JP2865369B2 - Magnetic suction gas floating type pad - Google Patents
Magnetic suction gas floating type padInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ステージ装置に用いるベアリング機構に関
し、特に対象物をベース面上に可動支持するために用い
られるパッドに関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing mechanism used for a stage device, and more particularly to a pad used for movably supporting an object on a base surface.
本発明のパッドは、その用途を限定されないが、特に
垂直な案内面を持つベース上に対象物を可動支持するの
に適している。以下、主に垂直ステージ装置を例にとっ
て説明する。The pad of the present invention is not particularly limited in its use, but is particularly suitable for movably supporting an object on a base having a vertical guide surface. Hereinafter, a vertical stage device will be mainly described as an example.
[従来の技術] 半導体装置製造用のステップ移動露光装置のステージ
は、従来水平なステージ面を有し、光源から光がウェー
ハに垂直に照射され、ステージは水平にステップ駆動で
きるようにされている。[Prior Art] A stage of a step moving exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device conventionally has a horizontal stage surface, light is radiated vertically from a light source to a wafer, and the stage can be horizontally step-driven. .
通常、オプチカルベンチないしその上に設置された架
台等のベースは水平面を有し、十分高い剛性を有してい
る。可動ステージは重力によってこのベース上に支持さ
れ、ベースの水平面をガイドとして水平面内の位置を移
動する。Usually, a base such as an optical bench or a gantry mounted thereon has a horizontal surface and has sufficiently high rigidity. The movable stage is supported on the base by gravity, and moves in a horizontal plane using the horizontal plane of the base as a guide.
ところで、近年は軌道放射光(SOR)光源を用いる半
導体装置製造用の露光装置が考えられてきている。この
装置では、通常電子軌道が水平面内に形成されるので、
光が水平方向に発射される。この水平に進む光を直接受
けて露光を行うには、半導体ウェーハを移動するステー
ジは、従来の水平移動ステージとは異なり、垂直方向に
移動する垂直可動ステージとなる。垂直可動ステージ装
置は、重力を支持する支持要素と、垂直方向に延びる案
内要素を必要とする。支持要素と案内要素とを一体の構
成としてもよい。In recent years, an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device using an orbital radiation (SOR) light source has been considered. In this device, the electron orbit is usually formed in the horizontal plane,
Light is emitted horizontally. To perform exposure by directly receiving light traveling horizontally, the stage for moving the semiconductor wafer is a vertical movable stage that moves in the vertical direction, unlike the conventional horizontal movement stage. The vertically movable stage device requires a support element for supporting gravity and a guide element extending in the vertical direction. The support element and the guide element may be integrated.
第5図に従来の4面拘束式の垂直可動ステージ装置の
外観を示す。これは、垂直平面を持つベース体41の上に
剛性の高い案内構造体42を取り付け、この案内構造体42
を案内支柱として、その周囲を囲むように担持されたス
ライダ43を矢印(Z方向)の垂直方向に移動可能にする
ものである。スライダ43と案内構造体42との間には図示
しないエアベアリング装置から空気が供給されて、スラ
イダ43に4面から浮上力を与えている。スライダ43の移
動は、電磁気的駆動装置による。通常、このような案内
構造体42とスライダ43との組み合わせを2組以上並列に
配置し、スライダ間にまたがってステージを固定してZ
方向の可動ステージとする。可動ステージ上に対象物を
載置し、スライダ43を上下に移動させることによって対
象物をZ方向に駆動する。FIG. 5 shows the appearance of a conventional four-sided vertical movable stage device. In this method, a rigid guide structure 42 is mounted on a base body 41 having a vertical plane.
Are used as guide posts, and a slider 43 carried so as to surround the periphery thereof is movable in the vertical direction of the arrow (Z direction). Air is supplied between the slider 43 and the guide structure 42 from an air bearing device (not shown) to apply a floating force to the slider 43 from four sides. The movement of the slider 43 is performed by an electromagnetic driving device. Usually, two or more sets of such a guide structure 42 and a slider 43 are arranged in parallel, and a stage is fixed across the
It is a movable stage in the direction. The object is placed on the movable stage, and the slider 43 is moved up and down to drive the object in the Z direction.
Z方向可動スライダ上に直接ステージを担持する代り
に、Z方向可動スライダ上に、Z方向と直交するX方向
を向いた案内構造体を、たとえば2本担持し、その上に
ステージを担持するとX−Z2次元の垂直平面可動ステー
ジ装置が構成される。Instead of directly supporting the stage on the Z-direction movable slider, for example, two guide structures oriented in the X-direction perpendicular to the Z-direction are supported on the Z-direction movable slider. -Z A two-dimensional vertical plane movable stage device is configured.
[課題を解決するための手段] 第6図は、第5図のスライダ43にステージ44を固定し
たものを側面から見た図である。ステージ44の上には2
点鎖線で示すように、駆動装置やエアベアリング装置の
1部あるいはX方向可動ステージがさらに担持される。
従って、可動部分は全体としては相当な重量となる。こ
の重量はスライダ43を介して案内構造体42によって支持
される。この可動部分の重量が作用する重心とZ方向の
駆動力(ないし支持力)の作用点とは構造上の制約から
一致させることは困難である。すなわち、駆動力はスラ
イダ43と案内構造体42の界面付近に作用するが、重心は
ステージ44側にずれてしまう。重心位置と駆動力の作用
点のずれによって、X軸まわりのモーメントが発生す
る。第5図においては、重心が右側にずれるので、右下
りのモーメントが発生する。これによって、第5図の点
線で示すように、可動部が傾き、案内構造体42が変形す
る。しかも、このモーメントの発生位置はステージの移
動につれてZ軸方向に移動する。ところで、案内構造体
42は上下で支持され、垂直方向の位置と共にその剛性が
変化してしまう。このためステージ44に対してZ軸まわ
りのローリング、X軸まわりのピッチング等の運動誤差
が生じ、これが位置決め精度を劣化させる原因となる。[Means for Solving the Problems] FIG. 6 is a side view of the slider 43 of FIG. 5 in which the stage 44 is fixed. 2 on stage 44
As indicated by the dashed line, a part of the driving device or the air bearing device or the X-direction movable stage is further supported.
Therefore, the movable part is considerably heavy as a whole. This weight is supported by the guide structure 42 via the slider 43. It is difficult to make the center of gravity at which the weight of the movable portion acts and the point of application of the driving force (or supporting force) in the Z direction coincide with each other due to structural restrictions. That is, the driving force acts near the interface between the slider 43 and the guide structure 42, but the center of gravity is shifted to the stage 44 side. Due to the difference between the position of the center of gravity and the point of application of the driving force, a moment about the X axis is generated. In FIG. 5, since the center of gravity is shifted to the right, a downward moment is generated. As a result, as shown by the dotted line in FIG. 5, the movable portion tilts, and the guide structure 42 is deformed. In addition, the position where the moment is generated moves in the Z-axis direction as the stage moves. By the way, the guide structure
42 is supported up and down, and its rigidity changes with the vertical position. As a result, movement errors such as rolling around the Z axis and pitching around the X axis occur with respect to the stage 44, and this causes deterioration in positioning accuracy.
本発明の目的は、位置決め精度の高いステージ装置等
を実現するために用いる可動支持用のパッドを提供する
ことである。An object of the present invention is to provide a movable support pad used for realizing a stage device or the like with high positioning accuracy.
[発明が解決しようとする課題] 本発明のパッドは磁気による吸引力とガス吹き出しに
よる浮上力を用いる。[Problem to be Solved by the Invention] The pad of the present invention uses a magnetic attraction force and a floating force by gas blowing.
本発明の磁気吸引ガス浮上型パッドは対象物を磁性体
ベース上に可動保持するためのパッドであって、磁性体
ベースに対してパッドに磁気的吸引力を発生させるため
の永久磁石と、前記磁性体ベース上にパッドを浮上させ
るためのガス吹き出し機構と、前記パッドの引き離し
時、前記永久磁石の磁力を相殺する向きの磁力を発生す
ることのできる電磁石手段とを有する。The magnetic suction gas floating type pad of the present invention is a pad for movably holding an object on a magnetic base, a permanent magnet for generating a magnetic attractive force on the pad with respect to the magnetic base, It has a gas blowing mechanism for floating a pad on a magnetic base, and electromagnet means capable of generating a magnetic force in a direction to cancel the magnetic force of the permanent magnet when the pad is separated.
[作用] 磁性体ベースはその径等の制限を受けないので、十分
高い剛性を有するように構成できる。パッドはガス吹き
出し機構のガスベアリング作用によりベースに対して浮
上力を受ける。永久磁石が磁気的吸引力によってベース
とパッド間に吸引力を生じさせる。ガスベアリング作用
による浮上力と磁気的吸引力によってパッドはベース上
の所定高さで支持される。[Operation] Since the magnetic base is not limited by its diameter or the like, it can be configured to have sufficiently high rigidity. The pad receives a floating force against the base by the gas bearing action of the gas blowing mechanism. The permanent magnet generates an attractive force between the base and the pad by a magnetic attractive force. The pad is supported at a predetermined height above the base by a floating force and a magnetic attraction force caused by the gas bearing action.
パッド部材の実質的重心と支持点とがずれて回転モー
メントが発生しても、ベースは支柱状の案内構造体とは
異なり、十分高い剛性を有するように作製できるので、
ベースに実質的変形は起らないようにできる。Even if the substantial center of gravity of the pad member and the support point deviate from each other and a rotational moment is generated, the base can be manufactured to have sufficiently high rigidity, unlike the columnar guide structure,
Substantially no deformation of the base can occur.
吸引力と浮上力とのバランスが崩れると、常に平衡位
置に戻ろうとする力が働き、高精度の位置決めができ
る。When the balance between the suction force and the levitation force is lost, a force for always returning to the equilibrium position acts, and high-precision positioning can be performed.
パッドをベースから引き離す時には、電磁石手段によ
って永久磁石とは逆向きの磁力を発生させることによっ
て吸引力を弱めれば、安全容易にパッドをベースから引
き離すことができる。パッドをベース上に装架する時に
も吸引力を弱めて行なえば安全である。When the pad is separated from the base, the pad can be safely and easily separated from the base by weakening the attraction force by generating a magnetic force in a direction opposite to that of the permanent magnet by the electromagnet means. It is safe to reduce the suction force when mounting the pad on the base.
磁性体ベースに組合せてこのようなパッドを3つ以上
用い、その上にステージを組立てることにより、位置決
め精度の高い垂直可動ステージ装置が実現できる。By using three or more such pads in combination with a magnetic base and assembling a stage thereon, a vertically movable stage device with high positioning accuracy can be realized.
[実施例] 第1図は本発明の実施例による磁気吸引エアー浮上型
パッドを示す。FIG. 1 shows a magnetic suction air floating type pad according to an embodiment of the present invention.
パッド10はその主要部を鉄等の磁性体で形成されたヨ
ーク2で構成されている。ヨーク2の背面上には球面ヒ
ンジ1が結合されている。球面ヒンジ1は鉄等の円柱部
材の一部をヒンジ中央に向かって次第に径を絞った形状
を有する。径が絞られていることにより、球面ヒンジ1
は軸方向に対しては強い剛性を示すが、軸と直交する方
向に対しては弾性変形が可能となっている。ヨーク2の
磁性体ベース8と対向する側は中央に凹部が形成され、
電磁石3、永久磁石4、パッド部材5、非磁性体スペー
サ7を収容している。パッド部材5は鉄等の磁性体で形
成され、その表面はヨーク2の表面よりも突出するよう
に設計される。永久磁石4は図中上面および下面に磁極
を有する。永久磁石4、ヨーク2およびパッド部材5が
下方に開いた磁気回路を形成する。非磁性体スペーサ7
は磁気回路がパッド10内で閉じないように十分な厚さを
有する。パッド10が磁性体ベース8の上に配置される
と、薄い空気の層を介してパッド10と磁性体ベース8と
で磁気回路を閉成する。すなわち、永久磁石4の磁気吸
引力によりパッド10と磁性体ベース8とは互いに吸引す
る。The pad 10 is mainly composed of a yoke 2 formed of a magnetic material such as iron. A spherical hinge 1 is connected to a back surface of the yoke 2. The spherical hinge 1 has a shape in which a part of a columnar member such as iron is gradually reduced in diameter toward the center of the hinge. Because the diameter is reduced, the spherical hinge 1
Has a high rigidity in the axial direction, but is elastically deformable in a direction perpendicular to the axis. On the side of the yoke 2 facing the magnetic base 8, a concave portion is formed in the center,
An electromagnet 3, a permanent magnet 4, a pad member 5, and a non-magnetic spacer 7 are housed therein. The pad member 5 is formed of a magnetic material such as iron, and its surface is designed to protrude from the surface of the yoke 2. The permanent magnet 4 has magnetic poles on the upper and lower surfaces in the figure. The permanent magnet 4, the yoke 2, and the pad member 5 form a magnetic circuit that opens downward. Non-magnetic spacer 7
Has a thickness sufficient to prevent the magnetic circuit from closing within the pad 10. When the pad 10 is disposed on the magnetic base 8, the pad 10 and the magnetic base 8 close a magnetic circuit through a thin layer of air. That is, the pad 10 and the magnetic base 8 attract each other by the magnetic attraction of the permanent magnet 4.
ヨーク2、永久磁石4、パッド部材5を貫通して空気
等のガス流通路が形成されている。以下空気を用いる場
合を例にとって説明する。パッド部材5中央にはエアー
吹き出し口9が形成されており、磁性体ベース8に向っ
てエアーを吹き出す構成となっている。エアー吹き出し
機構は種々あるが、その一例を第2図(A)、(B)に
示す。A gas flow passage for air or the like is formed through the yoke 2, the permanent magnet 4, and the pad member 5. Hereinafter, a case where air is used will be described as an example. An air outlet 9 is formed in the center of the pad member 5 to blow air toward the magnetic base 8. There are various air blowing mechanisms, examples of which are shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B).
第2図(A)、(B)は表面絞り型エアーパッド面の
構造を示す。第2図(A)は底面図、第2図(B)は一
部断面図である。パッド部材5の底面は、中央にエアー
吹き出し口9を有し、エアー吹き出し口9に連続して放
射状に複数の溝15が形成されている。2 (A) and 2 (B) show the structure of the surface drawing type air pad surface. FIG. 2A is a bottom view, and FIG. 2B is a partial cross-sectional view. The bottom surface of the pad member 5 has an air outlet 9 at the center, and a plurality of grooves 15 are formed radially continuously from the air outlet 9.
第2図(B)は、溝15の断面形状を示す。図示の場合
矩形断面の溝が形成されている。すなわち、パッドに空
気を供給すると、空気は空気吹き出し口9および全溝15
の表面からパッド部材5全面に向って吹き出す。この空
気の吹き出し圧によって、パッド10は磁性体ベース4上
に浮上する。FIG. 2B shows a cross-sectional shape of the groove 15. In the case shown, a groove having a rectangular cross section is formed. That is, when air is supplied to the pad, the air is supplied to the air outlet 9 and all the grooves 15.
From the surface of the pad member 5 toward the entire surface. The pad 10 floats on the magnetic base 4 by the blowing pressure of the air.
第3図は、永久磁石4による吸引力F1とエアー吹き出
しによる浮上力F2との関係を示す。永久磁石による力F1
は、パッド10を磁性体ベース8に向って吸引する吸引力
であり、磁性体とパッドとの距離が増大するにしたがっ
て減少する。エアー吹き出しによる力F2は、磁性体ベー
ス8からパッド10を引き離す方向に働く反発力である。
磁性体ベース8からパッド10までの距離が増大するとエ
アーの流れに対する抵抗が急激に減少するため、エアー
吹き出しによる反発力F2は、距離の増大と共に急激に減
少する。永久磁石の吸引力と空気供給源からのエアー供
給による反発力とは互いに逆向きの力であり、釣合いの
高さでパッド10を停止させる。FIG. 3 shows the relationship between the attractive force F1 by the permanent magnet 4 and the floating force F2 by air blowing. Force F1 by permanent magnet
Is a suction force for sucking the pad 10 toward the magnetic substance base 8, and decreases as the distance between the magnetic substance and the pad increases. The force F2 generated by air blowing is a repulsive force acting in a direction to separate the pad 10 from the magnetic base 8.
When the distance from the magnetic base 8 to the pad 10 increases, the resistance to the flow of air sharply decreases, so that the repulsive force F2 due to air blowing rapidly decreases as the distance increases. The attractive force of the permanent magnet and the repulsive force of the air supply from the air supply source are opposite to each other, and stop the pad 10 at a balanced height.
ところで、このようにパッドを用いてステージを形成
した際、ステージのメインテナンスやステージ上に配置
する半導体ウエハ等の工作対象物の交換の時等に、パッ
ド10を磁性体ベース8から引き離す必要がある時があ
る。特に装置全体のスペース的な制約から工作対象物の
交換毎にステージをベースから引き離す工程が必要な場
合も考えられる。By the way, when the stage is formed by using the pad as described above, it is necessary to separate the pad 10 from the magnetic base 8 for maintenance of the stage or replacement of a workpiece such as a semiconductor wafer arranged on the stage. There is time. In particular, there may be a case where a step of separating the stage from the base is required every time the workpiece is replaced due to space constraints of the entire apparatus.
パッドをベースから引き離すには、必要なだけ強い力
でパッドを引っぱるか、エアー吹き出しの圧力を上げて
吸引力に勝つようにする方法が考えられる。しかし、前
者の方法はステージの各部に変形を起し易く、その後の
精度の劣化等を招き易い。後者の方法は、原理的には十
分な空気圧が得られれば可能と思われるが、一般には空
気配管は細く、自成絞り、オリフィス絞り等の絞りによ
る抵抗があり、十分な流量を得るのは困難である。すな
わち、空気による反発力ではパッドをベースからある程
度までは引き離せるがそれ以上の力を得ることは極めて
難しい。In order to separate the pad from the base, it is conceivable to pull the pad with as much force as necessary, or to increase the pressure of the air blow to overcome the suction force. However, in the former method, each part of the stage is easily deformed, and the accuracy is likely to be deteriorated thereafter. The latter method seems to be possible in principle if a sufficient air pressure can be obtained.However, in general, the air piping is thin, and there is resistance due to restrictions such as self-generated throttles and orifice throttles. Have difficulty. In other words, the pad can be pulled away from the base to some extent by the repulsive force of air, but it is extremely difficult to obtain more force.
第1図に示すパッド10は永久磁石4と共に電磁石3を
有する。この電磁石3にはコントローラ13を介して電流
源11が接続される。電流源11は反転可能な直流電流を供
給できる構成を有する。パッド10の引き離し時には、電
流源11から、電磁石3に永久磁石4と逆向きの磁力を発
生させる電流を供給する。The pad 10 shown in FIG. 1 has the electromagnet 3 together with the permanent magnet 4. A current source 11 is connected to the electromagnet 3 via a controller 13. The current source 11 has a configuration capable of supplying a reversible DC current. When the pad 10 is separated, a current for generating a magnetic force in a direction opposite to that of the permanent magnet 4 is supplied to the electromagnet 3 from the current source 11.
第3図に永久磁石による力F1と逆向きに電磁石による
力F3が発生した状態を図示する。電磁石による反発力F3
を十分な強さとすれば、エアー吹き出しによる反発力が
低減した距離においても、永久磁石による吸引力F1を相
殺し、パッド10を容易に磁性体ベース8から引き離すこ
とが可能となる。この状態を第1図右上方に概略的に示
す。すなわち、永久磁石4に対して電磁石3が反対向き
に配置され、両者の磁力が相殺する。FIG. 3 illustrates a state where a force F3 generated by the electromagnet is generated in a direction opposite to the force F1 generated by the permanent magnet. Electromagnetic repulsion F3
Is sufficiently strong, the attractive force F1 by the permanent magnet is canceled even at a distance where the repulsive force due to the air blowing is reduced, and the pad 10 can be easily separated from the magnetic base 8. This state is schematically shown in the upper right of FIG. That is, the electromagnet 3 is disposed in the opposite direction to the permanent magnet 4, and the magnetic forces of both are canceled.
第1図に示すパッド10は、さらに位置検出器6を備え
ている。位置検出器6は磁性体ベース8とパッド10との
間の距離を検出する。位置検出器6からの検出信号をコ
ントローラ13に供給することによって、電磁石3に供給
する電流を制御することができる。The pad 10 shown in FIG. 1 further includes a position detector 6. The position detector 6 detects a distance between the magnetic base 8 and the pad 10. By supplying a detection signal from the position detector 6 to the controller 13, the current supplied to the electromagnet 3 can be controlled.
たとえば、永久磁石4の製作条件のばらつきによる磁
力のばらつきや、磁性体ベース8内の磁気特性の分布に
より、パッド10の吸引力がパッドごとに、また場所によ
り変化することがある。吸引力が変化するとパッド10の
浮上高さが変化する。この変化を位置検出器6によって
検出し、パッド10と磁性体ベース8との距離に対応した
電流をコントローラ13を介して電磁石3に供給すること
により、パッド10の磁気吸引力を制御し、パッド10と磁
性体ベース8との間の距離を一定に保つように制御する
ことができる。For example, the attraction force of the pad 10 may vary from pad to pad and from place to place due to variations in magnetic force due to variations in the manufacturing conditions of the permanent magnet 4 and distribution of magnetic properties in the magnetic base 8. When the suction force changes, the flying height of the pad 10 changes. This change is detected by the position detector 6, and a current corresponding to the distance between the pad 10 and the magnetic base 8 is supplied to the electromagnet 3 via the controller 13, thereby controlling the magnetic attraction of the pad 10 and It is possible to control so that the distance between 10 and the magnetic base 8 is kept constant.
各パッドの浮上量が変化すると、ステージの姿勢が変
化し、パッドの空気軸受部の剛性が変化したり、ステー
ジの制御性や精度が悪化することもある。位置検出器6
からの信号によって電磁石3を励磁し、各パッドの特性
を揃えることにより、このような不具合を是正すること
ができる。このような微調整を行なう場合の電磁石3に
よる磁力は、永久磁石4と同じ向きの磁力でも逆向きの
磁力でもよい。永久磁石4によるる磁力のみでは不足す
る可能性のある時は、電磁石3による磁力を永久磁石4
による磁力と同じ向きにするのがよい。When the flying height of each pad changes, the posture of the stage changes, and the rigidity of the air bearing portion of the pad may change, and the controllability and accuracy of the stage may deteriorate. Position detector 6
Such a problem can be corrected by exciting the electromagnet 3 by the signal from the controller and making the characteristics of the pads uniform. The magnetic force generated by the electromagnet 3 for performing such fine adjustment may be the same as the permanent magnet 4 or the opposite. When the magnetic force of the permanent magnet 4 alone may be insufficient, the magnetic force of the electromagnet 3 is
The direction should be the same as the direction of the magnetic force.
第4図は他の実施例による垂直可動ステージを示す。 FIG. 4 shows a vertical movable stage according to another embodiment.
第1図に示したパッドと同様のパッド10が垂直な平面
を有する磁性体ベース8に磁気的吸引力によって結合さ
れている。パッド10に働く重力はリニアモータ等、適当
な他の手段によって相殺させている。高圧ガスボンベ等
の圧縮空気源21からの空気は、フィルター22を介してレ
ギュレータ23に供給され、一定圧力の中圧空気となる。
この中圧空気は電空レギュレータ24を介して所定の圧力
とされ、パッド10の空気供給口に供給される。この供給
される空気の圧力は圧力検出器25により検出され、電空
レギュレータ24を制御し供給する空気の圧力が制御され
る。空気が供給されるとパッド10と磁性体ベース8との
間に空気層が生じ、パッド10が磁性体ベース8から浮上
する。エアー吹き出しによる浮上力が磁気的吸引力と釣
り合う位置でパッド10は停止する。位置検出器6はパッ
ド10が磁性体8から浮上している距離を検出し、その信
号をセンサーアンプ34に供給する。センサーアンプ34は
パッド10の浮上量をコントローラ31内の比較器32に供給
する。コントローラ31内で比較器32は位置の設定値とセ
ンサーアンプ34から供給される検出位置信号とを比較
し、実際の距離が設定した距離と等しくなるように制御
信号をアンプ33に供給する。アンプ33は電磁石3に制御
した電流を供給し、磁気的吸引力を増減させることによ
りパッド10の浮上高さを調整し、所望の浮上量を得る。A pad 10 similar to the pad shown in FIG. 1 is coupled to a magnetic base 8 having a vertical plane by magnetic attraction. The gravity acting on the pad 10 is offset by other appropriate means such as a linear motor. Air from a compressed air source 21 such as a high-pressure gas cylinder is supplied to a regulator 23 via a filter 22, and becomes a medium-pressure air at a constant pressure.
This medium-pressure air is set to a predetermined pressure via the electropneumatic regulator 24 and supplied to the air supply port of the pad 10. The pressure of the supplied air is detected by the pressure detector 25, and the pressure of the supplied air is controlled by controlling the electropneumatic regulator 24. When air is supplied, an air layer is formed between the pad 10 and the magnetic base 8, and the pad 10 floats from the magnetic base 8. The pad 10 stops at a position where the levitation force by the air blowing is balanced with the magnetic attraction force. The position detector 6 detects the distance that the pad 10 floats from the magnetic body 8 and supplies the signal to the sensor amplifier 34. The sensor amplifier 34 supplies the flying height of the pad 10 to the comparator 32 in the controller 31. In the controller 31, the comparator 32 compares the set position value with the detected position signal supplied from the sensor amplifier 34, and supplies a control signal to the amplifier 33 so that the actual distance becomes equal to the set distance. The amplifier 33 supplies a controlled current to the electromagnet 3 to adjust the flying height of the pad 10 by increasing or decreasing the magnetic attraction, thereby obtaining a desired flying height.
垂直可動ステージにおいては、第4図に示したような
パッド10を3個以上ステージに固定し、ステージ磁性体
ベース8面上で移動できるように構成する。電磁石3の
磁力を調整することにより、パッドごとの性能のばらつ
きを調整して一定の性能を有するパッドとして扱うこと
ができる。In the vertical movable stage, three or more pads 10 as shown in FIG. 4 are fixed to the stage so as to be movable on the stage magnetic base 8 surface. By adjusting the magnetic force of the electromagnet 3, it is possible to adjust the dispersion of the performance for each pad and handle the pad as a pad having a constant performance.
また、前述のようにステージ装置を磁性体ベース8か
ら引き離す時には、電磁石3に永久磁石4と逆向きの磁
力を発生させることにより、磁気的吸引力を弱め、他に
悪影響をおよぼすことなくステージを磁性体ベース8か
ら引き離すことが可能となる。When the stage device is separated from the magnetic base 8 as described above, the electromagnet 3 generates a magnetic force in a direction opposite to that of the permanent magnet 4, thereby weakening the magnetic attraction force and moving the stage without adversely affecting the other. It can be separated from the magnetic base 8.
また、一旦引き離したステージを再び磁性体ベース8
上に装架する際にも、磁気的吸引力が距離の減少と共に
増加するとパッド10が磁性体ベース8と衝突し、ステー
ジ装置に変形を起したり、精度の低下を招くことがあ
る。このような場合にも電磁石3に永久磁石4の磁力を
減少する向きの電流を供給し、磁気的吸引力を弱めた状
態で操作することにより安全にステージ装置を磁性体ベ
ース8上に配置することができる。Also, the stage once separated is replaced with the magnetic base 8 again.
Even when the magnetic head is mounted on an upper surface, if the magnetic attraction increases as the distance decreases, the pad 10 collides with the magnetic base 8, which may cause deformation of the stage device or decrease in accuracy. In such a case as well, a current is supplied to the electromagnet 3 in a direction to decrease the magnetic force of the permanent magnet 4, and the operation is performed with the magnetic attraction force weakened, so that the stage device is safely disposed on the magnetic base 8. be able to.
磁気吸気エアー浮上型ステージの場合、浮上方向にス
テージが振動を起こすことが考えられる。このような場
合には、位置検出器により振動を検出し、振動を消滅さ
せる方向に電磁石による磁力を発生させれば、速やかに
振動を減衰させることができる。In the case of a magnetic intake air levitation stage, it is conceivable that the stage may vibrate in the levitation direction. In such a case, if the vibration is detected by the position detector and a magnetic force is generated by the electromagnet in a direction to eliminate the vibration, the vibration can be rapidly attenuated.
なお、パッドに1つの永久磁石および1つの電磁石を
設ける場合を説明したが、パッド内に複数の永久磁石、
複数の電磁石を有する構造でもよい。さらに、位置検出
器を複数備えることにより、パッド10の面を磁性体ベー
ス8の平行に保つように制御することもできる。空気を
動作流体として用いる場合を説明したが、窒素等他の気
体を用いても差し支えない。また、永久磁石の背後に電
磁石を配置する構成を示したが、電磁石の発生する磁力
と永久磁石の発生する磁力が互いに干渉する配置であれ
ばどのような配置でも構わない。電磁石による吸引力は
制御可能であるが、電磁石を励磁する電流により発熱を
生じるので通常の操作においては大部分の吸引力は永久
磁石に基づくものとし、電磁石の吸引力は発熱が問題と
ならない程度にするのが好ましい。Although the case where one permanent magnet and one electromagnet are provided on the pad has been described, a plurality of permanent magnets,
A structure having a plurality of electromagnets may be used. Further, by providing a plurality of position detectors, it is possible to control the surface of the pad 10 to be kept parallel to the magnetic base 8. Although the case where air is used as the working fluid has been described, other gases such as nitrogen may be used. Although the configuration in which the electromagnet is disposed behind the permanent magnet has been described, any arrangement may be used as long as the magnetic force generated by the electromagnet and the magnetic force generated by the permanent magnet interfere with each other. Although the attractive force of the electromagnet is controllable, heat is generated by the current that excites the electromagnet. It is preferred that
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこ
れらに制限されるものではない。たとえば、種々の変
更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明で
あろう。Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、気体吹き出し
による浮上力と永久磁石による吸引力とによる摩擦の少
ないパッドが提供され、さらにパッドを磁性体ベースか
ら引き離す時に電磁石により永久磁石の磁力を相殺する
磁力を発生させることにより無理なくパッドの引き離し
ができる。パッド装着時も同様である。したがってパッ
ドを磁性体ベースに脱着する際にも安全確実に操作を行
なうことができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, there is provided a pad with little friction due to a levitation force caused by gas blowing and an attraction force caused by a permanent magnet. By generating a magnetic force that cancels out the magnetic force of the magnet, the pads can be separated without difficulty. The same applies to pad mounting. Therefore, the operation can be performed safely and reliably even when the pad is attached to or detached from the magnetic base.
第1図は本発明の実施例による磁気吸引エアー浮上型パ
ッドを示す断面図、 第2図(A)、(B)は表面絞り型エアーパッド面を示
す底面図および一部断面図、 第3図は第1図の磁気吸引エアー浮上型パッドの動作概
念を説明するためのグラフ、 第4図は本発明の他の実施例による垂直可動ステージ装
置を示す概略ブロック図、 第5図および第6図は、従来の技術による垂直可動ベア
リングを示す斜視図および側面図である。 図において、 1……球面ヒンジ 2……ヨーク 3……電磁石 4……永久磁石 5……パッド部材 6……位置検出器 7……非磁性体スペーサ 8……磁性体ベース 9……エアー吹き出し口 10……パッド 11……電流源 13……コントローラ 15……溝 21……圧縮空気源 22……フィルタ 23……レギュレータ 24……電空レギュレータ 25……圧力検出器 31……コントローラ 32……比較器 33……アンプ 34……センサーアンプFIG. 1 is a sectional view showing a magnetic suction air floating type pad according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 (A) and 2 (B) are a bottom view and a partial sectional view showing a surface drawing type air pad surface. FIG. 4 is a graph for explaining the concept of operation of the magnetic suction air floating type pad of FIG. 1, FIG. 4 is a schematic block diagram showing a vertical movable stage device according to another embodiment of the present invention, FIG. 5 and FIG. The figures are a perspective view and a side view showing a conventional vertical movable bearing. In the drawing, 1 ... spherical hinge 2 ... yoke 3 ... electromagnet 4 ... permanent magnet 5 ... pad member 6 ... position detector 7 ... nonmagnetic spacer 8 ... magnetic base 9 ... air blowing Port 10 Pad 11 Current source 13 Controller 15 Groove 21 Compressed air source 22 Filter 23 Regulator 24 Electropneumatic regulator 25 Pressure detector 31 Controller 32 … Comparator 33 …… Amplifier 34 …… Sensor amplifier
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−216120(JP,A) 特開 昭62−35112(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F16C 32/00 - 32/06────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-216120 (JP, A) JP-A-62-35112 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F16C 32/00-32/06
Claims (2)
めのパッドであって、 磁性体ベースに対してパッドに磁気的吸引力を発生させ
るための永久磁石と、 前記磁性体ベース上にパッドを浮上させるためのガス吹
き出し機構と、 前記パッドの引き離し時、前記永久磁石の磁力を相殺す
る向きの磁力を発生することのできる電磁石手段と を有する磁気吸引・ガス浮上型パッド。1. A pad for movably holding an object on a magnetic base, a permanent magnet for generating a magnetic attraction to the pad with respect to the magnetic base, and a permanent magnet on the magnetic base. A magnetic suction / gas floating type pad comprising: a gas blowing mechanism for floating a pad; and electromagnet means capable of generating a magnetic force in a direction to cancel the magnetic force of the permanent magnet when the pad is separated.
出する位置検出器を備え、前記電磁石手段が前記位置検
出器からの信号に対応して磁力を制御することのできる
請求項1記載の磁気吸引・ガス浮上型パッド。2. The apparatus according to claim 1, further comprising a position detector for detecting a distance from said magnetic base, wherein said electromagnet means can control a magnetic force in accordance with a signal from said position detector. Magnetic suction / gas floating type pad.
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1990
- 1990-04-24 JP JP10818190A patent/JP2865369B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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