セラミック系超電導体のマイスナ効果を利用した浮上型真空中マイクロ搬送装置

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03555049
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤田 博之 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (90134642)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷川 紘 日本電気(株), 生産材料技術本部, 部長代理 ; 生駒 俊明 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (80013118)

Research Abstract

本研究では、超電導体と永久磁石の間に働く反発力を用い、真空中で小型の物体を浮上しながら搬送する装置の開発を行っている。この装置の応用として、真空連結した超清浄半導体プロセス内での搬送装置などを考え、半導体微細加工で作る超小型の浮上装置を用いることで、マイクロマシンにおける摩擦の問題と接触面からの発塵やガス放出の問題の抜本的解決を図っている。計画に従い研究を行い、昨年度は、マイスナ効果による浮上型搬送機構モデルの製作を行った。更に今年度は以下の結果を得た。
(1)浮上型X-Y2方向搬送機構の製作と性能評価:
超電導体として、イットリウム系の焼結バルク材を用いた。その上に駆動電極として、ポリイミドの絶縁膜上に銅フィルムを圧延し、それをフォトリソグラフィーとエッチングで180μmピッチの帯状に加工したものを2枚、電極が互いに直交するように重ねた。スライダー(浮上して動く部分)は、希土類磁石の粉末をエポキシ樹脂で固めたボンド磁石(1mm立方)を4つ、3mm角の銅薄板に貼り付けたものを用いた。超電導体を冷やす冷却系を付加し、真空容器内で実験を行った。最小500〜65mAの電流でスライダーを動かし、ループや階段状など任意の二次元的軌跡を実現した。700mAでの瞬間最大速度は33mm/sだった。1ステップ(180μm)動かすときのステップ応答時間は20msであった。
(2)応用の検討:
上記の結果より、本装置は例えば半導体製造用の真空装置内でのウェーハの搬送装置に応用するのに十分な基本性能を満足することが分かった。

Research Products

• [Publications] 藤田 博之: "超電導のマイクロマシンへの応用" 日本応用磁気学会、第75回研究会資料、超電導のトピックス. 23-28 (1992)
• [Publications] 前田 吉彦、藤田 博之: "真空用超電導マイクロアクチュエータ" 日本機械学会、機械力学・計測制御講演論文集(B). 920-55. 102-105 (1992)
• [Publications] 藤田 博之: "真空中のマイクロアクチュエータ" 「真空」(日本真空協会). 35巻7号. 631-636 (1992)
• [Publications] Y.Maeda,K.Aihara,H.Fujita: "A Vacuum-compatible X-Y Microactuator using the Levitational Effect of a Superconductor" Proc.of the IMACS/SICE ISRMMS'92,Kobe,Japan. (1992)
• [Publications] 前田 吉彦、合原 一幸、藤田 博之: "Y系超電導体を用いた真空用Y-X2自由度マイクロアクチュエータ" 電気学会論文誌A. 112巻12号. 1007-1014 (1992)
• [Publications] 前田 吉彦、合原 一幸、藤田 博之: "超電導磁気浮上マイクロアクチュエータ-真空用XY搬送デバイスへの応用" 機械学会第70期通常総会講演会. 論文2536. (1993)