CN102109770B

CN102109770B - 多自由度粗动工件台

Info

Publication number: CN102109770B
Application number: CN2009102474209A
Authority: CN
Inventors: 范哲光; 齐芊枫
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2029-12-29
Also published as: CN102109770A

Abstract

本发明的多自由度粗动工件台包括两个Y向直线电机、设置在两个Y向直线电机之间的横梁、一X向微动电机、一连接板和一X向电机；所述X向微动电机设置在一Y向直线电机的一侧，且与该Y向直线电机平行，所述X向微动电机通过所述连接板与该Y向直线电机连接；所述横梁的一端与所述连接板连接，所述横梁的另一端与另一Y向直线电机连接；在所述X向微动电机驱动下所述两个Y向直线电机作X向微量运动，用以保证两个Y向直线电机Y向运动时的直线度。本发明多自由度粗动工件台采用X向微动电机作辅助机构，由于X向微动电机的可控性，既保证了Y向直线电机在工作中有很高的直线度，又实现了大范围Rz运动。

Description

多自由度粗动工件台

技术领域

本发明涉及光刻机，尤其涉及一种多自由度粗动工件台。

背景技术

光刻机的工件台大多采用“H”结构的形式，即Y向由两个长行程直线电机驱动，X向由一个长行程直线电机驱动。通过控制X、Y向长行程直线电机的运动，实现工件台的X、Y向运动；通过控制两个Y向长行程直线电机的相互运动，实现工件台Rz运动。当工件台做X向运动时，由于作用力与反作用力的影响，会给两侧Y向电机一定的冲击力，从而使Y向电机偏移正常位置。为了保证Y向长行程直线电机在工作中既能有很高的直线度，又能实现一定量的Rz运动，必须在两Y向直线电机之间连接相应的辅助机构。

如图1所示，中国专利CN201051210Y(公开日：2008年4月23日)披露的“一种柔性连接装置”中，工件台包括两个Y向直线电机的动子101a和101b(两个Y向直线电机的动子101a和101b分别由两个Y向直线电机驱动)和横梁103(X向直线电机设置在横梁103中，该X向直线电机驱动工件台4在横梁103上运动)，为保证两Y向直线电机在工作中有很高的直线度，该专利披露的技术方案采用侧向气浮导轨，即两个Y向直线电机各设置一侧向气浮导轨，但是，侧向气浮导轨与Y向直线电机之间的间隙很小，导致Rz运动范围很小，容易卡死粗动工件台，对粗动工件台的操作带来影响，因此，该专利披露的技术方案中还加入一Rz柔性连接装置，该Rz柔性连接装置包括主柔性块102a和副柔性块102b，该Rz柔性连接装置用以防止粗动工件台运动卡死。也就是说，该专利披露的技术方案采用侧向气浮导轨和Rz柔性连接装置来确保Y向直线电机在工作中的直线度和一定量的Rz运动。

这种现有技术的缺点是，加入柔性块，粗动工件台的结构变复杂了；同时，柔性块的设计和加工是一个难题，往往要进行大量的仿真分析，加工许多个柔性块，才有可能满足要求；另外，加入柔性块后，控制变得更复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度粗动工件台，结构简单，既能保证Y向运动的直线度，又能实现大范围Rz运动。

为了达到上述的目的，本发明提供一种多自由度粗动工件台，包括两个Y向直线电机、设置在两个Y向直线电机之间的横梁、一工件台、一X向电机、一X向微动电机和一连接板；所述X向微动电机设置在一Y向直线电机的一侧，所述X向微动电机通过所述连接板与该Y向直线电机连接；所述横梁的一端与所述连接板连接，所述横梁的另一端与另一Y向直线电机连接；在所述X向微动电机驱动下所述两个Y向直线电机作X向微量运动，用以保证两个Y向直线电机Y向运动时的直线度；所述横梁穿过所述工件台，所述X向电机设置在所述横梁与所述工件台之间，该X向电机驱动所述工件台在所述横梁上作X向运动。

上述多自由度粗动工件台，其中，所述Y向直线电机包括Y向直线电机定子和能沿Y向直线电机定子移动的Y向直线电机动子。

上述多自由度粗动工件台，其中，所述横梁的一端通过所述连接板与一Y向直线电机的Y向直线电机动子连接，该横梁的另一端与另一Y向直线电机的Y向电机动子连接。

上述多自由度粗动工件台，其中，所述X向微动电机包括X向微动电机定子和能沿X向微动电机定子移动的X向微动电机动子，所述X向微动电机动子通过所述连接板与一Y向直线电机的Y向直线电机动子连接。

上述多自由度粗动工件台，其中，所述X向电机包括安装在所述横梁中的X向电机定子和安装在所述工件台中的X向电机动子。

上述多自由度粗动工件台，其中，还包括两个气浮块，所述两个气浮块分别支撑着所述横梁的两端。

上述多自由度粗动工件台，其中，所述两个气浮块均采用真空和气浮形成的稳定的气膜。

上述多自由度粗动工件台，其中，所述横梁相对所述气浮块静止。

本发明多自由度粗动工件台采用X向微动电机作辅助机构，由于X向微动电机的可控性，既保证了Y向直线电机在工作中有很高的直线度，又实现了大范围Rz运动；X向微动电机设计、加工简单，易于实现，降低了结构加工及装配难度，还大大降低了成本；两个气浮块均采用真空和气浮形成的稳定的气膜，很好地保证了即使重物作用下气浮块也不会下榻，而且保证运动过程中横梁相对气浮块静止；本发明多自由度粗动工件台结构简单、紧凑，安装便捷。

附图说明

本发明的多自由度粗动工件台由以下的实施例及附图给出。

图1是现有技术中粗动工件台的结构示意图；

图2是本发明多自由度粗动工件台的结构示意图；

图3是本发明中X向微动电机与Y向直线电机连接的示意图；

图4是本发明中Y向直线电机及X向微动电机驱动时的驱动方向示意图。

具体实施方式

以下将结合图2～图4对本发明的多自由度粗动工件台作进一步的详细描述。

参见图2，本发明多自由度粗动工件台大理石板11、两个电机支座12a和12b、两个Y向长行程直线电机5a和5b、X向微动电机6、连接板7、两个气浮块8a和8b、横梁9工件台10以及X向长行程直线电机13；

所述两个电机支座12a和12b分设在所述大理石板11的两侧；

所述两个Y向长行程直线电机5a和5b分设在所述两个电机支座12a和12b上；

所述X向微动电机6设置在所述电机支座12a上，该X向微动电机6与所述Y向长行程直线电机5a平行；

所述X向微动电机6通过所述连接板7与所述Y向长行程直线电机5a连接；

所述横梁9设置在所述两个Y向长行程直线电机5a和5b之间，该横梁9的一端与所述连接板7连接，该横梁9的另一端与所述Y向长行程直线电机5b连接；

所述横梁9的两端分别通过所述两个气浮块8a和8b支撑在两个电机支座12a和12b上；

所述横梁9穿过所述工件台10，所述X向长行程直线电机13安装于横梁和工件台10之间，所述X向长行程直线电机13的定子安装于横梁9上，所述X长行程电机13的动子安装于工件台10上，在所述X向长行程直线电机13的驱动下，该工件台10可在所述横梁9上运动。

参见图3，所述Y向长行程直线电机5a包括Y向直线电机定子5a-1和Y向直线电机动子5a-2，所述Y向直线电机动子5a-2可沿所述Y向直线电机定子5a-1移动；

所述X向微动电机6包括X向微动电机定子6-1和X向微动电机动子6-2，所述X向微动电机动子6-2可沿所述X向微动电机定子6-1移动；

所述Y向直线电机动子5a-2与所述X向微动电机动子6-2处于同一平面上；

所述Y向直线电机动子5a-2通过所述连接板7与所述X向微动电机动子6-2连接，这一整体可以由所述Y向长行程直线电机5a和所述X向微动电机5驱动；

所述连接板7还与所述横梁9的一端连接；

所述气浮块8a设置在所述电机支座12a上，该气浮块8a的上表面与所述横梁9连接，该气浮块8a支撑着所述横梁9。

同样地，所述Y向长行程直线电机5b包括Y向直线电机定子和Y向直线电机动子，所述Y向直线电机动子可沿所述Y向直线电机定子移动；

所述Y向长行程直线电机5b的Y向直线电机动子与所述横梁9的一端连接；

所述气浮块8b设置在所述电机支座12b上，该气浮块8b的上表面与所述横梁9连接，该气浮块8b支撑着所述横梁9。

本发明多自由度粗动工件台将气浮块设置在电机支座上，横梁设置在气浮块上，结构紧凑，安装便捷。

本实施例中，所述两个气浮块8a和8b均采用真空和气浮形成的稳定的气膜，很好地保证了即使重物作用下所述气浮块也不会下榻，而且保证运动过程中所述横梁9相对所述气浮块静止。

参见图4，说明本发明多自由度粗动工件台的工作原理，以平行于Y向长行程直线电机的方向为Y轴，以平行于横梁的方向为X轴建立三维坐标系，如图4所示，右手拇指指向Z轴正方向，其余四指握拳，其余四指握拳的方向定义为Rz方向。在Y向长行程直线电机驱动下，Y向直线电机动子沿其Y向直线电机定子作Y向运动(图4中，Y向长行程直线电机上的箭头表示Y向直线电机动子的运动方向)，当两个Y向长行程直线电机驱动各自的Y向直线电机动子同向运动时，横梁作Y向运动，进而带动工件台作Y向运动，此时，X向微动电机可驱动X向微动电机动子作X向微量运动(图4中，X向微动电机上的箭头表示X向微动电机动子的运动方向)，带动连接板作X向微量运动，进而带动横梁、两个Y向直线电机动子和工件台作X向微量运动，即横梁和工件台作Y向运动运动时，受到Y向长行程直线电机及X向微动电机的作用，Y向长行程直线电机提供Y向驱动力，X向微动电机保证Y向运动的直线度；当两个Y向长行程直线电机驱动各自的Y向直线电机动子异向运动时，横梁和工件台作Rz运动，实际上，作Rz运动时，气浮块与横梁及工件台一起运动，横梁和工件台Rz运动的范围由气浮块的Rz运动范围决定，由于气浮块只受其下表面约束(即气浮块与电机支座之间接触面)，因此，横梁和工件台作Rz运动的范围很大；另外，当设置在横梁中的X向长行程直线电机驱动工件台在横梁上作X向运动时，由于作用力与反作用力的影响，会给两个Y向长行程直线电机一定的冲击力，从而使Y向长行程直线电机偏移正常位置，此时，X向微动电机可驱动两个Y向电机动子作X向微量运动，使两个Y向长行程直线电机回到正常位置，即保证两个Y向长行程直线电机在Y向上的直线度。

可见，本发明多自由度粗动工件台具有X、Y和Rz自由度，且在这三个方向上(特别是Rz方向上)运动范围较大。

本发明多自由度粗动工件台采用X向微动电机作辅助机构，由于X向微动电机的可控性，既保证了Y向长行程直线电机在工作中有很高的直线度，又实现了大范围Rz运动，而且X向微动电机设计、加工简单，易于实现，降低了结构加工及装配难度，还大大降低了成本。

Claims

1.一种多自由度粗动工件台，包括两个Y向直线电机、设置在两个Y向直线电机之间的横梁、两个气浮块、一工件台和一X向电机，其特征在于，还包括一X向微动电机和一连接板；

所述X向微动电机设置在一Y向直线电机的一侧，所述X向微动电机通过所述连接板与该Y向直线电机连接；

所述横梁的一端与所述连接板连接，所述横梁的另一端与另一Y向直线电机连接；

所述两个气浮块分别支撑着所述横梁的两端；

在所述X向微动电机驱动下所述两个Y向直线电机作X向微量运动，用以保证两个Y向直线电机Y向运动时的直线度；

所述横梁穿过所述工件台，所述X向电机设置在所述横梁与所述工件台之间，该X向电机驱动所述工件台在所述横梁上作X向运动。

2.如权利要求1所述的多自由度粗动工件台，其特征在于，所述Y向直线电机包括Y向直线电机定子和能沿Y向直线电机定子移动的Y向直线电机动子。

3.如权利要求2所述的多自由度粗动工件台，其特征在于，所述横梁的一端通过所述连接板与一Y向直线电机的Y向直线电机动子连接，该横梁的另一端与另一Y向直线电机的Y向直线电机动子连接。

4.如权利要求2所述的多自由度粗动工件台，其特征在于，所述X向微动电机包括X向微动电机定子和能沿X向微动电机定子移动的X向微动电机动子，所述X向微动电机动子通过所述连接板与一Y向直线电机的Y向直线电机动子连接。

5.如权利要求1所述的多自由度粗动工件台，其特征在于，所述X向电机包括安装在所述横梁中的X向电机定子和安装在所述工件台中的X向电机动子。

6.如权利要求1所述的多自由度粗动工件台，其特征在于，所述两个气浮块均采用真空和气浮形成的稳定的气膜。

7.如权利要求6所述的多自由度粗动工件台，其特征在于，所述横梁相对所述气浮块静止。