一种磁屏蔽结构、音圈电机及光刻机的制作方法

1.本实用新型涉及集成电路制造设备的技术领域，具体而言，涉及一种磁屏蔽结构、音圈电机及光刻机。


背景技术：

2.集成电路制造业中使用的光刻机，包括光源和摆放晶圆的基板，光线照在涂有感光材料的晶圆上的指定区域，完成曝光，以将所需要的电路图刻在晶圆上。此外，晶圆置于基板上，通过晶圆托举装置固定，而晶圆托举装置通过音圈电机提供的电磁力托举晶圆上下运动。因此，音圈电机的性能直接影响光刻机的性能。音圈电机包括磁钢和线圈两部分，磁钢作为运动部分，线圈作为固定部分，线圈通电后控制磁钢上下运动，从而为晶圆托举装置提供动力。
3.但是，现有技术中，音圈电机漏磁较多，导致电机出力较小，与周围零部件之间的相互干扰也较大。


技术实现要素：

4.本实用新型的第一个目的在于提供一种磁屏蔽结构，以解决现有技术中存在的音圈电机漏磁较多，导致电机出力较小，与周围零部件之间的相互干扰也较大的技术问题。
5.本实用新型提供的磁屏蔽结构，应用于音圈电机，包括均由导磁材料制成的外壳、上导磁体和下导磁体，所述外壳包括上筒体和下筒体，所述下筒体用于容置所述音圈电机的线圈，所述音圈电机的磁钢活动插设于所述线圈内，所述上导磁体能够设置于所述磁钢的顶端，所述下导磁体能够设置于所述磁钢的底端，所述上导磁体、所述磁钢和所述下导磁体三者共同形成动子，所述动子能够沿所述外壳的轴向运动。
6.本实用新型提供的磁屏蔽结构，能够产生以下有益效果：
7.本实用新型提供的磁屏蔽结构，导磁材料制成的上导磁体、外壳和下导磁体均对磁钢的磁感线起到引导作用，使得磁钢的磁感线沿上导磁体、外壳和下导磁体闭合，从而对外漏磁减少，而且由于上导磁体和下导磁体均随磁钢运动，所以，即使磁钢在运动过程中，该磁屏蔽结构仍能够起到磁屏蔽作用，主要磁感线仍能够穿过线圈，进而能够增加磁场的利用率，相同电流的情况下能够增加电机出力；此外，对外漏磁减少，还能够减少音圈电机与周围零部件之间的互相干扰，进而提高设备精度。
8.进一步地，所述磁钢处于最高位置时，所述上筒体的顶端不低于所述磁钢的最高点；所述磁钢处于最低位置时，所述下筒体的底端不高于所述磁钢的最低点。
9.该技术方案下，外壳的高度设置，使得磁钢在整个运动过程中，均能够被外壳、上导磁体和下导磁体共同形成的磁屏蔽结构完全包围，从而不论磁钢运动至哪个位置，其磁感线均通过外壳，从而对外漏磁进一步减少，磁场利用率进一步提高，电机出力进一步增加，设备精度也进一步提高；此外，电机与周围零部件之间的相互干扰也进一步减小。
10.进一步地，所述磁钢处于最高位置时，所述上筒体的顶端与所述磁钢的顶端之间
的距离e大于所述上筒体的内表面与所述磁钢的内表面之间的距离f；
11.所述磁钢处于最低位置时，所述下筒体的底端与所述磁钢的底端之间的距离g大于所述下筒体的内表面与所述磁钢的内表面之间的距离h。
12.该技术方案下，位于外侧的磁路在顶端和底端的磁阻均比较小，有利于增大电机出力；此外，磁钢处于最高位置时距离上筒体的顶端较远，处于最低位置时距离下筒体的底端较远，还均有利于避免磁钢受到额外扰动力的影响。
13.进一步地，所述磁钢处于最高位置时，所述下筒体的顶端不低于所述磁钢的最低点；所述磁钢处于最低位置时，所述下筒体的顶端不高于所述磁钢的最高点。
14.该技术方案下，通过对下筒体高度的设置，能够有效避免磁钢在整个运动过程中，尤其是运动至最高位置和最低位置时，因受上筒体的吸力影响而导致额外的扰动力。
15.进一步地，所述磁钢处于最高位置时，所述下筒体的顶端与所述磁钢的底端之间的距离a大于所述下筒体的内表面与所述磁钢的外表面之间的距离b；
16.所述磁钢处于最低位置时，所述下筒体的顶端与所述磁钢的顶端之间的距离d大于所述上筒体的内表面与所述磁钢的外表面之间的距离c。
17.该技术方案下，磁钢运动至最高位置时，即使在磁路的底端，位于内侧的磁路的磁阻仍与位于外侧的磁路的磁阻比较接近，所以，磁钢运动至最高位置时受到的扰动力小；而磁钢运动至最低位置时，由于位于内侧的磁路在顶端的磁阻增加较少，从而磁通减少也较少，所以，磁钢受到的向上的扰动力比较小。
18.进一步地，所述下筒体的内径大于等于所述线圈的外径，所述上筒体的内径小于等于所述线圈的内径且大于所述磁钢的外径。
19.该技术方案下，下筒体与上筒体两者的内径之差大于等于线圈的厚度，所以，在保证线圈能够顺利安装以及磁钢能够顺利运动的前提下，还能够发挥上筒体与下筒体的连接处对线圈的限位作用，从而有效保证线圈安装的牢固性。此外，上筒体的内径小于下筒体的内径，能够有效减小磁路磁阻，从而增加电机出力。
20.优选地，所述上筒体的内径与所述线圈的内径相等。
21.该技术方案下，磁钢与上筒体之间的间隙和与线圈之间的间隙相等，能够有效避免磁钢上下运动时与上筒体之间的干涉，运动顺畅性更高。
22.优选地，所述下筒体的内径与所述线圈的外径相等。
23.该技术方案下，便于固定线圈；且下筒体与线圈之间的气隙很小，线圈的绕线面积大，从而能够增加电机推力。
24.进一步地，所述上筒体的外径小于所述下筒体的外径；所述外壳还包括环形台，所述环形台的内径与所述上筒体的内径相等，外径与所述下筒体的外径相等；所述环形台的一个端面与所述上筒体的底端密封连接，另一个端面与所述下筒体的顶端密封连接，且所述上筒体、所述环形台和所述下筒体三者同轴设置。
25.该技术方案下，上筒体的体积、占用空间以及重量均比较小，从而音圈电机的整体体积、占用空间以及重量也比较小。
26.进一步地，所述外壳为一体式结构。
27.该技术方案下，上筒体和下筒体一体制成，对磁感线的导磁效果好，磁感线的分布也更加均匀。
28.进一步地，所述上导磁体和所述下导磁体均呈空心圆柱状，且两者的横截面均与所述磁钢的横截面相同。
29.该技术方案下，上导磁体能够完全覆盖磁钢的顶端面，下导磁体能够完全覆盖磁钢的底端面，从而上导磁体和下导磁体对磁感线的导磁效果均比较好，能够减少漏磁。此外，上导磁体和下导磁体设置为空心结构，用料少、成本低，且便于拿取和装卸。
30.本实用新型的第二个目的在于提供一种音圈电机，以解决现有技术中存在的音圈电机漏磁较多，导致电机出力较小，与周围零部件之间的相互干扰也较大的技术问题。
31.本实用新型提供的音圈电机，包括线圈、磁钢和上述的磁屏蔽结构，所述线圈固定插设于所述下筒体内，所述磁钢活动插设于所述线圈内。
32.本实用新型提供的音圈电机，导磁材料制成的上导磁体、外壳和下导磁体均对磁钢的磁感线起到引导作用，使得磁钢的磁感线沿上导磁体、外壳和下导磁体闭合，从而对外漏磁减少，而且由于上导磁体和下导磁体均随磁钢运动，所以，即使磁钢在运动过程中，磁屏蔽结构仍能够起到磁屏蔽作用，主要磁感线仍能够穿过线圈，进而能够增加磁场的利用率，相同电流的情况下能够增加电机出力；此外，对外漏磁减少，还能够减少音圈电机与周围零部件之间的互相干扰，进而提高设备精度。
33.进一步地，所述磁钢处于最低位置时，所述磁钢的底端不低于所述线圈的最低点；所述磁钢处于最高位置时，所述磁钢的底端不高于所述线圈的最高点。
34.该技术方案下，磁钢处于最低点时，磁钢下表面高于线圈下表面能够使磁钢产生的磁场切割更多线圈，提高了磁场的利用率，同理，磁钢处于最高点时，磁钢下表面低于线圈上表面同样能够提高磁场的利用率，能够有效保证线圈对磁钢的作用。
35.进一步地，所述磁钢处于最低位置时，所述线圈的底端与所述磁钢的底端之间的距离k大于所述磁钢的外表面与所述下筒体的内表面之间的距离b；
36.所述磁钢处于最高位置时，所述线圈的顶端与所述磁钢的底端之间的距离m大于所述磁钢的外表面与所述下筒体的内表面之间的距离b。
37.该技术方案下，磁钢在运动过程中，穿过线圈的磁场比较密集，从而有利于提高线圈和磁场的利用率。
38.本实用新型的第三个目的在于提供一种光刻机，以解决现有技术中存在的音圈电机漏磁较多，导致电机出力较小，与周围零部件之间的相互干扰也较大的技术问题。
39.本实用新型提供的光刻机，包括基板和上述的音圈电机，所述基板用于放置晶圆，所述动子与所述基板连接。该光刻机具有上述的音圈电机的全部优点，故在此不再赘述。
附图说明
40.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
41.图1为本实用新型提供的音圈电机形式之一的三维结构示意图；
42.图2为本实用新型提供的音圈电机形式之一的纵剖视图；
43.图3为本实用新型提供的音圈电机形式之一的磁感线分布示意图一；
44.图4为本实用新型提供的音圈电机形式之二的三维结构示意图；
45.图5为本实用新型提供的音圈电机形式之二的纵剖视图；
46.图6为本实用新型提供的音圈电机形式之一的磁感线分布示意图二；
47.图7为本实用新型提供的音圈电机形式之一的磁感线分布示意图三；
48.图8为假设a＜b时，本实用新型提供的音圈电机形式之一的磁感线分布示意图；
49.图9为假设d＜c时，本实用新型提供的音圈电机形式之一的磁感线分布示意图；
50.图10为本实用新型提供的音圈电机形式之一的磁感线分布示意图四；
51.图11为本实用新型提供的音圈电机形式之一的磁感线分布示意图五。
52.附图标记说明：
53.100-线圈；
54.200-磁钢；
55.310-上筒体；320-环形台；330-下筒体；340-上导磁体；350-下导磁体；
56.b-上筒体的底端面；t-下筒体的顶端面。
具体实施方式
57.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
58.本实施例提供一种磁屏蔽结构，应用于音圈电机，如图1至图5所示，该磁屏蔽结构包括均由导磁材料制成的外壳、上导磁体340和下导磁体350，外壳包括上筒体310和下筒体330，下筒体330用于容置音圈电机的线圈100，音圈电机的磁钢200活动插设于线圈100内，上导磁体340能够设置于磁钢200的顶端，下导磁体350能够设置于磁钢200的底端，上导磁体340、磁钢200和下导磁体350三者共同形成动子，动子能够沿外壳的轴向运动。
59.本实施例提供的磁屏蔽结构，如图3所示，导磁材料制成的上导磁体340、外壳和下导磁体350均对磁钢200的磁感线起到引导作用，使得磁钢200的磁感线沿上导磁体340、外壳和下导磁体350闭合，从而对外漏磁减少，而且由于上导磁体340和下导磁体350均随磁钢200运动，所以，即使磁钢200在运动过程中，该磁屏蔽结构仍能够起到磁屏蔽作用，主要磁感线仍能够穿过线圈100，进而能够增加磁场的利用率，相同电流的情况下能够增加电机出力；此外，对外漏磁减少，还能够减少音圈电机与周围零部件之间的互相干扰，进而提高设备精度。
60.具体地，本实施例中，磁钢200处于最高位置时，上筒体310的顶端不低于磁钢200的最高点；磁钢200处于最低位置时，下筒体330的底端不高于磁钢200运动时的最低点。此种设置形式下，外壳的高度设置，使得磁钢200在整个运动过程中，均能够被外壳、上导磁体340和下导磁体350共同形成的磁屏蔽结构完全包围，从而不论磁钢200运动至哪个位置，其磁感线均通过外壳，从而对外漏磁进一步减少，磁场利用率进一步提高，电机出力进一步增加，设备精度也进一步提高；此外，电机与周围零部件之间的相互干扰也进一步减小。
61.更具体地，本实施例中，如图6所示，磁钢200处于最高位置时，上筒体310的顶端与磁钢200的顶端之间的距离e大于上筒体310的内表面与磁钢200的内表面之间的距离f。此种设置形式下，位于外侧的磁路(例如：图6中的磁路2)在顶端的磁阻比较小，有利于增大电
机出力；此外，磁钢200距离上筒体310的顶端较远，还有利于避免磁钢200受到额外扰动力的影响。
62.如图7所示，磁钢200处于最低位置时，下筒体330的底端与磁钢200的底端之间的距离g大于下筒体330的内表面与磁钢200的内表面之间的距离h。此种设置形式下，位于外侧的磁路(例如：图7中的磁路2)在底端的磁阻比较小，有利于增大电机出力；此外，磁钢200距离下筒体330的底端较远，还有利于避免磁钢200受到额外扰动力的影响。
63.具体地，本实施例中，磁钢200处于最高位置时，下筒体330的顶端(即附图中的t平面)不低于磁钢200的最低点；磁钢200处于最低位置时，下筒体330的顶端不高于磁钢200的最高点。此种设置形式下，通过对下筒体330高度的设置，能够有效避免磁钢200在整个运动过程中，尤其是运动至最高位置和最低位置时，因受上筒体310的吸力影响而导致额外的扰动力。
64.具体地，本实施例中，磁钢200处于最高位置时，下筒体330的顶端与磁钢200的底端之间的距离a大于下筒体330的内表面与磁钢200的外表面之间的距离b，即a＞b。图8示出了a＜b时的磁路，由图8可知，磁钢200运动至最高位置时，位于内侧的磁路(例如：图8中的磁路2)在底端的磁阻明显小于位于外侧的磁路(例如：图8中的磁路1)在底端的磁阻，所以，磁钢200运动至最高位置时，会受到较大的扰动力。而本实施例中，由于a＞b，所以，磁钢200运动至最高位置时，即使在磁路的底端，位于内侧的磁路的磁阻仍与位于外侧的磁路的磁阻比较接近，从而，磁钢200运动至最高位置时受到的扰动力小。
65.具体地，本实施例中，磁钢200处于最低位置时，下筒体330的顶端与磁钢200的顶端之间的距离d大于上筒体310的内表面与磁钢200的外表面之间的距离c，即d＞c。图9示出了d＜c时的磁路，由图9可知，磁钢200运动至最低位置时，位于内侧的磁路(例如：图9中的磁路2)在顶端的磁阻增加，导致磁通减少，进而导致整个磁路的磁阻增加，并使磁钢200受到向上的扰动力。而本实施例中，由于d＞c，所以，磁钢200运动至最低位置时，位于内侧的磁路在顶端的磁阻增加较少，从而磁通减少也较少，所以，磁钢受到的向上的扰动力比较小。
66.具体地，本实施例中，下筒体330的内径大于等于线圈100的外径，上筒体310的内径小于等于线圈100的内径且大于磁钢200的外径。此种设置形式下，下筒体330与上筒体310两者的内径之差大于等于线圈100的厚度，所以，在保证线圈100能够顺利安装以及磁钢200能够顺利运动的前提下，还能够发挥上筒体310与下筒体330的连接处对线圈100的限位作用，从而有效保证线圈100安装的牢固性。
67.优选地，本实施例中，如图2和图5所示，上筒体310的内径与线圈100的内径相等。此种设置形式下，磁钢200与上筒体310之间的间隙和与线圈100之间的间隙相等，能够有效避免磁钢200上下运动时与上筒体310之间的干涉，运动顺畅性更高。此外，上筒体310的内径小于下筒体330的内径，能够有效减小磁路磁阻，从而增加电机出力。
68.优选地，本实施例中，如图2所示，下筒体330的内径与线圈100的外径相等。此种设置形式下，便于固定线圈100；且下筒体330与线圈100之间的气隙很小，线圈100的绕线面积大，从而能够增加电机推力。
69.具体地，本实施例中，如图1至图3所示，本实施例提供的第一种形式的磁屏蔽结构中，上筒体310的外径小于下筒体330的外径；外壳还包括环形台320，环形台320的内径与上
筒体310的内径相等，外径与下筒体330的外径相等；环形台320的一个端面与上筒体310的底端密封连接，另一个端面与下筒体330的顶端密封连接，且上筒体310、环形台320和下筒体330三者同轴设置。此种设置形式下，上筒体310的体积、占用空间以及重量均比较小，从而音圈电机的整体体积、占用空间以及重量也比较小。
70.如图4和图5所示，本实施例提供的第二种形式的磁屏蔽结构中，上筒体310的外径等于下筒体330的外径。当然，在本技术的其他实施例中，上筒体310的外径还可以大于下筒体330的外径，只要整个外壳能够满足不漏磁即可。
71.具体地，本实施例中，上筒体310、下筒体330均为圆筒状，第一种形式的磁屏蔽结构中的环形台320也为圆环状；但是，在本技术的其他实施例中，上筒体310、下筒体330以及环形台320不限于上述形状，而是还可以采用其他形状，例如：上筒体310和下筒体330均为方筒状，环形台320为方环状。
72.具体地，本实施例中，如图1至图5所示，外壳为一体式结构。此种设置形式下，上筒体310、环形台320和下筒体330一体制成，对磁感线的导磁效果好，磁感线的分布也更加均匀。
73.具体地，本实施例中，如图1至图5所示，上导磁体340和下导磁体350均呈空心圆柱状，且两者的横截面均与磁钢200的横截面相同。此种设置形式下，上导磁体340能够完全覆盖磁钢200的顶端面，下导磁体350能够完全覆盖磁钢200的底端面，从而上导磁体340和下导磁体350对磁感线的导磁效果均比较好，能够减少漏磁。此外，上导磁体340和下导磁体350设置为空心结构，用料少、成本低，且便于拿取和装卸。
74.具体地，本实施例中，上导磁体340和下导磁体350的厚度应当能够保证磁力线通过，而上筒体310和下筒体330的厚度则最薄应保证电机没有漏磁，最厚应保证不受其它磁性元件影响，至于具体厚度数值，使用者可以根据具体需求、磁场强度以及整体结构强度进行设置，本技术对此不再赘述。
75.本实施例还提供一种音圈电机，如图1至图5所示，该音圈电机包括线圈100、磁钢200和上述的磁屏蔽结构，线圈100固定插设于下筒体330内，磁钢200活动插设于线圈100内。
76.本实施例提供的音圈电机，如图3所示，导磁材料制成的上导磁体340、外壳和下导磁体350均对磁钢200的磁感线起到引导作用，使得磁钢200的磁感线沿上导磁体340、外壳和下导磁体350闭合，从而对外漏磁减少，而且由于上导磁体340和下导磁体350均随磁钢200运动，所以，即使磁钢200在运动过程中，磁屏蔽结构仍能够起到磁屏蔽作用，主要磁感线仍能够穿过线圈100，进而能够增加磁场的利用率，相同电流的情况下能够增加电机出力；此外，对外漏磁减少，还能够减少音圈电机与周围零部件之间的互相干扰，进而提高设备精度。
77.具体地，本实施例中，磁钢200处于最低位置时，磁钢200的底端不低于线圈100的最低点；磁钢200处于最高位置时，磁钢200的底端不高于线圈100的最高点。如此设置，磁钢处于最低点时，磁钢下表面高于线圈下表面能够使磁钢产生的磁场切割更多线圈，提高了磁场的利用率，同理，磁钢处于最高点时，磁钢下表面低于线圈上表面同样能够提高磁场的利用率，能够有效保证线圈对磁钢的作用。
78.具体地，本实施例中，如图10所示，磁钢200处于最低位置时，线圈100的底端与磁
钢200的底端之间的距离k大于磁钢200的外表面与下筒体330的内表面之间的距离b，即k＞b；如图11所示，磁钢200处于最高位置时，线圈100的顶端与磁钢200的底端之间的距离m大于磁钢200的外表面与下筒体330的内表面之间的距离b，即m＞b。如此设置，磁钢200在运动过程中，穿过线圈100的磁场比较密集，从而有利于提高线圈100和磁场的利用率。
79.本实施例还提供一种光刻机，该光刻机包括基板和上述的音圈电机，基板用于放置晶圆，动子与基板连接。该光刻机具有上述的音圈电机的全部优点，故在此不再赘述。
80.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
81.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。