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DE3400265A1 - Tragvorrichtung fuer praezisionsbewegungen - Google Patents

Tragvorrichtung fuer praezisionsbewegungen

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DE3400265A1
DE3400265A1 DE19843400265 DE3400265A DE3400265A1 DE 3400265 A1 DE3400265 A1 DE 3400265A1 DE 19843400265 DE19843400265 DE 19843400265 DE 3400265 A DE3400265 A DE 3400265A DE 3400265 A1 DE3400265 A1 DE 3400265A1
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stage
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bearing
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Canon Inc
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Description

Tragvorrichtung für Präzisionsbewegungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Tragvorrichtung, die ein Element hält bzw. spannt und linear in einer gewissen Richtung und linear in einer weiteren Richtung, beispielsweise senkrecht dazu, bewegt und/oder dreht. Die Vorrichtung, die die Erfindung betrifft, wird gewöhnlich X-Y-Bühne bzw. X-Y-Schlitten genannt. Bei solchen Vorrichtungen werden diejenigen, die genau mit hoher Geschwindigkeit und einer Präzisionsbewegung arbeiten können, in Maschinen verwendet, die Halbleiterschaltkreise herstellen, wie z.B. Maschinen zum Projektionsmaskenabgleich oder zur Mustererzeugung mittels Elektronenstrahlen;ebenso wie bei Maschinen zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, wie z.B. bei Drahtverbindern, und ferner bei Prüfmaschinen für
Werkstoffe; sie dienen zur genauen Positionierung.
Auf dem oben erwähnten Gebiet sind X-Y-Bühnen weit verbreitet. Insbesondere im Bereich der Maschinen zur Herstellung von Halbleiterschaltkreisen haben die X-Y-Bühnen
F/22
Dresdner Bank (München) Kto. 3939 644
Bayer Vereinsbank (München) KIo. 508 941
Posischeck (München) KIo. 670-43-804
-5- DE 3595
bewegliche Abschnitte aus Leicht-Legierungen, die Aluminium, Titan oder Mangan einschließen, so daß sie ein geringeres Gewicht aufweisen, um der Erfordernis für Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit gerecht zu werden. Diese Leicht-Legierungsmaterialien haben jedoch den Nachteil von geringer Starrheit, Verformung bei Temperaturänderung, geringem Abriebwiderstand und geringem Widerstand gegen Rosten .
In Anbetracht der Veränderung metallischer Werkstoffe mit 10
der Zeit ist es äußerst schwierig, die hohe Genauigkeit einer Präzisions-X-Y-Bühne aufrecht zu erhalten.
Auf dem Gebiet der Elektronenstrahl-Mustererzeugungsmaschinen, die zur Halbleiterschaltkreisherstellung verwendet werden, müssen die Bühnen aus nicht-magnetischem Werkstoff sein, um eine richtige Steuerung des Elektronenstrahls zuzulassen, so daß es schwierig ist, diese leichter zu machen. Ferner müssen die Bühnen in manchen Fällen
im Vakuum bzw. bei Unterdruck betätigt werden, so daß
20
Schmierung nur begrenzt anwendbar ist, was zu einer Verminderung des Abriebwiderstands führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tragvorrichtung zu schaffen, die im wesentlichen frei von Defor-25
mationen durch Gewichtsbelastung oder durch Änderungen der Umgebungsbedingungen und von Veränderungen mit der Zeit ist.
Ferner soll der Verschleiß aufgrund der Gleitwirkung zwisehen einem Schlitten und einem Träger in hohem Maße verringert sein. Die Vorrichtung soll Teile mit elektrischer Ladung nicht beeinflussen und selbst im Vakuum zufriedenstellend arbeiten.
-6- DE 3595
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen von Patentanspruch 1 gelöst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an-Q hand schematischer Zeichnungen ausführlich erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine Schnittansicht eines wichtigen Teils einer
weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und
Fig. 3 eine Schnittansicht eines wichtigen Teils ent-15
sprechend einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Spanneinrichtung 1 aus einem keramischen Aluminiumoxid-Werkstoff, die beispielsweise ein Halbleiterplättchen (wafer) oder einen anderen Werkstoff mittels Unterdruck spannt. Die Spanneinrichtung 1 ist innenseitig mit einer nicht gezeigten Öffnung zur Unterdruckspannung und einem nicht gezeigten Kanal ,versehen, der mit einer
Unterdruckpumpe verbunden ist. Die Vorrichtung gemäß Fig. 25
1 umfaßt eine X-Bühne 2 aus einem keramischen Aluminiumoxid-Werkstoff, die zur Bewegung der Spanneinrichtung 1 in X-Richtung dient. Die X-Bühne 2 umfaßt einen Vorsprung 2', der eine auf einem anderen, nachstehend beschriebenen
Element gleitende untere Fläche hat. Die gleitende Fläche 30
kann mit Polytetrafluorethylen-Werkstoff beschichtet sein. Auf der Innenseite der X-Bühne 2 ist ein Gleitblock 3 aus einem keramischen Aluminiumoxid-Werkstoff vorgesehen, der eine Polytetrafluor^thylenbeschichtung auf seiner gleitenden Fläche hat. Der Gleitblock 3 steht in Berührung -nit einer Führungsschiene 9, die nachstehend beschrieben wird.
-7- DE 3595
An der X-Bühne 2 ist eine Kugelmutter 4 aus keramischem Werkstoff über ein Verbindungsstück angekoppelt und bringt dadurch für die X-Bühne eine Antriebskraft mit sich; sie umfaßt im Inneren Kugeln aus nicht-metallischem Werkstoff, wie z.B. Keramik, Rubin oder Saphir. Die Kugelmutter 4 steht zum Antrieb in Eingriff mit einer Kugelspindel 5 aus keramischem Werkstoff. Ein Gehäuse 6 aus keramischem Werkstoff ist zur Lagerung der Kugelspindel 5 verwendet und nimmt zur Lagerung der Kugelspindel 5 ein Lager auf und befestigt dieses. Das Lager ist aus einem nicht metallischen Werkstoff, wie z.B. Rubin oder Saphir. An der Kugelspindel 5 ist eine Kupplung 7 aus keramischem Werkstoff zur Übertragung der Antriebskraft eines Antriebsmotors 8 für die X-Bühne 2 angebracht. Die Führungsschiene 9 aus
keramischem Werkstoff bestimmt die lineare Bewegung der 15
X-Bühne 2. Die Führungsschiene hat eine an einer Rolle 23 (Fig. 2), die um eine Achse drehbar ist, anliegende Seitenfläche, und die andere Seitenfläche steht in Eingriff mit dem Gleitblock 3.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt ferner eine Y-Bühne 10 aus keramischem Werkstoff, die die Vorsprünge 2' der X-Bühne 2 trägt und mit der Führungsschiene 9 für die X-Richtung belegt ist. An der Innenseite der Y-Bühne 10 ist ein Gleitblock 11 aus einem keramischen Werkstoff
angebracht, der vorzugswiese mit einem Polytetrafluorethylen-Werkstoff beschichtet ist. Eine Führungsschiene 12 aus keramischem Werkstoff bestimmt eine lineare Bewegung der Y-Bühne 10 und ist an eine stationäre bzw. feststehende Bühne 18 aus keramischem Werkstoff gekoppelt. Gehäuse
°Q 13 und 14 aus keramischem Werkstoff lagern eine Kugelspindel 15 zum Antrieb in Y-Richtung und nehmen in sich ein Lager aus nicht—magnetischem Werkstoff, wie z.B. Keramik, Rubin oder Saphir auf. Eine Kugelmutter steht in Eingriff mit der Kugelspindel 15 und ist an der Innenseite der Y-Bühne 10 befestigt; dies ist jedoch nicht dargestellt.
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Eine Kupplung 16 aus keramischem Werkstoff zur Übertragung einer Antriebskraft von einem Motor 17 zum Antrieb der Y-Bühne ist vorhanden. Gleitflächen 19 und 21 aus keramischem Werkstoff, die auf eine spiegelglatte Oberfläche geläppt wurden, lagern den unteren Vorsprung der X-Bühne
2 bzw. den unteren Vorsprung der Y-Bühne 10.
Fig. 2 zeigt einen abgeänderten Aufbau zur Lagerung der X-BUhne 2. Fig. 3 zeigt eine andere Abwandlung zur Lage-
IQ rung der X-Bühne 2. Der Aufbau gemäß Fig. 2 umfaßt Elemente 24, die Rollen aus keramischem Werkstoff bzw. aus nicht metallischem Werkstoff sind, und die zur Bildung eines Lagers in zur Zeichenebene senkrechter Richtung angeordnet sind. Die Elemente 24 können Nadellager mit einem Käfig aus Po-
■jc lytetrafluorethylen-Werkstoff sein. Beim Aufbau gemäß Fig.
3 ist ein Gleittyp-Luftlager mit einer Luftauflage aus einem keramischen Werkstoff verwendet, die mit einem nicht gezeigten Luftkanal verbunden ist. Bei diesen oben beschriebenen Bauteilen sind die gleitenden Teile und die rollenden Teile aus feinkeramischem Werkstoff hergestellt, und die anderen Teile können wie bei herkömmlichen Maschinen aus einer Legierung wie z.B. einem Aluminium gefertigt sein.
Im Betrieb dreht der an der Y-Bühne 10 befestigte Motor 8 nach seiner Inbetriebsetzung die .Kugelspindel 5 über die Kupplung 7, so daß die mit der Kugelspindel 5 in Eingriff stehende Kugelmutter 4 nach vorne und zurück bewegt wird, v wodurch die an ihr befestigte X-Bühne 2 nach vorne und zurück bewegt wird. Die X-Bühne 2 gleitet auf der ebenen Fläche 19 so, daß ihre Bewegung in einer Ebene ohne Abweichung gehalten ist; sie ist ferner durch die Führungsschiene 9 gegen Abweichung in Y-Richtung gehalten.
Wenn der an der feststehenden Bühne angebrachte Motor 17 betätigt wird, dreht sich die Kugelspindel 15 über die
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Kupplung 16, so daß die Y-Bühne 10 sich vor- und zurückbewegt. Die Y-BUhne 10 bewegt sich auf der ebenen Fläche 21 und wird durch die Führungsschiene 12 so gehalten,
daß sie sich genau in Y-Richtung bewegt.
Die Kupplungen zwischen den Bühnen und den Motoren bestehen aus keramischem Werkstoff, da dieser eine hohe Starrheit und geringe Trägheit mit sich bringt, so daß die
Übertragung von Vibration aufgrund der Bewegung der Vorrichtung verringert werden kann.
Falls die gesamten Bühnen aus keramischem Werkstoff gefertigt sind, der nicht magnetisch ist, können sie bei einer Maschine verwendet werden, die mittels einem Elektronenstrahl ein Muster erzeugt und eine nicht magnetische Büh-15
ne erfordert; sie können ferner bei Maschinen für Präzisionsbewegungen und Präzisionsmessungen auf anderen Gebieten verwendet werden, bei denen sie mit korrosiven chemischen Materien leicht in Berührung kommen. Da es keine Möglichkeit von Rost gibt, wenn Keramik verwendet wird, können sie
innerhalb chemischer Flüssigkeiten verwendet werden. Ferner können sie in Anbetracht der Betriebsfähigkeit im Vakuum auch im Weltraum verwendet werden.
Of- Bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen waren die Bühnen in zueinander senkrechten Richtungen linear beweglich. Es ist jedoch offensichtlich, daß sie auch drehbar sein können.
ao Erfindungsgemäß kann die geringe Starrheit, die aus der Tendenz zu verringertem Gewicht folgt, vermieden werden. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des keramischen Werkstoffs und der geringeren Wärmedehnung als bei herkömmlichen Metallen ist die Vorrichtung im wesentlichen
„p- frei von den möglichen Einflüssen der Umgebungstemperatur. Ferner bringt die hohe Härte des Werkstoffes einen höheren
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Abriebswiderstand mit sich. Obwohl die herkömmlichen Maschinen unvermeidlich das Problem mit sich bringen, daß die hohe Genauigkeit wegen der Veränderung des Metalls mit der Zeit nicht über eine lange Zeitdauer aufrecht erhalten werden kann, können die erfindungsgeraäßen Vorrichtungen derartige Veränderungen auf ein sehr geringes Maß reduzieren .
Da der keramische Werkstoff kaum durch äußere Vibrationen beeinflußt ist, kann auch eine stabile Arbeitsweise aufrecht erhalten werden. Es gibt auch kein Problem der Verbindung, das auftritt, wenn Metalle verwendet werden. Ferner ist eine Schmierung der Gleitflächen und Rollflächen nicht erforderlich.
Die Erfindung wurde zwar anhand spezifischer Ausführungsbeispiele beschrieben, es ist jedoch offensichtlich, daß verschiedene Abänderungen und Verbesserungen im Rahmen des Erfindungsgedankens und der Patentansprüche vorgenommen werden können.
Offenbart ist ein Schlitten für Präzisionsbewegungen, der eine stationäre Bühne, eine auf dieser gleitende bewegliche Bühne, einen an die stationäre und die bewegliche Bühne gekoppelten Bewegungsmechanismus zur Bewegung der be-25
weglichen Bühne relativ zur stationären Bühne umfaßt, wo -
bei zumindest die stationäre Bühne, die bewegliche Bühne und der Bewegungsmechanismus aus feinkeramischem Werkstoff bestehen, um Deformation und Veränderung mit der Zeit zu verhindern und so den Abriebswiderstand zu vergrößern. 30

Claims (16)

  1. Patentansprüche
    ry. Tragvorrichtung, gekennzeichnet durch eine erste Bühne (18) mit zumindest einem Element, eine zweite Bühne (10) mit zumindest einem Element, die relativ zur ersten Bühne beweglich ist, und durch eine Einrichtung (15,17) mit zumindest einem Element zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen der ersten Bühne und der zweiten Bühne, wobei zumindest eines der Elemente aus einem keramischen Werkstoff ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Bühne (2), die relativ zur zweiten Bühne (10) beweglich ist und mindestens ein Element aus einem keramischen Werkstoff hat.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Bühne (2) sich relativ zur zweiten Bühne (10) linear bewegt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der ersten (18) und zweiten (10) Bühne, die in Berührung miteinander stehen, aus keramischem Werkstoff sind.
    F/22
    Dresdner Bank !München) Klo. 3939 S44
    Posischeck (München) Ktu 670-43-804
    -2- DE 3595
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche von zumindest einem der Teile eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen hat.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Führungseinrichtung zur Führung der zweiten Bühne (10) relativ zur ersten Bühne (18), wobei die Führungseinrichtung zumindest ein Element aus einem keramischen Werkstoff hat.
    10
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung eine Führungsschiene (12). die auf der ersten Bühne (18) vorgesehen ist, und einen Gleitblock (11) sowie eine Rolle (23) umfaßt, die mit der Führungsschiene in Berührung stehen und an der zweiten Bühne (10) vorgesehen sind.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitblock (11) eine Fläche hat, die mit der
    Führungsschiene (12) in Berührung steht und eine Polyte-20
    trafluorethylenbeschichtung hat.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bühne(i8) und die zweite Bühne (10)
    aus keramischem Werkstoff sind.
    25
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff ein Aluminiumoxidkeramik ist.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der· Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bühne (10) relativ zur ersten Bühne
    (18) linear beweglich ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bühne (10) relativ zur ersten Bühne (18) drehbar ist.
    -3- DE 3595
    1
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Bühne (18) und der zweiten Bühne (10) ein Lager (24) ist.
    5
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (24) eine Vielzahl von Rollen hat.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (24) ein Nadellager ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch i3f dadurch gekennzeichnet, daß das Lager ein Gaslager ist.
DE19843400265 1983-01-08 1984-01-05 Tragvorrichtung fuer praezisionsbewegungen Granted DE3400265A1 (de)

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JP58001576A JPS59129633A (ja) 1983-01-08 1983-01-08 ステージ装置

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DE3400265C2 DE3400265C2 (de) 1992-10-01

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JP (1) JPS59129633A (de)
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