WO2015043712A1 - Positioning apparatus - Google Patents

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WO2015043712A1
WO2015043712A1 PCT/EP2014/002428 EP2014002428W WO2015043712A1 WO 2015043712 A1 WO2015043712 A1 WO 2015043712A1 EP 2014002428 W EP2014002428 W EP 2014002428W WO 2015043712 A1 WO2015043712 A1 WO 2015043712A1
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WO
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carrier
base
permanent magnet
positioning device
unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/002428
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Wolfgang EHMANN
Christof Klesen
Martin Aenis
Original Assignee
Mecatronix Ag
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Publication date
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Priority to KR1020167011035A priority patent/KR20160064175A/en
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    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/30—Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements

Definitions

  • the present invention relates to a positioning device for positioning, in particular for translational moving as well as for aligning, that is for rotating a substrate, typically in a two-dimensional plane of movement. Furthermore, the invention relates to a positioning device designed as a magnetic wafer stage, which is designed for a high-precision movement of comparatively large-area substrates. Furthermore, the invention relates to a method for positioning a substrate by means of such a positioning device and to a computer program for controlling a positioning device.
  • substrates for the production of semiconductor devices are subjected to various surface treatment processes.
  • the surfaces of such substrates are to be treated mechanically or chemically to provide, for example, coatings or surface structures on the substrate to form the relevant substrate.
  • Several surface treatment processes are to be carried out under clean-room conditions or even under reduced pressure, in particular if surface treatment steps, such as, for example, sputtering, physical vapor deposition or chemical vapor deposition, possibly also plasma-assisted, are to be carried out.
  • magnetic wafer stages or magnetic positioning devices wherein a plurality of electromagnets are typically arranged on a displaceable along a base support, which can float by means of a position sensor and a control loop the carrier at a predetermined distance from the base.
  • a generic wafer stage is known, for example, from US Pat. No. 7,868,488 B2.
  • This positioning device which acts in two directions of movement, has a base and two Y-displacement units, which are fastened symmetrically to the upper end sections of the base.
  • Drive motors are displaceably arranged on the Y-displacement units and are connected to one another by means of an X-displacement element, wherein a table for accommodating a wafer is arranged on that X-displacement element.
  • a positioning device known from the prior art is shown schematically in cross-section.
  • the positioning device 100 in this case has a stationary base 100, on which various electromagnets 132, 134, 142, 144 are arranged.
  • a support 112 movable relative to the base 100 is further arranged.
  • the planar support 112 typically has on its underside 119 a receiving or holding device for a substrate to be treated, not shown in FIG. 1.
  • the two further electromagnets 142, 144 are arranged approximately at the level of the side edges 117 of the carrier 112. Since the carrier 112, facing the electromagnets 142, 144 and the electromagnets 132, 134, respectively has a typically ferromagnetic counterpart, the carrier 112 can also be positioned parallel to the plane of the carrier 112. In the illustration according to FIG. 1, the electromagnets 142, 144 arranged laterally of the carrier 112 serve for positioning or positioning the carrier 112 relative to the base 110 in the Y direction, while the electromagnets 132, 134 arranged above the carrier 112 for positioning and Orientation of the carrier 112 provided in the Z direction and are formed accordingly.
  • the carrier 112 is typically slidable relative to the base 110.
  • the positioning device shown in Fig. 1 may be formed at least as X-displacement unit of a one- or two-dimensional wafer stage.
  • processing of the substrate disposed on the carrier 112 is provided from below.
  • a comparatively large area, thin and thus quite fragile Substrate on the substrate 112 as well as for a release of the substrate from the carrier 112 such a configuration proves sometimes unfavorable.
  • the problem would arise here that the electromagnets 132, 134 arranged above the carrier 112 prevent or make it difficult to remove and place the substrate on the carrier 112. Furthermore, shading-free substrate treatment of a substrate arranged on the carrier 112 in the region of the positioning device would be difficult or impossible.
  • the heat loss of the corresponding actuators would have to be removed from the vacuum in a suitable manner.
  • the power density of submersible coil actuators is lower compared to electromagnets, so that there would be an increased space requirement for the implementation of tach coil actuators.
  • the positioning device should be characterized in particular by a small footprint and a high magnetic power density of their magnetic storage.
  • the positioning device should enable the realization of a comparatively large or maximum carrier-side substrate treatment area.
  • the positioning device provided for this purpose is provided for moving, in particular for translational movement and / or for aligning a substrate, and designed accordingly.
  • the positioning device has a base which typically extends in a plane of movement (X, Y).
  • the base has mutually aligned, longitudinally extending and a first displacement direction predetermining bearing rails.
  • the positioning device has a carrier which is movable relative to the base and arranged without contact by means of magnetic bearings.
  • the carrier is by means of the magnetic bearing typically without contact along a displacement direction slidably mounted on the base, in particular along the bearing rails.
  • the carrier is supported contactlessly at the base.
  • the carrier is movable by means of magnetic bearing almost arbitrarily in the plane of movement. It can be moved both in an X-direction and perpendicular thereto, ie in the Y-direction translationally moved as well as rotated in the plane, or be aligned. Such rotational movements take place in relation to an axis of rotation extending parallel to the surface normal of the plane of movement.
  • a two-dimensional movement in the plane can be realized, in particular, by providing two linear displacement units aligned at a predetermined angle to one another.
  • the magnetic bearing has at least one permanent magnet unit and at least one first electromagnet unit.
  • the permanent magnet unit is designed to generate a supporting force (S) acting on the carrier.
  • the support force that can be generated by the permanent magnet unit is greater than the weight force (G) of the carrier. It also counteracts the weight of the wearer and thus can not only completely compensate for the weight of the wearer, but even "overcompensate".
  • the first electromagnetic unit of the magnetic bearing is formed to generate a regulating force (R) acting on the carrier, which counteracts the supporting force of the permanent magnet unit.
  • R regulating force
  • the first electromagnetic unit cooperating with the carrier is designed to act on the carrier in the direction of the weight force.
  • the first electromagnet unit can be arranged in particular below the carrier in order to produce a downward, approximately parallel to the weight force acting on the carrier regulatory force.
  • the regulating force (R) acting on the carrier by the first electromagnet unit is typically adjustable by means of a control, so that the position of the Carrier with respect to a vertical direction or vertical direction (z) is also precisely controllable and adjustable.
  • the permanent magnet unit exerts a supporting force on the carrier, which is greater than the weight force acting on the carrier when assuming a predetermined desired position (z 0 ) of the carrier relative to the base. Without provision of a counteracting the supporting force solenoid unit, the carrier would be transferred from the predetermined desired position (z 0 ) depending on the specific configuration partly in an unstable position.
  • a mechanical positive guide which may be formed, for example, by a movement-limiting lateral and / or upper stop, the carrier is in the absence of Regulierkraft, for example as a result of a disconnected solenoid unit, in a defined, relative to the desired position raised position (zi) fixed.
  • the support force due to the greater distance between the carrier and the permanent magnet unit with the weight of the carrier to be in balance.
  • the carrier is actively pressed against the forced operation or against the stop under the action of the supporting force or under the action of a backup force and weight force resulting from evasive force.
  • the carrier By means of the first electromagnet unit, a control force counteracting the support force can be exerted on the carrier, the carrier can be lowered from a position (zi) displaced upwards by the permanent magnet unit into the desired position (z 0 ) provided for the substrate treatment. Since the regulatory force exerted on the carrier by the first electromagnet unit can be controlled electronically, the height position or Z position of the carrier relative to the base during operation of the positioning device can be regulated as required by means of one or more suitable control circuits and can typically be kept constant within predefined limits. Typically, the Z-position of the carrier can be kept constant within a few microns and precisely regulated.
  • a permanent magnet unit that not only compensates for the weight of the wearer but also overcompensates, as it were, in particular in combination with a movement-limiting stop for the wearer creates a suspension state of the wearer above a predetermined vertical floating desired position.
  • the height regulation of the carrier with respect to the base can be realized purely with electromagnet units, which also allow the realization of a compact design with a comparatively high magnetic power density.
  • the upper side of the carrier can be configured largely shading-free and can be used almost exclusively for receiving or processing a substrate to be treated.
  • the substrate can be placed from the top of the support and removed after treatment in a corresponding manner again upwards from the carrier.
  • the first electromagnet unit has at least one electromagnet arranged on the base, which cooperates with a counterpart arranged on the carrier.
  • the counterpart is typically designed ferromagnetically, so that as a result of generating a magnetic field by the electromagnet, a tensile force on the counterpart and thus on the carrier is exercisable.
  • the first solenoid assembly is typically controllable by a controller to maintain the carrier within predetermined limits of predetermined absolute height or relative height relative to the base.
  • electromagnet and counterpart are also generally reversible.
  • the electromagnet can also be arranged on the carrier during rend the ferromagnetic counterpart is arranged on the base. This arrangement reversal is conceivable for all variants and embodiments described below.
  • the electromagnet is arranged below the carrier-side counterpart on the base.
  • the counterpart arranged on the carrier and the electromagnet provided on the base are arranged facing one another on the base and on the counterpart, so that the smallest possible distance between the electromagnet and the carrier-side counterpart is provided.
  • the base typically has a plurality of electromagnets disposed along the travel of the carrier, each of which can cooperate with corresponding counterparts of the carrier.
  • the carrier-side counterpart can for example be designed in the form of an iron core, which extends along the path provided for the carrier.
  • the carrier is provided with a plurality of counterparts arranged on opposite side edges, which cooperate respectively with first base electromagnetic units corresponding thereto, arranged on opposite bearing rails.
  • the carrier-side counterparts can be arranged in or on an underside of the carrier, but also on or in a lateral edge region of the carrier.
  • the carrier has laterally outwardly projecting guide portions on which the carrier-side counterparts are arranged or in which the carrier-side counterparts are integrated.
  • the carrier is designed to be free of electromagnets.
  • the electromagnet-free design of the carrier is particularly advantageous for a free positioning of the carrier.
  • the carrier can in this respect be configured uncoupled. On a supply of electrical energy to the carrier can be dispensed with in an advantageous manner. This allows In particular, turning of the carrier, for example between a vacuum lock and a vacuum treatment area of a substrate processing device, is also involved.
  • a design of the carrier which is free of electromagnets it can be designed for the purposes of positioning without electrical connections, which facilitates and simplifies any positioning and alignment of the carrier within a substrate processing device.
  • the permanent magnet unit has at least one permanent magnet arranged on the carrier or on the base, which cooperates with at least one counterpart arranged on the base or on the carrier.
  • a plurality of permanent magnet units each having at least one permanent magnet and at least one counterpart are provided.
  • the permanent magnet units may be disposed on opposite outer edges of the carrier to precisely position the carrier in the high or Z direction.
  • the use of individual or multiple permanent magnets proves to be particularly space-saving for the realization of one of the weight (G) of the wearer counteracting supporting force (S).
  • the use of single or more permanent magnets on the carrier and / or on the base allows a particularly space-saving design of the positioning device.
  • cooperating with the permanent magnet of a permanent magnet unit counterpart is ferromagnetic or permanent magnetic.
  • iron cores or other ferromagnetic materials and components may typically be used.
  • the counterpart interacting with the permanent magnet arranged on the base and / or carrier side of the permanent magnet unit is made permanent magnetically.
  • Counterpart and permanent magnet of a permanent magnet unit can be formed in this respect equally by permanent or permanent magnets.
  • the support force caused by the permanent magnet unit can also be repulsive type, namely, when two or more rectified and repulsive interacting permanent magnets are provided for the permanent magnet unit.
  • the permanent magnet unit is arranged on a guide section of the carrier projecting laterally from a substrate treatment area of the carrier.
  • the permanent magnet unit is only a part or a component of the permanent magnet unit on the support or on its surface. arranged while a second part or a second component of the permanent magnet unit is provided on the base side.
  • the guide portion of the carrier may be configured in the manner of a laterally projecting from the carrier flange.
  • the substrate treatment region of the carrier which is designed in particular for detachably receiving a flat substrate, can lie between opposite guide sections of the carrier.
  • the substrate treatment region may also be arranged offset relative to the guide sections with respect to the vertical direction or relative to the surface normal of the carrier.
  • the permanent magnet unit or individual components thereof may be arranged below and above, but in any case outside, a substantially planar substrate treatment region of the carrier.
  • the arrangement of the at least one permanent magnet or the hereby interacting counterpart of the permanent magnet unit on the lateral guide portion of the carrier is particularly advantageous for reasons of space.
  • the permanent magnet unit can be designed to be comparatively space-saving, so that an arrangement can be easily implemented laterally and outside the substrate treatment area of the carrier even in confined spaces dictated by the substrate processing device.
  • the permanent magnet unit is arranged in a lateral recess of the carrier.
  • a base side arranged component of the permanent magnet unit such as the permanent magnet or a counterpart interacting therewith can engage in a lateral recess of the carrier and interact there with a arranged in the recess or integrated into the recess counterpart or permanent magnet.
  • an arrangement of the permanent magnet unit lying laterally and outside the substrate treatment area can be bypassed.
  • the carrier is in this case, for example, to be provided with a longitudinal groove extending along the approximately of the Bearing rails of the base predetermined displacement direction extends.
  • the component of the permanent magnet unit which is to be arranged on the base can in this case protrude from a bearing rail inwards.
  • a symmetrical configuration of opposite side edges of the carrier may be advantageous.
  • the carrier can also be stored in different orientations on the base, if necessary.
  • the permanent magnet unit has at least two rectified repulsive interacting permanent magnets.
  • the counterpart typically acting with a permanent magnet of the permanent magnet unit is designed hereby equally as a permanent magnet.
  • the two permanent magnets of the permanent magnet unit are rectified oriented so that Gleichgeartete poles of the permanent magnets facing each other are arranged on the one hand on the carrier and on the other hand on the base. In this way, the permanent magnet unit can provide a repulsive support force.
  • Two rectified and correspondingly interacting permanent magnets of a permanent magnet unit can affect not only a repulsive force but also a lateral, leading to an evasive force force each other.
  • the amount of repulsive force also increases with decreasing distance between the permanent magnets.
  • rectified permanent magnets tend to evasive movement, if you bring them too close to each other, by means of such an arrangement, a kind of non-contact resilient mounting of the carrier relative to the base can be realized.
  • the approach of the rectified permanent magnets while reducing their distance has an immediate increase in the counter to the weight force directed supporting force, which directly counteracts the mutual approach of the permanent magnets.
  • the permanent magnet unit can also have two oppositely directed and thus interacting with each other attractive permanent magnets.
  • Such an arrangement typically requires the arrangement of at least one permanent magnet above the carrier, while the use of two rectified and thus repulsively interacting permanent magnets enables the arrangement of at least one permanent magnet of the base below or laterally of the carrier.
  • the at least one permanent magnet arranged on the carrier side cooperates with a permanent magnet arranged below the carrier or laterally to the carrier on the base.
  • a supporting force counteracting the weight force or counteracting the weight force can be generated without the permanent magnet unit or components thereof being arranged above the carrier for this purpose.
  • the top surface of the carrier having the substrate treatment region can be held without shading in or on the positioning device or at its base and positioned along the base.
  • each permanent magnet is arranged on opposite side edges of the carrier, which cooperates in each case with a rectified permanent magnet, which is arranged on a lateral border of the base.
  • the lateral enclosure of the base may be provided or formed, for example, by the bearing rails of the base.
  • the carrier may extend at least partially within and between the bearing rails.
  • At least one permanent magnet of a permanent magnet insert is provided on the side edges of the carrier facing the bearing rails or the rim. unit and to the wearer facing inner sides of the enclosure a rectified permanent magnet of the permanent magnet unit is arranged, initially repulsive forces between the enclosure of the base and the carrier can be generated, which are aligned substantially in or parallel to the plane of the carrier.
  • the permanent magnet unit has at least one Halbach array.
  • at least one component of the permanent magnet unit may have a Halbach array.
  • a Halbach array is composed of segments of permanent magnets whose magnetization direction is tilted relative to each other by 90 ° in the direction of the longitudinal axis of the respective array.
  • the permanent magnet unit to also provide two Halbach arrays when using two permanent magnets, ie. H. to realize each of the permanent magnets by a Halbach array.
  • the base and the carrier are coupled to one another via an electromagnetic actuator, which is designed to exert a guiding force (F) aligned parallel to the plane of the carrier on the carrier.
  • F guiding force
  • the electromagnetic actuator in particular the horizontal position of the carrier relative to the Base are controlled approximately perpendicular to the course of the bearing rails of the base or perpendicular to the first direction of displacement of the positioning.
  • the electromagnetic actuator has at least one electromagnet arranged on the base and a counterpart arranged on the carrier.
  • the electromagnetic actuator has at least one voice coil actuator.
  • the mutual arrangement of coils and counterparts on the carrier or on the base can in this case vary.
  • the electromagnet can likewise be arranged on the carrier and the interacting counterpart on the base.
  • an electromagnetic actuator means an actuator which comprises at least one coil subjected to electric current.
  • the actuator may comprise a second electromagnet unit with corresponding electromagnets and ferromagnetic counterparts as well as a Lorentz actuator, i. have or are formed by a voice coil actuator.
  • Electromagnet units are based on the interaction of a current-carrying conductor with a ferromagnetic counterpart, whereby only an attractive interaction between the electromagnet and counterpart can be generated.
  • a Lorentz actuator is based on the so-called Lorentz force, i. on the interaction between a magnetic field and a current-carrying conductor.
  • the electromagnetic actuator can be designed both as a solenoid unit and in the form of a Lorentz actuator.
  • a Lorentz actuator When a Lorentz actuator is provided, both tensile and compressive forces can be transmitted between the carrier and the base by means of a single actuator, so that corresponding actuators are to be provided only on one side of the carrier, in particular for horizontal regulation. Since no weight forces of the carrier are to be compensated for the horizontal control, the low power density of one or more Lorentz or Tauchspulenaktoren may be sufficient. Also, the ⁇
  • the electromagnetic actuator or the second solenoid unit can typically be controlled independently of the first solenoid unit.
  • the electromagnetic actuator or by means of the second electromagnet unit, in particular the horizontal position of the carrier relative to the base can be varied. If the first direction of displacement of the positioning device predetermined by the bearing rails of the base extends approximately in the X direction, the position of the carrier in the Y direction can be changed with the electromagnetic actuator and adjusted accordingly, while positioning in the height direction, ie. H. in the Z direction, by means of the permanent magnet unit and the first solenoid unit can be realized.
  • the positioning device has a controller and at least one position sensor for detecting a position of the carrier relative to the base.
  • the controller is in this case coupled to the position sensor as well as to at least the first electromagnet unit in order to generate control signals for the first electromagnet unit relative to the determined position of the carrier relative to the base in order to keep the vertical position of the carrier within predetermined limits.
  • first and second solenoid units or the first solenoid and the electromagnetic actuator controlled by the controller and accordingly coupled to the controller.
  • a plurality of position sensors may be spaced from one another on the carrier and / or on the base to determine the relative position of the carrier to the base at different points of the carrier and to allow a spatially resolved positioning of the carrier relative to the base.
  • a non-contact drive for example, provides a magnetic drive on the carrier, which extends with a stationary magnetic strip which extends approximately parallel to the bearing rails of the base , can work together. It is also a reverse arrangement conceivable in which the magnetic drive base side and the magnetic strip are arranged on the carrier side.
  • a plurality of spaced apart permanent magnet units as well as first and / or second solenoid units, or electromagnetic actuators are provided on the cooperating with the base edge regions of the carrier.
  • the invention further relates to a method for positioning a substrate by means of a positioning device described above.
  • a first method step in this case the position of the carrier relative to the base is determined by means of at least one position sensor. The determination is typically carried out without contact, for example using optical position sensors or similar measuring devices.
  • the distance between the carrier and base by means of at least the first solenoid unit and the controller coupled thereto regulated so that the carrier either floating in a predetermined distance from the base is or the Carrier dwells in a predetermined position with respect to the substrate processing device.
  • a computer program for controlling a previously described positioning device.
  • the computer program has program means for determining the position of the carrier relative to the base by means of at least one position sensor and program means for regulating the distance between carrier and base as a function of the determined position of the carrier by means of at least the first electromagnet unit and a controller.
  • the computer program is implemented in the control of the positioning device or executable by the control of the positioning device.
  • the computer program provides different predetermined or freely configurable by the end user control mechanisms by means of which the position sensor provided by the position sensor of the carrier for driving the first and / or the second solenoid unit, or the electromagnetic actuator can be used.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a positioning device according to the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional representation through a positioning device provided according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of a first implementation of a
  • Fig. 9 shows a further embodiment of the permanent magnet unit with the side of the
  • Carrier arranged permanent magnet another embodiment of the permanent magnet unit with arranged below the carrier permanent magnet and
  • Fig. 11 shows a further embodiment of the permanent magnet unit with rectified, a repulsive force generating and arranged in the edge region of the carrier permanent magnet.
  • the positioning device according to the invention is shown in a schematic cross section.
  • the cross section shown extends in the Y-plane, wherein the Z-direction is directed upward, against a weight G of a carrier 12 of the positioning device 1.
  • the positioning device 1 has a in Fig. 2 only schematically indicated base 10 on which various permanent magnets 32, 34, 42, 44 are arranged stationary in the present embodiment.
  • the base 10 typically has one or more mutually parallel bearing rails, along which a carrier 12 without contact, by means of a magnetic bearing 18 is slidable.
  • the displacement direction of the carrier 12 relative to the base 10 takes place along an X-direction perpendicular to the cross-sectional plane of the representation according to FIG. 2.
  • the carrier 12 facing upwards, has a substrate treatment area 15 freely accessible from above, on which or on which a substrate 2 to be treated in a substrate processing device can be detachably arranged.
  • the substrate treatment area 15 designed to receive the substrate 2 is typically shading-free, so that the entire substrate surface facing away from the substrate 12 can be subjected to a surface treatment process, such as an etching, cleaning or coating process.
  • the substrate treatment area 15 extends almost over the entire surface of the carrier 12.
  • a magnetic bearing 18 For non-contact storage or displacement of the carrier 12 relative to the base 10, a magnetic bearing 18 is provided. This has at least one first electromagnet unit 30, which in the present case is arranged below the carrier 12. In addition to this, an electromagnetic actuator 40 is provided, which in the present case has two electromagnets 42, 44 arranged laterally of the carrier 12, by means of which the carrier 12 can be positioned in the Y direction, consequently parallel to the carrier plane.
  • the actuator 40 may alternatively have one or more Lorentz or Tauchspulenaktoren, which are arranged comparable to the solenoid 42 only on one side of the support 12.
  • the first electromagnet unit 30 has two electromagnets 32, 34 which are spaced apart from one another horizontally, that is to say they are spaced apart in the Y direction.
  • the coil 37 encloses a leg of the roughly horseshoe-shaped core 36. Due to the cross-sectional view, the coil 37 is shown in the form of two square cross-sections.
  • the electromagnets 32, 34 of the first electromagnet unit 30 also cooperate with magnetic counterparts 33, 35 arranged on the underside 19 of the carrier 12 or integrated therein.
  • These counterparts 33, 35 typically comprise a ferromagnetic material which can interact with the underlying electromagnets 32, 34.
  • a downward regulating force R can be exerted on the carrier 12.
  • the regulating force R interacts here with the weight G of the carrier 12 and can increase the weight G of the carrier 12 variably.
  • a permanent magnet unit 20 is further provided, which is designed to form a supporting force S acting on the carrier 12.
  • the supporting force S which can be generated by the permanent magnet unit 20 of the magnetic bearing 18 counteracts the weight G of the carrier 12 and is also greater in magnitude than the weight G of the carrier 12. Concrete implementations for generating that supporting force S on the basis of one or more permanent magnet units 20 are shown in FIGS Fig. 3 to 11 shown.
  • a lateral guidance and positioning of the carrier 12 relative to the base 10 can be realized by means of the electromagnetic actuator 40.
  • the electromagnetic actuator 40 has opposite side edges 17 the support 12 base arranged electromagnets 42, 44. Also, those electromagnets 42, 44 are provided with a ferromagnetic core 46 and a coil 47 which can be acted upon by an electric current.
  • the electromagnets 42, 44 cooperate with corresponding counterparts 43, 45 of the carrier 12, which are arranged on opposite inner sides of a in Fig. 2 only schematically indicated enclosure 11 of the base 10.
  • the horizontal position, d. H. the position in the Y direction of the carrier 12 relative to the base 10 be adjusted and changed.
  • the electromagnetic actuator 40 with its arranged on opposite side edges 17 of the carrier 12 electromagnets 42, 44 can act on the carrier 12 acting on a guide force F in the Y direction, d. H. generate parallel to the plane of the carrier 12.
  • the magnetic bearing 18 also has a permanent magnet unit 20.
  • the permanent magnet unit has two permanent magnets 22, 24, which are arranged on the base 10 in the illustration according to FIG. 3 to the right and left as well as above the carrier 12. Paired with the respective permanent magnets 22, 24, magnetic counterparts 23, 25 are arranged on the carrier 12.
  • the paired arrangement of permanent magnets 22, 24, and magnetic counterparts 23, 25, serves to generate a supporting force S counteracting the weight G on the carrier 12.
  • the carrier 12 laterally outwardly projecting guide portions 14th on. At the on the side edges 17 of the carrier 12 projecting outwardly guide portions 14 is provided with the above the guide portions 14 provided permanent magnet 22, 24, interacting counterpart 23, 25, respectively.
  • Such a permanent magnet unit 20 can generate a supporting force S which is greater than the weight G of the carrier 12.
  • a regulating force R opposing the supporting force S can then be generated, so that the support 12 can be precisely held in a predetermined Z-position, for example in a position z 0 indicated in FIG. 2, in a force equilibrium.
  • Regulierkraft R of the carrier 12 would be raised under the sole action of the permanent magnet unit 20 upwards in the position Z ⁇ in which the carrier, for example, pressed against a stop 26 and thus can be kept in a stable position, in particular if the first solenoid unit 30 should be deactivated.
  • a control 3 schematically indicated in FIG. 2 is provided, which is coupled to at least one position sensor 4.
  • the position sensor 4 is designed in particular for the contactless determination of a distance or a relative position of the carrier 12 to the base 10.
  • the measurement signals generated by the sensor 4 are provided to the controller 3, which selectively activates individual electromagnets 32, 34, 42, 44 of the first electromagnet unit 30 and / or of the electromagnetic actuator 40 as a function of the received measurement signals.
  • a plurality of electromagnets 42, 44, 32, 34 spaced apart from one another approximately in the X direction are provided over the surface of the carrier 12 so that the surface or the substrate treatment region 15 of the carrier 12 can be aligned precisely, in particular micrometer-accurate.
  • FIG. 4 shows a modified embodiment of the permanent magnet unit 20, which is modified in comparison to FIG.
  • the permanent magnet 24, 26 of the respective permanent magnet unit 20 is arranged on the outwardly and horizontally projecting guide portions 14 of the carrier 12, while a magnetic counterpart 25, 27 is fixedly arranged on the base 10.
  • the permanent magnet unit 20 does indeed come to lie above the guide section 14 of the carrier 12. Because the permanent magnet unit 20, in particular its permanent magnet 24, can be designed to be particularly compact, it is nevertheless possible to provide a largely shading-free configuration for the substrate treatment area 15 of the carrier 14. Thus, the entire upper side of the carrier 12, and consequently the substrate treatment area 15, can be formed free of any components of a magnetic bearing 18.
  • FIGS. 5 and 6 instead of a guide section 14 protruding laterally from the carrier 12, provides the configuration of a lateral recess 16 in which the permanent magnet unit 20 can be arranged.
  • a permanent magnet 22, 24 attached to the base 10 can protrude horizontally from the outside into the recess 16 of the carrier 12 and cooperate there with a magnetic counterpart 23, 25 arranged approximately at an underside of the recess 16.
  • the operative principle of the embodiment of FIGS. 5 and 6 is similar in each case to the action principle described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the supporting force S permanently and constantly generated by the permanent magnet unit 20 can be compensated at least partially and spatially resolved for the controlled vertical mounting of the carrier 12.
  • the permanent magnet unit 20 is formed in each case by two permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b, which are indicated by the inside of the magnets. symbolized by arrows. The direction of the arrow also indicates the orientation of the magnetic field.
  • the respective counterpart of the permanent magnet unit 20 is designed permanently magnetic.
  • the paired permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b of the permanent magnet unit 20 in this case exert an attractive interaction on each other.
  • the magnetic fields of the permanent magnets 22a, 22b and the permanent magnets 24a, 24b are so far opposite.
  • an upward supporting force S can be provided by the permanent magnet unit 20.
  • the embodiment according to FIG. 9, provides for a lateral connection of the oppositely directed permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b.
  • the permanent magnet 22b arranged on the base exerts an attractive interaction on the permanent magnet 22a arranged on the carrier side.
  • the provided on the opposite side edge 17 of the support 12 base and carrier side arranged permanent magnets 24a, 24b exert an attractive interaction to each other.
  • a stable positioning in the Y direction can be achieved here. Due to the comparatively strong attractive interaction of the permanent magnets 22a, 22b and the permanent magnets 24a, 24b, a quasi-stable mounting of the carrier 12 in the Z direction can be provided.
  • the permanent magnets 22a, 24a arranged on the carrier side are provided on opposite side edges 17 of the carrier 12, while the permanent magnets 22b, 24b provided thereon interacting with the base side are arranged on the inside on an indicated casing 11 of the base 10.
  • the skirt 11 may for example be formed by the bearing rails of the base 10.
  • the permanent magnet unit 20 each have two mutually rectified and thus repulsively interacting with each other permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b.
  • the permanent magnets 24b, 22b are arranged on the base 10, while the rectified permanent magnets 24a, 22a corresponding thereto or interacting therewith are arranged on the underside 19 of the carrier 12.
  • the rectified permanent magnets 22a, 22b exert a repulsive, ie repulsive force on each other, so that the carrier 12 undergoes an upwardly directed against the weight force G supporting force S.
  • At least the first electromagnet unit 30 as well as an electromagnetic actuator 40 must be provided, so that the carrier 12 can be precisely positioned both in the Z direction and in the Y direction. If the permanent magnets 22a and 22b or the permanent magnets 24a, 24b are located at a comparatively small distance from one another, an evasion force acting approximately in a horizontal direction is created, which can be compensated or controlled in particular with the electromagnetic actuator 40.
  • the distance between the repulsively interacting permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b is selected such that the permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b seek to perform an upward or downward deflection movement.
  • both the lower side 19 and the upper side of the carrier 12 referred to as the substrate treatment region 15 can be configured virtually permanent-magnet-free, so that a largely shading-free mounting of a substrate 2 on the substrate treatment region 15 and on the underside 19 of the carrier 12 is conceivable ,
  • the first solenoid unit 30 and the electromagnetic actuator 40 are not shown in FIGS. 7 to 11.
  • the first electromagnet unit 30 and the electromagnetic actuator 40 are to be provided in all of these embodiments, as illustrated for example in FIG. 2.
  • the counterparts 33, 35, 43, 45 of the first and the second electromagnet unit 30, and the electromagnetic actuator 40 can in this case in each case be arranged next to the permanent magnet 22, 24 or the counterparts 23, 24 of the respective permanent magnet unit 20.

Abstract

The present invention relates to a positioning apparatus for moving a substrate, having: - a base (10), and having - a support (12) which moves relative to the base (10) and also is arranged on the base (10) in a contact-free manner by means of a magnetic bearing means (18), wherein the magnetic bearing means (18) has at least one permanent-magnet unit (20) and at least one first solenoid unit (30), wherein the permanent-magnet unit (20) is designed to generate a supporting force (S) which acts on the support (12) and is greater than the weight force (G) of the support (12), and wherein the first solenoid unit (30) is designed to generate a regulating force (R) which counteracts the supporting force (S).

Description

Positioniervorrichtung  positioning
B e s c h r e i b u n g Description
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung zum Positionieren, insbesondere zum translatorischen Bewegen als auch zum Ausrichten, das heißt zum Drehen eines Substrats, typischerweise in einer zweidimensionalen Bewegungsebene. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine als magnetische Wafer Stage ausgestaltete Positioniervorrichtung, die für ein hochpräzises Bewegen von vergleichsweise großflächigen Substraten ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Positionieren eines Substrats mittels einer derartigen Positioniervorrichtung sowie ein Computerprogramm zur Steuerung einer Positioniervorrichtung. The present invention relates to a positioning device for positioning, in particular for translational moving as well as for aligning, that is for rotating a substrate, typically in a two-dimensional plane of movement. Furthermore, the invention relates to a positioning device designed as a magnetic wafer stage, which is designed for a high-precision movement of comparatively large-area substrates. Furthermore, the invention relates to a method for positioning a substrate by means of such a positioning device and to a computer program for controlling a positioning device.
Hintergrund background
Für die Bearbeitung von Substraten zur Fertigung von Halbleiterbauelementen, so etwa für Displayanwendungen, sind vergleichsweise großflächige Substrate diversen Oberflächenbehandlungsprozessen zu unterziehen. Beispielsweise sind die Oberflächen derartiger Substrate mechanisch oder chemisch zu behandeln, um zum Beispiel Beschichtungen oder Oberflächenstrukturen auf dem betreffenden Substrat zu bilden. Etliche Oberflächenbehandlungsprozesse sind hierbei unter Reinraumbedingungen oder sogar im Vakuum durchzuführen, insbesondere, wenn Oberflächenbehandlungsschritte, wie zum Beispiel Sputtern, physikalische Dampfabscheidung oder chemische Dampfabscheidung, ggf. auch plasmaunterstützt, durchzuführen sind. For the processing of substrates for the production of semiconductor devices, such as for display applications, relatively large-area substrates are subjected to various surface treatment processes. For example, the surfaces of such substrates are to be treated mechanically or chemically to provide, for example, coatings or surface structures on the substrate to form the relevant substrate. Several surface treatment processes are to be carried out under clean-room conditions or even under reduced pressure, in particular if surface treatment steps, such as, for example, sputtering, physical vapor deposition or chemical vapor deposition, possibly also plasma-assisted, are to be carried out.
Da auf den Substraten mitunter Strukturen im Mikro- oder sogar Nanometerbe- reich auszubilden sind, ist eine äußerst präzise Positionierung jener Substrate sowohl in der Substratebene, als auch senkrecht hierzu erforderlich. Since structures are sometimes to be formed in the micrometer or even nanometer range on the substrates, extremely precise positioning of those substrates both in the substrate plane and perpendicularly thereto is required.
Die Anforderungen hinsichtlich Partikelfreiheit der Substratumgebung macht die Implementierung einer berührungsfreien Lagerung des Substrats sowie eines entsprechenden Bewegungs- oder Verfahrantriebs erforderlich. Luftlager sind für hochreine Fertigungsumgebungen jedoch nur bedingt geeignet, da hierdurch ungewollten Luftströmungen in der Nähe des Substrats entstehen können, die unter Umständen der Einhaltung geforderter Genauigkeiten bei der Substratbehandlung zuwiderlaufen können. Auch können Luftlager nicht unter Vakuumbedingungen eingesetzt werden. The requirements for particle freedom of the substrate environment requires the implementation of a non-contact mounting of the substrate and a corresponding motion or traversing drive required. However, air bearings are only of limited suitability for high-purity production environments, since this can result in unwanted air currents in the vicinity of the substrate, which under certain circumstances can run counter to the required accuracies in the substrate treatment. Also, air bearings can not be used under vacuum conditions.
Es existieren ferner sogenannte magnetische Wafer Stages oder magnetische Positioniervorrichtungen, wobei typischerweise an einem, entlang einer Basis verschiebbaren Träger, mehrere Elektromagneten angeordnet sind, die mittels eines Positionssensors und eines Regelkreises den Träger in einem vorgegebenen Abstand zur Basis schweben lassen können. There are also so-called magnetic wafer stages or magnetic positioning devices, wherein a plurality of electromagnets are typically arranged on a displaceable along a base support, which can float by means of a position sensor and a control loop the carrier at a predetermined distance from the base.
Eine gattungsgemäße Wafer Stage ist zum Beispiel aus der US 7 868 488 B2 bekannt. Diese in zwei Bewegungsrichtungen agierende Positioniervorrichtung weist eine Basis sowie zwei Y-Verschiebeeinheiten auf, welche symmetrisch an den oberen Endabschnitten der Basis befestigt sind. An den Y- Verschiebeeinheiten sind jeweils Antriebsmotoren verschiebbar angeordnet, die mittels eines X-Verschiebeglieds miteinander verbunden sind, wobei an jenem X-Verschiebeglied ein Tisch zur Aufnahme eines Wafers angeordnet ist. In Fig. 1 ist des Weiteren eine aus dem Stand der Technik bekannte Positioniervorrichtung im Querschnitt schematisch dargestellt. Die Positioniervorrichtung 100 weist dabei eine ortsfeste Basis 100 auf, an welcher diverse Elektromagnete 132, 134, 142, 144 angeordnet sind. An der Basis 100 ist ferner ein relativ zur Basis 100 beweglicher Träger 112 angeordnet. Der planare Träger 112 weist an seiner Unterseite 119 typischerweise eine Aufnahme oder Haltevorrichtung für ein zu behandelndes, in Fig. 1 nicht gezeigtes Substrat auf. A generic wafer stage is known, for example, from US Pat. No. 7,868,488 B2. This positioning device, which acts in two directions of movement, has a base and two Y-displacement units, which are fastened symmetrically to the upper end sections of the base. Drive motors are displaceably arranged on the Y-displacement units and are connected to one another by means of an X-displacement element, wherein a table for accommodating a wafer is arranged on that X-displacement element. In FIG. 1, furthermore, a positioning device known from the prior art is shown schematically in cross-section. The positioning device 100 in this case has a stationary base 100, on which various electromagnets 132, 134, 142, 144 are arranged. On the base 100, a support 112 movable relative to the base 100 is further arranged. The planar support 112 typically has on its underside 119 a receiving or holding device for a substrate to be treated, not shown in FIG. 1.
Mittels der oberhalb des Trägers 112 angeordneten Elektromagnete 132, 134 kann eine berührungslose Magnetlagerung des Trägers 112 gegenüber der Basis 110 verwirklicht werden. Die von den Elektromagneten 132, 134 auf den Träger 112 ausübbaren Kräfte wirken der Gewichtskraft G des Trägers 112 entgegen und können diese vollständig kompensieren. By means of the electromagnets 132, 134 arranged above the carrier 112, a non-contact magnetic bearing of the carrier 112 relative to the base 110 can be realized. The forces exerted on the carrier 112 by the electromagnets 132, 134 counteract the weight G of the carrier 112 and can compensate them completely.
Die beiden weiteren Elektromagnete 142, 144 sind in etwa in Höhe der Seitenränder 117 des Trägers 112 angeordnet. Da der Träger 112 den Elektromagneten 142, 144 als auch den Elektromagneten 132, 134 zugewandt jeweils ein typischerweise ferromagnetisches Gegenstück aufweist, kann der Träger 112 auch parallel zur Ebene des Trägers 112 positioniert werden. In der Darstellung gemäß Fig. 1 dienen die seitlich des Trägers 112 angeordneten Elektromagnete 142, 144 einer Positionierung bzw. Ausrichtung des Trägers 112 relativ zur Basis 110 in Y-Richtung, während die oberhalb des Trägers 112 angeordneten Elektromagnete 132, 134 für eine Positionierung und Ausrichtung des Trägers 112 in Z-Richtung vorgesehen und dementsprechend ausgebildet sind. The two further electromagnets 142, 144 are arranged approximately at the level of the side edges 117 of the carrier 112. Since the carrier 112, facing the electromagnets 142, 144 and the electromagnets 132, 134, respectively has a typically ferromagnetic counterpart, the carrier 112 can also be positioned parallel to the plane of the carrier 112. In the illustration according to FIG. 1, the electromagnets 142, 144 arranged laterally of the carrier 112 serve for positioning or positioning the carrier 112 relative to the base 110 in the Y direction, while the electromagnets 132, 134 arranged above the carrier 112 for positioning and Orientation of the carrier 112 provided in the Z direction and are formed accordingly.
Senkrecht zur in Fig. 1 dargestellten Y-Z- Schnittebene ist der Träger 112 typischerweise gegenüber der Basis 110 verschiebbar. Insoweit kann die in Fig. 1 gezeigte Positioniervorrichtung zumindest als X-Verschiebeeinheit einer ein- oder zweidimensionalen Wafer Stage ausgebildet sein. Perpendicular to the Y-Z cutting plane illustrated in FIG. 1, the carrier 112 is typically slidable relative to the base 110. In that regard, the positioning device shown in Fig. 1 may be formed at least as X-displacement unit of a one- or two-dimensional wafer stage.
In der in Fig. 1 gezeigten Konfiguration ist zum Beispiel eine Bearbeitung des am Träger 112 angeordneten Substrats von unten vorgesehen. Für die Anordnung eines vergleichsweise großflächigen, dünnen und damit recht fragilen Substrats am Träger 112 als auch für ein Lösen des Substrats vom Träger 112, erweist sich eine derartige Konfiguration mitunter als ungünstig. Es ist insoweit erstrebenswert, den Träger 112 umzudrehen, um eine möglichst einfache und sichere Anordnung des Substrats am Träger 112 als auch ein Lösen des Substrats vom Träger 112 zu ermöglichen. For example, in the configuration shown in FIG. 1, processing of the substrate disposed on the carrier 112 is provided from below. For the arrangement of a comparatively large area, thin and thus quite fragile Substrate on the substrate 112 as well as for a release of the substrate from the carrier 112, such a configuration proves sometimes unfavorable. In that regard, it is desirable to turn the carrier 112 over in order to allow the substrate to be as simple and secure as possible on the carrier 112 and to detach the substrate from the carrier 112.
Ausgehend von einer in Fig. 1 dargestellten Konfiguration würde sich hierbei aber das Problem ergeben, dass die oberhalb des Trägers 112 angeordneten Elektromagnete 132, 134 ein Abnehmen und Auflegen des Substrats auf den Träger 112 verhindern oder erschweren. Des Weiteren wäre eine abschattungs- freie Substratbehandlung eines auf dem Träger 112 angeordneten Substrats im Bereich der Positioniervorrichtung kaum oder nur erschwert möglich. Starting from a configuration shown in FIG. 1, however, the problem would arise here that the electromagnets 132, 134 arranged above the carrier 112 prevent or make it difficult to remove and place the substrate on the carrier 112. Furthermore, shading-free substrate treatment of a substrate arranged on the carrier 112 in the region of the positioning device would be difficult or impossible.
Eine Anordnung der Elektromagnete 132, 134 unterhalb der Basis 112 würde ohne ergänzende Maßnahmen zu einer funktionsuntauglichen Positioniervorrichtung 100 führen, da in diesem Fall die von den Elektromagneten 132, 134 auf den Träger 112 ausübbare und stets attraktive Kraft parallel zur Gewichtskraft G des Trägers 112 wirken würde. Die Verwendung andersartiger elektromagnetischer Aktoren, wie zum Beispiel von Lorenz-Aktoren oder sogenannten Tauchspulen-Aktoren, erweist sich für Anwendungsgebiete in einer Vakuumumgebung jedoch als überaus kompliziert. An arrangement of the electromagnets 132, 134 below the base 112 would lead to a malfunctioning positioning device 100 without additional measures, since in this case the exercisable by the electromagnets 132, 134 on the carrier 112 and always attractive force parallel to the weight G of the carrier 112 act would. The use of other types of electromagnetic actuators, such as Lorenz actuators or so-called voice coil actuators, however, proves to be extremely complicated for applications in a vacuum environment.
Hierfür müsste die Verlustwärme der entsprechenden Aktoren in geeigneter Art und Weise aus dem Vakuum abgeführt werden. Die Leistungsdichte von Tauchspulen-Aktoren ist im Vergleich zu Elektromagneten geringer, sodass bei Implementierung von Tachspulen-Aktoren ein erhöhter Platzbedarf bestünde. For this purpose, the heat loss of the corresponding actuators would have to be removed from the vacuum in a suitable manner. The power density of submersible coil actuators is lower compared to electromagnets, so that there would be an increased space requirement for the implementation of tach coil actuators.
Es ist daher Zielsetzung der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Positioniervorrichtung zum Bewegen, insbesondere zum translatorischen Bewegen und/oder Ausrichten eines Substrats bereit zu stellen, bei welcher ein mittels Magnetlagerung gegenüber einer Basis berührungsfrei gelagerter Träger ein typischerweise unter Vakuumbedingungen zu behandelndes Substrat abschat- tungsfrei lösbar an einer Oberseite aufnehmen kann. Die Positioniervorrichtung soll sich hierbei insbesondere durch einen geringen Platzbedarf und eine hohe magnetische Leistungsdichte ihrer Magnetlagerung auszeichnen. Zudem soll die Positioniervorrichtung die Verwirklichung eines vergleichsweise großen bzw. maximalen trägerseitigen Substratbehandlungsbereichs ermöglichen. It is therefore an object of the present invention to provide an improved positioning device for moving, in particular for translational moving and / or aligning a substrate, in which a by means of magnetic bearing relative to a base contactlessly mounted support a typically under vacuum conditions to be treated substrate schdungsfrei solvable can record on a top. The positioning device should be characterized in particular by a small footprint and a high magnetic power density of their magnetic storage. In addition, the positioning device should enable the realization of a comparatively large or maximum carrier-side substrate treatment area.
Darüber hinaus ist es Zielsetzung der Erfindung, ein dementsprechendes Verfahren zum Positionieren eines Substrats sowie ein zugehöriges Computerprogramm zur Steuerung der Positioniervorrichtung bereitzustellen. In addition, it is an object of the invention to provide a corresponding method for positioning a substrate and an associated computer program for controlling the positioning device.
Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen Invention and advantageous embodiments
Diese Aufgabe wird mit einer Positioniervorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 , mit einem Verfahren zum Positionieren eines Substrats nach Patentanspruch 16 sowie mit einem Computerprogramm nach Patentanspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind hierbei Gegenstand abhängiger Patentansprüche. This object is achieved with a positioning device according to the independent claim 1, with a method for positioning a substrate according to claim 16 and with a computer program according to claim 17. Advantageous embodiments of the invention are the subject of dependent claims.
Die insoweit vorgesehene Positioniervorrichtung ist zum Bewegen, insbesondere zum translatorischen Bewegen und/oder zum Ausrichten eines Substrats vorgesehen und dementsprechend ausgebildet. Die Positioniervorrichtung weist hierfür eine sich typischerweise in einer Bewegungsebene (X, Y) erstreckende Basis auf. Typischerweise weist die Basis parallel zueinander ausgerichtete, längserstreckte und eine erste Verschieberichtung vorgebende Lagerschienen auf. The positioning device provided for this purpose is provided for moving, in particular for translational movement and / or for aligning a substrate, and designed accordingly. For this purpose, the positioning device has a base which typically extends in a plane of movement (X, Y). Typically, the base has mutually aligned, longitudinally extending and a first displacement direction predetermining bearing rails.
Des Weiteren weist die Positioniervorrichtung einen relativ zur Basis beweglichen sowie mittels Magnetlagerung berührungslos an der Basis angeordneten Träger auf. Der Träger ist mittels der Magnetlagerung typischerweise berührungslos entlang einer Verschieberichtung verschiebbar an der Basis, insbesondere entlang deren Lagerschienen gelagert. Mittels der Magnetlagerung stützt sich der Träger berührungslos an der Basis ab. Der Träger ist mittels der Magnetlagerung nahezu beliebig in der Bewegungsebene beweglich. Er kann sowohl in einer X-Richtung als auch senkrecht hierzu, d.h. in Y- Richtung translatorisch bewegt als auch in der Ebene gedreht, bzw. ausgerichtet werden. Derartige Drehbewegungen erfolgen in Bezug auf eine sich parallel zur Flächennormalen der Bewegungsebene erstreckenden Drehachse. Eine zweidimensionale Bewegung in der Ebene ist insbesondere durch Vorsehen zweier unter einem vorgegebenen Winkel zueinander ausgerichteter linearer Verschiebeeinheiten realisierbar. Furthermore, the positioning device has a carrier which is movable relative to the base and arranged without contact by means of magnetic bearings. The carrier is by means of the magnetic bearing typically without contact along a displacement direction slidably mounted on the base, in particular along the bearing rails. By means of the magnetic bearing, the carrier is supported contactlessly at the base. The carrier is movable by means of magnetic bearing almost arbitrarily in the plane of movement. It can be moved both in an X-direction and perpendicular thereto, ie in the Y-direction translationally moved as well as rotated in the plane, or be aligned. Such rotational movements take place in relation to an axis of rotation extending parallel to the surface normal of the plane of movement. A two-dimensional movement in the plane can be realized, in particular, by providing two linear displacement units aligned at a predetermined angle to one another.
Die Magnetlagerung weist erfindungsgemäß zumindest eine Dauermagneteinheit und zumindest eine erste Elektromagneteinheit auf. Die Dauermagneteinheit ist dabei zur Erzeugung einer auf den Träger einwirkenden Stützkraft (S) ausgebildet. Die von der Dauermagneteinheit erzeugbare Stützkraft ist dabei größer als die Gewichtskraft (G) des Trägers. Sie wirkt der Gewichtskraft des Trägers ferner entgegen und kann somit die Gewichtskraft des Trägers nicht nur vollständig kompensieren, sondern sogar "überkompensieren". According to the invention, the magnetic bearing has at least one permanent magnet unit and at least one first electromagnet unit. The permanent magnet unit is designed to generate a supporting force (S) acting on the carrier. The support force that can be generated by the permanent magnet unit is greater than the weight force (G) of the carrier. It also counteracts the weight of the wearer and thus can not only completely compensate for the weight of the wearer, but even "overcompensate".
Im Gegensatz dazu ist die erste- Elektromagneteinheit der Magnetlagerung zur Erzeugung einer auf den Träger einwirkenden Regulierkraft (R) ausgebildet, die der Stützkraft der Dauermagneteinheit entgegenwirkt. Durch die Erzeugung zweier entgegenwirkender Kräfte kann ein stabiles Kräftegleichgewicht hergestellt werden, mittels welchem der Träger berührungslos und somit in einem Schwebzustand zur Basis gehalten werden kann. In contrast, the first electromagnetic unit of the magnetic bearing is formed to generate a regulating force (R) acting on the carrier, which counteracts the supporting force of the permanent magnet unit. By generating two counteracting forces, a stable equilibrium of forces can be produced, by means of which the carrier can be held in contactless and thus in a floating state to the base.
Mit anderen Worten ist die mit dem Träger zusammenwirkende erste Elektromagneteinheit dazu ausgebildet, in Richtung der Gewichtskraft auf den Träger einzuwirken. Insoweit kann die erste Elektromagneteinheit insbesondere unterhalb des Trägers angeordnet werden, um eine nach unten, etwa parallel zur Gewichtskraft auf den Träger einwirkende Regulierkraft zu erzeugen. Die von der ersten Elektromagneteinheit auf den Träger einwirkende Regulierkraft (R) ist typischerweise mittels einer Steuerung regulierbar, sodass die Position des Trägers in Bezug auf eine vertikale Richtung oder Hochrichtung (z) auch präzise steuerbar und regulierbar ist. In other words, the first electromagnetic unit cooperating with the carrier is designed to act on the carrier in the direction of the weight force. In that regard, the first electromagnet unit can be arranged in particular below the carrier in order to produce a downward, approximately parallel to the weight force acting on the carrier regulatory force. The regulating force (R) acting on the carrier by the first electromagnet unit is typically adjustable by means of a control, so that the position of the Carrier with respect to a vertical direction or vertical direction (z) is also precisely controllable and adjustable.
Die Dauermagneteinheit übt eine Stützkraft auf den Träger aus, die bei Einnehmen einer vorgegebenen Soll-Position (z0) des Trägers gegenüber der Basis größer als die auf den Träger einwirkende Gewichtskraft ist. Ohne Vorsehen einer der Stützkraft entgegenwirkenden Elektromagneteinheit würde der Träger aus der vorgegebenen Soll-Position (z0) je nach konkreter Ausgestaltung teils in eine instabile Lage überführt werden. Mittels einer mechanischen Zwangsführung, die z.B. durch einen bewegungsbegrenzenden seitlichen und/oder oberen Anschlag ausgebildet sein kann, ist der Träger bei Ausbleiben der Regulierkraft, etwa infolge einer abgeschalteten Elektromagneteinheit, in einer definierten, gegenüber der Soll-Position angehobene Position (zi) fixierbar. The permanent magnet unit exerts a supporting force on the carrier, which is greater than the weight force acting on the carrier when assuming a predetermined desired position (z 0 ) of the carrier relative to the base. Without provision of a counteracting the supporting force solenoid unit, the carrier would be transferred from the predetermined desired position (z 0 ) depending on the specific configuration partly in an unstable position. By means of a mechanical positive guide, which may be formed, for example, by a movement-limiting lateral and / or upper stop, the carrier is in the absence of Regulierkraft, for example as a result of a disconnected solenoid unit, in a defined, relative to the desired position raised position (zi) fixed.
In dieser kann die Stützkraft aufgrund des größeren Abstands zwischen dem Träger und der Dauermagneteinheit mit der Gewichtskraft des Trägers im Gleichgewicht sein. Es ist aber auch denkbar, dass der Träger unter Einwirkung der Stützkraft oder unter Einwirkung einer aus Stützkraft und Gewichtskraft resultierenden Ausweichkraft aktiv gegen die Zwangsführung oder gegen den Anschlag gedrückt wird. In this, the support force due to the greater distance between the carrier and the permanent magnet unit with the weight of the carrier to be in balance. But it is also conceivable that the carrier is actively pressed against the forced operation or against the stop under the action of the supporting force or under the action of a backup force and weight force resulting from evasive force.
Indem mittels der ersten Elektromagneteinheit eine der Stützkraft entgegenwirkende Regulierkraft auf den Träger ausübbar ist, kann der Träger aus einer, durch die Dauermagneteinheit nach oben verschobenen Lage (zi) in die für die Substratbehandlung vorgesehene Soll-Position (z0) abgesenkt werden. Da die von der ersten Elektromagneteinheit auf den Träger ausübbare Regulierkraft elektronisch regelbar ist, kann mittels eines oder mehrerer geeigneter Regelkreise die Höhenposition bzw. Z-Position des Trägers gegenüber der Basis im Betrieb der Positioniervorrichtung bedarfsgerecht geregelt und typischerweise innerhalb vorgegebener Grenzen konstant gehalten werden. Typischerweise kann die Z-Position des Trägers innerhalb weniger Mikrometer konstant gehalten und präzise reguliert werden. Das Vorsehen einer die Gewichtskraft des Trägers nicht nur kompensierende, sondern sozusagen überkompensierenden Dauermagneteinheit schafft insbesondere in Kombination mit einem bewegungsbegrenzenden Anschlag für den Träger quasi einen Schwebezustand des Trägers oberhalb einer vorgegebenen vertikalen schwebenden Soll-Position desselben. Mittels der ersten, typischerweise unterhalb des Trägers angeordneten Elektromagneteinheit kann insoweit eine nach unten gerichtete, der Stützkraft entgegenwirkende, in Richtung der Gewichtskraft ausgerichtete Regulierkraft erzeugt werden, mittels derer der Träger in die vorgegebene Soll-Position nach unten gezogen werden kann. By means of the first electromagnet unit, a control force counteracting the support force can be exerted on the carrier, the carrier can be lowered from a position (zi) displaced upwards by the permanent magnet unit into the desired position (z 0 ) provided for the substrate treatment. Since the regulatory force exerted on the carrier by the first electromagnet unit can be controlled electronically, the height position or Z position of the carrier relative to the base during operation of the positioning device can be regulated as required by means of one or more suitable control circuits and can typically be kept constant within predefined limits. Typically, the Z-position of the carrier can be kept constant within a few microns and precisely regulated. The provision of a permanent magnet unit that not only compensates for the weight of the wearer but also overcompensates, as it were, in particular in combination with a movement-limiting stop for the wearer creates a suspension state of the wearer above a predetermined vertical floating desired position. By means of the first, typically below the carrier arranged electromagnet unit, a downwardly directed, the support force counteracting, aligned in the direction of gravity regulating force can be generated so far, by means of which the carrier can be pulled in the predetermined desired position down.
Somit kann die Höhenregulierung des Trägers gegenüber der Basis rein mit Elektromagneteinheiten verwirklicht werden, die ferner die Realisierung einer kompakten Bauform bei einer vergleichsweise hohen magnetischen Leistungsdichte ermöglichen. Die Oberseite des Trägers kann dabei weitgehend abschat- tungsfrei ausgestaltet und nahezu ausschließlich zur Aufnahme oder Bearbeitung eines zu behandelnden Substrats verwendet werden. Thus, the height regulation of the carrier with respect to the base can be realized purely with electromagnet units, which also allow the realization of a compact design with a comparatively high magnetic power density. The upper side of the carrier can be configured largely shading-free and can be used almost exclusively for receiving or processing a substrate to be treated.
Das Substrat kann dabei von oben auf den Träger aufgelegt und nach einer Behandlung in entsprechender Weise wieder nach oben vom Träger abgenommen werden. The substrate can be placed from the top of the support and removed after treatment in a corresponding manner again upwards from the carrier.
Nach einer Weiterbildung weist die erste Elektromagneteinheit zumindest einen an der Basis angeordneten Elektromagneten auf, der mit einem am Träger angeordneten Gegenstück zusammenwirkt. Das Gegenstück ist typischerweise ferromagnetisch ausgestaltet, sodass infolge Erzeugung eines Magnetfeldes durch den Elektromagneten eine Zugkraft auf das Gegenstück und somit auf den Träger ausübbar ist. Die erste Elektromagneteinheit ist typischerweise von einer Steuerung bzw. über einen Regelkreis regulierbar, um den Träger innerhalb vorgegebener Schranken in einer vorgegebenen absoluten Höhe oder in einer relativen Höhe gegenüber der Basis halten zu können. According to a development, the first electromagnet unit has at least one electromagnet arranged on the base, which cooperates with a counterpart arranged on the carrier. The counterpart is typically designed ferromagnetically, so that as a result of generating a magnetic field by the electromagnet, a tensile force on the counterpart and thus on the carrier is exercisable. The first solenoid assembly is typically controllable by a controller to maintain the carrier within predetermined limits of predetermined absolute height or relative height relative to the base.
Die Anordnung von Elektromagnet und Gegenstück ist generell auch beliebig umkehrbar. So kann der Elektromagnet auch am Träger angeordnet sein wäh- rend das ferromagnetische Gegenstück an der Basis angeordnet ist. Diese Anordnungsumkehr ist für sämtliche nachfolgend beschriebenen Varianten und Ausführungsformen denkbar. The arrangement of electromagnet and counterpart is also generally reversible. Thus, the electromagnet can also be arranged on the carrier during rend the ferromagnetic counterpart is arranged on the base. This arrangement reversal is conceivable for all variants and embodiments described below.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Elektromagnet unterhalb des trägerseitigen Gegenstücks an der Basis angeordnet. Das am Träger angeordnete Gegenstück und der an der Basis vorgesehene Elektromagnet sind dabei einander zugewandt an der Basis und am Gegenstück angeordnet, sodass ein möglichst geringer Abstand zwischen Elektromagnet und trägerseitigem Gegenstück gegeben ist. Entsprechend der vorgesehenen translatorischen Verschiebung oder Positionierung des Trägers gegenüber der Basis weist die Basis typischerweise mehrere, entlang dem Verfahrweg des Trägers angeordnete Elektromagnete auf, die jeweils mit entsprechenden Gegenstücken des Trägers zusammenwirken können. According to a further embodiment, the electromagnet is arranged below the carrier-side counterpart on the base. The counterpart arranged on the carrier and the electromagnet provided on the base are arranged facing one another on the base and on the counterpart, so that the smallest possible distance between the electromagnet and the carrier-side counterpart is provided. In accordance with the intended translational displacement or positioning of the carrier relative to the base, the base typically has a plurality of electromagnets disposed along the travel of the carrier, each of which can cooperate with corresponding counterparts of the carrier.
Das trägerseitige Gegenstück kann zum Beispiel in Form eines Eisenkerns ausgestaltet sein, welcher sich entlang dem für den Träger vorgesehenen Verfahrweg erstreckt. Typischerweise ist der Träger mit mehreren, an gegenüberliegenden Seitenrändern angeordneten Gegenstücken versehen, die jeweils mit hierzu korrespondierend, an gegenüberliegenden Lagerschienen angeordneten ersten Elektromagneteinheiten der Basis zusammenwirken. Die trägerseitigen Gegenstücke können dabei in oder an einer Unterseite des Trägers, aber auch an oder in einem seitlichen Randbereich des Trägers angeordnet sein. The carrier-side counterpart can for example be designed in the form of an iron core, which extends along the path provided for the carrier. Typically, the carrier is provided with a plurality of counterparts arranged on opposite side edges, which cooperate respectively with first base electromagnetic units corresponding thereto, arranged on opposite bearing rails. The carrier-side counterparts can be arranged in or on an underside of the carrier, but also on or in a lateral edge region of the carrier.
Insoweit ist vorstellbar, dass der Träger seitlich nach außen ragende Führungsabschnitte aufweist, an welchen die trägerseitigen Gegenstücke angeordnet oder in welche die trägerseitigen Gegenstücke integriert sind. In that regard, it is conceivable that the carrier has laterally outwardly projecting guide portions on which the carrier-side counterparts are arranged or in which the carrier-side counterparts are integrated.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Träger frei von Elektromagneten ausgebildet. Die elektromagnetfreie Ausgestaltung des Trägers ist insbesondere für ein freies Positionieren des Trägers von Vorteil. Der Träger kann insoweit nämlich unverkabelt ausgestaltet werden. Auf eine Zufuhr elektrischer Energie zum Träger kann insoweit in vorteilhafter Weise verzichtet werden. Dies ermög- licht insbesondere auch ein Wenden des Trägers, etwa zwischen einer Vakuumschleuse und einem Vakuumbehandlungsbereich einer Substratbearbeitungseinrichtung. Durch eine elektromagnetfreie Ausgestaltung des Trägers kann dieser für die Zwecke der Positionierung ohne elektrische Anschlüsse ausgestaltet werden, was eine beliebige Positionierung und Ausrichtung des Trägers innerhalb einer Substratbearbeitungseinrichtung erleichtert und vereinfacht. According to a further embodiment, the carrier is designed to be free of electromagnets. The electromagnet-free design of the carrier is particularly advantageous for a free positioning of the carrier. The carrier can in this respect be configured uncoupled. On a supply of electrical energy to the carrier can be dispensed with in an advantageous manner. This allows In particular, turning of the carrier, for example between a vacuum lock and a vacuum treatment area of a substrate processing device, is also involved. By means of a design of the carrier which is free of electromagnets, it can be designed for the purposes of positioning without electrical connections, which facilitates and simplifies any positioning and alignment of the carrier within a substrate processing device.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Dauermagneteinheit zumindest einen am Träger oder an der Basis angeordneten Dauermagneten auf, welcher mit zumindest einem an der Basis oder am Träger angeordneten Gegenstück zusammenwirkt. Typischerweise sind mehrere Dauermagneteinheiten mit jeweils zumindest einem Dauermagneten und mit zumindest einem Gegenstück vorgesehen. Die Dauermagneteinheiten können zum Beispiel an gegenüberliegenden Außenrändern des Trägers angeordnet sein, um den Träger in der Hoch- oder Z-Richtung präzise zu positionieren. According to a further embodiment, the permanent magnet unit has at least one permanent magnet arranged on the carrier or on the base, which cooperates with at least one counterpart arranged on the base or on the carrier. Typically, a plurality of permanent magnet units each having at least one permanent magnet and at least one counterpart are provided. For example, the permanent magnet units may be disposed on opposite outer edges of the carrier to precisely position the carrier in the high or Z direction.
Es kann hierbei ähnlich wie auch für die erste Elektromagneteinheit vorgesehen werden, an den den Lagerschienen der Basis zugewandten und gegenüberliegenden Seitenrändern des Trägers mehrere, in Verfahrrichtung des Trägers voneinander beabstandete Dauermagneteinheiten vorzusehen, mittels derer der Träger in einer durch die Substratbearbeitungseinrichtung vorgegebene Substratbehandlungsebene gehalten und in dieser entlang einer vorgegebenen Verfahrrichtung translatorisch bewegt werden kann. Similar to the first electromagnet unit, it is also possible to provide a plurality of permanent magnet units spaced apart from one another in the direction of travel of the carrier at the side edges of the carrier facing the bearing rails of the carrier, by means of which the carrier is held in a substrate treatment plane predetermined by the substrate processing device and this can be moved translationally along a predetermined travel direction.
Es sind hierbei unterschiedlichste Konfigurationen für die Anordnung des Dauermagneten und des hiermit wechselwirkenden Gegenstücks am Träger und an der Basis denkbar. Es können zum Beispiel sämtliche Dauermagnete diverser Dauermagneteinheiten am Träger angeordnet sein, während die Basis dement- sprechende und hiermit jeweils korrespondierende Gegenstücke aufweist. Umgekehrt ist denkbar, dass sämtliche Dauermagnete sämtlicher Dauermagneteinheiten an der Basis angeordnet sind, während der Träger einzig mit hiermit wechselwirkenden bzw. korrespondierenden Gegenstücken ausgestattet ist. Darüber hinaus sind auch gemischte Anordnungen von Dauermagneten und Gegenstücken denkbar, bei welchen einige Dauermagnete einiger Dauermagneteinheiten an der Basis und einige andere Dauermagnete am Träger angeordnet sind. Jeweils gegenüberliegend am Träger bzw. an der Basis sind dann entsprechende magnetische Gegenstücke vorgesehen und angeordnet. There are a variety of configurations for the arrangement of the permanent magnet and the interacting counterpart on the carrier and the base conceivable here. For example, all the permanent magnets of various permanent magnet units can be arranged on the carrier, while the base has corresponding counterparts and corresponding counterparts. Conversely, it is conceivable that all the permanent magnets of all permanent magnet units are arranged on the base, while the carrier is equipped only with hereby interacting or corresponding counterparts. In addition, mixed arrangements of permanent magnets and counterparts are conceivable in which some permanent magnets of some permanent magnet units are arranged on the base and some other permanent magnets on the carrier. In each case opposite to the carrier or at the base then corresponding magnetic counterparts are provided and arranged.
Die Verwendung von einzelnen bzw. mehreren Dauermagneten erweist sich als besonders platzsparend zur Verwirklichung einer der Gewichtskraft (G) des Trägers entgegenwirkenden Stützkraft (S). Die Verwendung einzelner oder mehrerer Dauermagnete am Träger und/oder an der Basis ermöglicht einen besonders platzsparenden Aufbau der Positioniervorrichtung. The use of individual or multiple permanent magnets proves to be particularly space-saving for the realization of one of the weight (G) of the wearer counteracting supporting force (S). The use of single or more permanent magnets on the carrier and / or on the base allows a particularly space-saving design of the positioning device.
Nach einer Weiterbildung hierzu ist das mit dem Dauermagneten einer Dauermagneteinheit zusammenwirkende Gegenstück ferromagnetisch oder dauermagnetisch. Als Gegenstück können insoweit typischerweise Eisenkerne oder anderweitige ferromag netische Materialien und Komponenten Verwendung finden. Gleichermaßen ist denkbar, dass das mit dem basis- und/oder trägerseitig angeordneten Dauermagneten der Dauermagneteinheit wechselwirkende Gegenstück dauermagnetisch ausgestaltet ist. Gegenstück und Dauermagnet einer Dauermagneteinheit können insoweit gleichermaßen von Dauer- oder Permanentmagneten gebildet sein. According to a development for this purpose, cooperating with the permanent magnet of a permanent magnet unit counterpart is ferromagnetic or permanent magnetic. As a counterpart, iron cores or other ferromagnetic materials and components may typically be used. Likewise, it is conceivable that the counterpart interacting with the permanent magnet arranged on the base and / or carrier side of the permanent magnet unit is made permanent magnetically. Counterpart and permanent magnet of a permanent magnet unit can be formed in this respect equally by permanent or permanent magnets.
Insbesondere durch Verwendung eines dauermagnetisch ausgestalteten Gegenstücks der Dauermagneteinheit kann die von der Dauermagneteinheit hervorgerufene Stützkraft auch repulsiver Art sein, nämlich dann, wenn für die Dauermagneteinheit zwei oder mehrere gleichgerichtete und abstoßend miteinander wechselwirkende Dauermagnete vorgesehen sind. In particular, by using a permanent magnet designed counterpart of the permanent magnet unit, the support force caused by the permanent magnet unit can also be repulsive type, namely, when two or more rectified and repulsive interacting permanent magnets are provided for the permanent magnet unit.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Dauermagneteinheit an einem seitlich von einem Substratbehandlungsbereich des Trägers hervorstehenden Führungsabschnitt des Trägers angeordnet. Es ist hierbei natürlich nur ein Teil bzw. eine Komponente der Dauermagneteinheit am Träger bzw. an dessen Füh- rungsabschnitt angeordnet, während ein zweites Teil oder eine zweite Komponente der Dauermagneteinheit basisseitig vorgesehen ist. Der Führungsabschnitt des Trägers kann nach Art eines seitlich vom Träger abragenden Flanschs ausgestaltet sein. In accordance with a further embodiment, the permanent magnet unit is arranged on a guide section of the carrier projecting laterally from a substrate treatment area of the carrier. Of course, it is only a part or a component of the permanent magnet unit on the support or on its surface. arranged while a second part or a second component of the permanent magnet unit is provided on the base side. The guide portion of the carrier may be configured in the manner of a laterally projecting from the carrier flange.
Der Substratbehandlungsbereich des Trägers, welcher insbesondere zur lösbaren Aufnahme eines ebenen Substrats ausgebildet ist, kann hierbei zwischen gegenüberliegenden Führungsabschnitten des Trägers liegen. Jener Substratbehandlungsbereich kann, bezogen auf die Hochrichtung bzw. bezogen auf die Flächennormale des Trägers, auch versetzt zu dem bzw. zu den Führungsabschnitten angeordnet sein. Die Dauermagneteinheit bzw. einzelne ihrer Komponenten können insoweit unterhalb als auch oberhalb, auf jeden Fall aber außerhalb eines im Wesentlichen eben ausgestalteten Substratbehandlungsbereichs des Trägers angeordnet sein. The substrate treatment region of the carrier, which is designed in particular for detachably receiving a flat substrate, can lie between opposite guide sections of the carrier. The substrate treatment region may also be arranged offset relative to the guide sections with respect to the vertical direction or relative to the surface normal of the carrier. The permanent magnet unit or individual components thereof may be arranged below and above, but in any case outside, a substantially planar substrate treatment region of the carrier.
Die Anordnung des zumindest einen Dauermagneten bzw. des hiermit wechselwirkenden Gegenstücks der Dauermagneteinheit am seitlichen Führungsabschnitt des Trägers ist aus Platzgründen besonders vorteilhaft. Insbesondere kann die Dauermagneteinheit vergleichsweise platzsparend ausgestaltet sein, sodass eine Anordnung seitlich und außerhalb des Substratbehandlungsbereichs des Trägers auch bei beengten, durch die Substratbearbeitungseinrichtung vorgegebenen Platzverhältnissen problemlos implementierbar ist. The arrangement of the at least one permanent magnet or the hereby interacting counterpart of the permanent magnet unit on the lateral guide portion of the carrier is particularly advantageous for reasons of space. In particular, the permanent magnet unit can be designed to be comparatively space-saving, so that an arrangement can be easily implemented laterally and outside the substrate treatment area of the carrier even in confined spaces dictated by the substrate processing device.
Nach einer weiteren etwa alternativen Ausgestaltung der Positioniervorrichtung ist vorgesehen, dass die Dauermagneteinheit in einer seitlichen Ausnehmung des Trägers angeordnet ist. Eine basisseitig angeordnete Komponente der Dauermagneteinheit, so etwa der Dauermagnet oder ein hiermit wechselwirkendes Gegenstück kann in eine seitliche Ausnehmung des Trägers eingreifen und dort mit einem in der Ausnehmung angeordneten oder in die Ausnehmung integrierten Gegenstück oder Dauermagnet wechselwirken. Bei jener Ausgestaltung kann eine seitlich und außerhalb des Substratbehandlungsbereichs liegende Anordnung der Dauermagneteinheit umgangen werden. Der Träger ist hierbei z.B. mit einer Längsnut zu versehen, die sich entlang der etwa von den Lagerschienen der Basis vorgegebenen Verschieberichtung erstreckt. Diejenige Komponente der Dauermagneteinheit, die an der Basis anzuordnen ist, kann hierbei etwa von einer Lagerschiene nach innen ragen. According to another alternative embodiment of the positioning device is provided that the permanent magnet unit is arranged in a lateral recess of the carrier. A base side arranged component of the permanent magnet unit, such as the permanent magnet or a counterpart interacting therewith can engage in a lateral recess of the carrier and interact there with a arranged in the recess or integrated into the recess counterpart or permanent magnet. In that embodiment, an arrangement of the permanent magnet unit lying laterally and outside the substrate treatment area can be bypassed. The carrier is in this case, for example, to be provided with a longitudinal groove extending along the approximately of the Bearing rails of the base predetermined displacement direction extends. The component of the permanent magnet unit which is to be arranged on the base can in this case protrude from a bearing rail inwards.
Sowohl für die Ausführungsform mit einer seitlichen Ausnehmung des Trägers als auch für die Ausführungsform, bei welcher der Träger seitlich hervorstehende Führungsabschnitte aufweist, kann eine symmetrische Ausgestaltung gegenüberliegender Seitenränder des Trägers von Vorteil sein. Mittels einer symmetrischen Ausgestaltung kann der Träger auch ggf. in unterschiedlichen Orientierungen an der Basis gelagert werden. Both for the embodiment with a lateral recess of the carrier and for the embodiment in which the carrier has laterally projecting guide portions, a symmetrical configuration of opposite side edges of the carrier may be advantageous. By means of a symmetrical configuration, the carrier can also be stored in different orientations on the base, if necessary.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Dauermagneteinheit zumindest zwei gleichgerichtete abstoßend miteinander wechselwirkende Dauermagnete auf. Das typischerweise mit einem Dauermagneten der Dauermagneteinheit wirkende Gegenstück ist hierbei gleichermaßen als Dauermagnet ausgestaltet. Ferner sind die beiden Dauermagnete der Dauermagneteinheit gleichgerichtet orientiert, sodass gleichgeartete Pole der Dauermagnete einander zugewandt einerseits am Träger und andererseits an der Basis angeordnet sind. Auf diese Art und Weise kann die Dauermagneteinheit eine repulsive Stützkraft bereitstellen. According to a further embodiment, the permanent magnet unit has at least two rectified repulsive interacting permanent magnets. The counterpart typically acting with a permanent magnet of the permanent magnet unit is designed hereby equally as a permanent magnet. Furthermore, the two permanent magnets of the permanent magnet unit are rectified oriented so that Gleichgeartete poles of the permanent magnets facing each other are arranged on the one hand on the carrier and on the other hand on the base. In this way, the permanent magnet unit can provide a repulsive support force.
Zwei gleichgerichtete und dementsprechend miteinander wechselwirkende Dauermagnete einer Dauermagneteinheit können nicht nur eine repulsive Kraft sondern auch eine laterale, zu einer Ausweichbewegung führende Kraft aufeinander auswirken. Der Betrag der repulsiven Kraft vergrößert sich zudem mit sich verringerndem Abstand zwischen den Dauermagneten. Abgesehen davon, dass gleichgerichtete Dauermagnete zu einer Ausweichbewegung neigen, wenn man sie zu nah aneinander bringt, kann mittels einer derartigen Anordnung eine Art berührungslose federnde Lagerung des Trägers gegenüber der Basis verwirklicht werden. Das Annähern der gleichgerichteten Dauermagnete unter Verringerung ihres Abstandes hat unmittelbar eine Erhöhung der entgegen der Gewichtskraft gerichteten Stützkraft zur Folge, die der wechselseitigen Annäherung der Dauermagnete direkt entgegenwirkt. Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann die Dauermagneteinheit auch zwei entgegengerichtet und demgemäß attraktiv miteinander wechselwirkende Dauermagnete aufweisen. Eine derartige Anordnung bedingt jedoch typischerweise die Anordnung zumindest eines Dauermagnets oberhalb des Trägers, während die Verwendung zweier gleichgerichteter und demgemäß abstoßend miteinander wechselwirkender Dauermagnete die Anordnung zumindest eines Dauermagnets der Basis unterhalb oder seitlich des Trägers ermöglicht. Two rectified and correspondingly interacting permanent magnets of a permanent magnet unit can affect not only a repulsive force but also a lateral, leading to an evasive force force each other. The amount of repulsive force also increases with decreasing distance between the permanent magnets. Apart from the fact that rectified permanent magnets tend to evasive movement, if you bring them too close to each other, by means of such an arrangement, a kind of non-contact resilient mounting of the carrier relative to the base can be realized. The approach of the rectified permanent magnets while reducing their distance has an immediate increase in the counter to the weight force directed supporting force, which directly counteracts the mutual approach of the permanent magnets. According to a further alternative embodiment, the permanent magnet unit can also have two oppositely directed and thus interacting with each other attractive permanent magnets. Such an arrangement, however, typically requires the arrangement of at least one permanent magnet above the carrier, while the use of two rectified and thus repulsively interacting permanent magnets enables the arrangement of at least one permanent magnet of the base below or laterally of the carrier.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist insoweit vorgesehen, dass der zumindest eine trägerseitig angeordnete Dauermagnet mit einem unterhalb des Trägers oder seitlich zum Träger an der Basis angeordneten Dauermagneten zusammenwirkt. Durch die Anordnung der Dauermagneteinheit bzw. des basisseitig vorzusehenden Dauermagneten unterhalb des Trägers kann eine der Gewichtskraft entgegenwirkende bzw. der Gewichtskraft entgegengerichtete Stützkraft erzeugt werden, ohne dass hierfür die Dauermagneteinheit oder Komponenten hiervon oberhalb des Trägers anzuordnen wären. According to a further embodiment, it is provided that the at least one permanent magnet arranged on the carrier side cooperates with a permanent magnet arranged below the carrier or laterally to the carrier on the base. By arranging the permanent magnet unit or the permanent magnet to be provided below the carrier, a supporting force counteracting the weight force or counteracting the weight force can be generated without the permanent magnet unit or components thereof being arranged above the carrier for this purpose.
Mittels einer derartigen Ausgestaltung mit gleichgerichteten Dauermagneten kann die den Substratbehandlungsbereich aufweisende Oberseite des Trägers abschattungsfrei in oder an der Positioniervorrichtung bzw. an deren Basis gehalten und entlang der Basis positioniert werden. By means of such a design with rectified permanent magnets, the top surface of the carrier having the substrate treatment region can be held without shading in or on the positioning device or at its base and positioned along the base.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist an gegenüberliegenden Seitenrändern des Trägers jeweils zumindest ein Dauermagnet angeordnet, welcher jeweils mit einem gleichgerichteten Dauermagneten zusammenwirkt, der an einer seitlichen Einfassung der Basis angeordnet ist. Die seitliche Einfassung der Basis kann zum Beispiel von den Lagerschienen der Basis bereitgestellt oder gebildet werden. Der Träger kann sich zumindest bereichsweise innerhalb und zwischen den Lagerschienen erstrecken. According to a further embodiment, in each case at least one permanent magnet is arranged on opposite side edges of the carrier, which cooperates in each case with a rectified permanent magnet, which is arranged on a lateral border of the base. The lateral enclosure of the base may be provided or formed, for example, by the bearing rails of the base. The carrier may extend at least partially within and between the bearing rails.
Wenn an den den Lagerschienen bzw. der Einfassung zugewandten Seitenrändern des Trägers jeweils zumindest ein Dauermagnet einer Dauermagnetein- heit und an den den Trägern zugewandten Innenseiten der Einfassung ein hierzu gleichgerichteter Dauermagnet der Dauermagneteinheit angeordnet ist, können zunächst einmal repulsive Kräfte zwischen der Einfassung der Basis und dem Träger erzeugt werden, die im Wesentlichen in oder parallel zur Ebene des Trägers ausgerichtet sind. If, in each case, at least one permanent magnet of a permanent magnet insert is provided on the side edges of the carrier facing the bearing rails or the rim. unit and to the wearer facing inner sides of the enclosure a rectified permanent magnet of the permanent magnet unit is arranged, initially repulsive forces between the enclosure of the base and the carrier can be generated, which are aligned substantially in or parallel to the plane of the carrier.
Sind die basis- und trägerseitigen Dauermagnete hinreichend nah zueinander angeordnet, so entstehen ferner entsprechende Ausweichkräfte, die entweder nach oben oder nach unten gerichtet sind. Durch geschickte Positionierung des Trägers und seiner Dauermagnete gegenüber der Einfassung und ihrer Dauermagnete kann erreicht werden, dass eine stets nach oben gerichtete Ausweichkraft als Stützkraft erzeugt wird, die der Gewichtskraft des Trägers entgegenwirkt. Eine positionsgetreue Höhenpositionierung des Trägers kann alsdann mittels der zumindest ersten Elektromagneteinheit erfolgen. If the base and carrier-side permanent magnets arranged sufficiently close to each other, so also arise appropriate evasion forces that are directed either up or down. By skillful positioning of the carrier and its permanent magnets relative to the enclosure and its permanent magnets can be achieved that an always upward deflection force is generated as a supporting force, which counteracts the weight of the wearer. A positionally accurate height positioning of the carrier can then take place by means of the at least first electromagnet unit.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Dauermagneteinheit zumindest ein Halbach-Array auf. Insoweit kann zumindest eine Komponente der Dauermagneteinheit ein Halbach-Array aufweisen. Ein Halbach-Array setzt sich aus Segmenten von Dauermagneten zusammen, deren Magnetisierungsrichtung gegeneinander jeweils um 90° in Richtung der Längsachse des jeweiligen Arrays gekippt ist. Hierdurch rücken die Feldlinien auf der Seite, in deren Richtung der Direktor des Feldes gekippt wird, enger zusammen, wodurch eine Erhöhung der magnetischen Flussdichte erreicht werden kann. According to a further embodiment, the permanent magnet unit has at least one Halbach array. In that regard, at least one component of the permanent magnet unit may have a Halbach array. A Halbach array is composed of segments of permanent magnets whose magnetization direction is tilted relative to each other by 90 ° in the direction of the longitudinal axis of the respective array. As a result, the field lines on the side, in the direction of which the director of the field is tilted, move closer together, whereby an increase in the magnetic flux density can be achieved.
Für die Dauermagneteinheit ist insoweit auch denkbar, bei Verwenden zweier Dauermagnete auch jeweils zwei Halbach-Arrays vorzusehen, d. h. jeden der Dauermagnete durch ein Halbach-Array zu verwirklichen. In this respect, it is also conceivable for the permanent magnet unit to also provide two Halbach arrays when using two permanent magnets, ie. H. to realize each of the permanent magnets by a Halbach array.
In einer weiteren Ausgestaltung der Positioniervorrichtung sind die Basis und der Träger über einen elektromagnetischen Aktor miteinander gekoppelt, welcher zur Ausübung einer, parallel zur Ebene der Trägers ausgerichteten Führungskraft (F) auf den Träger ausgebildet ist. Mittels dem elektromagnetischen Aktor kann insbesondere die horizontale Position des Trägers gegenüber der Basis etwa senkrecht zum Verlauf der Lagerschienen der Basis bzw. senkrecht zur ersten Verschieberichtung der Positioniervorrichtung geregelt werden. In a further refinement of the positioning device, the base and the carrier are coupled to one another via an electromagnetic actuator, which is designed to exert a guiding force (F) aligned parallel to the plane of the carrier on the carrier. By means of the electromagnetic actuator, in particular the horizontal position of the carrier relative to the Base are controlled approximately perpendicular to the course of the bearing rails of the base or perpendicular to the first direction of displacement of the positioning.
In einer Weiterbildung hiervon weist der elektromagnetische Aktor zumindest einen an der Basis angeordneten Elektromagneten und ein am Träger angeordnetes Gegenstück auf. Alternativ weist der elektromagnetische Aktor zumindest einen Tauchspulen-Aktor auf. Die wechselseitige Anordnung von Spulen und Gegenstücken am Träger oder an der Basis kann hierbei variieren Der Elektromagnet kann auch gleichermaßen am Träger und das hiermit wechselwirkende Gegenstück an der Basis angeordnet sein. In a further development thereof, the electromagnetic actuator has at least one electromagnet arranged on the base and a counterpart arranged on the carrier. Alternatively, the electromagnetic actuator has at least one voice coil actuator. The mutual arrangement of coils and counterparts on the carrier or on the base can in this case vary. The electromagnet can likewise be arranged on the carrier and the interacting counterpart on the base.
Unter einem elektromagnetischen Aktor ist vorliegend ein Aktor gemeint, welcher zumindest einen mit elektrischem Strom beaufschlage Spule umfasst. Der Aktor kann eine zweite Elektromagneteinheit mit dementsprechenden Elektromagneten und ferromagnetischen Gegenstücken als auch einen Lorentz-Aktor, d.h. einen Tauchspulen-Aktor aufweisen oder hiervon gebildet werden. Elektromagneteinheiten beruhen auf der Wechselwirkung eines stromdurchflossenen Leiters mit einem ferromagnetischen Gegenstück, womit lediglich einen attraktive Wechselwirkung zwischen Elektromagnet und Gegenstück erzeugbar ist. In the present case, an electromagnetic actuator means an actuator which comprises at least one coil subjected to electric current. The actuator may comprise a second electromagnet unit with corresponding electromagnets and ferromagnetic counterparts as well as a Lorentz actuator, i. have or are formed by a voice coil actuator. Electromagnet units are based on the interaction of a current-carrying conductor with a ferromagnetic counterpart, whereby only an attractive interaction between the electromagnet and counterpart can be generated.
Ein Lorentz-Aktor weist beruht auf der sogenannten Lorentzkraft, d.h. auf der Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld und einem stromdurchflossenen Leiter. A Lorentz actuator is based on the so-called Lorentz force, i. on the interaction between a magnetic field and a current-carrying conductor.
Der elektromagnetische Aktor kann sowohl als Elektromagneteinheit als auch in Form eines Lorentz-Aktors ausgebildet sein. Bei Vorsehen eines Lorentz-Aktors können mittels eines einzigen Aktors sowohl Zug- als auch Druckkräfte zwischen dem Träger und der Basis übertragen werden, sodass insbesondere für die horizontale Regelung nur auf einer Seite des Trägers entsprechende Aktoren vorzusehen sind. Da für die horizontale Regelung keine Gewichtskräfte des Trägers zu kompensieren sind, kann die geringe Leistungsdichte eines oder mehrerer Lorentz- oder Tauchspulenaktoren ausreichend sein. Auch kann der Λ The electromagnetic actuator can be designed both as a solenoid unit and in the form of a Lorentz actuator. When a Lorentz actuator is provided, both tensile and compressive forces can be transmitted between the carrier and the base by means of a single actuator, so that corresponding actuators are to be provided only on one side of the carrier, in particular for horizontal regulation. Since no weight forces of the carrier are to be compensated for the horizontal control, the low power density of one or more Lorentz or Tauchspulenaktoren may be sufficient. Also, the Λ
17 lineare Zusammenhang zwischen Stromstärke und zu erzeugender Führungskraft hierbei von Vorteil sein.  17 linear relationship between current and to be generated manager in this case be beneficial.
Bei Implementierung des elektromagnetischen Aktors mittels Elektromagneten sind jeweils zwei gegenüberliegender Elektromagnete vorzusehen, damit vergleichbare Zug- und Druckkräfte, bzw. beidseits des Trägers einwirkende Zugkräfte verwirklicht werden können. In the implementation of the electromagnetic actuator by means of electromagnets two opposing electromagnets are provided in each case, so that comparable tensile and compressive forces, or on both sides of the carrier acting tensile forces can be realized.
Die elektromagnetische Aktor, bzw. die zweite Elektromagneteinheit kann typischerweise unabhängig von der ersten Elektromagneteinheit gesteuert werden. Mittels dem elektromagnetischen Aktor, bzw. mittels der zweiten Elektromagneteinheit ist insbesondere die horizontale Position des Trägers gegenüber der Basis variierbar. Erstreckt sich die durch die Lagerschienen der Basis vorgegebene erste Verschieberichtung der Positioniervorrichtung etwa in X-Richtung, so kann mit dem elektromagnetischen Aktor die Position des Trägers in Y- Richtung verändert und dementsprechend justiert werden, während eine Positionierung in der Höhenrichtung, d. h. in Z-Richtung, mittels der Dauermagneteinheit und der ersten Elektromagneteinheit realisierbar ist. The electromagnetic actuator or the second solenoid unit can typically be controlled independently of the first solenoid unit. By means of the electromagnetic actuator, or by means of the second electromagnet unit, in particular the horizontal position of the carrier relative to the base can be varied. If the first direction of displacement of the positioning device predetermined by the bearing rails of the base extends approximately in the X direction, the position of the carrier in the Y direction can be changed with the electromagnetic actuator and adjusted accordingly, while positioning in the height direction, ie. H. in the Z direction, by means of the permanent magnet unit and the first solenoid unit can be realized.
Nach einer weiteren Ausgestaltung weist die Positioniervorrichtung eine Steuerung und zumindest einen Positionssensor zur Erfassung einer Position des Trägers relativ zur Basis auf. Die Steuerung ist hierbei mit dem Positionssensor als auch mit zumindest der ersten Elektromagneteinheit gekoppelt, um abhängig von der ermittelten Position des Trägers relativ zur Basis entsprechende Steuersignale für die erste Elektromagneteinheit zu generieren, um die vertikale Position des Trägers innerhalb vorgegebener Schranken zu halten. According to a further embodiment, the positioning device has a controller and at least one position sensor for detecting a position of the carrier relative to the base. The controller is in this case coupled to the position sensor as well as to at least the first electromagnet unit in order to generate control signals for the first electromagnet unit relative to the determined position of the carrier relative to the base in order to keep the vertical position of the carrier within predetermined limits.
Von Vorteil sind natürlich erste und zweite Elektromagneteinheiten, bzw. die erste Elektromagneteinheit und der elektromagnetische Aktor von der Steuerung regulierbar und dementsprechend mit der Steuerung gekoppelt. Gleichermaßen können auch mehrere Positionssensoren voneinander beabstandet an Träger und/oder an der Basis angeordnet sein, um die relative Position des Trägers zur Basis an verschiedenen Punkten des Trägers zu bestimmen und um eine ortsaufgelöste Positionierung des Trägers relativ zur Basis zu ermöglichen. Of advantage, of course, first and second solenoid units, or the first solenoid and the electromagnetic actuator controlled by the controller and accordingly coupled to the controller. Likewise, a plurality of position sensors may be spaced from one another on the carrier and / or on the base to determine the relative position of the carrier to the base at different points of the carrier and to allow a spatially resolved positioning of the carrier relative to the base.
Für die Bewegung des Trägers relativ zur Basis, etwa entlang einer ersten Verfahr- oder Verschieberichtung ist typischerweise ein berührungsloser Antrieb vorgesehen, der zum Beispiel einen Magnetantrieb am Träger vorsieht, der mit einer ortsfesten Magnetleiste, welche sich in etwa parallel zu den Lagerschienen der Basis erstreckt, zusammenwirken kann. Es ist ferner eine umgekehrte Anordnung denkbar, bei welcher der Magnetantrieb basisseitig und die Magnetleiste trägerseitig angeordnet sind. For the movement of the carrier relative to the base, such as along a first traversing or displacement direction is typically provided a non-contact drive, for example, provides a magnetic drive on the carrier, which extends with a stationary magnetic strip which extends approximately parallel to the bearing rails of the base , can work together. It is also a reverse arrangement conceivable in which the magnetic drive base side and the magnetic strip are arranged on the carrier side.
In praktischer Ausgestaltung sind über den mit der Basis zusammenwirkenden Randbereichen des Trägers mehrere voneinander beabstandete Dauermagneteinheiten als auch erste und/oder zweite Elektromagneteinheiten, bzw. elektromagnetische Aktoren vorgesehen. Mittels mehrerer solcher Magnetlagerungspunkte kann der Abstand zwischen Basis und Träger situationsbezogen lokal verändert und an vorgegebene Soll-Werte angepasst werden, um letztlich eine vorgegebene absolute Position bzw. Ausrichtung des Trägers im Raum präzise zu erhalten. In a practical embodiment, a plurality of spaced apart permanent magnet units as well as first and / or second solenoid units, or electromagnetic actuators are provided on the cooperating with the base edge regions of the carrier. By means of a plurality of such magnetic bearing points, the distance between the base and the carrier can be changed locally in accordance with the situation and adapted to predetermined target values in order ultimately to precisely obtain a predetermined absolute position or orientation of the carrier in space.
Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zum Positionieren eines Substrats mittels einer zuvor beschriebenen Positioniervorrichtung. In einem ersten Verfahrensschritt wird hierbei die Position des Trägers relativ zur Basis mittels zumindest eines Positionssensors ermittelt. Jene Ermittlung erfolgt typischerweise berührungslos, etwa unter Verwendung optischer Positionssensoren oder dergleichen Messeinrichtungen. According to a further aspect, the invention further relates to a method for positioning a substrate by means of a positioning device described above. In a first method step, in this case the position of the carrier relative to the base is determined by means of at least one position sensor. The determination is typically carried out without contact, for example using optical position sensors or similar measuring devices.
Hiernach wird in Abhängigkeit der ermittelten Position des Trägers bzw. des hieraus hervorgehenden Abstands des Trägers relativ zur Basis der Abstand zwischen Träger und Basis mittels zumindest der ersten Elektromagneteinheit und der hiermit gekoppelten Steuerung reguliert, sodass der Träger entweder in einem vorgegebenen Abstand zur Basis schwebend angeordnet ist oder der Träger in Bezug auf die Substratbearbeitungseinrichtung in einer vorgegebenen Position verweilt. Thereafter, depending on the determined position of the carrier or the resulting distance of the carrier relative to the base, the distance between the carrier and base by means of at least the first solenoid unit and the controller coupled thereto regulated so that the carrier either floating in a predetermined distance from the base is or the Carrier dwells in a predetermined position with respect to the substrate processing device.
Schließlich ist nach einem weiteren unabhängigen Aspekt ein Computerprogramm zur Steuerung einer zuvor beschriebenen Positioniervorrichtung vorgesehen. Das Computerprogramm weist dabei Programmmittel zum Ermitteln der Position des Trägers relativ zur Basis mittels zumindest eines Positionssensors sowie Programmmittel zum Regulieren des Abstands zwischen Träger und Basis in Abhängigkeit der ermittelten Position des Trägers mittels zumindest der ersten Elektromagneteinheit und einer Steuerung auf. Finally, according to a further independent aspect, a computer program is provided for controlling a previously described positioning device. In this case, the computer program has program means for determining the position of the carrier relative to the base by means of at least one position sensor and program means for regulating the distance between carrier and base as a function of the determined position of the carrier by means of at least the first electromagnet unit and a controller.
Typischerweise ist das Computerprogramm in die Steuerung der Positioniervorrichtung implementiert bzw. von der Steuerung der Positioniervorrichtung ausführbar. Das Computerprogramm stellt unterschiedliche vorgegebene oder durch den Endanwender frei konfigurierbare Regelungsmechanismen bereit, mittels derer die vom Positionssensor bereitgestellten Positionssignale des Trägers zur Ansteuerung der ersten und/oder der zweiten Elektromagneteinheit, bzw. des elektromagnetischen Aktors verwendet werden können. Typically, the computer program is implemented in the control of the positioning device or executable by the control of the positioning device. The computer program provides different predetermined or freely configurable by the end user control mechanisms by means of which the position sensor provided by the position sensor of the carrier for driving the first and / or the second solenoid unit, or the electromagnetic actuator can be used.
An dieser Stelle sei ferner angemerkt, dass das beschriebene Verfahren und das Computerprogramm zum bestimmungsgemäßen Betrieb der zuvor beschriebenen Positioniervorrichtung ausgebildet sind. Insoweit gelten sämtliche, in Bezug auf die Positioniervorrichtung beschriebenen Merkmale und Vorteile auch gleichermaßen für das Verfahren und für das Computerprogramm als auch umgekehrt. It should also be noted at this point that the described method and the computer program are designed for the intended operation of the positioning device described above. In that regard, all the features and advantages described in relation to the positioning device also apply equally to the method and to the computer program and vice versa.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Weitere Ziele, Merkmale sowie vorteilhafte Aspekte werden anhand diverser Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen: 2Q Other objects, features and advantageous aspects will be explained with reference to various embodiments with reference to the figures. Hereby show: 2Q
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Positioniervorrichtung nach dem Stand der Technik, 1 shows a schematic cross section through a positioning device according to the prior art,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung durch eine erfindungsgemäß vorgesehene Positioniervorrichtung, 2 shows a schematic cross-sectional representation through a positioning device provided according to the invention,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Implementierung einer Fig. 3 is a schematic representation of a first implementation of a
Dauermagneteinheit,  Permanent magnet unit,
Fig. 4 die schematische Darstellung einer zweiten Implementierungsmöglichkeit der Dauermagneteinheit, 4 is a schematic representation of a second implementation possibility of the permanent magnet unit,
Fig. 5 eine dritte Variante zur Ausgestaltung einer Dauermagneteinheit, 5 shows a third variant of the embodiment of a permanent magnet unit,
Fig. 6 eine vierte Variante der Dauermagneteinheit, 6 shows a fourth variant of the permanent magnet unit,
Fig. 7 eine fünfte Variante der Dauermagneteinheit mit einem dauermagnetischen Gegenstück, 7 shows a fifth variant of the permanent magnet unit with a permanent magnet counterpart,
Fig. 8 eine weitere Variante der Dauermagneteinheit mit zwei Dauermagneten je Dauermagneteinheit, 8 shows a further variant of the permanent magnet unit with two permanent magnets per permanent magnet unit,
Fig. 9 eine weitere Ausgestaltung der Dauermagneteinheit mit seitlich dem Fig. 9 shows a further embodiment of the permanent magnet unit with the side of the
Träger angeordneten Dauermagneten, eine weitere Ausgestaltung der Dauermagneteinheit mit unterhalb des Trägers angeordneten Dauermagneten und  Carrier arranged permanent magnet, another embodiment of the permanent magnet unit with arranged below the carrier permanent magnet and
Fig. 11 eine weitere Ausgestaltung der Dauermagneteinheit mit gleichgerichteten, eine repulsive Kraft erzeugenden und im Randbereich des Trägers angeordneten Dauermagneten. In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Positioniervorrichtung in einem schematischen Querschnitt dargestellt. Der gezeigte Querschnitt erstreckt sich in der Y- Ebene, wobei die Z-Richtung nach oben, entgegen einer Gewichtskraft G eines Trägers 12 der Positioniervorrichtung 1 gerichtet ist. Die Positioniervorrichtung 1 weist eine in Fig. 2 nur schematisch angedeutete Basis 10 auf, an welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel diverse Dauermagnete 32, 34, 42, 44 ortsfest angeordnet sind. Die Basis 10 weist typischerweise eine oder mehrere parallel zueinander verlaufende Lagerschienen auf, entlang derer ein Träger 12 berührungslos, mittels einer Magnetlagerung 18 schiebbar ist. Die Verschieberichtung des Trägers 12 gegenüber der Basis 10 erfolgt vorliegend entlang einer X- Richtung senkrecht zur Querschnittsebene der Darstellung gemäß Fig. 2. Fig. 11 shows a further embodiment of the permanent magnet unit with rectified, a repulsive force generating and arranged in the edge region of the carrier permanent magnet. In Fig. 2, the positioning device according to the invention is shown in a schematic cross section. The cross section shown extends in the Y-plane, wherein the Z-direction is directed upward, against a weight G of a carrier 12 of the positioning device 1. The positioning device 1 has a in Fig. 2 only schematically indicated base 10 on which various permanent magnets 32, 34, 42, 44 are arranged stationary in the present embodiment. The base 10 typically has one or more mutually parallel bearing rails, along which a carrier 12 without contact, by means of a magnetic bearing 18 is slidable. The displacement direction of the carrier 12 relative to the base 10 takes place along an X-direction perpendicular to the cross-sectional plane of the representation according to FIG. 2.
Der Träger 12 weist nach oben gerichtet, einen von oben frei zugänglichen Substratbehandlungsbereich 15 auf, an welchem oder auf welchem ein in einer Substratbearbeitungseinrichtung zu behandelndes Substrat 2 lösbar anorden- bar ist. Der zur Aufnahme des Substrats 2 ausgebildete Substratbehandlungsbereich 15 ist typischerweise abschattungsfrei ausgebildet, sodass die gesamte, dem Träger 12 abgewandte Substratoberfläche einen Oberflächenbehand- lungsprozess, etwa einem Ätz-, Reinigungs- oder Beschichtungsprozess unterzogen werden kann. Typischerweise erstreckt sich der Substratbehandlungsbereich 15 nahezu über die gesamte Oberfläche des Trägers 12. The carrier 12, facing upwards, has a substrate treatment area 15 freely accessible from above, on which or on which a substrate 2 to be treated in a substrate processing device can be detachably arranged. The substrate treatment area 15 designed to receive the substrate 2 is typically shading-free, so that the entire substrate surface facing away from the substrate 12 can be subjected to a surface treatment process, such as an etching, cleaning or coating process. Typically, the substrate treatment area 15 extends almost over the entire surface of the carrier 12.
Zur berührungslosen Lagerung bzw. Verschiebung des Trägers 12 gegenüber der Basis 10 ist eine Magnetlagerung 18 vorgesehen. Diese weist zumindest eine erste Elektromagneteinheit 30 auf, die vorliegend unterhalb des Trägers 12 angeordnet ist. Ergänzend hierzu ist ein elektromagnetischer Aktor 40 vorgesehen, welcher vorliegend zwei seitlich des Trägers 12 angeordnete Elektromag- nete 42, 44 aufweist, mittels derer der Träger 12 in der Y-Richtung, folglich parallel zur Trägerebene, positionierbar ist. For non-contact storage or displacement of the carrier 12 relative to the base 10, a magnetic bearing 18 is provided. This has at least one first electromagnet unit 30, which in the present case is arranged below the carrier 12. In addition to this, an electromagnetic actuator 40 is provided, which in the present case has two electromagnets 42, 44 arranged laterally of the carrier 12, by means of which the carrier 12 can be positioned in the Y direction, consequently parallel to the carrier plane.
Der Aktor 40 kann alternativ hierzu auch einen oder mehrere Lorentz- oder Tauchspulenaktoren aufweisen, die vergleichbar dem Elektromagnet 42 lediglich an einer Seite des Trägers 12 angeordnet sind. Die erste Elektromagneteinheit 30 weist hingegen zwei horizontal voneinander beabstandete, d.h. in Y-Richtung beabstandete Elektromagnete 32, 34 auf. Wie im Querschnitt der Fig. 2 dargestellt, weist jeder der Elektromagneten 32, 34 eine Spule 37 sowie einen ferromag netischen Kern 36 auf. Die Spule 37 umschließt einen Schenkel des in etwa hufeisenförmig ausgestalteten Kerns 36. Aufgrund der Querschnittsdarstellung ist die Spule 37 in Form zweier quadratischer Querschnitte dargestellt. The actuator 40 may alternatively have one or more Lorentz or Tauchspulenaktoren, which are arranged comparable to the solenoid 42 only on one side of the support 12. On the other hand, the first electromagnet unit 30 has two electromagnets 32, 34 which are spaced apart from one another horizontally, that is to say they are spaced apart in the Y direction. As shown in the cross section of Fig. 2, each of the electromagnets 32, 34, a coil 37 and a ferromagnetic core core 36 on. The coil 37 encloses a leg of the roughly horseshoe-shaped core 36. Due to the cross-sectional view, the coil 37 is shown in the form of two square cross-sections.
Die Elektromagnete 32, 34 der ersten Elektromagneteinheit 30 wirken ferner mit an der Unterseite 19 des Trägers 12 angeordneten oder darin integrierten magnetischen Gegenstücken 33, 35 zusammen. Diese Gegenstücke 33, 35 weisen typischerweise ein ferromagnetisches Material auf, welches mit den darunterliegenden Elektromagneten 32, 34 wechselwirken kann. The electromagnets 32, 34 of the first electromagnet unit 30 also cooperate with magnetic counterparts 33, 35 arranged on the underside 19 of the carrier 12 or integrated therein. These counterparts 33, 35 typically comprise a ferromagnetic material which can interact with the underlying electromagnets 32, 34.
Mittels den beiden Elektromagneten 32, 34 der ersten Elektromagneteinheit 30 kann eine nach unten gerichteten Regulierkraft R auf den Träger 12 ausgeübt werden. Die Regulierkraft R wirkt hierbei mit der Gewichtskraft G des Trägers 12 zusammen und kann die Gewichtskraft G des Trägers 12 variabel verstärken. By means of the two electromagnets 32, 34 of the first electromagnet unit 30, a downward regulating force R can be exerted on the carrier 12. The regulating force R interacts here with the weight G of the carrier 12 and can increase the weight G of the carrier 12 variably.
Zur Kompensation bzw. Überkompensation der Gewichtskraft G des Trägers 12 ist ferner eine Dauermagneteinheit 20 vorgesehen, welche zur Ausbildung einer auf den Träger 12 einwirkenden Stützkraft S ausgebildet ist. Die von der Dauermagneteinheit 20 der Magnetlagerung 18 erzeugbare Stützkraft S wirkt der Gewichtskraft G des Trägers 12 entgegen und ist auch betragsmäßig größer als die Gewichtskraft G des Trägers 12. Konkrete Implementierungen zur Erzeugung jener Stützkraft S auf der Basis einer oder mehrerer Dauermagneteinheiten 20 sind in den Fig. 3 bis 11 dargestellt. For compensation or overcompensation of the weight G of the carrier 12, a permanent magnet unit 20 is further provided, which is designed to form a supporting force S acting on the carrier 12. The supporting force S which can be generated by the permanent magnet unit 20 of the magnetic bearing 18 counteracts the weight G of the carrier 12 and is also greater in magnitude than the weight G of the carrier 12. Concrete implementations for generating that supporting force S on the basis of one or more permanent magnet units 20 are shown in FIGS Fig. 3 to 11 shown.
Eine seitliche Führung sowie Positionierung des Trägers 12 gegenüber der Basis 10 kann mittels dem elektromagnetischen Aktor 40 verwirklicht werden. Der elektromagnetische Aktor 40 weist an gegenüberliegenden Seitenrändern 17 des Trägers 12 basisseitig angeordnete Elektromagnete 42, 44 auf. Auch jene Elektromagnete 42, 44 sind mit einem ferromagnetischen Kern 46 und mit einer mit einem elektrischen Strom beaufschlagbaren Spule 47 versehen. A lateral guidance and positioning of the carrier 12 relative to the base 10 can be realized by means of the electromagnetic actuator 40. The electromagnetic actuator 40 has opposite side edges 17 the support 12 base arranged electromagnets 42, 44. Also, those electromagnets 42, 44 are provided with a ferromagnetic core 46 and a coil 47 which can be acted upon by an electric current.
Die Elektromagnete 42, 44 wirken mit entsprechenden Gegenstücken 43, 45 des Trägers 12 zusammen, welche an gegenüberliegenden Innenseiten einer in Fig. 2 lediglich schematisch angedeuteten Einfassung 11 der Basis 10 angeordnet sind. Durch gezielte und lokale Beaufschlagung einzelner Elektromagnete 42, 44 kann die horizontale Position, d. h. die Position in Y-Richtung des Trägers 12 gegenüber der Basis 10, eingestellt und verändert werden. Der elektromagnetische Aktor 40 mit seinen an gegenüberliegenden Seitenrändern 17 des Trägers 12 angeordneten Elektromagneten 42, 44 kann eine auf den Träger 12 einwirkende Führungskraft F in Y-Richtung, d. h. parallel zur Ebene des Trägers 12 erzeugen. The electromagnets 42, 44 cooperate with corresponding counterparts 43, 45 of the carrier 12, which are arranged on opposite inner sides of a in Fig. 2 only schematically indicated enclosure 11 of the base 10. By targeted and local admission of individual electromagnets 42, 44, the horizontal position, d. H. the position in the Y direction of the carrier 12 relative to the base 10, be adjusted and changed. The electromagnetic actuator 40 with its arranged on opposite side edges 17 of the carrier 12 electromagnets 42, 44 can act on the carrier 12 acting on a guide force F in the Y direction, d. H. generate parallel to the plane of the carrier 12.
Gleiches gilt für die erste Elektromagneteinheit 30 mit ihren unterhalb des Trägers 12 angeordneten Elektromagneten 32, 34. Die Magnetlagerung 18 weist ferner eine Dauermagneteinheit 20 auf. In einer ersten, in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltung, weist die Dauermagneteinheit zwei Dauermagnete 22, 24 auf, die in der Darstellung gemäß Fig. 3 rechts und links sowie oberhalb des Trägers 12 an der Basis 10 angeordnet sind. Gepaart mit den jeweiligen Dauermagneten 22, 24, sind magnetische Gegenstücke 23, 25, am Träger 12 angeordnet. The same applies to the first electromagnet unit 30 with its electromagnets 32, 34 arranged below the carrier 12. The magnetic bearing 18 also has a permanent magnet unit 20. In a first embodiment shown in FIG. 3, the permanent magnet unit has two permanent magnets 22, 24, which are arranged on the base 10 in the illustration according to FIG. 3 to the right and left as well as above the carrier 12. Paired with the respective permanent magnets 22, 24, magnetic counterparts 23, 25 are arranged on the carrier 12.
Die paarweise Anordnung von Dauermagneten 22, 24, und magnetischen Gegenstücken 23, 25, dient der Erzeugung einer der Gewichtskraft G entgegenwirkenden Stützkraft S auf den Träger 12. In der Ausgestaltung der Fig. 3 und 4 weist der Träger 12 seitlich nach außen hervorstehende Führungsabschnitte 14 auf. An den an den Seitenrändern 17 des Trägers 12 nach außen abragenden Führungsabschnitten 14 ist jeweils ein mit dem oberhalb der Führungsabschnitte 14 vorgesehenen Dauermagnet 22, 24, wechselwirkendes Gegenstück 23, 25, angeordnet. ^ The paired arrangement of permanent magnets 22, 24, and magnetic counterparts 23, 25, serves to generate a supporting force S counteracting the weight G on the carrier 12. In the embodiment of Figs. 3 and 4, the carrier 12 laterally outwardly projecting guide portions 14th on. At the on the side edges 17 of the carrier 12 projecting outwardly guide portions 14 is provided with the above the guide portions 14 provided permanent magnet 22, 24, interacting counterpart 23, 25, respectively. ^
Eine derartige Dauermagneteinheit 20 kann eine Stützkraft S erzeugen, die größer ist als die Gewichtskraft G des Trägers 12. Mittels der ersten Elektromagneteinheit 30 und mit ihr Elektromagneten 32, 34 kann alsdann eine der Stützkraft S entgegenwirkende und nach unten gerichtete Regulierkraft R erzeugt werden, sodass der Träger 12 in einer vorgegebenen Z-Position, etwa in einer in Fig. 2 angedeuteten Position z0 in einem Kräftegleichgeweicht präzise gehalten werden kann. Ohne die erste Elektromagneteinheit 30 und die von ihr nach unten auf den Träger 12 ausübbare Regulierkraft R würde der Träger 12 unter der alleinigen Einwirkung der Dauermagneteinheit 20 nach oben in die Position Z\ angehoben, in welcher der Träger z.B. gegen einen Anschlag 26 gedrückt und somit in einer stabilen Lage gehalten werden kann, insbesondere wenn die erste Elektromagneteinheit 30 deaktiviert sein sollte. Such a permanent magnet unit 20 can generate a supporting force S which is greater than the weight G of the carrier 12. By means of the first electromagnet unit 30 and with its electromagnets 32, 34, a regulating force R opposing the supporting force S can then be generated, so that the support 12 can be precisely held in a predetermined Z-position, for example in a position z 0 indicated in FIG. 2, in a force equilibrium. Without the first solenoid unit 30 and exercisable by her down on the support 12 Regulierkraft R of the carrier 12 would be raised under the sole action of the permanent magnet unit 20 upwards in the position Z \ in which the carrier, for example, pressed against a stop 26 and thus can be kept in a stable position, in particular if the first solenoid unit 30 should be deactivated.
Zur Positionierung des Trägers 12 relativ zur Basis 10 ist insbesondere eine in Fig. 2 schematisch angedeutete Steuerung 3 vorgesehen, die mit zumindest einem Positionssensor 4 gekoppelt ist. Der Positionssensor 4 ist insbesondere zur berührungslosen Bestimmung eines Abstands bzw. einer Relativposition des Trägers 12 zur Basis 10 ausgebildet. Die vom Sensor 4 erzeugten Messsignale werden der Steuerung 3 zur Verfügung gestellt, die in Abhängigkeit der empfangenen Messsignale einzelne Elektromagnete 32, 34, 42, 44 der ersten Elektromagneteinheit 30 und/oder des elektromagnetischen Aktors 40 selektiv ansteuert. For positioning the carrier 12 relative to the base 10, in particular, a control 3 schematically indicated in FIG. 2 is provided, which is coupled to at least one position sensor 4. The position sensor 4 is designed in particular for the contactless determination of a distance or a relative position of the carrier 12 to the base 10. The measurement signals generated by the sensor 4 are provided to the controller 3, which selectively activates individual electromagnets 32, 34, 42, 44 of the first electromagnet unit 30 and / or of the electromagnetic actuator 40 as a function of the received measurement signals.
Typischerweise sind über die Fläche des Trägers 12 mehrere, etwa in X- Richtung jeweils voneinander beabstandete Elektromagnete 42, 44, 32, 34 vorgesehen, sodass die Oberfläche bzw. der Substratbehandlungsbereich 15 des Trägers 12 präzise, insbesondere mikrometergenau ausgerichtet werden kann. Typically, a plurality of electromagnets 42, 44, 32, 34 spaced apart from one another approximately in the X direction are provided over the surface of the carrier 12 so that the surface or the substrate treatment region 15 of the carrier 12 can be aligned precisely, in particular micrometer-accurate.
In Fig. 4 ist ein im Vergleich zur Fig. 3 abgewandelte Ausgestaltung der Dauermagneteinheit 20 dargestellt. Dort ist vorgesehen, dass der Dauermagnet 24, 26 der jeweiligen Dauermagneteinheit 20 an den nach außen und horizontal abragenden Führungsabschnitten 14 des Trägers 12 angeordnet ist, während ein magnetisches Gegenstück 25, 27 ortsfest an der Basis 10 angeordnet ist. Zur Ausgestaltung der Fig. 3 und 4 ist hierbei ferner anzumerken, dass die Dauermagneteinheit 20 zwar oberhalb des Führungsabschnitts 14 des Trägers 12 zu liegen kommt. Dadurch dass die Dauermagneteinheit 20, insbesondere ihr Dauermagnet 24 besonders kompakt ausgestaltet werden kann, kann hierdurch trotzdem eine weitgehend abschattungsfreie Ausgestaltung für den Substratbehandlungsbereich 15 des Trägers 14 bereitgestellt werden. So kann die gesamte Oberseite des Trägers 12, mithin der Substratbehandlungsbereich 15 frei von etwaigen Komponenten einer Magnetlagerung 18 ausgebildet werden. FIG. 4 shows a modified embodiment of the permanent magnet unit 20, which is modified in comparison to FIG. There, it is provided that the permanent magnet 24, 26 of the respective permanent magnet unit 20 is arranged on the outwardly and horizontally projecting guide portions 14 of the carrier 12, while a magnetic counterpart 25, 27 is fixedly arranged on the base 10. For the embodiment of FIGS. 3 and 4, it should also be noted that the permanent magnet unit 20 does indeed come to lie above the guide section 14 of the carrier 12. Because the permanent magnet unit 20, in particular its permanent magnet 24, can be designed to be particularly compact, it is nevertheless possible to provide a largely shading-free configuration for the substrate treatment area 15 of the carrier 14. Thus, the entire upper side of the carrier 12, and consequently the substrate treatment area 15, can be formed free of any components of a magnetic bearing 18.
Die alternative Ausgestaltung gemäß der Fig. 5 und 6 sieht anstelle eines seitlich vom Träger 12 hervorstehenden Führungsabschnitts 14 die Ausgestaltung einer seitlichen Ausnehmung 16 vor, in welcher die Dauermagneteinheit 20 anordenbar ist. Gemäß Fig. 5 kann ein an der Basis 10 befestigter Dauermagnet 22, 24 von außen horizontal in die Ausnehmung 16 des Trägers 12 hineinragen und dort mit einem etwa an einer Unterseite der Ausnehmung 16 angeordneten magnetischen Gegenstück 23, 25 zusammenwirken. The alternative embodiment according to FIGS. 5 and 6, instead of a guide section 14 protruding laterally from the carrier 12, provides the configuration of a lateral recess 16 in which the permanent magnet unit 20 can be arranged. According to FIG. 5, a permanent magnet 22, 24 attached to the base 10 can protrude horizontally from the outside into the recess 16 of the carrier 12 and cooperate there with a magnetic counterpart 23, 25 arranged approximately at an underside of the recess 16.
In der Ausgestaltung gemäß Fig. 6 ist eine vertauschte Anordnung von Dauermagneten 22, 24 und magnetischen Gegenstücken 23, 25 vorgesehen. Demgemäß sind hier die Gegenstücke 23, 25 an der Basis 10 angeordnet, während die hiermit jeweils wechselwirkenden Dauermagnete 22, 24 etwa an der Unterseite der seitlichen Ausnehmung 16 des Trägers 12 vorgesehen sind. In the embodiment according to FIG. 6, a reversed arrangement of permanent magnets 22, 24 and magnetic counterparts 23, 25 is provided. Accordingly, here the counterparts 23, 25 are arranged on the base 10, while the hereby interacting permanent magnets 22, 24 are provided approximately at the bottom of the lateral recess 16 of the support 12.
Das Wirkprinzip der Ausgestaltung der Fig. 5 und 6 ist jeweils ähnlich zu dem zu den Fig. 3 und 4 geschilderten Wirkungsprinzip. Mittels der ergänzend vorgesehenen ersten Elektromagneteinheit 30 und mit ihren zumindest zwei Elektromagneten 32, 34 kann die von der Dauermagneteinheit 20 permanent und konstant erzeugte Stützkraft S zur kontrollierten Höhenlagerung des Trägers 12 zumindest partiell und ortsaufgelöst kompensiert werden. The operative principle of the embodiment of FIGS. 5 and 6 is similar in each case to the action principle described with reference to FIGS. 3 and 4. By means of the additionally provided first electromagnet unit 30 and with its at least two electromagnets 32, 34, the supporting force S permanently and constantly generated by the permanent magnet unit 20 can be compensated at least partially and spatially resolved for the controlled vertical mounting of the carrier 12.
In den Fig. 7 bis 9 ist die Dauermagneteinheit 20 jeweils von zwei Dauermagneten 22a, 22b, 24a, 24b gebildet, was durch die innerhalb der Magnete angedeu- teten Pfeile symbolisiert ist. Die Pfeilrichtung gibt hierbei ferner die Orientierung des Magnetfeldes an. Insoweit ist das jeweilige Gegenstück der Dauermagneteinheit 20 dauermagnetisch ausgestaltet. Die paarweise angeordneten Dauermagnete 22a, 22b, 24a, 24b der Dauermagneteinheit 20 üben hierbei eine attraktive Wechselwirkung aufeinander aus. Die Magnetfelder der Dauermagnete 22a, 22b sowie der Dauermagnete 24a, 24b sind insoweit entgegengerichtet. In FIGS. 7 to 9, the permanent magnet unit 20 is formed in each case by two permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b, which are indicated by the inside of the magnets. symbolized by arrows. The direction of the arrow also indicates the orientation of the magnetic field. In that regard, the respective counterpart of the permanent magnet unit 20 is designed permanently magnetic. The paired permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b of the permanent magnet unit 20 in this case exert an attractive interaction on each other. The magnetic fields of the permanent magnets 22a, 22b and the permanent magnets 24a, 24b are so far opposite.
In der Ausgestaltung gemäß der Fig. 7 kann vergleichbar der Ausgestaltung gemäß der Fig. 3 und 4 eine nach oben gerichtete Stützkraft S von der Dauermagneteinheit 20 bereitgestellt werden. Die Ausgestaltung der Fig. 8 sieht vergleichbar den Ausgestaltungen der Fig. 5 und 6 eine paarweise Anordnung der Dauermagnete 22a, 22b und der Dauermagnete 24a, 24b in der seitlichen Ausnehmung 16 des Trägers 12 vor, wobei jeweils ein Dauermagnet 22b, 24b ortsfest an der Basis 10 angeordnet ist. In the embodiment according to FIG. 7, comparable to the configuration according to FIGS. 3 and 4, an upward supporting force S can be provided by the permanent magnet unit 20. Comparable to the embodiments of FIGS. 5 and 6, a paired arrangement of the permanent magnets 22a, 22b and the permanent magnets 24a, 24b in the lateral recess 16 of the carrier 12 before, wherein in each case a permanent magnet 22b, 24b fixed to the Base 10 is arranged.
Die Ausgestaltung gemäß Fig. 9 sieht hingegen eine seitliche Anbindung der entgegen gerichteten Dauermagnete 22a, 22b, 24a, 24b vor. Der basisseitig angeordnete Dauermagnet 22b übt dabei jeweils eine attraktive Wechselwirkung auf den trägerseitig angeordneten Dauermagnet 22a aus. Die am hierzu gegenüberliegenden Seitenrand 17 des Trägers 12 vorgesehenen basisseitig und trägerseitig angeordneten Dauermagnete 24a, 24b üben eine attraktive Wechselwirkung aufeinander aus. The embodiment according to FIG. 9, on the other hand, provides for a lateral connection of the oppositely directed permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b. In each case, the permanent magnet 22b arranged on the base exerts an attractive interaction on the permanent magnet 22a arranged on the carrier side. The provided on the opposite side edge 17 of the support 12 base and carrier side arranged permanent magnets 24a, 24b exert an attractive interaction to each other.
Ergänzend mit dem in Fig. 2 schematisch dargestellten elektromagnetischen Aktor 40 kann hier eine stabile Positionierung in Y-Richtung erreicht werden. Aufgrund der vergleichsweise starken attraktiven Wechselwirkung der Dauermagnete 22a, 22b sowie der Dauermagnete 24a, 24b kann eine quasistabile Lagerung des Trägers 12 in Z-Richtung bereitgestellt werden. Die trägerseitig angeordneten Dauermagnete 22a, 24a sind an gegenüberliegenden Seitenrändern 17 des Trägers 12 vorgesehen, während die hiermit wechselwirkenden basisseitig vorgesehenen Dauermagnete 22b, 24b innenseitig an einer angedeuteten Einfassung 11 der Basis 10 angeordnet sind. Jene Einfassung 11 kann beispielsweise von den Lagerschienen der Basis 10 gebildet sein. In Fig. 10 ist eine weitere Ausgestaltung gezeigt, wonach die Dauermagneteinheit 20 jeweils zwei zueinander gleichgerichtete und demgemäß abstoßend miteinander wechselwirkende Dauermagnete 22a, 22b, 24a, 24b aufweist. Die Dauermagnete 24b, 22b sind an der Basis 10 angeordnet, während die hiermit korrespondierenden bzw. hiermit in Wechselwirkung bringbaren gleichgerichteten Dauermagnete 24a, 22a an der Unterseite 19 des Trägers 12 angeordnet sind. Die gleichgerichteten Dauermagnete 22a, 22b üben eine repulsive, d. h. abstoßende Kraft aufeinander aus, sodass der Träger 12 eine nach oben, entgegen der Gewichtkraft G ausgerichtete Stützkraft S erfährt. In addition to the electromagnetic actuator 40 shown schematically in FIG. 2, a stable positioning in the Y direction can be achieved here. Due to the comparatively strong attractive interaction of the permanent magnets 22a, 22b and the permanent magnets 24a, 24b, a quasi-stable mounting of the carrier 12 in the Z direction can be provided. The permanent magnets 22a, 24a arranged on the carrier side are provided on opposite side edges 17 of the carrier 12, while the permanent magnets 22b, 24b provided thereon interacting with the base side are arranged on the inside on an indicated casing 11 of the base 10. The skirt 11 may for example be formed by the bearing rails of the base 10. In Fig. 10, a further embodiment is shown, according to which the permanent magnet unit 20 each have two mutually rectified and thus repulsively interacting with each other permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b. The permanent magnets 24b, 22b are arranged on the base 10, while the rectified permanent magnets 24a, 22a corresponding thereto or interacting therewith are arranged on the underside 19 of the carrier 12. The rectified permanent magnets 22a, 22b exert a repulsive, ie repulsive force on each other, so that the carrier 12 undergoes an upwardly directed against the weight force G supporting force S.
Ergänzend hierzu ist zumindest noch die erste Elektromagneteinheit 30 als auch ein elektromagnetischer Aktor 40 vorzusehen, damit der Träger 12 sowohl in Z-Richtung als auch in Y-Richtung präzise positionierbar ist. Befinden sich die Dauermagnete 22a und 22b bzw. die Dauermagnete 24a, 24b in einem vergleichsweise geringen Abstand zueinander, so entsteht eine in etwa in Horizontalrichtung wirkende Ausweichkraft, die insbesondere mit dem elektromagnetischen Aktor 40 kompensierbar bzw. kontrollierbar ist. In addition thereto, at least the first electromagnet unit 30 as well as an electromagnetic actuator 40 must be provided, so that the carrier 12 can be precisely positioned both in the Z direction and in the Y direction. If the permanent magnets 22a and 22b or the permanent magnets 24a, 24b are located at a comparatively small distance from one another, an evasion force acting approximately in a horizontal direction is created, which can be compensated or controlled in particular with the electromagnetic actuator 40.
In der weiteren Ausgestaltung gemäß Fig. 11 ist hingegen vorgesehen, die gleichgerichteten und abstoßend miteinander wechselwirkenden Dauermagnete 22a, 22b, 24a, 24b trägerseitig an den gegenüberliegenden Seitenrändern 17 des Trägers 12 anzuordnen, sodass diese mit gleichgerichteten Dauermagneten 22b, 24b der Basis 10 repulsiv wechselwirken. Die basisseitig vorgesehenen Dauermagnete 22b, 24b sind hierbei typischerweise an der Innenseite einer Einfassung 11 der Basis 10 angeordnet. In the further embodiment according to FIG. 11, on the other hand, it is provided to arrange the rectified and repulsively interacting permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b on the opposite side edges 17 of the carrier 12, so that they interact repulsively with rectified permanent magnets 22b, 24b of the base 10 , The permanent magnets 22b, 24b provided on the base side are typically arranged on the inside of an enclosure 11 of the base 10.
Der Abstand zwischen den repulsiv miteinander wechselwirkenden Dauermagneten 22a, 22b, 24a, 24b ist dabei derart gewählt, dass die Dauermagnete 22a, 22b, 24a, 24b danach trachten, eine nach oben oder nach unten gerichtete Ausweichbewegung zu vollziehen. Durch eine außermittige Anordnung der trä- gerseitigen Dauermagnete 22a, 24a gegenüber den basisseitigen Dauermagnete 22b, 24b kann erreicht werden, dass die Dauermagnete 22a, 22b, 24a, 24b eine dauerhafte und konstante Ausweichkraft nach oben erzeugen, die als Stützkraft S fungiert. The distance between the repulsively interacting permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b is selected such that the permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b seek to perform an upward or downward deflection movement. By means of an eccentric arrangement of the carrier-side permanent magnets 22a, 24a with respect to the base-side permanent magnets 22b, 24b, it is possible to ensure that the permanent magnets 22a, 22b, 24a, 24b produce a permanent and constant evasion force upwards, which acts as a supporting force S.
Auf diese Art und Weise kann sowohl die Unterseite 19 als auch die als Sub- stratbehandlungsbereich 15 bezeichnete Oberseite des Trägers 12 quasi dauermagnetfrei ausgestaltet werden, sodass eine weitgehend abschattungsfreie Halterung eines Substrats 2 am Substratbehandlungsbereich 15 als auch an der Unterseite 19 des Trägers 12 denkbar ist. Lediglich aus Gründen einer simplifizierten Darstellung sind die erste Elektromagneteinheit 30 bzw. der elektromagnetische Aktor 40 in den Fig. 7 bis 11 nicht dargestellt. Zur Verwirklichung der Positioniervorrichtung 1 sind die erste Elektromagneteinheit 30 und der elektromagnetische Aktor 40 jedoch bei sämtlichen dieser Ausgestaltungen, wie zum Beispiel in Fig. 2 dargestellt, vorzuse- hen. Die Gegenstücke 33, 35, 43, 45 der ersten und der zweiten Elektromagneteinheit 30, bzw. des elektromagnetischen Aktors 40 können hierbei jeweils neben dem Dauermagneten 22, 24 oder den Gegenstücken 23, 24 der jeweiligen Dauermagneteinheit 20 angeordnet sein. In this way, both the lower side 19 and the upper side of the carrier 12 referred to as the substrate treatment region 15 can be configured virtually permanent-magnet-free, so that a largely shading-free mounting of a substrate 2 on the substrate treatment region 15 and on the underside 19 of the carrier 12 is conceivable , Only for the sake of a simplified representation, the first solenoid unit 30 and the electromagnetic actuator 40 are not shown in FIGS. 7 to 11. However, in order to realize the positioning device 1, the first electromagnet unit 30 and the electromagnetic actuator 40 are to be provided in all of these embodiments, as illustrated for example in FIG. 2. The counterparts 33, 35, 43, 45 of the first and the second electromagnet unit 30, and the electromagnetic actuator 40 can in this case in each case be arranged next to the permanent magnet 22, 24 or the counterparts 23, 24 of the respective permanent magnet unit 20.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Positioniervorrichtung positioning
Substrat  substratum
Steuerung  control
Positionssensor  position sensor
Basis  Base
Einfassung  mount
Träger  carrier
Führungsabschnitt  guide section
Substratbehandlungsbereich  Substrate processing region
Ausnehmung  recess
Seitenrand  margin
Magnetlagerung  magnetic bearing
Unterseite  bottom
Dauermagneteinheit  Permanent magnet unit
Dauermagnet permanent magnet
a Dauermagneta permanent magnet
b Dauermagnet b permanent magnet
Gegenstück  counterpart
Dauermagnet permanent magnet
a Dauermagneta permanent magnet
b Dauermagnet b permanent magnet
Gegenstück  counterpart
Anschlag  attack
Elektromagneteinheit  Electromagnet unit
Elektromagnet  electromagnet
Gegenstück  counterpart
Elektromagnet  electromagnet
Gegenstück  counterpart
Kern  core
Spule elektromagnetischer Aktor Elektromagnet Kitchen sink electromagnetic actuator electromagnet
Gegenstück counterpart
Elektromagnet electromagnet
Gegenstück counterpart
Kern core
Spule Kitchen sink
Positioniervorrichtung Basis Positioning device base
Träger carrier
Seitenrand margin
Unterseite bottom
Elektromagnet electromagnet
Elektromagnet electromagnet
Elektromagnet electromagnet
Elektromagnet electromagnet

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a n t a n s p r e c h e
Positioniervorrichtung zum Bewegen eines Substrats, mit: einer Basis (10), und mit einem relativ zur Basis (10) beweglichen sowie mittels Magnetlagerung (18) berührungslos an der Basis (10) angeordneten Träger (12), wobei die Magnetlagerung (18) zumindest eine Dauermagneteinheit (20) und zumindest eine erste Elektromagneteinheit (30) aufweist, wobei die Dauermagneteinheit (20) zur Erzeugung einer auf den Träger (12) einwirkenden Stützkraft (S) ausgebildet ist, die größer als die Gewichtskraft (G) des Trägers (12) ist und wobei die erste Elektromagneteinheit (30) zur Erzeugung einer der Stützkraft (S) entgegenwirkenden Regulierkraft (R) ausgebildet ist. Positioning device for moving a substrate, comprising: a base (10), and with a relative to the base (10) movable and by means of magnetic bearing (18) contactlessly arranged on the base (10) carrier (12), wherein the magnetic bearing (18) at least a permanent magnet unit (20) and at least one first electromagnet unit (30), wherein the permanent magnet unit (20) is designed to generate a supporting force (S) acting on the support (12) which is greater than the weight force (G) of the support (12 ) and wherein the first electromagnet unit (30) is designed to generate a regulating force (R) counteracting the supporting force (S).
Positioniervorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die erste Elektromagneteinheit (30) zumindest einen an der Basis (10) angeordneten Elektromagneten (32, 34) aufweist, der mit einem am Träger (12) angeordneten Gegenstück (33, 35) zusammenwirkt. Positioning device according to claim 1, wherein the first electromagnet unit (30) has at least one electromagnet (32, 34) arranged on the base (10), which cooperates with a counterpart (33, 35) arranged on the carrier (12).
Positioniervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Elektromagnet (30, 32) unterhalb des trägerseitigen Gegenstücks (33, 35) an der Basis (10) angeordnet ist. Positioning device according to claim 2, wherein the electromagnet (30, 32) below the carrier-side counterpart (33, 35) on the base (10) is arranged.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (12) frei von Elektromagneten (32, 34) ausgebildet ist. Positioning device according to one of the preceding claims, wherein the carrier (12) is formed free of electromagnets (32, 34).
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dauermagneteinheit (20) zumindest einen am Träger (12) oder an der Basis (10) angeordneten Dauermagneten (22, 24) auf- weist, welcher mit zumindest einem an der Basis (10) oder am Träger (12) angeordneten Gegenstück (23, 25) zusammenwirkt. Positioning device according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnet unit (20) comprises at least one permanent magnet (22, 24) arranged on the carrier (12) or on the base (10). has, which cooperates with at least one on the base (10) or on the carrier (12) arranged counterpart (23, 25).
Positioniervorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Gegenstück (23, 25) ferromag netisch oder dauermagnetisch ist. Positioning device according to claim 5, wherein the counterpart (23, 25) is ferromagnetic or permanent magnetic.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dauermagneteinheit (20) an einem seitlich von einem Substratbehandlungsbereich (15) des Trägers (12) hervorstehenden Führungsabschnitt (14) angeordnet ist. Positioning device according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnet unit (20) on a laterally from a substrate treatment area (15) of the support (12) projecting guide portion (14) is arranged.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dauermagneteinheit (20) in einer seitlichen Ausnehmung (16) des Trägers (12) angeordnet ist. Positioning device according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnet unit (20) in a lateral recess (16) of the carrier (12) is arranged.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dauermagneteinheit (20) zumindest zwei gleichgerichtete, abstoßend miteinander wechselwirkende Dauermagnete (22a, 22b, 24a, 24b) aufweist. Positioning device according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnet unit (20) has at least two rectified, repulsive interacting permanent magnets (22a, 22b, 24a, 24b).
Positioniervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der zumindest eine trägerseitig angeordnete Dauermagnet (22a, 24a) mit einem unterhalb des Trägers (12) oder seitlich zum Träger (12) an der Basis (10) angeordneten Dauermagneten (22b, 24b) zusammenwirkt. Positioning device according to claim 9, wherein the at least one permanent magnet (22a, 24a) arranged on the carrier side cooperates with a permanent magnet (22b, 24b) arranged below the carrier (12) or laterally to the carrier (12) on the base (10).
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, wobei an gegenüberliegenden Seitenrändern (17) des Trägers (12) jeweils zumindest ein Dauermagnet (22a, 24a) angeordnet ist, welcher jeweils mit einem gleichgerichteten Dauermagnet (22b, 24b) zusammenwirkt, der an einer seitlichen Einfassung (11) der Basis (10) angeordnet ist. Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dauermagneteinheit (20) zumindest ein Halbach-Array aufweist. Positioning device according to one of the preceding claims 9 or 10, wherein on opposite side edges (17) of the carrier (12) each at least one permanent magnet (22a, 24a) is arranged, which cooperates with a rectified permanent magnet (22b, 24b), which at a side skirt (11) of the base (10) is arranged. Positioning device according to one of the preceding claims, wherein the permanent magnet unit (20) has at least one Halbach array.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die Basis (10) und der Träger (12) über einen elektromagnetischen Aktor (40) miteinander gekoppelt sind, welcher zur Ausübung einer, parallel zur Ebene des Trägers (12) ausgerichteten Führungskraft (F) auf den Träger (12) ausgebildet ist. Positioning device according to one of the preceding claims, wherein at least the base (10) and the carrier (12) via an electromagnetic actuator (40) are coupled together, which for the exercise of a parallel to the plane of the carrier (12) aligned with the guide force (F) the carrier (12) is formed.
Positioniervorrichtung nach Anspruch 13, wobei der elektromagnetische Aktor (40) zumindest einen an der Basis (10) angeordneten Elektromagneten (42; 44) und ein am Träger (12) angeordnetes Gegenstück (43; 45), oder wobei der elektromagnetische Aktor (40) zumindest einen Tauchspulen-Aktor aufweist. Positioning device according to claim 13, wherein the electromagnetic actuator (40) comprises at least one electromagnet (42; 44) arranged on the base (10) and a counterpart (43; 45) arranged on the carrier (12), or wherein the electromagnetic actuator (40). has at least one plunger coil actuator.
Positioniervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die erste Elektromagneteinheit (30) von einer Steuerung (3) regulierbar ist, die mit zumindest einem Positionssensor (4) zur Erfassung einer Position des Trägers (12) relativ zur Basis (10) gekoppelt ist. Positioning device according to one of the preceding claims, wherein at least the first solenoid unit (30) is adjustable by a controller (3) which is coupled to at least one position sensor (4) for detecting a position of the carrier (12) relative to the base (10).
Verfahren zum Positionieren eines Substrats mittels einer Positioniervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: Method for positioning a substrate by means of a positioning device (1) according to one of the preceding claims, comprising the steps:
Ermitteln der Position des Trägers (12) relativ zur Basis (10) mittels zumindest eines Positionssensors (4), Determining the position of the carrier (12) relative to the base (10) by means of at least one position sensor (4),
Regulieren des Abstandes zwischen Träger (12) und Basis (10) in Abhängigkeit der ermittelten Position des Trägers (12) mittels zumindest der ersten Elektromagneteinheit (30) und einer Steuerung (3). Computerprogramm zur Steuerung einer Positioniervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, mit Regulating the distance between the carrier (12) and the base (10) as a function of the determined position of the carrier (12) by means of at least the first electromagnet unit (30) and a controller (3). Computer program for controlling a positioning device (1) according to one of the preceding claims 1 to 15, with
Programmmitteln zum Ermitteln der Position des Trägers (12) relativ zur Basis (10) mittels zumindest eines Positionssensors (4), Program means for determining the position of the carrier (12) relative to the base (10) by means of at least one position sensor (4),
Programmmitteln zum Regulieren des Abstandes zwischen Träger (12) und Basis (10) in Abhängigkeit der ermittelten Position des Trägers (12) mittels zumindest der ersten Elektromagneteinheit (30) und einer Steuerung (3). Program means for regulating the distance between the carrier (12) and the base (10) as a function of the determined position of the carrier (12) by means of at least the first solenoid unit (30) and a controller (3).
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