六自由度微动装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种六自由度微动装置。
【背景技术】
[0002]在光刻机中，为了补偿长行程粗动台的控制精度，需要在粗动台之上加入超精密微动台，微动台的定位精度和定位速度一定程度上决定了光刻机的曝光精度和生产效率，因此微动台逐渐成为光刻机核心技术之一。
[0003]目前国内外的纳米级微动台主要分为三类:借助丝杠传动的伺服电机微动台、压电陶瓷微动台以及音圈电机驱动的磁浮微动台。前两种微动台由于机械摩擦阻尼非线性等因素很难满足光刻机高精度、高加速度、高度响应特性等要求，但采用音圈电机驱动微动台的方式可以满足以上要求。但现存的微动台所采用的音圈电机驱动方式中，线圈多采用漆包线绕制的方式，因此尺寸很难做到与设计值完全一致，且只能采用线圈各自封装的动子或定子结构，因此电机整体可靠性不高。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种六自由度微动装置，以克服现有技术中微动装置中电机可靠性不高的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种六自由度微动装置，包括:上、下背板、设置在所述上、下背板之间且间隔设置的水平向音圈电机和垂向音圈电机，所述水平向音圈电机和垂向音圈电机均采用PCB线圈，使得微动装置的多个音圈电机结构尺寸更加接近设计值，从而减小了因结构尺寸与设计值存在偏差而导致的推力波动与推力干扰。由于PCB线圈的工艺限制，使微动装置中电机在同等条件下相对于漆包绕制的传统电机推力常数小，减少额为30%左右。
[0006]较佳的，所述水平向音圈电机和垂向音圈电机的PCB线圈设置在一块PCB板上，使得微动装置中音圈电机机构强度、可靠性增加。
[0007]较佳的，所述水平向音圈电机的PCB线圈中心位置设置有重力补偿磁铁，减少了水平向电机的出力发热，同时可以将水平向出力电机做得更小，使微动台结构更加紧凑。
[0008]较佳的，所述垂向音圈电机的PCB线圈中心位置设置有重力补偿磁铁，减少了垂向电机的出力发热，同时可以将垂向出力电机做得更小，使微动台结构更加紧凑。
[0009]较佳的，所述水平向音圈电机为平板型音圈电机，所述垂向音圈电机为圆筒型音圈电机。
[0010]较佳的，所述平板型音圈电机包括:设置在所述PCB线圈上下两侧的一维磁钢阵列，还包括上、下导磁背铁，用于固定设置在所述PCB线圈上下两侧的一维磁钢阵列。
[0011]所述一维磁钢阵列包括:沿一维方向交替排列的S磁铁和N磁铁和位于磁铁N和磁铁S之间的磁铁H。所述上、下导磁背铁上的对应磁铁的极性相反。
[0012]较佳的，所述平板型音圈电机设置偏离所述六自由度微动装置质心。
[0013]较佳的，所述上、下背板上分别设置有与所述平板型音圈电机对应的矩形槽。
[0014]较佳的，所述圆筒型音圈电机包括分别设置在PCB线圈上下两侧的磁铁S和磁铁
N0
[0015]较佳的，所述上、下背板上分别设置有用于容纳所述圆筒型音圈电机的圆柱形槽。
[0016]较佳的，所述PCB线圈的制作过程为:将两面均有铜层的芯板上蚀刻各层的导线设计分布图形，然后在各层芯板之间填充树脂，最后将交替排列的树脂和芯板在加热的同时压制成形。
[0017]较佳的，所述树脂为玻璃纤维环氧树脂。
[0018]较佳的，所述水平向音圈电机和垂向音圈电机的数目分别为N个，N为大于等于3的整数。
[0019]较佳的，所述PCB线圈包括多层线圈，且多层线圈串联。
[0020]与现有技术相比，本发明的六自由度微动装置，包括:上、下背板、设置在所述上、下背板之间且间隔设置的水平向音圈电机和垂向音圈电机，所述水平向音圈电机和垂向音圈电机均采用PCB线圈，使得微动装置的多个音圈电机结构尺寸更加接近设计值，从而减小了因结构尺寸与设计值存在偏差而导致的推力波动与推力干扰。由于PCB线圈的工艺限制，使微动装置中电机在同等条件下相对于漆包绕制的传统电机推力常数小，减少额为30%左右。
【附图说明】
[0021]图1为本发明一【具体实施方式】中微动装置的整体结构示意图；
[0022]图2为本发明一【具体实施方式】中微动装置的组装示意图；
[0023]图3为本发明一【具体实施方式】中音圈电机阵列分布意图；
[0024]图4为本发明一【具体实施方式】中下背板的结构示意图；
[0025]图5为本发明一【具体实施方式】中重力补偿磁铁的分布示意图；
[0026]图6为本发明一【具体实施方式】中PCB线圈的外观示意图；
[0027]图7为本发明一【具体实施方式】中第一 PCB线圈各层线圈排布不意图；
[0028]图8为本发明一【具体实施方式】中第二 PCB线圈各层线圈排布示意图；
[0029]图9为本发明一【具体实施方式】中平板型音圈电机结构示意图；
[0030]图10为本发明一【具体实施方式】中平板型音圈电机重力补偿示意图；
[0031]图11为本发明一【具体实施方式】中圆筒型音圈电机重力补偿不意图(方案I)；
[0032]图12为本发明一【具体实施方式】中圆筒型音圈电机结构不意图(方案2);
[0033]图13为本发明一【具体实施方式】中圆筒型音圈电机水平向运动时的出力仿真图；
[0034]图14为本发明一【具体实施方式】中圆筒型音圈电机作垂向运动时的出力仿真图。
[0035]图中:
[0036]I 1a-上背板、I 1b-下背板、111-矩形槽、112-圆柱形槽；
[0037]120-PCB 线圈、121-第一 PCB 线圈、122-第二 PCB 线圈、
[0038]1201、1202、1203、1204_ 孔；
[0039]130-水平向音圈电机、131-导磁背铁、1311-上导磁背铁、1312-下导磁背铁、132-水平向磁铁、1321-磁铁N、1322-磁铁S、1323-磁铁H ；
[0040]140-垂向音圈电机、141-垂向磁铁、1411-主磁极磁铁S、1412-主磁极磁铁N ;
[0041]151-第一重力补偿磁铁、152-第二重力补偿磁铁。
【具体实施方式】
[0042]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0043]如图1?5所示，本发明的六自由度微动装置，包括:上、下背板110a、IlOb和设置在上、下背板IlOaUlOb之间且间隔设置的水平向音圈电机130和垂向音圈电机140。
[0044]请重点参照图2，所述水平向音圈电机130包括:第一 PCB线圈121、导磁背铁131和水平向磁铁132 ;所述垂向音圈电机140包括:垂向磁铁141和第二 PCB线圈122 ;所述第一、第二 PCB线圈121、122共同形成在一块PCB板上以形成一整体的PCB线圈120。
[0045]请参照图2?5，所述水平向音圈电机130为平板型音圈电机，所述垂向音圈电机140为圆筒型音圈电机。对应的，第一 PCB线圈121、导磁背铁131均为长方体形，所述水平向磁铁132为方形框；而所述垂向磁铁141为圆柱形，所述第二 PCB线圈122为圆环状。
[0046]进一步的，所述上、下背板IlOaUlOb上分别设有与所述导磁背铁131和水平向磁铁132对应的矩形槽111，以及与所述垂向磁铁141对应的圆柱形槽112。所述导磁背铁131和水平向磁铁132分别粘接为一个整体后，分别嵌入上、下背板IlOaUlOb上的矩形槽111内；垂向磁铁141嵌入上、下背板IlOaUlOb上的圆柱形槽112内。
[0047]本实施例中，水平向音圈电机130和垂向音圈电机140的数目分别为3个，其排布方式如图3所不。水平向音圈电机130通电后产生X向推力、Y向推力、Rz转矩；垂向音圈电机140通电后产生Z向推力、Rx、Ry转矩。通过将上述微动装置与电机控制算法结合，可以产生任意水平方向的推力(不仅仅是X向、Y向)以及任意水平轴向的转矩(不仅仅是Rx > Ry)，即实现六自由度运动。
[0048]请重点参照5，所述微动装置具有重力补偿功能。具体地，所述第一 PCB线圈121内安装有第一重力补偿磁铁151、所述第二 PCB线圈122内安装有第二重力补偿磁铁152。需要说明的是，图5中所示的第一、第二重力补偿磁铁151、152均位于PCB线圈120的内部，PCB线圈120以印刷电路的形式分层布线，重力磁铁内嵌在PCB线圈120中心位置。
[0049]优选地，根据实际需要，可以以所述上、下背板IlOaUlOb为定子，中间的电机为动子；也可以以上、下背板IlOaUlOb作为动子，而电机作为定子。本实施例以电机为动子为例说明，则电机线圈为定子线圈，均采用PCB印刷电路的形式，所以可以将定子线圈阵列做成一整体(即PCB线圈120)。
[0050]整体的PCB线圈120的外观如图6所示，所述PCB线圈120的表面设有若干孔，每一孔对应一层PCB线圈120，孔主要分为两种:引接线孔和层间连接孔。其中，引接线孔只与第一层或最后一层PCB线圈120短接，层间连接孔则短接第一层与最后一层之间的相邻的某两层(如第二层和第三层、第三层和第四层)。图6中:孔1201代表水平向电机的PCB线圈120层间连接孔；孔1202代表垂向电机的PCB线圈120层间连接孔；孔1203代表水平向电机的引接线孔，两孔分别接第一层和最后一层；孔1204代表垂向电机的引接线孔。
[0051]当然，PCB线圈120采用分层设计，图7示意了平板型音圈电机的第一 PCB线圈121内部排布方式，实际应用中线圈的具体层数可以根据需要增加或减少。本实施例以四层线圈为例，第一层导线起始端对应一个引接线孔，然后沿逆时针方向(或者顺时针)排布至中心位置，再在第一 PCB线圈121上做通孔，连接至第二层，第二层导线再以逆时针方向从里向外排布至外围，与第三层连接，第三层再以与第一层相同的方式连接第四层，如此依次类推，直至最底层，