KR102035210B1 - 객체의 파지, 위치 결정 및/또는 이동 장치 - Google Patents

객체의 파지, 위치 결정 및/또는 이동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 객체(52)를 파지하고, 위치 결정하고, 그리고/또는 이동시키기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 - 베이스(30)와, 이 베이스(30)에 상대적으로 이동 가능한 캐리어(50)와, - 베이스(30) 상에서 캐리어(50)를 비접촉 방식으로 지지하는 적어도 3개의 자기 베어링(10, 100)을 포함하고, - 자기 베어링(10, 100)들 중 적어도 2개의 자기 베어링은 능동 제어형 자기 베어링(10, 100)으로서 형성되며, 그리고 그 각각은 전기 제어될 수 있으면서 상대 부재(18)와 자기적으로 상호작용하는 전자기 액추에이터(12)를 포함하고, 이 전자기 액추에이터는 베이스(30)와 캐리어(50) 간의 사전 설정된 이격 간격의 준수를 위해 전자 유닛(15)에 의해 능동 제어될 수 있으며, - 자기 베어링(10, 100)들의 적어도 2개의 전자기 액추에이터(12) 및 전자 유닛(15)은 캐리어(50) 상에 배치된다.

Description

객체의 파지, 위치 결정 및/또는 이동 장치{DEVICE FOR HOLDING, POSITIONING AND/OR MOVING AN OBJECT}
본 발명은, 객체, 특히 기판들을 파지하고, 위치 결정하고, 그리고/또는 이동시키기 위한 장치에 관한 것이다.
예컨대 디스플레이 적용 분야를 위한 반도체 부품들의 제조를 위해 기판들을 처리하는 경우, 비교적 대면적의 기판들은 다양한 표면 처리 공정들로 처리되어야 한다. 예컨대 상기 유형의 기판들의 표면들은, 관련된 기판 상에 예컨대 코팅층들 또는 표면 구조들을 형성하기 위해, 기계적으로, 또는 화학적으로 처리되어야 한다. 이 경우, 두서넛의 표면 처리 공정은, 특히 예컨대 스퍼터링, 물리적 기상 증착 또는 화학적 기상 증착과 같은 표면 처리 단계들이 경우에 따라 플라스마로 보조를 받으면서도 실행된다면, 클린룸 조건들하에서, 또는 심지어는 진공 하에서 실행되어야 한다.
기판들 상에는 때로는 마이크로미터 또는 심지어는 나노미터 범위의 구조들이 형성되기 때문에, 기판 평면에서뿐만 아니라 이 기판 평면에 대해 수직으로도 각각의 기판의 특히 정밀한 위치 결정이 요구된다.
기판 환경의 입자 자유도와 관련한 요건들은 기판의 비접촉 방식 지지의 구현뿐만 아니라, 상응하는 파지, 이동 또는 이송 구동장치의 구현 역시도 요구한다. 에어 베어링(air bearing)은 초순수 제조 환경을 위해 조건부로만 적합한데, 그 이유는 결과적으로 기판의 근처에서 상황에 따라 기판 처리 동안 요구되는 정밀도의 준수에 역행할 수 있는 의도하지 않은 공기 흐름들이 발생할 수 있기 때문이다.
그 밖에도, 이른바 자기 웨이퍼 스테이지(magnetic wafer stage), 또는 베이스와, 객체를 지지하는 캐리어를 구비한 자기 파지 또는 위치 결정 장치도 존재한다. 베이스 상에서 캐리어의 비접촉 방식 지지를 위해 전형적으로 각각 하나의 거리 센서 및 하나의 제어 회로를 포함한 복수의 자기 베어링(magnetic bearing)이 제공되고, 이들 자기 베어링은 베이스까지 사전 설정된 이격 간격에서 캐리어를 부동 상태(floating state)로 파지한다.
일반적인 웨이퍼 스테이지는 예컨대 US 7 868 488 B2로부터 공지되어 있다.
특히 진공 환경에서 능동적으로 제어되고 그에 상응하게 전기 제어될 수 있는 자기 베어링들의 구현은 극도로 복잡한 것으로서 증명된다.
진공 기술에서의 적용을 위해서는, 부품들로서, 그리고 하우징 컴포넌트들을 위해 진공에 적합한 재료들, 특히 금속들을 이용하는 것만으로도 충분하다. 그러나 그 때문에 개별 자기 베어링들의 자기 작동은 성능 저하될 수 있다. 전자기 액추에이터들의 전기 제어는 상응하는 금속 컴포넌트들에서 하나 또는 복수의 자기 베어링의 작동을 성능 저하시킬 수 있는 와전류들의 형성을 야기할 수 있다. 또한, 진공 환경에서 전기 신호 생성 및 신호 처리도 공정 기술적 관점에서 까다로운 것으로서 증명된다. 일반적으로 전기 절연 재료로서 기능하는 플라스틱 또는 캐스팅 수지(casting resin)는 진공 환경에서 가스를 방출하는 경향이 있으며, 이는 요구되는 진공 표준들 및 상응하는 클린룸 조건들의 준수를 위해 방해가 되는 것으로서 증명될 수 있다.
그러므로 본 발명의 과제는, 최대한 조밀한 구성을 가지면서 특히 진공 영역에서의 적용을 위해 이용될 수 있는, 객체, 특히 기판을 파지하고, 위치 결정하고, 그리고/또는 이동시키기 위한 장치를 제공하는 것에 있다.
발명 및 바람직한 구현예.
상기 과제는 특허 청구항 제1항에 따르는 장치로 해결되며, 바람직한 구현예들은 각각 특허 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명에 따라서, 객체, 전형적으로는 하나 또는 복수의 기판을 파지하고, 위치 결정하고, 그리고/또는 이동시키기 위한 장치가 제공된다. 본원의 장치는 베이스와, 이 베이스에 상대적으로 이동 가능한 캐리어를 포함한다. 베이스는 전형적으로 위치 고정되게 설치될 수 있고 캐리어는 적어도 3개의 자기 베어링에 의해 베이스 상에서 비접촉 방식으로 지지된다. 적어도 3개의 자기 베어링에 의해, 캐리어는 베이스 상에서 비접촉 방식으로 부동 상태로 파지될 수 있다. 이 경우, 자기 베어링들은, 베이스 상에서 캐리어를 베어링에 안정되게 파지하기 위해, 공간상 서로 이격되어 있다.
이 경우, 적어도 2개 또는 3개의 자기 베어링은 능동 제어형 자기 베어링으로서 형성된다. 자기 베어링들은 전기 제어될 수 있으면서 자기 상대 부재와 자기적으로 상호작용하는 전자기 액추에이터를 각각 포함한다. 액추에이터는, 베이스와 캐리어 간의 사전 설정된 이격 간격의 준수를 위해, 전자 유닛에 의해 능동 제어될 수 있다. 어떤 유형인지와 무관하게, 베어링 평형에 미치는 간섭들은 적어도 2개의 능동형 자기 베어링(active magnetic bearing)의 능동 제어를 통해 항상 보상될 수 있다. 2개의 능동형 자기 베어링을 구현하는 경우, 제3 자기 베어링은 수동형 자기 베어링(passive magnetic bearing)으로서도 형성될 수 있다. 상기 수동형 자기 베어링은 예컨대 관련된 베어링의 영역에서 베이스와 캐리어 사이에서 일정한 지지력을 생성할 수 있는 하나 또는 복수의 영구자석을 포함한다. 그러나 모든 자기 베어링이 능동형 자기 베어링, 다시 말하면 전기 제어형 자기 베어링으로서 형성될 수도 있다.
전자기 액추에이터는, 예컨대 액추에이터와 상대 부재 간의 이격 간격이 변경되는 경우, 그에 상응하게 변경되어 더 높거나 더 낮은 제어 전류를 공급받으며, 그럼으로써 캐리어와 베이스 간의 요구되는 이격 간격의 준수를 위해 관련된 액추에이터는 적어도 일시적으로 상대적으로 더 높거나 더 낮으며 그에 따라 변경된 힘을 상대 부재 상에 가하게 된다. 이 경우, 추가로, 자기 베어링들의 적어도 2개의 전자기 액추에이터뿐만 아니라 전자 유닛 역시도 캐리어 상에 배치된다. 그 결과, 비교적 짧은 신호 경로들이 실현될 수 있으며, 그럼으로써 캐리어의 진공 적합성은, 다른 방식의 구현예들과 달리, 캐리어 상에, 그리고 베이스 상에 광범위하게 분포되어 배치되는 전기 컴포넌트들과 더불어 증대될 수 있다.
또한, 캐리어 상에, 전자 유닛 및, 이 전자 유닛과 전기 연결되는 전자기 액추에이터들을 배치하는 점은 배선 비용을 감소시킨다. 그에 따라, 케이블 결선들의 개수뿐만 아니라, 불가피하게 제공되는 케이블 결선들의 전체 길이 역시 최소값으로 감소될 수 있다.
적어도 2개의 제어 가능한 자기 베어링의 전자기 액추에이터들은 캐리어 상에 배치되는 반면, 상기 액추에이터들과 자기적으로 작동 연결될 수 있는 상대 부재들은 베이스 상에 위치한다. 상대 부재들은 전형적으로 영구자성으로, 또는 강자성으로 형성된다. 또한, 제공될 자기 베어링들의 개수는 어떠한 경우에도 오직 3개의 자기 베어링만으로 국한되지는 않는다. 자기 베어링들의 개수는 특히 실현할 이동 자유도들의 개수와 더불어 가변될 수 있다. 공간상 서로 이격된 적어도 3개의 자기 베어링에 의해, 캐리어는 자체의 중량 힘에 대항하여 베이스 상에서 위치 안정되게 파지될 수 있다. 베이스 상에서 캐리어의 부동(floating) 및 비접촉 방식 지지는 특히 이송을 목적으로, 예컨대 베이스에 상대적인 캐리어의 선형 이동을 위해 제공될 수 있다. 이런 경우에, 적어도 하나의 추가 자기 베어링, 바람직하게는 복수의 추가 자기 베어링이 베이스 상에서 캐리어의 측면 안정화를 위해 제공될 수 있다. 각각의 추가 자기 베어링에 의해, 예컨대 비접촉 방식 자기 지지는 중량 힘에 대해 수직이거나, 또는 중량 힘에 대해 수직일 뿐만 아니라 이송 방향에 대해서도 수직인 평면에서 구현될 수 있다.
또한, 베어링 상에서 캐리어의 상기 유형의 측면 또는 횡방향 안정화를 위해서도, 하나 또는 복수의 능동 제어형 자기 베어링이 제공될 수 있고, 이 자기 베어링들의 전자기 액추에이터들은 동일한 방식으로 캐리어 상에 배치된다.
객체를 파지하고, 위치 결정하고, 그리고/또는 이동시키기 위한 본원의 장치는 특히 캐리어 상에 배치되는 기판 홀더를 포함한다. 베이스에 상대적인 캐리어의 이동을 통해, 캐리어 측에 배치된 기판은 사전 설정된 유형 및 방식으로 처리 유닛, 전형적으로는 표면 처리 유닛의 작업 또는 공정 영역 내로 이동될 수 있다. 이 경우, 베이스에 상대적인 캐리어의 위치 정밀도는 수 마이크로미터의 범위일 수 있거나, 또는 심지어는 서브마이크로미터 범위, 다시 말하면 나노미터 범위일 수 있다. 또한, 기판 홀더 대신, 또는 그에 보충되어, 공정 스테이션, 예컨대 증발기 또는 이 증발기에 대응하는 표면 가공 유닛이 캐리어 상에 배치되는 점도 생각해볼 수 있다.
한 개선예에 따라서, 캐리어 상의 능동 제어형 자기 베어링들은 베이스와 캐리어 간의 이격 간격의 측정을 위한 거리 센서를 각각 포함한다. 이런 점에 한해, 각각의 자기 베어링에는, 관련된 자기 베어링에 직접적으로 대향하여 위치하는 베이스의 섹션까지 상기 관련된 자기 베어링의 이격 간격을 검출할 수 있는 적어도 하나의 거리 센서가 할당된다. 이 경우, 거리 센서는 바람직하게는 각각의 자기 베어링의 전자기 액추에이터의 바로 근처에서 캐리어 상에 배치된다. 이에 수반되어 거리 센서와 전자기 액추에이터 사이에서 달성되는 이격 간격의 최소화는 특히 병치(collocation)의 정도의 감소를 위해 바람직하다. 그러나 거리 센서는 전자기 액추에이터로부터 이격되는 방식으로, 그리고 이런 점에 한해 자기 베어링의 외부에서 캐리어 상에 배치될 수 있다.
거리 센서는 최대한 전자기 액추에이터를 구비한 캐리어의 위치에서 이격 간격을 측정한다. 이런 점에 한해, 전자기 액추에이터의 제어 전류의 변동 및 이에 수반되는 액추에이터의 힘 또는 작용 변화는 액추에이터와 베이스 측에 배치된 상대 부재 사이의 이격 간격에 직접적으로 영향을 미친다. 이런 유형의 이격 간격 변화량은 전자기 액추에이터에 거리 센서를 바로 인접하게 배치하는 것을 통해 직접적으로 측정될 수 있다.
각각의 능동 제어형 자기 베어링이 자체의 거리 센서를 구비함으로써, 각각의 자기 베어링의 영역에서 베이스와 캐리어 간의 국소적인 이격 간격 변화량들은 정밀하게 검출되어 각각의 관련된 자기 베어링들의 상응하는 제어를 위해 선택적으로 이용될 수 있다.
추가 구현예에 따라서, 캐리어 상의 능동 제어형 자기 베어링들은 각각 하나의 전자 유닛을 포함한다. 상기 전자 유닛은, 거리 센서에 의해 각각 검출될 수 있는 이격 간격에 따라서 관련된 자기 베어링의 전자기 액추에이터를 제어하는 역할을 한다. 각각의 자기 베어링이 자체의 전자 유닛 및 자체의 거리 센서를 구비함으로써, 거리 센서에 의해 측정된 이격 간격 신호는 국소적으로 자기 베어링에 내재된 각각의 전자 유닛에 의해 처리될 수 있다. 각각의 자기 베어링의 전자기 액추에이터를 위한 상응하는 제어 전류들 또는 제어 신호들은 국소적으로 자기 베어링의 영역에서, 또는 자기 베어링에 각각 할당된 전자 유닛에 의해 생성될 수 있다. 이런 유형 및 방식으로, 거리 센서와 전자 유닛 사이뿐만 아니라, 전자 유닛과 전자기 액추에이터 사이에서도 배선 비용은 계속하여 감소될 수 있다. 그 결과, 본원의 전체 장치, 특히 본원의 장치의 캐리어의 진공 적합성은 계속하여 개선되고 증대될 수 있다.
추가 구현예에 따라서, 전자 유닛은 적어도 2개의 자기 베어링과 연결된다. 그 대안으로, 또는 그에 보충되어, 전자 유닛은 중앙 컨트롤러로서도 형성될 수 있다. 중앙 컨트롤러 형태의 구현예의 경우, 전자 유닛은 캐리어의 모든 능동형 자기 베어링과 전기 연결될 수 있다. 말하자면, 상기 유형의 구현예는 자기 베어링의 외부에 배치되고 캐리어 상에 제공되는 전자 유닛과 각각의 자기 베어링의 전기 연결을 요구한다. 이런 구조 형상의 경우, 중앙 신호 처리가 수행될 수 있고, 예컨대 개별 자기 베어링들의 복수 또는 모든 거리 센서의 신호들은 중앙 전자 유닛 또는 컨트롤러에 의해 동시에 평가될 수 있다.
또한, 그 대안으로, 또는 그에 보충되어, 자기 베어링들 각각은 전자기 액추에이터의 바로 근처에 배치되는 자체의 로컬 전자 유닛을 포함하고, 캐리어는 전체적으로, 로컬 전자 유닛들에 대한 보충으로, 예컨대 자기 베어링들 상에 국소적으로 구현된 전자 유닛들 모두와, 또는 적어도 그 일부와 신호를 전송하는 방식으로 연결된 추가 중앙 컨트롤러를 구비하는 점도 생각해볼 수 있다.
예컨대 복수의 거리 센서의 신호들을 동시에 중앙에서 평가하는 점은, 베이스 상에서, 또는 베이스를 따라서 캐리어의 이동 상태들의 정밀한 검출을 위해 바람직할 수 있다. 그 결과, 특히 만일의 공진 또는 진동 현상들이 상쇄될 수 있다.
자기 베어링 상에, 또는 내에 배치된 전자 유닛은 특히 제어 회로로서 형성될 수 있거나, 또는 자기 베어링의 전자기 액추에이터와 함께 제어 회로를 형성할 수 있다. 제어 회로는, 적어도, 캐리어와 베이스 사이의 이격 간격의 정성적 및 정량적 검출을 위한 이미 기재한 거리 센서를 포함한다. 거리 센서의 신호는, 측정된 실제 값과 사전 설정된 설정 값 간의 비교를 실행할 수 있는 설정 값 생성기로 공급될 수 있다. 설정 값 생성기와 연결된 제어기는, 실제 값과 설정 값의 비교로부터, 증폭기를 통해 전자기 액추에이터로 공급될 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있다.
이 경우, 제어기는, 상기 유형의 제어 신호를 생성하도록 구성되며, 그럼으로써 거리 센서에 의해 검출될 수 있는 이격 간격은 사전 설정된 이격 간격 이내가 되거나, 또는 사전 설정된 최대 이격 간격 미만이지만, 그러나 요구되는 최소 이격 간격을 상회하게 된다. 전자기 액추에이터는 예컨대 항시 견인성으로 상대 부재와 상호작용하는 전자석(elektromagnet)의 형태로 형성될 수 있다. 그러나 전자기 액추에이터가 예컨대 상대 부재 상에 작용하는 견인력뿐만 아니라 반발력도 생성하도록 형성될 수 있는 로렌츠 액추에이터 또는 가동 코일 액추에이터(moving coil actuator)로서 형성되는 점도 생각해볼 수 있다.
추가 구현예에 따라서, 베이스 상에는, 캐리어의 전자기 액추에이터와 자기적으로 상호작용하는 적어도 하나의 상대 부재를 포함하여 이송 방향을 따라서 연장되는 적어도 하나의 가이드 레일이 배치된다. 상대 부재는 예컨대 베이스의 길이방향으로 연장되는 가이드 레일 상에 배치되거나, 또는 이 가이드 레일 내에 포함되는 강자성 또는 영구자성 레일을 포함할 수 있다. 또한, 베이스의 가이드 레일 자체가 강자성 또는 영구자성 재료로 제조되거나, 또는 상기 유형의 재료로 구성되는 점도 생각해볼 수 있다. 가이드 레일은, 캐리어의 상응하는 프로파일 기하구조에 부합하거나, 또는 이 프로파일 기하구조와 상호작용할 수 있는 프로파일링된 횡단면을 보유할 수 있다. 캐리어가 베이스 상에 예컨대 걸림 방식으로 지지되는 경우, 베이스 및 캐리어의 서로 맞물리는 프로파일 섹션들에 의해, 베이스 상에 캐리어를 위한 낙하 방지 장치(fall arrester)가 제공된다. 그에 따라, 전자기 액추에이터들이 전원 차단되거나 비활성화된 경우에도, 캐리어의 낙하는 방지될 수 있다.
바람직하게 베이스는, 서로 평행하게 연장되는 2개의 가이드 레일을 포함하며, 이 가이드 레일들 상에는, 캐리어의 전자기 액추에이터들과 각각 자기적으로 상호작용하는 상대 부재들이 배치된다. 그 결과, 캐리어는 베이스 상에서 다중 지지를 확보할 수 있다. 특히, 캐리어 상에는, 가이드 레일의 길이방향으로 서로 이격된 복수의 전자기 액추에이터와 그에 따른 복수의 자기 베어링 역시도 각각 배치될 수 있다.
이 경우, 자기 베어링들은 중량 힘의 반대 방향으로 향하는 작용 방향을 가질 뿐만 아니라, 횡방향 및 측면 안정화를 위해서도 형성될 수 있다. 개별 자기 베어링들은 자체의 전자기 액추에이터들로 베이스의 가이드 레일들의 상부 또는 그 하부에 배치될 수 있다. 자기 베어링들 중 일부는 예컨대 캐리어의 중량 힘을 보상할 수 있다. 추가 자기 베어링들은 적어도 하나의 가이드 레일의 측면에서 캐리어 상에 배치될 수 있다. 상기 유형의 자기 베어링들에 의해, 특히 가이드 레일의 종방향에 대해 수직으로, 다시 말하면 이송 방향에 대해 수직으로 캐리어의 횡방향 또는 측면 안정화가 가능하다.
또한, 추가 구현예에 따라서, 파지하고, 위치 결정하고, 그리고/또는 이동시키기 위한 본원의 장치는 적어도 하나의 이송 방향을 따라서 베이스에 상대적으로 캐리어를 이동시키기 위한 구동장치를 추가로 포함한다. 이 경우, 구동장치는, 베이스 상에 배치된 적어도 하나의 영구자석 어셈블리와, 캐리어 상에 배치되어 영구자석 어셈블리와 상호작용하는 코일 어셈블리를 포함한다. 이 경우, 구동장치는 특히 전형적으로 베이스의 적어도 하나의 가이드 레일에 대해 평행하게 연장되는 선형 구동장치로서 형성될 수 있다.
여기서도, 특히, 전기로 활성화되거나, 또는 전기 신호들을 공급받는 구동장치의 모든 컴포넌트는 캐리어 상에 배치될 수 있다. 이런 점에 한해, 여기서도, 배선 비용은 감소될 수 있다. 본원의 장치의 진공 호환성 또는 진공 적합성은 상기 유형 및 방식으로 계속하여 개선될 수 있다.
추가 구현예에 따라서, 베이스 상에는, 적어도 하나의 이송 방향을 따라서 연장되는 공간 암호화부가 배치된다. 상기 공간 암호화부는 캐리어 상에 배치된 위치 센서에 의해 판독될 수 있다. 이 경우, 위치 센서는 구동장치 내에 통합될 수 있거나, 또는 구동장치와 별도로 캐리어 상에 배치될 수 있다. 공간 암호화부는 광학성 또는 자기성일 수 있다. 이런 경우, 연계된 위치 센서는 그에 상응하게 광학 또는 자기 센서로서 형성된다.
이송 방향으로 연장되는 공간 암호화부 및 캐리어 상의 위치 센서에 의해서는, 베이스 상에서 캐리어에 대한 자율적인 위치 결정이 제공된다. 공간 암호화부를 판독하는 위치 센서는 전자 유닛과, 특히 중앙 컨트롤러와 연결되며, 그럼으로써 캐리어 또는 이 캐리어의 중앙 컨트롤러는 베이스를 따라서 이송 방향에서 캐리어의 위치를 자동으로 결정할 수 있게 된다.
추가 구현예에 따라서, 자기 베어링들 중 적어도 하나의 자기 베어링은 영구자석 유닛과, 전기 제어될 수 있으면서 상기 영구자석 유닛과 상호작용하는 전자기 액추에이터를 포함한다. 영구자석 유닛에 의해, 캐리어의 중량 힘(G)을 상쇄시키고 값에 따라서는 심지어 캐리어의 중량 힘보다 더 클 수 있으면서 캐리어 상에 작용하는 지지력(S)이 생성될 수 있다. 영구자석 유닛에 의해서는, 캐리어가 이른바 중량 힘에 대항하여 베이스로부터 밀쳐질 수 있다. 이런 점에 한해, 영구자석 유닛은 캐리어의 중량 힘을 과잉보상할 수 있으며, 다시 말하면 영구자석 유닛에서 개시되는 지지력은 값에 따라서 캐리어의 중량 힘보다 더 클 수 있다.
전기 제어될 수 있으면서 영구자석 유닛 또는 베이스와 상호작용하는 전자기 액추에이터를 제공하는 것을 통해, 중량 힘의 상기 과잉보상은 균등해질 수 있다.
이런 점에 한해, 한 개선예에 따라서, 적어도 하나의 자기 베어링의 영구자석 유닛은 캐리어의 중량 힘보다 더 크면서 캐리어 상에 작용하는 지지력을 생성하도록 형성되며, 그리고 자기 베어링의 전자기 액추에이터는 지지력을 상쇄하는 조절력을 생성하도록 형성된다.
전자기 액추에이터는 영구자석 유닛을 상쇄할 수 있으면서 베이스 상에서 캐리어의 위치에 안정된 부동 및 비접촉 방식 배치를 제공할 수 있다.
그러나 그 대안으로, 영구자석 유닛 및 전자기 액추에이터는 서로 상호작용할 수 있으면서 부분적으로 캐리어의 중량 힘을 상쇄하는 파지력 또는 지지력을 인가할 수 있다. 전체적으로, 적어도 하나 또는 복수의 영구자석 유닛을 제공하는 것을 통해, 베이스 상에서 캐리어의 지지를 위해 능동형 자기 베어링들의 전자기 액추에이터들에 제공될 힘은 감소될 수 있다.
또한, 원칙상, 영구자석 유닛이 오직 캐리어의 중량 힘의 일부분만을 보상함으로써, 전자기 액추에이터가 영구자석 유닛과도 상호작용할 수 있게 되는 점도 생각해볼 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 전자기 액추에이터와 중량 힘을 보상하는 영구자석 유닛의 조합을 통해, 능동형 자기 베어링이 형성될 수 있고, 이 능동형 자기 베어링의 액추에이터는 오직 적어도 값에 따라서 영구자석 유닛에서 개시되는 지지력보다 더 작은 조절력만을 베이스 측 상대 부재 상에 인가하기만 하면 된다.
복수의 자기 베어링 상에 제공되는 하나 또는 복수의 영구자석 유닛에 의해, 전자기 액추에이터들에 의해 최대로 인가될 힘은 감소될 수 있다. 따라서 전자기 액추에이터들의 크기 및 중량은 계속하여 감소될 수 있고, 이는 캐리어의 조밀한 구조 형상 및 그 중량의 감소를 계속하여 증진한다. 또한, 상기 최소화를 통해, 전자기 액추에이터들의 냉각에 대한 요건들 역시도 낮춰질 수 있다.
또한, 영구자석 유닛에 의해, 캐리어의 중량 힘보다 더 크면서 반발성으로, 또는 견인성으로 캐리어 상에 작용하는 지지력을 생성할 수 있다. 그 외에, 베이스의 상부에서 캐리어의 부동 방식 배치가 실현될 수 있으며, 전자기 액추에이터들로서 기능하는 전자석들은 오직 캐리어 상에만 배치되고, 이런 경우 상기 전자석들은 아래쪽으로 향하면서 항상 견인성으로 베이스 상에 작용하는 조절력을 생성하며, 이 조절력에 의해서는 캐리어가 위치에 안정되게 베이스 상에서 파지될 수 있다. 이런 유형의 구현예는, 캐리어 및 베이스 상에서 서로 작동 연결되는 전자기 액추에이터들 및 상대 부재들의 교호적인 배치를 간소화한다.
추가 구현예에 따라서, 캐리어 상에는, 전자 유닛과 연결된 적어도 하나의 이동 센서가 배치된다. 이동 센서에 의해서는, 캐리어의 다양한 이동 상태들, 예컨대 진동 또는 공진 현상들이 검출될 뿐만 아니라, 본원의 장치에 작용하는 기타 기계적 간섭들도 검출된다. 또한, 상기 이동 상태들 및 기계적 간섭들은 적어도 하나 또는 복수의 자기 베어링의 제어를 위해서도 이용될 수 있다.
적어도 하나의 이동 센서는 전형적으로 마찬가지로 전자기 액추에이터의 바로 근처에 배치된다. 상기 전자기 액추에이터는 특히 이미 제공되어 있는 거리 센서로부터 독립적으로, 그리고 그와 별도로 형성될 수 있다. 이동 센서는, 가속도 센서로서, 그리고/또는 속도 센서로서 구현될 수 있다. 이동 센서의 신호들의 평가에 의해, 목표한 바대로 진동 또는 공진 현상들은 상쇄될 수 있다. 그 결과, 최종 효과로, 위치 결정 및 이동 정밀도뿐만 아니라, 자기 지지의 안정성 및 그 완충 역시도 개선될 수 있다.
추가 구현예에 따라서, 캐리어를 위한 구동장치 및/또는 능동형 자기 베어링들의 컴포넌트들이면서 전기 제어될 수 있거나 전기 신호를 처리하거나 전기 신호를 생성하는 상기 컴포넌트들 모두는 캐리어 자체 상에 배치된다. 이런 점에 한해, 베이스는, 전기 제어될 수 있는 컴포넌트들 없이, 형성될 수 있다.
이는, 결과적으로 비교적으로 경제적이면서도 큰 공간으로, 따라서 예컨대 비교적 긴 가이드 레일들을 구비할 수 있는 베이스의 특히 경제적인 제조 및 구현을 가능하게 한다. 객체를 파지하고, 위치 결정하고, 그리고/또는 이동시키기 위한 본원의 장치의 모든 전기 컴포넌트가 캐리어 내에 배치됨으로써, 상응하는 표준화를 전제조건으로 하면서, 하나의 캐리어가 각각 동일하게 형성된 여러 베이스와 함께도 이용될 수 있다. 이런 점에 한해, 본 발명에 따른 장치를 위한 최초 구매 비용 및 유지보수 비용은 바람직한 방식으로 낮춰질 수 있다. 또한, 베이스의 비전자식 구현예는 비교적 내구성이 있으면서 유지보수를 요구하지 않지만, 그러나 요구하더라도 적은 유지보수를 요구한다.
추가 구현예에 따라서, 캐리어는 위치 가변형 에너지 공급 유닛과 연결된다. 캐리어는 특히 중앙 에너지 공급 유닛을 구비하며, 그럼으로써 본원의 작동을 위해 필요한 모든 전기 에너지는 단일의 인터페이스를 통해 캐리어로 공급될 수 있다. 이는, 구조적인 관점에서 바람직한 것으로서 증명된다. 위치 가변형 에너지 공급 유닛은 특히 캐리어와 함께 종동되도록 하기 위해 적합하다. 그리고 위치 가변형 에너지 공급 유닛은 캐리어와 기계적으로 연결될 수 있지만, 그러나 반드시 기계적으로 연결되지 않아도 된다.
추가 구현예에 따라서, 에너지 공급 유닛은 케이블 캐리어(cable carrier)로서, 또는 길이 가변형 가요성 나선형 케이블로서 형성될 수 있다. 에너지 공급 유닛의 또 다른 방식의 형성은 유도 에너지 공급 장치를 제공한다. 에너지 공급 유닛의 구체적인 구현은 본원의 장치의 각각의 적용 및 사용 목적에 따라서 변경될 수 있다. 진공 환경에서의 적용을 위해 케이블 결선들이 바람직하게 고려된다. 케이블 캐리어는 일측 단부에서 캐리어와 연결되고 타측 단부에서는 베이스와 연결될 수 있다. 그러나 케이블 캐리어는, 자체의 이동성 및 자체의 유연한 다중 부재형 구성을 기반으로, 베이스와 캐리어 간에 견고한 기계적 연결을 형성하지 않으며, 그럼으로써 언제나 베이스 상에서 캐리어의 비접촉 방식의 부동형 지지가 달성될 수 있다.
그 밖에, 그리고 추가로, 추가 구현예에 따라서, 에너지 공급 유닛은 데이터 전송 유닛 및/또는 냉각제 공급부를 포함할 수 있다. 케이블 캐리어 혹은 길이 가변형 가요성 나선형 케이블 또는 상응하는 케이블 하니스(cable harness)는 에너지 공급을 위해 기능할 뿐만 아니라, 동일한 방식으로 캐리어와 베이스 사이에서, 또는 캐리어와 다른 제어 장치들 또는 신호 처리 장치들 사이에서 데이터 전송 역시도 제공할 수 있다.
에너지 공급 유닛이 냉각제 공급부, 예컨대 냉각제 회로를 위한 공급구 및/또는 배출구를 추가로 제공함으로써, 캐리어와 에너지 공급 유닛의 연결을 통해, 캐리어는 동시에 능동 또는 수동 냉각(active or passive cooling)으로도 역시 냉각될 수 있다. 냉각 장치 또는 냉각 회로를 제공하는 점은, 특히 진공 환경에서의 적용 시 중요한데, 그 이유는 전자기 액추에이터들 또는 기타 전자 부품들에 의해 발생하는 폐열이 상응하는 냉각 회로에 의해 특히 적합하게 소산될 수 있기 때문이다.
추가 구현예에 따라서, 캐리어는 실질적으로 진공 기밀하게 형성된다. 캐리어는 특히 실질적으로 폐쇄된 하우징을 포함할 수 있고, 오직 에너지 공급 유닛, 데이터 전송 유닛 및/또는 냉각제 공급부만이 진공 기밀하게 실현된 적어도 하나 또는 복수의 라인 인입부 또는 라인 관통부를 통해 외부로부터 캐리어의 하우징 안쪽으로 설치될 수 있다.
캐리어의 하우징은 특히 금속 하우징으로서 형성될 수 있다. 또한, 하우징은 실질적으로 일체형 하우징(monolithic housing)으로서도 제조될 수 있다. 이런 일체형 하우징은 예컨대 알루미늄 블록으로부터 밀링 가공될 수 있다. 적어도 하나의 베이스 측 상대 부재에 이르기까지 전자기 액추에이터들의 영역에서, 특히 전자기 액추에이터들의 작용 영역에서, 캐리어의 하우징은 또 다른 금속 재료들 역시고 구비할 수 있으며, 이 금속 재료들은 알루미늄에 비해 더 낮은 전기 전도도를 나타낸다. 예컨대 캐리어의 하우징은 전자기 액추에이터들의 작용 영역에서 기밀하게 특수강 또는 대응하는 금속 재료들을 구비할 수 있다.
센서들, 특히 각각의 자기 베어링의 거리 센서뿐만 아니라 선택적으로 제공되는 이동 센서들 역시도 캐리어 하우징의 내부에 배치될 수 있다. 바람직하게 캐리어 하우징은 특히 자기 베어링들을 위해 제공된 거리 센서들의 영역에서 관련 센서들의 작용에 대해 실질적으로 투과성이다. 거리 센서들뿐만 아니라, 공간 암호화부의 검출을 위한 적어도 하나의 위치 센서 역시도 예컨대 자기 또는 유도 센서들로서 형성될 수 있다.
본 발명의 추가 목적들, 특징들 및 바람직한 구현예들은 도면들을 참조하여 하기 기재내용에서 설명된다.
본 발명에 의하면 종래 기술의 문제점이 개선된 객체의 파지, 위치 결정 및/또는 이동 장치이 제공된다.
도 1은 객체를 파지하고, 위치 결정하고, 그리고/또는 이동시키기 위한 장치를 도시한 개략적 사시도이다.
도 2는 전자 유닛을 구비한 제어 회로를 포함하는 자기 베어링을 도시한 개략도이다.
도 3은 이송 방향에 대해 수직인 평면에 배치되는 총 4개의 자기 베어링을 포함하는 본원의 장치를 절단하여 도시한 개략적 횡단면도이다.
도 4는 영구자석 유닛을 추가로 포함하는 본원의 장치의 도 3의 대안이 되는 구현예를 도시한 개략적 횡단면도이다.
도 5는 캐리어를 추가로 도시한 개략도이다.
도 1에는, 객체를 파지하고, 위치 결정하고, 그리고/또는 이동시키기 위한 장치(1)가 사시도로 도시되어 있다. 본원의 장치(1)는 전형적으로 위치 고정되어 배치되는 베이스(30)를 포함하고, 이 베이스 상에는 2개의 가이드 레일(32, 34)이 서로 평행하게 배치된다. 가이드 레일들은 본원의 장치(1)를 위한 이송 방향(2)을 사전 설정한다. 가이드 레일(32, 34)들 상에서는 캐리어(50)가 복수의 능동 제어형 자기 베어링(10)에 의해 비접촉 방식으로 지지된다. 도 2에는, 상기 유형의 자기 베어링(10)의 원칙적인 구성이 도시되어 있다.
본 도면에서, 자기 베어링(10)은, 거리 센서(20), 설정 값 생성기(25), 제어기(22), 증폭기(24) 및 전자기 액추에이터(12)를 서로 연결하는 제어 회로(11)를 포함한다. 본 도면에서 전자석의 형태로 형성되는 전자기 액추에이터(12)는 전기 신호들을 공급받을 수 있는 코일(16)과, 페라이트 코어 또는 철심(14)을 포함한다. 전자석 대신, 전자기 액추에이터(12)는 양방향으로 작용하는 로렌츠 액추에이터 또는 가동 코일 액추에이터로서도 형성될 수 있다. 제어기(22)에 의해 생성될 수 있는 제어 신호들은 증폭기(24)에 의해 증폭되어 그에 상응하게 상대 부재(18) 상에 작용하는 힘의 생성을 위해 코일(16)로 공급된다. 상대 부재(18)는 베이스(30) 상에서 가이드 레일(32, 34)들을 따라서, 또는 이 가이드 레일들 상에 배치될 수 있다. 상대 부재(18)는 강자성으로, 또는 영구자성으로 형성될 수 있다. 상대 부재는 전형적으로 베이스(30) 상에서 가이드 레일(32, 34)들에 대해 평행하게 연장된다.
전형적으로 전자기 액추에이터(12)의 바로 근처에 배치되는 거리 센서(20)는 상대 부재(18)까지, 또는 캐리어(50)까지 이격 간격(26)을 지속적으로 측정한다. 거리 센서(20)에 의해 측정된 이격 간격(26)은 이격 간격 신호의 형태로 설정 값 생성기(25)로 공급된다. 이 설정 값 생성기는 예컨대 도 1에 암시된 중앙 컨트롤러(29)와 연결될 수 있으며, 이 중앙 컨트롤러는 예컨대 베이스(30)와 캐리어(50) 간에 준수될 이격 간격(26)에 대한 설정 값을 사전 설정한다. 설정 값과 실제 값은 설정 값 생성기(25) 내에서 서로 비교되고 상응하는 비교 신호는 제어기(22)로 공급되며, 이 제어기는 상기 비교 신호로부터 전자기 액추에이터(12)의 제어를 위해 제공되는 제어 신호를 생성하여 증폭기(24)로 공급한다.
최종적으로 코일(16)로 공급될 수 있는 증폭된 제어 신호는, 캐리어(50)와 베이스(30) 간의 사전 설정된 이격 간격(26)이 준수되고 요구되는 이격 간격(26)으로부터 편차가 있을 시에는 전자기 액추에이터(12)에서 개시되는 힘이 이격 간격(26)의 준수를 위해 동적으로 매칭되는 방식으로, 계산되고 결정된다.
자기 베어링(10)의 전자 부품들은 본 도면에서 전자 유닛(15) 내에 적어도 논리적으로 통합된다. 예컨대 증폭기(24), 제어기(22), 설정 값 생성기(25) 및 거리 센서(20)와 같은 모든 전자 부품은 예컨대 단일의 집적 회로의 형태인 공통 인쇄회로기판 상에 수용될 수 있다. 이런 점에 한해, 전자 유닛(15)을 위한 공간 소요 및 이에 수반되는 배선 비용은 최소화될 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 구현예에서, 이동 센서(28)는 캐리어(50) 상에, 전형적으로는 전자기 액추에이터(12)의 바로 근처에 제공된다. 이동 센서(28) 역시도, 전자 유닛(15) 내에, 그리고 제어 회로(11) 내에 통합될 수 있다. 이동 센서(28)는 특히 가속도 센서 및/또는 속도 센서로서 형성된다. 가속도 센서(28)에 의해, 캐리어(50)의 이동 상태, 특히 진동 또는 공진 거동이 측정될 수 있거나, 또는 검출될 수 있다.
또한, 캐리어(50) 상에 배치된 가속도 센서(28)에 의해서는, 베이스(30)의 만일의 진동 또는 공진 거동 역시도 결정될 수 있으며, 더욱 정확하게 말하면 특히 가속도 센서(28) 및 거리 센서(20)들에 의해 검출될 수 있는 신호들의 조합을 통해 결정될 수 있다. 거리 센서(20)가 예컨대 베이스(30)와 캐리어(50) 간의 시간에 따라 가변하는 이격 간격을 검출하고 이동 센서(28)에 의해서는 이동이 전혀 검출되지 않거나, 또는 무시해도 되는 정도로 작은 이동만이 검출된다면, 이는, 베이스(30)가 여기되어 진동을 야기했거나, 또는 또 다른 방식으로 기계적 간섭을 받았다는, 예컨대 진동되었다는 점에 대한 암시이다. 그에 따라, 이동 센서(28) 및 거리 센서(20)의 조합은 시스템의 간섭들 및 진동들의 식별을 가능하게 하며, 그럼으로써 자기 베어링(10)들은 상기 유형의 간섭들 또는 진동들의 감쇠를 위해 목표한 바대로 제어될 수 있다.
이동 센서(28)에 의해 생성될 수 있는 이동 신호는 동일한 방식으로 제어 회로(11)의 제어기(22)로 공급될 수 있다. 상기 이동 신호는 베이스(30) 상에서 캐리어(50)의 지지를 완충하거나 진동 감쇠하기 위해 이용될 수 있다. 이런 점에 한해, 제어기(22)는, 이동 센서(28)의 신호들을 진동 감쇠 방식으로 처리하는 진동 감쇠부(23)(vibration damping)를 구비할 수 있다.
도 1에 개략적으로 도시된 것처럼, 캐리어(50) 위쪽에는 복수의 자기 베어링(10)이 분포되어 배치된다. 상기 자기 베어링(10)들 각각은 자체의 제어 회로(11)와, 그에 따라 자체의 전자 유닛(15) 역시도 포함할 수 있다. 그 결과, 자기 베어링(10)들 각각은 거의 자율적으로 베이스(30)와 캐리어(50) 간의 사전 설정된 이격 간격(26)을 준수할 수 있다. 또한, 본원의 장치(1)는, 베이스(30)에 상대적으로 캐리어(50)의 적어도 비접촉 방식의 선형 이동을 제공할 수 있는 구동장치(38)를 구비할 수 있다. 구동장치(38)는 특히 선형 모터로서 형성된다. 구동장치는 예컨대 도 1의 실시예의 경우 측면 가이드 레일(32, 34)들 사이에서 연장되는 구동 레일(36)을 포함한다. 구동 레일(36)은, 캐리어(50) 상에 배치된 코일 어셈블리(40)가 자기적으로 상호작용할 수 있는 영구자석 어셈블리(42) 또는 강자성 재료를 구비할 수 있다. 여기서도, 전기를 공급받을 수 있는 구동장치(38)의 컴포넌트들은 모두 캐리어(50) 상에 배치된다.
또한, 구동장치는 비동기 모터의 형태로도, 또는 자기저항 구동장치(reluctance drive)의 형태로도 형성될 수 있다. 구동장치의 각각의 구현에 따라서, 구동 레일(36)은 영구자성 재료 또는 강자성 재료로 제조될 수 있거나, 또는 상기 유형의 재료들을 포함할 수 있다. 비동기 모터로서의 구현 시, 구동 레일은 알루미늄 또는 다른 금속 역시도 포함할 수 있거나, 또는 알루미늄 또는 다른 금속으로 제조될 수 있다.
또한, 도 1에는, 캐리어(50)를 위한 위치 가변형 에너지 공급 유닛(52)도 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 에너지 공급 유닛(52)은, 타측 단부에서 예컨대 베이스(30) 상에 배치되는 케이블 캐리어로서 구현되어 있다. 가요성으로 형성된 케이블 캐리어는 베이스(30)의 가이드 레일(32, 34)들을 따르는 캐리어(50)의 비접촉 방식 이동 또는 비접촉 방식 활주를 가능하게 한다.
비록 자기 베어링(10)들 각각이 자체의 전자 유닛(15)을 포함할 수 있다고 하더라도, 추가로, 캐리어(50)가, 예컨대 모든 자기 베어링(10), 특히 자기 베어링들의 전자 유닛(10)들과 데이터 처리 기술로 연결되는 중앙 컨트롤러(29)를 포함하는 점도 생각해볼 수 있다.
도 3에 따라서, 객체를 파지하고, 위치 결정하고, 그리고/또는 이동시키기 위한 장치를 개략적으로, 그리고 매우 간소화하여 도시한 횡단면도에서는, 상부에 위치하는 베이스(30)가 제공되며, 이 베이스 상에는 캐리어(50)가 걸림 방식으로 지지된다. 이 경우, 전형적으로, 베이스(30) 및 캐리어(50) 상에는 서로 부합하는 방식으로 형성된 프로파일 섹션들, 예컨대 L자형 또는 T자형 프로파일 섹션들이 제공되며, 이 프로파일 섹션들에 의해 캐리어(50)는 베이스(30) 상에서 낙하 방지 방식으로 지지될 수 있다.
도 3에 따른 구현예에서, 상부에는, 베이스(30)로 향하는 방식으로, 이송 방향(2)에 대해 수평으로, 횡방향으로, 또는 수직으로 배치되는 2개의 자기 베어링(10)이 제공된다. 이 자기 베어링들의 전자기 액추에이터(12)들은 특히 베이스, 특히 이 베이스 상에 배치된 상대 부재(18)들과 견인성 상호작용을 형성하도록 형성된다. 도 3에서 대략 하부에 도시된 2개의 추가 자기 베어링(100)은, 베이스(30) 상에서 횡방향 또는 측면 안정화(50)를 위해 이용된다. 본 도면에는, 베이스(30)의 구성부분이면서 경우에 따라 베이스(30)와 통합되어, 또는 일체형으로 형성되는 중앙 가이드 레일(35)도 도시되어 있다. 가이드 레일(35)에 의해서는, 이 가이드 레일에 대향하여 캐리어(50) 상에 배치되는 2개의 자기 베어링(100)이 각각 견인성으로 상호작용할 수 있다. 수평 방향(x)으로 작용하는 자기 베어링(100)들 각각은 횡방향(x)으로, 그 결과로서 이송 방향(2)(z)에 대해 수직으로, 그리고 수직 방향(y)에 대해 수직으로, 다시 말하면 중량 힘에 대해 수직으로 사전 설정된 이격 간격(26)의 준수를 위해 이용된다.
또한, 도 3에는, 캐리어(50) 상에 배치되는 구동장치(38)의 코일 어셈블리(40)도 도시되어 있다. 코일 어셈블리는, 영구자석 어셈블리(42)를 따라서, 또는 구동 레일(36)을 따라서 캐리어(50)를 이동시키도록 형성된다.
또한, 베이스(30) 상에는, 이송 방향(2)으로 공간 암호화부(44)가 배치되며, 이 공간 암호화부는 캐리어 측에 배치된 위치 센서(46)에 의해 판독될 수 있다. 위치 센서(46)는 특히 도 1에 개략적으로 도시된 중앙 컨트롤러(29)와 연결될 수 있고, 캐리어(50)의 위치에 상응하는 위치 신호들을 생성할 수 있다. 이런 유형 및 방식으로, 캐리어(50)는 자동으로 이송 방향(2)(z)에서의 위치를 검출할 수 있다.
가이드 레일(35)에 대향하여 배치되고 각각은 단지 견인력만을 생성하는 2개의 자기 베어링(100) 대신, 예컨대 로렌츠 액추에이터 또는 가동 코일 액추에이터처럼 양방향으로 작용하는 하나의 전자기 액추에이터를 포함하는 단지 단일의 자기 베어링 역시도 제공될 수 있다.
도 4에는, 도 3에 비해 변경된 본원의 장치(1)의 구현예가 도시되어 있다. 이 경우, 베이스(30)는 캐리어(50)의 하부에 위치한다. 이 경우, 캐리어(50)의 중량 힘을 적어도 부분적으로 보상하는 자기 베어링(10)들은 베이스(30) 상에 반발성으로 하향 작용하는 힘을 가하기 위한 로렌츠 액추에이터들로서, 또는 상대 부재 또는 베이스(30) 상에 작용하는 견인력을 생성하기 위한 전자석들로서 형성된다. 도시된 실시예에서, 자기 베어링(10)들 각각은 영구자석 유닛(54)을 구비한다. 이 경우, 캐리어 측에서, 개별 자기 베어링(10)들의 영역에는 각각 영구자석(56)들이 제공되며, 이 영구자석들은 예컨대 도 4에서 단지 일부 섹션으로만 도시된 가이드 레일(32, 34)들과 견인성으로 상호작용한다.
영구자석 유닛(54)을 위해 다양한 구현예들도 생각해볼 수 있다. 도 4에 따르는 도면의 대안으로, 가이드 레일(32, 34)들, 또는 이 가이드 레일들의 영역들은 영구자성으로, 또는 강자성으로 형성될 수 있으며, 그럼으로써 캐리어(50) 상에는, 그에 부합하는 강자성 또는 영구자성 부재(56)가 제공된다. 또한, 영구자석 유닛(54)의 구현은 도 4에 도시된 캐리어(50) 및 베이스(30)의 구성으로만 국한되지 않는다. 상기 구현은 동일한 방식으로, 도 3에 도시된 것과 같은 걸림 배치를 위해서도 제공될 수 있다.
이 경우, 가이드 레일(32, 34)들은 T자형 프로파일을 포함하며, 관련된 자기 베어링(10)들의 영구자석(56)은 가이드 레일(32, 34)들의 T자형 프로파일 섹션과 판형으로 형성된 베이스(30)의 상면 사이에 배치된다. 영구자석 유닛(54)들에 의해서는, 캐리어(50)의 중량 힘의 적어도 일부분이 보상될 수 있다. 심지어는, 영구자석 유닛(54)들에서 개시되어 베이스(30) 상에 작용하는 지지력이 캐리어(50)의 중량 힘보다 더 큰 점도 생각해볼 수 있다. 이런 점에 한해, 관련된 자기 베어링(10)들의 전자기 액추에이터(12)들은, 베이스(30) 상에서 캐리어(50)를 안정되고 비접촉 방식으로 지지하기 위해, 영구자석 유닛(54)들의 영향을 상쇄하는 조절력을 생성할 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4에는, 캐리어(50)의 에너지 공급부가 예컨대 케이블 캐리어로서 형성된 에너지 공급 유닛(52)에 의해 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우, 에너지 공급 유닛(52)은 진공에 적합한 라인 관통부(58)에 의해 캐리어(50)의 하우징(60)의 내부 안쪽으로 안내된다. 라인 관통부(58)는 특히 실질적으로 기밀하게 형성되며, 그럼으로써 캐리어(50)의 내부에는 필연적으로 제공되는 중공부들이 실질적으로 진공 기밀하게 실현될 수 있다. 이런 유형 및 방식으로, 예컨대 캐리어(50)의 중공부들 내에 위치하는 물질들을 통한 진공 환경의 오염은 실질적으로 배제될 수 있다.
도 5에 따르는 추가의 개략적 도면에는, 캐리어(50)의 실질적으로 폐쇄된 하우징(60)이 도시되어 있다. 본 도면에서 이송 방향(2)에 대해 수직으로 절단된 캐리어(50)는 절단 평면에 4개의 자기 베어링(10, 100)을 포함한다. 상부에 도시된 두 자기 베어링(10)은 중량 힘을 상쇄하며, 그에 반해 그 아래에 도시된 두 자기 베어링은 각각 횡방향 및 측면 안정화를 위해 구성된다. 그리고 이송 방향(2)으로, 또는 베이스(30)의 가이드 레일(32, 34)들의 종방향으로, 예컨대 도 1에 도시된 것처럼, 상기 자기 베어링 어셈블리가 복수 개 제공될 수 있다.
도 5에서 전자기 액추에이터(12)를 장착한 자기 베어링(10)들 각각은 자체의 전자 유닛(15)을 포함하며, 이 전자 유닛은 각각 관련된 자기 베어링(10, 100)의 전자기 액추에이터(12)의 바로 근처에 배치된다. 코일 어셈블리(40)뿐만 아니라 위치 센서(46) 역시도 캐리어(50)의 실질적으로 폐쇄된 하우징(60)의 내부에 배치된다. 본원의 장치(1)의 컴포넌트들이면서 전기 제어될 수 있거나 신호를 처리하거나 신호를 생성하는 상기 컴포넌트들 모두가 캐리어(50) 상에 배치됨으로써, 배선 비용은 감소될 수 있고, 그에 따라 본원의 장치의 진공 적합성도 개선될 수 있다. 또한, 상기 구현예는, 비전자식이고 그에 따라 경제적이면서도 내구성이 있는 베이스(30)의 구현예를 가능하게 한다.
1: 파지, 위치 결정 및/또는 이송 장치
2: 이송 방향
10: 자기 베어링
11: 제어 회로
12: 전자석(elektromagnet)
14: 철심
15: 전자 유닛
16: 코일
18: 상대 부재
20: 거리 센서
22: 제어기
23: 진동 감쇠부
24: 증폭기
25: 설정 값 생성기
26: 이격 간격
28: 이동 센서
29: 중앙 컨트롤러
30: 베이스
32: 가이드 레일
34: 가이드 레일
35: 가이드 레일
36: 구동 레일
38: 구동장치
40: 코일 어셈블리
42: 영구자석 어셈블리
44: 암호화부
46: 위치 센서
50: 캐리어
52: 에너지 공급 유닛
54: 영구자석 유닛
56: 영구자석
58: 라인 관통부
60: 하우징
100: 자기 베어링

Claims (15)

  1. 객체(52)를 이동시키기 위한 장치로서,
    - 베이스(30)와, 상기 베이스(30)에 상대적으로 이동 가능한 캐리어(50), 및
    - 상기 베이스(30) 상에서 캐리어(50)를 비접촉 방식으로 지지하는 적어도 3개의 자기 베어링(10, 100)들을 포함하는
    상기 장치에 있어서,
    - 상기 자기 베어링(10, 100)들 중 적어도 2개의 자기 베어링은 능동 제어형 자기 베어링(10, 100)들로서 형성되며, 그리고 그 각각은 전기 제어될 수 있으면서 상대 부재(18)와 자기적으로 상호작용하는 전자기 액추에이터(12)를 포함하며, 상기 전자기 액추에이터는 상기 베이스(30)와 상기 캐리어(50) 간의 사전 설정된 이격 간격의 준수를 위해 전자 유닛(15)에 의해 능동 제어될 수 있으며,
    - 상기 자기 베어링(10, 100)들의 상기 적어도 2개의 전자기 액추에이터(12) 및 상기 전자 유닛(15)은 상기 캐리어(50) 상에 배치되고,
    상기 장치는 적어도 하나의 이송 방향(2)을 따라서 상기 베이스(30)에 상대적으로 상기 캐리어(50)를 이동시키기 위한 구동장치(38)를 추가로 포함하며, 상기 구동장치(38)는 상기 베이스(30) 상에 배치된 영구자석 어셈블리(42)와, 상기 캐리어(50) 상에 배치되어 상기 영구자석 어셈블리(42)와 상호작용하는 코일 어셈블리(40)를 포함하고,
    상기 베이스(30) 상에는, 적어도 하나의 이송 방향(2)을 따라서 연장되는 공간 암호화부(44)가 배치되고, 상기 공간 암호화부(44)는 상기 캐리어에서 상기 구동장치(38)에 통합되는 위치 센서(46)에 의해 판독될 수 있으며,
    상기 능동 제어형 자기 베어링(10, 100)들은 각각, 거리 센서(20)에 의해 결정될 수 있는 이격 간격(26)의 함수로서 상기 전자기 액추에이터(12)를 제어하도록 구성되는 상기 캐리어(50) 상의 전자 유닛(15)을 포함하는
    것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 능동 제어형 자기 베어링(10, 100)들은 각각 상기 베이스(30)와 상기 캐리어(50) 간의 이격 간격(26)의 측정을 위한 상기 캐리어(50) 상의 상기 거리 센서(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자 유닛(15)은 상기 적어도 2개의 자기 베어링(10, 100)들과 연결되거나, 또는 중앙 컨트롤러(29)로서 형성되는 상기 전자 유닛(15)은 모든 능동형 자기 베어링(10, 100)들과 연결되는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이스(30) 상에는, 상기 전자기 액추에이터(12)와 자기적으로 상호작용하는 적어도 하나의 상대 부재(18)를 포함하여 이송 방향(2)을 따라서 연장되는 적어도 하나의 가이드 레일(32, 34)이 배치되는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자기 베어링들 중 적어도 하나의 자기 베어링(10)은 영구자석 유닛(54)과, 전기 제어될 수 있으면서 상기 영구자석 유닛(54)과 상호작용하는 전자기 액추에이터(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기 베어링(10)의 영구자석 유닛은, 상기 캐리어의 중량 힘보다 더 크면서 상기 캐리어(50) 상에 작용하는 지지력(S)을 생성하도록 형성되며, 그리고 상기 전자기 액추에이터(12)는 상기 지지력(S)을 상쇄하는 조절력을 생성하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캐리어(50) 상에는, 상기 전자 유닛(15)과 연결되는 적어도 하나의 이동 센서(28)가 배치되는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 능동 제어형 자기 베어링(10, 100)들의 컴포넌트(15, 16, 20, 22, 24, 25, 28)들이면서 전기 제어될 수 있거나 신호를 처리하거나 신호를 생성하는 상기 컴포넌트들 모두는 상기 캐리어(50) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캐리어(50)는 위치 가변형 에너지 공급 유닛(52)과 연결되는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 에너지 공급 유닛(52)은 케이블 캐리어로서, 길이 가변형 가요성 나선형 케이블로서, 또는 유도 에너지 공급 장치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 에너지 공급 유닛(52)은 데이터 전송 유닛 및/또는 냉각제 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캐리어(50)는 진공 기밀하게 형성되는 것을 특징으로 하는 객체를 이동시키기 위한 장치.
  15. 삭제
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