专利名称：用于电动机的线圈组的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于电动机的线圈组。直线和平面电动机用于(例如) 半导体工业中，更具体而言用于光刻装置中。
背景技术：
应用电动机的一个大的领域是在处理，尤其是光刻曝光期间传送 和定位半导体晶片。电动机包括线圈组和磁组件(一维的用于直线电 动机，二维的用于平面电动机)。如果向线圈组施加电流，所生成的 洛伦兹力诱发线圈组和磁组件之间的相对运动。
施加到线圈组的电流产生热，热发散到环境和相邻组件并诱发热 膨胀。在高精确度应用中，如半导体制造中，这种热膨胀可能达到足 以使获得定位的所需高精度不可能。
为了冷却线圈组，US 6313550B1公开了一种盖组件，该盖组件 包围线圈和线圈支架并为冷却每个线圈个体提供一部分流体通道。盖 组件包括多个盖。将每个盖置于单个线圈个体和线圈支架之一上方并 包围它们。利用这种设计，每个盖在一个线圈周围提供单个的流体通 道。盖形成盖腔，设计盖腔的大小和形状以接收、围绕和装配到一个 线圈和线圈支架上。它在每个盖和每个线圈之间提供一部分流体通 道，用于注入流体以冷却每个线圈个体。利用这种设计，通过控制通 道中的流体流动，可以单独地监测和控制每个线圈的温度。
如果利用流体直接冷却单个线圈，尤其是长期这样，就必须要考 虑流体和线圈材料之间的化学反应，该化学反应降低了线圈的品质和 利用这种线圈组的电动机的可操作性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电动机的允许在长寿命期间上的
高精度应用的线圈组。
相应地，本发明提供了一种用于电动机的线圈组，所述线圈组包 括内部流体冷却的外壳，所述外壳中的一个或多个线圈，在所述外壳 上至少在要面对电动机的磁组件的一侧上的最外层，所述最外层由导 电性低或不导电、非磁性或接近非磁性的材料制成。
通过使用内部流体冷却的外壳，提供了充分的热量排除而在流体 和线圈材料之间没有化学反应的危险，这种化学反应从长期来看会降 低线圈组的品质及其可用性。
为了使未被内部流体冷却的外壳除去的热的影响最小化，至少在 要面对电动机的磁组件的一侧上提供最外层。这个位置对热辐射和高 精度定位尤其敏感，因为在电动机中，在线圈组和磁组件之间有薄层 的空气。空气的热膨胀导致折射率的变化。这降低了用于监测位置的 干涉计系统的精确度并使电动机的定位精度下降。
通过将导电性低或不导电、非磁性材料用于最外层， 一方面防止 了热辐射到周围机器零件，另一方面减少了因涡流引起的热量产生和 阻尼并获得了对线圈的机械保护。
在本发明的优选实施例中，外壳向要面对电动机的磁组件的一侧 敞开，且包括用于封闭外壳的盖板，所述盖板具有由导电性低或不导 电的非磁性材料制成的最外层。在该设计中，使线圈组的安装变得方 便，因为一个或多个线圈可以通过开口被放入外壳中。然后用盖板封 闭开口。
优选地，将最外层胶粘到外壳上以与例如螺丝的金属紧固件相比 获得高电压安全性。如果螺丝的尖端突出到紧固它们的平面之外，这 些可能会导致局部的场聚集。另一种更昂贵的方案是根据最外层的材 料将最外层淀积为涂层。
最外层的优选材料为不锈钢、钛或陶瓷。在这些材料中，不锈钢 是最好的导体，但同时又是较不昂贵且最容易加工的材料。
外壳的优选材料为陶瓷。己经证明陶瓷是最容易加工获得具有内 部冷却管道的形状的。此外，它们具有良好的热稳定性且能够尤其与 液态流体很好地工作。
优选的冷却流体为水，因为它到处都有、成本低且具有足够大的 热导率。
在优选实施例中，用金属镀覆外壳以防止热辐射。根据本发明， 至少应当在接触周围空气且未被最外层覆盖的侧面用金属镀覆外壳。 优选地，用金属镀覆被最外层覆盖的所有表面以最有效地防止热辐射 到周围机器零件。
在优选实施例中， 一个或多个线圈是箔线圈以降低热量产生。 优选地， 一个或多个线圈由铝制成。由于选择这种材料而带来的 重量减轻使得线圈电流减小。铝的另一个优点是铝上的氧化物层可以 充当便宜且可靠的绝缘材料。减小的线圈电流又生成更少的热。另一 种适当的材料是铜，其具有比铝高的密度，但也具有更低的电阻率。
以下提供了本发明的详细描述。以非限制性示例的方式提供所述 描述，参考附图阅读该描述，附图中
图1示意性地示出了具有根据本发明的线圈组的电动机的截面
图2示意性地示出了根据本发明的线圈组的部件分解图3a示意性地示出了具有根据本发明的线圈组的电动机的支
座；
图3b示出了从另一个视角看的图3a的支座； 图4a示意性地示出了盖板的细节；以及 图4b示意性地示出了外壳的细节。
具体实施例方式
图1示意性地示出了具有根据本发明的线圈组2和磁组件3的电 动机1。磁组件3包括安装在用于使磁通量回流的钢板32上的磁体 31。
线圈组包括外壳21和盖板23，外壳21具有内部冷却管道22。 在本例中，外壳21由碳化硅(一种陶瓷材料)制成，将水用作流体 冷却剂。通过开口在外壳21中布置了用于电动机的三相操作的三个 线圈26a、 26b、 26c，该开口将朝向磁组件3的磁体31。要指出的是， 也可能使用除三相操作之外的其他操作模式。三个线圈26a、 26b、 26c都是铝箔线圈以使重量和产热最小化，以获得可靠和良好的绝缘 线圈。
借助于盖板23封住外壳21。本范例的盖板23具有与剩余的外 壳材料相同的主要部分24，即碳化硅的主要部分24。作为盖板23的 最外层25，胶粘一层不锈钢板。不锈钢板25应当足够薄，以防止在 线圈组2相对于磁场运动时产生严重的涡流箝位(damping)。此外， 线圈26a、 26b、 26c必须要离磁组件3的磁体31足够近，以在电动 机1中实现最大的力和最大的加速度。
在本例中，不超过大约0.2mm的板厚度已经被证明是有利的。 优选地，在这种情况下，板具有O.lmm的厚度。厚度的实际选择取 决于最外层的材料，线圈和外壳的几何结构和材料以及线圈电流和磁 组件的磁场。用于最外层的其他优选材料为钛或陶瓷。它必须要是导 电性低或不导电、非磁性或接近非磁性材料，且能够抵抗热梯度诱发 的机械应力。
要指出的是，外壳21可以具有任何其他形状，且最外层25可以 比本范例中延伸更多的表面。
如图4a所示，用胶将不锈钢板25施加到盖板23的主体24上。 将胶涂布成三个层27a、 27b、 27c。这么做以进一步增强高电压的安 全性。可能在胶层中密封有最小的气泡并导致局部的高电场。通过涂 布至少两层胶，使气泡分布地更加均匀，且它们的尺寸平均小于一个 厚层中的尺寸。本范例的胶层27a、 27b、 27c具有大约O.lmm的厚 度。
如果像在半导体制造业中那样，要在真空中或洁净室气氛中使用 线圈组2，应当选择仅表现出低排气性的胶。不锈钢板25进一步防 止了排气。
外壳21的未被不锈钢板25所覆盖的外表面镀有金属以进一步防 止热辐射到周围空气和电动机部件，以及辐射到将电动机1用于其中 的更大装置的部件。例如，在光刻设备中，光学部件的热膨胀可能会
导致晶片的缺陷性曝光。由于金属镀层28相当薄，因此仅在图4b中 所示的细节中图示了它。
在图1所示的范例中，在线圈组2的外壳21上提供温度传感器 29用于监测温度。如果温度增加到某阈值以上，就减小所供的功率 以避免电动机1的每个线圈组2过载。要指出的是，可以分别根据电 动机1的线圈组2的实际应用，自由选择温度传感器29的数量和位 置。
图2示意性地示出了线圈组2的部件分解图。线圈26a、 26b、 26c装配到外壳21中，将由盖板23封闭外壳21。外壳21提供了线 圈组2到基本结构的几个接口。在本例中，有两个水接口41a、 41b， 作为内部冷却管道的水入口和水出口。有三个电源接口 42a、 42b、 42c，每一个用于每个线圈26a、 26b、 26c。还有电缆接口 43，例如
用于传输控制信号。
图3a示出了如何可以在支座4下设置四个线圈组2a、 2b、 2c、 2d。设置它们以在它们中间提供用于电子盒5的空间。电子盒5包含 用于测量支座4的位置的霍尔传感器。支座4是两级电动机的一部分。 作为底级，其在超过几十厘米的长冲程上移动。在支座4上设置第二 级(未示出)，用于在亚微米范围内的短冲程移动。借助于干涉式位 置测量，在第二级上获得了nm级精度的定位。
支座4可以用于具有六个自由度的平面电动机。线圈组2a、 2c 主要用于Y方向的运动，线圈组2b、 2d用于X方向的运动。所有四 个线圈组2a、 2b、 2c、 2d—起可以用于控制Z方向上的运动并通过 各种组合用于沿任何方向使支座倾斜。
图3b示出了从较高观察点看到的图3a的支座4，如从图3b所 能看到的，热可以从线圈组2a、 2c、 2d侧面从支座4下辐射出来。 因此，在本例中，如前所述，用金属镀覆线圈组2a、 2b、 2c、 2d的 外壳21。镀层防止了热辐射到周围空气以及承载高精度定位第二级 的支座4。
用总功率为375W的电流驱动本例的线圈组2。尤其借助于内冷
式外壳21和最外层25，在支座侧上将传导到环境的热有效降低到 375W的0.8。/。，在外壳21的垂直侧降低到0.3%，在面对磁组件3 — 侧降低到0.3%。
尽管已经描述了本发明的几个优选实施例，本领域的技术人员将 会理解，可以作出各种改变、修改和替换而不背离本发明的精神和概 念。因此，以具有所附权利要求的恰当范围的任何形式或变型要求本 发明的权益。例如，可以利用独立权利要求的特种作出以下从属权利 要求的各种特种组合，而不背离本发明的范围。此外，权利要求中的 任何附图标记不应被解释为对范围的限制。
附图标记列表
1 电动机
2a，b，c，d 线圈组
3 磁组件
4 支座
21 外壳
22 内部冷却通道
23 盖板
24 盖板的主要部分
25 最外层 26a，b,c 线圈 27a，b，c 胶
28 金属涂层
29 温度传感器
31 磁体
32 钢板 41a，b 水接口 42a,b，c 电源接口 43 电缆接口
权利要求
1.一种用于电动机(1)的线圈组(2)，所述线圈组(2)包括由内部流体冷却的外壳(21)；所述外壳(21)中的一个或多个线圈(26a、26b、26c)；在所述外壳(21)上至少在要面对电动机(1)的磁组件(3)的一侧上的最外层(25)，所述最外层(25)由导电性低或不导电、非磁性或接近非磁性的材料制成。
2. 根据权利要求1所述的线圈组，其中所述外壳(21)向所述 要面对电动机(1)的磁组件(3)的一侧敞开，且其中所述外壳(21) 包括用于封闭所述外壳(21)的盖板(23),所述盖板(23)包括所 述最外层(25)。
3. 根据权利要求1或2所述的线圈组，其中所述最外层(25) 是胶(27a， 27b， 27c)粘到所述外壳(21)的。
4. 根据权利要求1到3的任一项所述的线圈组，其中所述最外 层(25)由不锈钢、钛或陶瓷制成。
5. 根据权利要求1到4的任一项所述的线圈组，其中所述外壳 (21)由陶瓷制成。
6. 根据权利要求1到5的任一项所述的线圈组，其中所述外壳 (21)是用水冷却的。
7. 根据权利要求1到6的任一项所述的线圈组，其中所述外壳 (21)镀有金属(28)。
8. 根据权利要求1到7的任一项所述的线圈组，其中所述一个 或多个线圈(26a， 26b， 26c)为箔线圈。
9.根据权利要求1到8的任一项所述的线圈组，其中所述一个 或多个线圈(26a， 26b， 26c)由铝制成。
全文摘要
电动机(1)的线圈组(2)产生热，当需要将电动机(1)用于高精度定位应用时，这可能是一个缺点。为了降低热的不利影响，在内冷式的外壳(21)中设置线圈(26a，26b，26c)。所述外壳(21)在至少在要面对电动机(1)的磁组件(3)的一侧上具有最外层(25)，所述最外层(25)由导电性低或不导电、非磁性或接近非磁性的材料制成。最外层(25)防止热辐射到环境中。
文档编号H02K5/20GK101107771SQ200680002521
公开日2008年1月16日 申请日期2006年1月13日 优先权日2005年1月18日
发明者F·范加尔, H·J·埃金科, J·C·康普特, P·C·M·弗里森, R·泰伯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司