 평면 스테이지(100)를 +X축 방향 또는 -X축 방향으로 이동시키고자 한다면 이동하고자 하는 방향으로 추력을 더 발생시켜 상기 비접촉 평면 스테이지(100)를 이동시킬 수 있으며 이동방향을 전환 하고자 하면 반대 방향으로 추력을 더 발생시키거나 전환 방향의 반대 방향으로 발생하는 추력을 낮춰 줌으로써 방향을 전환 시킬 수 있는 것이다.And if you want to move the non-contact planar stage 100 in the + X-axis direction or -X-axis direction to generate a thrust in the direction to move further to move the non-contact planar stage 100 to change the direction of movement Then, the direction can be changed by generating more thrust in the opposite direction or by lowering the thrust generated in the opposite direction to the change direction.

그리고 이와 같은 3열 형태로 배열되는 제 1 내지 제 4 선형유도모터부가 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 상, 하, 좌, 우 방향에 배열되어 상기 비접촉 평면 스테이지(100)를 상, 하 또는 좌, 우로 이동시킬 수 있도록 하여준다. In addition, the first to fourth linear induction motors arranged in such a three-column form are arranged in the up, down, left, and right directions of the non-contact planar stage 100 so that the non-contact planar stage 100 is up, down, or left. , Move it to the right.

이러한 형태로 구비되는 상기 제 1 내지 제 4 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)는 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 방향 전환 시 상전환에 따른 불연속을 방지할 수 있으며 구동 정밀도를 높일 수 있다. 이러한 구조는 비단, 도시된 3열 형태로만 국한되는 것은 아니며 상기 선형유도모터(111)가 서로 마주보고 있는 가장 기본적인 구조 외에도 이러한 열을 다양하게 배치시켜 구현하는 것이 가능하다.The first to fourth linear induction motors 110, 120, 130, and 140 provided in such a form can prevent discontinuity due to phase change when changing the direction of the non-contact planar stage 100 and increase driving accuracy. Can be. Such a structure is not limited to the illustrated three-column form, and in addition to the most basic structure in which the linear induction motor 111 faces each other, it is possible to implement such a variety of arrangements.

또한 상기 제 1 내지 제 4 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)의In addition, the first to fourth linear induction motor unit (110, 120, 130, 140) of

배열도 상기와 같이 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 상,하, 좌, 우에 직사각형 형태로 배열되는 것만은 아니며 상기 자기 부상식 이동체(100)를 상, 하, 좌, 우 방향으로 이동시킬 수 있는 어떤 형태의 배열의 형태로도 구비하여 줄 수 있다.The arrangement is not just arranged in a rectangular shape on the top, bottom, left, right of the non-contact planar stage 100 as described above, but can move the magnetically levitated moving object 100 in the up, down, left, and right directions. It can be provided in the form of an arrangement of any form.

이하에서는 상기 비접촉 평면 스테이지(100)에 구비되는 공기 베어링(200)에 Hereinafter, to the air bearing 200 provided in the non-contact planar stage 100

대하여 설명하기로 한다.This will be described.

상기 코일(114)에 인가하는 다상 전원이 저주파 대역이라면 상기 코일(114)의 자계와 상기 강자성 요철(300)의 사이에는 강한 흡인력이 작용한다. 도 7은 상기 코일(114)에 인가되는 다상 전원의 주파수 변화에 따른 상기 제 1 내지 제 4 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)의 추력과 수직력의 변화를 나타낸 선도로서 도시된 바와 같이 추력의 경우 주파수에 따라 증가하다가 감소하기 시작하여 고주파로 갈수록 감소량이 거의 없이 완만해 짐을 알 수 있으나 수직력의 경우 주파수 변화에 따라 그 방향이 전환된다. 즉, 저주파 대역에서는 흡인력의 형태를 그리고 고주파 대역에서는 반발력의 형태를 취한다. If the polyphase power applied to the coil 114 is a low frequency band, a strong suction force acts between the magnetic field of the coil 114 and the ferromagnetic unevenness 300. FIG. 7 is a diagram illustrating changes in thrust and vertical force of the first to fourth linear induction motor parts 110, 120, 130, and 140 according to the frequency change of the polyphase power applied to the coil 114. Likewise, in the case of thrust, it increases with frequency and starts to decrease, and as the high frequency increases, it decreases with little decrease, but in the case of vertical force, the direction is changed according to the frequency change. In other words, it takes the form of suction force in the low frequency band and repulsive force in the high frequency band.

이와 같이 저주파 대역에서 흡인력의 형태를 가지는 이유는 상기 전도성 평 판(310)에 유도된 와전류에 의한 힘은 반발력이지만 저주파 대역에서는 상기 코일(114)의 자계와 상기 강자성 요철(300) 간의 흡인력이 워낙 크기 때문이다. The reason for having the shape of the suction force in the low frequency band as described above is that the force due to the eddy current induced in the conductive plate 310 is the repulsive force, but in the low frequency band the suction force between the magnetic field of the coil 114 and the ferromagnetic unevenness 300 is very high. Because of the size.

따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지(100)가 저주파 대역에서 구동될 때에는 네 개의 추력과 네 개의 흡인력 등 총 8축 방향의 자기력이 발생된다. 이에 본 실시예에서는 이러한 흡인력을 보상하여 상기 비접촉 평면 스테이지(100)를 상기 전도성 평판(310) 위 공간상에 부상시키며 공극 방향으로의 바이어스 강성 부가 효과에 의해 시스템의 제어 대역폭을 증가시킬 수 있도록 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 하측 네 모서리에 공기 베어링(200)을 구비하여 주었다.Therefore, when the non-contact planar stage 100 according to the preferred embodiment of the present invention is driven in a low frequency band, a total magnetic force in eight axial directions such as four thrust and four suction forces is generated. Accordingly, in this embodiment, the suction force is compensated to raise the non-contact planar stage 100 in the space above the conductive plate 310 and increase the control bandwidth of the system by the effect of the bias stiffness in the void direction. An air bearing 200 was provided at the lower four corners of the non-contact planar stage 100.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지(100)의 구동제어에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, driving control of the non-contact planar stage 100 according to the preferred embodiment of the present invention will be described.

도 8에 도시된 바와 같이 3열 형태로 구성되는 상기 선형유도모터(116, 117, 118)에서 발생하는 추력

Figure 112008063903430-pat00001
의 방향이 항상 그림과 같도록 코일(114)에 다상 전원을 인가하면, 최종 힘
Figure 112008063903430-pat00002
은 다음의 식(1)과 같이 얻어진다.Thrust generated in the linear induction motors 116, 117, and 118, which are configured in three rows as shown in FIG. 8.
Figure 112008063903430-pat00001
When the multiphase power is applied to the coil 114 so that the direction of is always as shown in the figure, the final force
Figure 112008063903430-pat00002
Is obtained as in the following equation (1).

Figure 112008063903430-pat00003
(1)
Figure 112008063903430-pat00003
(One)

여기서 우측의 추력을 아래 식(2)과 같이 공칭 값과 이를 기준으로 하는 미소 변화량으로 분리하여 표현하면 결국 힘의 방향은 식(3)과 같이 이러한 힘의 변화량에 의해 결정된다.

Figure 112008063903430-pat00004
(2) Here, the thrust on the right is divided into a nominal value and a small change amount based on the nominal value, as shown in Equation (2) below.
Figure 112008063903430-pat00004
(2)

Figure 112008063903430-pat00005
(3)
Figure 112008063903430-pat00005
(3)

따라서 위 식(3)에서와 같이 상기 선형유도모터(116, 117, 118)에서 발생하는 추력의 방향은 상기 선형유도모터(116, 117, 118)의 미소 변화량 차이에 의해 결정되며 각각의 상기 선형유도모터(116, 117, 118) 자체의 추력 방향은 항상 그대로 임을 알 수 있다. 따라서 이러한 미소 변화량의 차이를 제어하여 줌으로써 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 운동을 제어할 수 있다. Therefore, as shown in Equation (3), the direction of thrust generated in the linear induction motors 116, 117, and 118 is determined by the difference in the amount of small change of the linear induction motors 116, 117, and 118. It can be seen that the thrust direction of the induction motors 116, 117, 118 itself is always intact. Therefore, the motion of the non-contact planar stage 100 can be controlled by controlling the difference of the minute change amount.

여기서 상기 공칭 값은 일정 수준 값 이상인 것이 바람직한데 그 이유는 상기 공칭 값이 작아 상기 미소 변화량과 큰 차이가 없을 경우 변화량의 차이가 미소하더라도 상기 자기 부상 이동 장치(100)는 구동에 큰 영향을 받아 안정적이며 정밀한 구동의 제어를 할 수 없기 때문이다. In this case, the nominal value is preferably equal to or greater than a predetermined level because the nominal value is so small that the magnetic levitation moving device 100 is greatly influenced by the driving even if the difference in the amount of change is minute. This is because it is impossible to control stable and precise driving.

도 9는 본 발명에 따른 비접촉 평면 스테이지(100)에 작용하는 자기력과 공압력 선도를 나타내는데, 전술한 바와 같이 상기 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)는 이축력을 발생시키고 공압력은 부상력으로 작용한다. 이 때 도 9에서의 자기 흡인력은 상기 전도성 평판(310)에 작용하는 힘이므로 상기 전도성 평판(310)이 고정되고 상기 비접촉 평면 스테이지(100)가 구동되는 형태에서는

Figure 112008063903430-pat00006
와 같이 -z축의 방향으로 작용한다. 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 질량을 m, 각 축에 대한 관성 모멘트를 각각
Figure 112008063903430-pat00007
그리고 무게 중심에서 각 힘까지의 모멘트 암을
Figure 112008063903430-pat00008
라 하면 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 무게 중심점에서는 식(4), (5)와 같은, 면내 운동(
Figure 112008063903430-pat00009
)과 면외 운동(
Figure 112008063903430-pat00010
)에 대한 힘 평형 방정식이 성립된다.9 shows a magnetic force and a pneumatic pressure diagram acting on the non-contact planar stage 100 according to the present invention. Acts as a flotation force. In this case, since the magnetic attraction force in FIG. 9 is a force acting on the conductive plate 310, the conductive plate 310 is fixed and the non-contact planar stage 100 is driven.
Figure 112008063903430-pat00006
It acts in the direction of the -z axis. The mass of the non-contact planar stage 100 m, the moment of inertia for each axis
Figure 112008063903430-pat00007
And the moment arm from the center of gravity to each of the forces
Figure 112008063903430-pat00008
In terms of the center of gravity of the non-contact planar stage 100, in-plane motions such as equations (4) and (5)
Figure 112008063903430-pat00009
) And out-of-plane exercise (
Figure 112008063903430-pat00010
The force equilibrium equation for

Figure 112008063903430-pat00011
(4)
Figure 112008063903430-pat00011
(4)

Figure 112008063903430-pat00012
Figure 112008063903430-pat00012

Figure 112008063903430-pat00013
Figure 112008063903430-pat00013

Figure 112008063903430-pat00014
Figure 112008063903430-pat00015
(5)
Figure 112008063903430-pat00014
Figure 112008063903430-pat00015
(5)

Figure 112008063903430-pat00016
Figure 112008063903430-pat00016

따라서 위 식에서 확인할 수 있듯이 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 설계 운동량이 결정되면 식(4), (5)를 기초로 하여 각각의 추력, 수직력에 대한 값이 계산된다.      Therefore, as can be seen in the above equation, when the design momentum of the non-contact planar stage 100 is determined, the values for the respective thrust and the vertical force are calculated based on Equations (4) and (5).

도 10은 본 발명에 따른 비접촉 평면 스테이지(100)에서 선형유도모터(111)의 좌표계와 전원 결선을 나타내는 간략도인데, 상기 선형유도모터(111)의 경우 입 력은 3상(u, v, w) 전원이지만 출력은 상기 전도성 평판(310)에 작용하는 수직력과 추력이므로 입력과 출력간에 독립적인 일대일 관계가 성립되지 않는다. 그러나 그림에서와 같이 u, v, w의 u상축과 일치하도록 d축을 설정하고, 상기 축과 90도 위상각을 갖도록 q축을 설정하면 일반적인 벡터 제어기법에서 d, q 전류의 물리적 의미에서와 같이 d축 전류는 공극 자계, 즉 수직력 제어에 이용되고 q축 전류는 추력 제어에 이용된다. 이는 3상 전원의 벡터 합, 즉 영상 전류가 0이므로 3상 전원의 독립 변수는 두개로 축약될 수 있고 따라서 이러한 두 개의 변수를 d, q축 전류로 치환하면 상기 이축력이 두 변수에 의해 제어 가능하다. 이 때 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 상기 제 1내지 제 4 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)의 자속의 순시 위치값은 계속 모니터링 되어야 하며, 위 자속의 순시 위치에 d축을 동기화시켜 한다.10 is a simplified diagram showing the coordinate system and power connection of the linear induction motor 111 in the non-contact planar stage 100 according to the present invention, the input of the linear induction motor 111 is three-phase (u, v, w) Power, but output is the vertical force and thrust acting on the conductive plate 310, so an independent one-to-one relationship is not established between the input and the output. However, if the d-axis is set to coincide with the u-phase axis of u, v, w as shown in the figure, and the q-axis is set to have a phase angle of 90 degrees with the axis, in the general vector control method, d The axial current is used for the pore magnetic field, that is, the vertical force control, and the q-axis current is used for the thrust control. Since the vector sum of the three-phase power source, i.e., the image current is zero, the independent variable of the three-phase power source can be reduced to two. Therefore, if these two variables are replaced with d and q-axis currents, the biaxial force is controlled by the two variables. It is possible. At this time, the instantaneous position value of the magnetic flux of the first to fourth linear induction motor units 110, 120, 130, and 140 of the non-contact planar stage 100 should be continuously monitored, and the d-axis is synchronized to the instantaneous position of the magnetic flux. Let's do it.

도 11은 본 발명에 따른 비접촉 평면 스테이지(100)의 제어 흐름도를 나타내는데, 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 공간상 위치 측정은 면내 운동과 면외 운동을 분리하여 측정하며 측정된 위치 값은 아날로그 전압이므로 아날로그-디지털 변환기를 통해 디지털 값으로 전환되어 제어부에서 기준 입력과 비교하여 적절한 제어 입력을 발생시키고 제어량에 따라 선형 모터 드라이버를 통해 선형 구동기에 아날로그 전원이 인가된다. 인가된 전원을 통해 발생하는 선형유도모터부(110, 120, 130, 140)의 자기력으로 상기 비접촉 평면 스테이지(100)는 공간상에 부상, 추진 이송되고 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 이송량은 재차 측정되어 제어부로 되먹임 되는 폐루프 구조를 갖는다.11 shows a control flowchart of the non-contact planar stage 100 according to the present invention. The spatial position measurement of the non-contact planar stage 100 is performed by separately measuring in-plane motion and out-of-plane motion, and the measured position value is an analog voltage. The analog-to-digital converter converts the digital value to generate an appropriate control input in comparison with the reference input in the controller, and the analog power is applied to the linear driver through the linear motor driver according to the control amount. The non-contact planar stage 100 is floated and propagated in the space by the magnetic force of the linear induction motor units 110, 120, 130, and 140 generated through the applied power, and the amount of the non-contact planar stage 100 is transferred again. It has a closed loop structure that is measured and fed back to the controller.

도 12는 본 발명에 따른 비접촉 평면 스테이지(100)의 구성 요소인 선형유도모터(111)의 이축 자기력 독립 제어를 위한 벡터 제어 흐름도를 나타내는데, 전술한 바와 같이 상기 선형유도모터(111)는 추력 외에 수직력을 발생시키므로 선형유도모터(111)의 3상 전원을 이용하여 이축의 자기력을 제어하기 위한 수단으로서 벡터 제어기법을 준용한다. 상기 선형유도모터(111)의 목표 수직력과 추력량이 결정되면 이에 따른 자계 제어 전류인 d축 전류와 추력 제어 전류인 q축 전류가 계산되고 실제 전원 입력 형태인 u, v, w의 3상 전원으로 전환되어 인버터를 통해 선형유도 모터에 공급된다. 선형유도모터(111)의 자속의 위치는 상기 코어(114) 하단에 설치된 자속 센서에 의해 측정되고 측정된 위치는 d축을 자속 축에 동기화시키기 위해 되먹임 된다. 또한 선형유도모터(111)에 의한 자기력과, 수직 자기력을 보상하기 위한 공압력을 통해 상기 비접촉 평면 스테이지(100)는 구동되고 상기 비접촉 평면 스테이지(100)의 위치는 6축 변위 센서에 의해 측정되어 제어부로 되먹임 된다. 12 shows a vector control flow chart for biaxial magnetic force independent control of the linear induction motor 111 which is a component of the non-contact planar stage 100 according to the present invention. As described above, the linear induction motor 111 is in addition to the thrust. Since the vertical force is generated, the vector controller method is applied mutatis mutandis as a means for controlling the biaxial magnetic force using the three-phase power source of the linear induction motor 111. When the target vertical force and the thrust amount of the linear induction motor 111 are determined, the d-axis current, which is the magnetic field control current, and the q-axis current, which is the thrust control current, are calculated according to the three-phase power supply of u, v, and w as actual power input forms. It is converted and fed to the linear induction motor through the inverter. The position of the magnetic flux of the linear induction motor 111 is measured by the magnetic flux sensor installed at the bottom of the core 114 and the measured position is fed back to synchronize the d-axis to the magnetic flux axis. In addition, the non-contact planar stage 100 is driven by the magnetic force by the linear induction motor 111 and air pressure to compensate the vertical magnetic force, and the position of the non-contact planar stage 100 is measured by a 6-axis displacement sensor. It is fed back to the controller.

지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.   Although the present invention has been described in detail with reference to the preferred embodiments, those skilled in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features, The embodiments are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

그러므로 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으 로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. Therefore, the scope of the present invention is defined by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts are included in the scope of the present invention. Should be interpreted as

도 1 및 도 2 는 종래 스테이지의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도.1 and 2 are schematic diagrams schematically showing the configuration of a conventional stage.

도 3은 본 발명에 따른 비접촉 평면 스테이지의 전체적인 모습을 나타낸 사시도.Figure 3 is a perspective view showing the overall appearance of a non-contact planar stage according to the present invention.

도 4은 본 발명의 바람직한 실시예에 에 따른 비접촉 평면 스테이지에서 선형유도모터의 배열을 나타낸 참조도.4 is a reference diagram showing the arrangement of the linear induction motor in a non-contact planar stage according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 비접촉 평면 스테이지의 구성요소인 선형유도모터의 구성을 나타낸 사시도.Figure 5 is a perspective view showing the configuration of a linear induction motor that is a component of a non-contact planar stage according to the present invention.

도 6은 도 5의 선형유도모터의 코어부의 다양한 실시예를 나타낸 사시도.6 is a perspective view illustrating various embodiments of a core part of the linear induction motor of FIG. 5.

도 7은 도 5의 선형유도모터에서 주파수의 변화에 따라 추력 및 수직력의 변화를 나타낸 선도. 7 is a diagram showing a change in thrust and vertical force in accordance with the change in frequency in the linear induction motor of FIG.

도 8은 복수개의 선형유도모터가 서로 나란히 인접하게 배열되어 있는 모습 및 상기 복수개의 선형유도모터에서 발생하는 힘을 나타낸 참조도.8 is a reference diagram illustrating a state in which a plurality of linear induction motors are arranged next to each other and a force generated in the plurality of linear induction motors.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지의 선형유도모터부에서 발생하는 자기력과 공압력을 나타낸 선도.9 is a diagram showing the magnetic force and air pressure generated in the linear induction motor unit of a non-contact planar stage according to a preferred embodiment of the present invention.

도 10는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지의 구성요소인 선형유도모터의 좌표계와 전원 결선을 나타내는 간략도.10 is a simplified diagram showing the coordinate system and power connection of the linear induction motor which is a component of the non-contact planar stage according to the preferred embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지의 제어 흐름도.11 is a control flow diagram of a non-contact planar stage in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 평면 스테이지의 구성요 소인 선형유도모터의 이축 자기력 독립 제어를 위한 벡터 제어 흐름도. 12 is a vector control flowchart for biaxial magnetic force independent control of a linear induction motor which is a component of a non-contact planar stage according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100: 비접촉 평면 스테이지 110: 제 1 선형유도모터부100: non-contact planar stage 110: first linear induction motor unit

120: 제 2 선형유도모터부 130: 제 3 선형유도모터부120: second linear induction motor unit 130: third linear induction motor unit

140: 제 4 선형유도모터부 200: 공기베어링140: fourth linear induction motor unit 200: air bearing

300: 강자성 요철판 310: 전도성 평판       300: ferromagnetic uneven plate 310: conductive plate

Claims (6)

서로 나란히 배열된 복수의 선형유도모터를 구비한 제 1 방향 선형유도모터부와, 상기 제 1 방향 선형유도모터부와 직교하는 방향으로 서로 나란히 배열된 복수의 선형유도모터를 구비한 제 2 방향 선형유도모터부를 포함하는 비접촉 평면 스테이지로서,A first direction linear induction motor unit having a plurality of linear induction motors arranged side by side and a second direction linear having a plurality of linear induction motors arranged side by side in a direction orthogonal to the first direction linear induction motor unit A non-contact planar stage comprising an induction motor unit, 상기 각 선형유도모터부 내에서 서로 나란히 배열된 상기 선형유도모터들 중 적어도 하나는 동일 선형유도모터부 내의 다른 선형유도모터들과 반대 방향의 추력을 발생시키도록 배열되며,At least one of the linear induction motors arranged in parallel with each other in the linear induction motor parts is arranged to generate thrust in a direction opposite to other linear induction motors in the same linear induction motor part, 상기 각 선형유도모터는 일렬로 배열되는 복수개의 강자성 코어 및 각 강자성 코어의 철심에 코일이 감겨지는 형태로 구성되며,The linear induction motors are configured in a form in which coils are wound around iron cores of a plurality of ferromagnetic cores and each ferromagnetic core arranged in a line, 하부에 강자성 요철판이 구비된 전도성 평판 위에서 상기 제 1 방향 선형유도모터부 및 상기 제 2 방향 선형유도모터부와 상기 전도성 평판 간에 발생하는 자기력에 의해 이동되는 것을 특징으로 하는 비접촉 평면 스테이지.And a non-contact planar stage which is moved by a magnetic force generated between the first direction linear induction motor part and the second direction linear induction motor part and the conductive plate on a conductive plate having a ferromagnetic uneven plate at a lower portion thereof. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 방향 선형유도모터부는,The first direction linear induction motor unit, 상기 제 1 방향으로 복수의 선형유도모터가 서로 나란히 인접하게 배열되어 있는 제 1 선형유도모터부와,A first linear induction motor unit in which a plurality of linear induction motors are arranged adjacent to each other in the first direction; 상기 제 1 선형유도모터부와 이격되어, 상기 제 1 선형유도모터부와 나란한 방향으로 복수의 선형유도모터가 서로 나란히 인접하게 배열되어 있는 제 2 선형유도모터부로 구성되며,Comprising a second linear induction motor unit spaced apart from the first linear induction motor unit, a plurality of linear induction motors are arranged adjacent to each other in parallel with the first linear induction motor unit, 상기 제 2 방향 선형유도모터부는,The second direction linear induction motor unit, 복수의 선형유도모터가 서로 나란히 인접하게 배열되되 상기 제 1 선형유도모터부 및 상기 제 2 선형유도모터부와는 직교하는 방향으로 배열되는 제 3 선형유도모터부와,A plurality of linear induction motors arranged side by side adjacent to each other and arranged in a direction orthogonal to the first linear induction motor part and the second linear induction motor part; 상기 제 3 선형유도모터부와 이격되어, 상기 제 3 선형유도모터부와 나란한 방향으로 복수의 선형유도모터가 서로 나란히 인접하게 배열되어 있는 제 4 선형유도모터부로 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉 평면 스테이지.A non-contact planar stage comprising a fourth linear induction motor part spaced apart from the third linear induction motor part so that a plurality of linear induction motors are arranged adjacent to each other in parallel with the third linear induction motor part . 제 2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제 1 내지 제 4 선형 유도모터부는 직사각형 형상을 이루는 것을 특징으로 하는, 비접촉 평면 스테이지.And the first to fourth linear induction motor parts have a rectangular shape. 제 2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 제 1 내지 제 4 선형 유도모터부는 각각 3개의 선형 유도 모터가 3열로 배열되도록 형성되며, 상기 3열의 선형 유도 모터 중 중간 열의 선형 유도모터가 다른 2개의 선형유도모터들과 반대 방향의 추력을 발생시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 비접촉 평면 스테이지. Each of the first to fourth linear induction motors is configured such that three linear induction motors are arranged in three rows, and the linear induction motor in the middle row among the three linear induction motors has a thrust in a direction opposite to the other two linear induction motors. Non-contact planar stage, characterized in that it is formed to generate. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 및 제 2 방향 선형유도모터부 사이에 공기베어링이 더 구비된 것을 특징으로 하는 비접촉 평면 스테이지.Non-contact planar stage, characterized in that the air bearing is further provided between the first and second direction linear induction motor portion. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5, 상기 비접촉 평면 스테이지에는 자속센서와,The non-contact planar stage has a magnetic flux sensor, 상기 비접촉 평면 스테이지의 이동 변화량을 측정할 수 있는 변위센서와,A displacement sensor capable of measuring a change amount of movement of the non-contact planar stage; 상기 자속센서와 변위센서에서 검출된 데이터에 따라 상기 비접촉 평면 스테이지의 구동을 제어할 수 있는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 평면 스테이지.And a control unit for controlling driving of the non-contact planar stage according to the data detected by the magnetic flux sensor and the displacement sensor.
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