六自由度微动台的制作方法

文档序号:3003050
专利名称:六自由度微动台的制作方法
技术领域
本发明涉及精密微控领域,尤其关于一种六自由度微动台。
背景技术
光刻是指将一系列掩模版上的芯片图形通过曝光系统依次转印 到硅片相应层上的复杂工艺过程,在光刻设备中,工件台精密定位一 般采用粗微定位方式,大行程驱动装置驱动微动台实现高速高加速度 的长距粗定位,而由微动台最终完成精密定位。在光刻机中,微动台 的作用是承载硅片,并对硅片进行精确定位,这种精确定位包括垂向
和水平向的6自由度精密调整和定位。微动台和粗动台结合可以实现 大行程运动和纳米级的精密定位。
专利US5204712公开了一种6自由度的微动台,该微动台通过点接 触的三组凸轮机构,通过一个柔性机构连接到承片台上。通过簧片导 向,共同驱动承片台,从而实现垂向(Z, Rx, Ry)的调平调焦功能。 水平向通过Y1-Y2-X三组洛仑兹电机实现X、 Y和Rz三自由度的微调。
专利US6054784公开了一种6自由度的微动台,该微动台水平向通 过呈120度等间隔布置的三组洛仑兹电机实现X、 Y和Rz三自由度的微 调,其中为了縮减体积,使结构更紧凑,三组120°等间隔布置的洛 仑兹电机被集成一体并呈三角形。三组垂向执行器共同驱动承片台, 从而实现垂向(Z, Rx, Ry)的调平调焦功能兼具垂向减振功能。从对己有的微动台技术分析,可以发现现有6自由度微动台普遍 采用水平向三组和垂向三组微执行器实现微动台的6自由度精密定 位。而且水平向和垂向的微执行器具有不同结构特征,甚至驱动原理 也不尽相同,这就造成微动台驱动装置的装配安装工艺复杂,对于新 型微动台的开发,需要开发两种不同形式的驱动器,这就延长了开发 周期,增加了开发成本。

发明内容
为满足精密微动台的各向微控需求,本发明提供了一种六自由度 微动台,包括至少三个两自由度微驱动装置,呈等同的夹角,水平平 均地设置于圆形微动承载台的圆周上;所述两自由度微驱动装置包括 两对电磁铁, 一个设有电磁衔铁的微执行器动子;所述两对电磁铁, 一对水平, 一对垂直呈十字形对称设置;所述微执行器动子固定在圆 形微动承载台上,设置于十字形电磁铁中心。
电磁铁呈"E"字形,电磁铁线圈设置于"E"字形结构中央,"E"
字形结构右侧作为电磁铁的磁极面对微执行器动子;微执行器动子在 水平和垂直方向上对应电磁铁的磁极均设有电磁衔铁,动子在电磁衔 铁和电磁铁之间电磁力的作用下可在十字形电磁铁中心处作六自由 度的运动。通过电磁铁对微执行器动子的可控高精度微动控制,实现 对微动承载台的六自由度微动。
本发明只需设计一种微驱动装置,便可实现六自由度的微动台微 动,其结构以及装配安装工艺简单,开发周期短。


图1为本发明所述微驱动装置的工作原理图2为本发明所述两自由度微驱动装置的结构图3为本发明所述的六自由度微动台的侧视图4位本发明所述的三微驱动装置的六自由度微动台俯视图5位本发明所述的四微驱动装置的六自由度微动台俯视图。
具体实施例方式
下面通过说明书附图,详细阐述本发明的具体实施例 如附图l所示,本发明采用电磁铁的工作原理,将两组电磁铁并 排放置,电磁铁线圈固定放置作为微执行器的定子,衔铁部分固定安 装(机械联结或粘结)在微驱动装置的动子上。当左右电磁铁线圈2、
5通电时,电磁吸力分别通过电磁衔铁3、 4作用在微执行器动子7 上,将两电磁铁磁极l、 6对应衔铁吸力相等的动子位置作为平衡位 置。通过控制线圈电流的大小,微调线圈磁极对衔铁的电磁吸力,从 而控制微执行器的动子7在两磁极1、 6间的相对位置,并满足位置 的快速调节和精密定位的功能。
其中,线圈对衔铁的电磁引力大小的计算公式为-
丄2 4"0AV
式中K为磁路常数;
//。为真空磁导率;
^为空气对真空的相对磁导率;
7V为线圈匝数;^为磁极面积; /为线圈电流;
丄为线圈磁极与动子衔铁的间隙距离。 电磁引力F与线圈电流/以及间隙距离Z成非线性关系,需要进 行线性化处理,如下<formula>formula see original document page 6</formula> 式中F。为初始位置的的电磁吸力;
i^为电磁力偏移系数;
《,为电磁力电流系数。
在图l中,如果两对电磁铁水平向放置,动子的动力学方程为:<formula>formula see original document page 6</formula>
式中M为微执行器动子的质量;
^为微执行器动子的水平向加速度; A为电磁磁极6对衔铁4的电磁引力; F2为电磁磁极1对衔铁3的电磁引力。
如果两对电磁铁垂向放置,,那么,动子的动力学方程为<formula>formula see original document page 6</formula>式中M为微执行器动子的质量;
2为微执行器动子的垂向加速度; g为重力加速度;巧为电磁磁极6对衔铁4的电磁引力;
F2为电磁磁极1对衔铁3的电磁引力。 如附图2所示,如果将两组如图l所示装置分别一组水平向布置, 一组垂向布置,并共同作用于同一个动子,那么就形成如图2所示的 本发明的具有特殊结构的两自由度微驱动装置8。该驱动装置可以同 时实现动子的水平向和垂向运动,且水平向和垂向运动相互独立,没 有机械耦合。在两组如图1所示装置组合一体形成的微驱动装置8中, 水平向的电磁铁线圈和垂向电磁铁线圈的微小漏磁会影响到该为驱 动装置的定位精度,因此,在纳米级高精密定位精度下,需要对水平 向和垂向的电磁铁线圈进行磁隔离,降低磁干扰,以提高其定位精度。 实施例一
如附图4所示,将三组具有如图2的特殊结构的微驱动装置8成 120°等圆周布置在微动台内部,且将三组驱动装置的几何中心与微 动台的重心重合。微驱动装置8的4个电磁铁线圈安装在大行程驱动 基座上,动子直接与微动承载台相联。这样可以尽量减小电磁铁线圈 产生的热量对微动台的干扰。对动子的位置控制可以使用电容传感器 或LVDT等纳米级位置传感器作为测量传感器。
实施例二
如附图5所示,也可以采用四组具有如图2的特殊结构的微驱动装 置8相互垂直布置在微动台内部,使四组该驱动装置的几何中心与微 动台的重心重合。该种布局方式在垂向和水平向各存在一个冗余自由 度,给控制带来难度和复杂度,但这种方式具有驱动力大,运动平稳的优点。
如图3所示,本发明所述的六自由度微动台还包括一个微动承载 台安装基座9,连接固定微动承载台;还连接有长行程驱动装置10, 用于长行程低精度移动,实现初步的粗略定位。
以上介绍的仅仅是基于本发明的两个较佳实施例,并不能以此来 限定本发明的范围。任何对本发明的机制作本技术领域内熟知的部件 的替换、组合、分立,以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的 等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。
权利要求
1. 一种六自由度微动台,其特征在于包括至少三个两自由度微驱动装置,呈等同的圆周夹角,平均设置于微动承载台的边缘;所述两自由度微驱动装置包括两对电磁铁,一个设有电磁衔铁的微执行器动子;所述两对电磁铁,一对水平、一对垂直对称设置呈十字形;所述微执行器动子固定在圆形微动承载台上,设置于十字形的中心。
2、 如权利要求1所述的六自由度微动台,其特征在于所述两自 由度微驱动装置的电磁铁呈"E"字形,电磁铁线圈设置于"E"字形 结构中央,"E"字形结构右侧作为电磁铁的磁极,面对微执行器动子。
3、 如权利要求l所述的六自由度微动台,其特征在于所述微执 行器动子在水平和垂直方向上,对应电磁铁的磁极,均设有电磁衔铁。
4、 如权利要求l、 2、 3所述的六自由度微动台,其特征在于所 述微执行器动子在电磁衔铁和电磁铁之间电磁力的作用下,在十字形 电磁铁中心处作六自由度的运动。
5、 如权利要求1所述的六自由度微动台,其特征在于所述微动 承载台呈圆形,两自由度微驱动装置设置在微动承载台的圆周上。
6、 如权利要求1所述的六自由度微动台,其特征在于所述微动 台还包括一个微动承载台安装基座,与微动承载台连接,两自由度微 驱动装置的"E"字型电磁铁安装在微动承载台安装基座上。
7、 如权利要求1所述的六自由度微动台,其特征在于所述微动 台连接长行程驱动装置用于长行程低精度移动。
全文摘要
本发明提供了一种六自由度微动台,包括至少三个两自由度微驱动装置,呈等同的夹角,水平平均设置于圆形微动承载台的圆周上;所述两自由度微驱动装置包括两对电磁铁,一个设有电磁衔铁的微执行器动子;两对电磁铁,一对水平,一对垂直呈十字形对称设置;微执行器动子固定在圆形微动承载台上,设置于十字形电磁铁中心。通过电磁铁对微执行器动子的高精度控制,实现对微动承载台的六自由度微动。本发明只需设计一种微驱动装置,其微动台的结构以及装配安装工艺简单,开发周期较短。
文档编号B23Q1/00GK101290476SQ200810037649
公开日2008年10月22日 申请日期2008年5月20日 优先权日2008年5月20日
发明者严天宏, 王天明, 袁志扬 申请人:上海微电子装备有限公司
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