CN102566293A - 二维长行程工作台运动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维长行程工作台运动系统，包括承载台、第一方向运动装置以及两个第二方向运动装置。第一方向运动装置包括第一方向导轨、第一方向滑台以及第一方向电机。两个第二方向运动装置分别连接于第一方向运动装置的两侧。每一第二方向运动装置包括第二方向导轨、第二方向滑台以及二维电机。第二方向滑台沿第一方向与第二方向可滑动地悬浮于第二方向导轨的上方，第二方向滑台连接于第一方向导轨。二维电机连接于第二方向滑台，驱动第二方向滑台以及第一方向运动装置沿第二方向作长行程运动的同时能够在第一方向作1～2mm的小行程运动。本发明公开的二维长行程工作台运动系统，简化了机械结构，降低了成本。

Description

二维长行程工作台运动系统

技术领域

本发明有关于一种工作台运动系统，特别是有关于一种二维长行程工作台运动系统。

背景技术

在半导体光刻设备中，硅片台和掩模台等精密工件台运动系统是极其重要的关键部件，其定位精度直接影响光刻设备的性能，其运行速度直接影响光刻设备的生产效率。工件台运动系统通常需要完成的主要功能有：物料传输、快速步进、匀速扫描等，同时要求在X向及Y向具有较高的运动定位精度。其机械结构也通常采用直线电机-气浮式结构。

直线电机-气浮式精密工件台运动系统典型的结构形式如下：承载台与X向长行程运动部件相连，可沿X方向运动。X向导轨挠性连接在两侧的Y向滑台上，Y向导轨为二维导轨，X、Y方向导轨呈“H”型布置。Y向滑台上设置有垂向气浮，并通过Y向导轨实现沿Y向运动时的气浮导向，此外，X向导轨一侧的Y向滑台通过采用具有Rz向柔性的柔性块以及X向气浮与侧向导轨面联接，另一侧的Y向滑台则通过缓冲块与该侧的侧向导轨面联接。

当Rz向的附加转矩引起粗动台转动时，粗动台的扭转将压迫柔性块一侧的气浮。由于柔性块的存在，大大降低了对侧向气浮轴承气浮刚度的要求，同时也降低了承载台沿Y向运动时，对左右两侧Y向驱动电机同步控制精度的要求。然而，基于该结构形式的工件台运动系统，结构较为复杂；柔性块设计、加工制造难度较大，同时也降低了系统结构刚度；Y向长行程运动导向采用二维导轨，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维长行程工作台运动系统，以改善现有技术的缺失。

为解决所述技术问题，本发明的技术方案是：

本发明提供一种二维长行程工作台运动系统，包括承载台、第一方向运动装置以及两个第二方向运动装置。第一方向运动装置包括第一方向导轨、第一方向滑台以及第一方向电机。第一方向滑台沿第一方向可滑动地设置于第一方向导轨，且第一方向滑台连接于承载台，第一方向电机连接于第一方向滑台。两个第二方向运动装置分别连接于第一方向运动装置的两侧。每一第二方向运动装置包括第二方向导轨、第二方向滑台以及二维电机。第二方向滑台沿第一方向与第二方向可滑动地悬浮于第二方向导轨的上方，第二方向滑台连接于第一方向导轨，第一方向垂直于第二方向。二维电机连接于第二方向滑台，驱动第二方向滑台以及第一方向运动装置沿第二方向作长行程运动的同时能够在第一方向作1～2mm的小行程运动。

在本发明的一实施例中，二维电机包括第一方向定子、第二方向定子、第一方向动子以及第二方向动子。第一方向定子设置于第二方向导轨。第二方向定子设置于第二方向导轨。第一方向动子设置于第二方向滑台并对应第一方向定子，第一方向动子与第一方向定子相互吸引。第二方向动子设置于第二方向滑台并对应第二方向定子，第二方向动子与第二方向定子相互吸引。

在本发明的一实施例中，第一方向定子与第二方向定子为线圈或磁铁，第一方向动子与第二方向动子对应为磁铁或线圈。

在本发明的一实施例中，第一方向定子在第一方向上的长度小于第二方向定子在第二方向上的长度。

在本发明的一实施例中，第一方向定子在第二方向上的长度等于第二方向定子在第二方向上的长度。

在本发明的一实施例中，每一第二方向运动装置还包括悬浮体，分别设置于第二方向滑台，悬浮体悬浮于第二方向导轨的上方。

在本发明的一实施例中，悬浮体为磁铁或空气轴承。

在本发明的一实施例中，每一第二方向运动装置还包括第一方向限位件，设置于第二方向导轨。

在本发明的一实施例中，每一第二方向运动装置还包括第一测量件，用以测量第二方向滑台沿第二方向的滑动行程。

在本发明的一实施例中，第一测量件为一维光栅尺。

在本发明的一实施例中，每一第二方向运动装置还包括第二测量件，用以测量第二方向滑台沿第一方向的滑动行程。

在本发明的一实施例中，第二测量件为一维光栅尺或霍尔传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果可以是：

在本发明提供的二维长行程工作台运动系统中，其第二方向长行程运动由两个二维电机同步等速驱动来实现，从而可提高承载台的运动定位精度，而且还省去了侧向气浮、侧向导轨以及柔性块，简化了机械结构，降低了成本。

为让本发明的所述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的二维长行程工作台运动系统的示意图；

图2为本发明一较佳实施例的二维长行程工作台运动系统的正视图；

图3为本发明一较佳实施例的二维电机的正视图；

图4为本发明一较佳实施例的二维电机的俯视图。

具体实施方式

图1为本发明一较佳实施例的二维长行程工作台运动系统的示意图。图2为本发明一较佳实施例的二维长行程工作台运动系统的正视图。请参考图1与图2。在本实施例中，二维长行程工作台运动系统1包括承载台10、第一方向运动装置11以及两个第二方向运动装置12。承载台10用于承载工件(图未示)，且连接于第一方向运动装置11。两个第二方向运动装置12分别对称地连接于第一方向运动装置11的两侧，可实现同步等速运动。由此，工件可利用二维长行程工作台运动系统1实现在大理石平台2上的二维长行程运动。

在本实施例中，第一方向运动装置11包括第一方向导轨110、第一方向滑台111以及第一方向电机(图未示)。第一方向滑台111沿第一方向可滑动地设置于第一方向导轨110。在此，第一方向即为图1所示的X方向。然而，本发明对此不作任何限定。在其他实施例中，第一方向也可为图1所示的Y方向。在本实施例中，第一方向滑台111连接于承载台10，第一方向电机连接于第一方向滑台111，以驱动第一方向滑台111沿第一方向运动。由此，承载台10可在第一方向滑台111的带动下，实现第一方向上的长行程运动。

在本实施例中，第二方向运动装置12包括第二方向导轨120、第二方向滑台121、二维电机122、悬浮体123、第一方向限位件124、第一测量件(图未示)以及第二测量件(图未示)。然而，本发明对此不作任何限定。

在本实施例中，第二方向滑台121沿第一方向与第二方向可滑动地悬浮于第二方向导轨120的上方，第一方向垂直于第二方向。在此，第二方向即为图1所示的Y方向。然而，本发明对此不作任何限定。在其他实施例中，当第一方向为图1所示的Y方向时，第二方向可对应地为图1所示的X方向。

在本实施例中，第二方向滑台121连接于第一方向导轨110。由此，当第二方向滑台121在第二方向导轨120上方沿第一方向或第二方向滑动时，可带动整个第一方向运动装置11及连接于第一方向运动装置11的承载台10对应地沿第一方向或第二方向滑动。然而，本发明对此不作任何限定。

在本实施例中，二维电机122连接第二方向滑台121，以驱动第二方向滑台121在第二方向导轨120上方沿第一方向或第二方向滑动。在此，二维电机122可驱动第二方向滑台121沿第一方向作小行程运动，而沿第二方向作长行程运动。即，二维电机122可驱动第二方向滑台121以及第一方向运动装置11沿第二方向作长行程运动的同时能够在第一方向作1～2mm的小行程运动。并且，二维电机122沿第二方向的驱动力满足二维长行程工作台运动系统1沿第二方向的加速度要求，第一方向驱动力满足承载台10沿第一方向的运动加速度的反力要求。关于二维电机122的具体结构容后详述。

在本实施例中，每个第二方向运动装置12可分别包括四个悬浮体123，分别设置于第二方向滑台121，并靠近第二方向滑台121的四个端角，以防止第二方向滑台121在滑动过程中出现上下摆动的状况。然而，本发明对悬浮体123的数目与在第二方向滑台121的设置位置不作任何限定。

在本实施例中，悬浮体123可悬浮于第二方向导轨120的上方，以形成第二方向滑台121与第二方向导轨120之间的悬浮状态。在此，悬浮体123可为磁铁或空气轴承。例如，第二方向导轨120与悬浮体123可皆为磁铁，且同极相对，例如以N极或S极相对以形成相互排斥的状态。或者，第二方向导轨120与悬浮体123可分别为线圈与磁铁，在通电后，形成相斥的状态。然而，本发明对此不作任何限定。

或者，在其他实施例中，也可不设置悬浮体123，而在第二方向导轨120上设置通气孔，以利用空气浮力直接将第二方向滑台121悬浮于第二方向导轨120的上方。本发明对此不作任何限定。

在本实施例中，第一方向限位件124设置于第二方向导轨120，以对第二方向滑台121在第一方向上的运动提供限位及安全保护。然而，本发明对此不作任何限定。在其他实施例中，也可不设置此第一方向限位件124。

在本实施例中，第一测量件用以测量第二方向滑台121沿第二方向的滑动行程。在此，第一测量件即用以测量第二方向滑台121的长行程运动，第一测量件例如可为一维光栅尺。第二测量件用以测量第二方向滑台121沿第一方向的滑动行程。在此，第二测量件即用以测量第二方向滑台121的小行程运动，第二测量件例如可为一维光栅尺或霍尔传感器。然而，本发明对第一测量件与第二测量件的类型不作任何限定。

图3为本发明一较佳实施例的二维电机的正视图。图4为本发明一较佳实施例的二维电机的俯视图。请参考图2、图3以及图4。在本实施例中，二维电机122包括第一方向定子1221、第一方向动子1222、第二方向定子1223以及第二方向动子1224。在此，第一方向定子1221与第二方向定子1223皆设置于第二方向导轨120，第一方向动子1222与第二方向动子1224皆设置于第二方向滑台121。

在本实施例中，第二方向导轨120上的第一方向定子1221与第二方向滑台121上的第一方向动子1222对应设置，且形成相互吸引的状态。相应地，第二方向定子1223与第二方向动子1224对应设置，也形成相互吸引的状态。由此产生的吸力可与悬浮体123与第二方向导轨120之间的斥力达到平衡，以使第一方向定子1221、第二方向定子1223与第一方向动子1222、第二方向动子1224之间形成悬浮状态，有效地隔离外部振动。

在本实施例中，第一方向定子1221与第二方向定子1223可为线圈，第一方向动子1222与第二方向动子1224可对应地为磁铁。然而，本发明对此不作任何限定。在其他实施例中，第一方向定子1221与第二方向定子1223可为磁铁，第一方向动子1222与第二方向动子1224可对应地为线圈。

具体而言，在本实施例中，当第一方向定子1221通入交流电源时，便产生行波磁场，由此，第一方向动子1222在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流。此电流与磁场相作用便产生第一方向(即X方向)的电磁推力。由于第一方向定子1221的位置固定，因此，第一方向动子1222即带动第二方向滑台121在电磁推力作用下做第一方向上的直线运动。

同理，在本实施例中，当第二方向定子1223通入交流电源时，也产生行波磁场，由此，第二方向动子1224在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流。此电流与磁场相作用便产生第二方向(即Y方向)的电磁推力。由于第二方向定子1223的位置固定，因此，第二方向动子1224即带动第二方向滑台121在电磁推力作用下做第二方向上的直线运动。

在本实施例中，第一方向定子1221在第一方向上的长度可小于第二方向定子1223在第二方向上的长度。由此，二维电机122在第一方向上的运动行程即小于在第二方向上的运动行程。然而，本发明对此不作任何限定。在其他实施例中，使用者可根据所需运动行程的需要，将第一方向定子1221在第一方向上的长度设定成等于或大于第二方向定子1223在第二方向上的长度。

另外，在本实施例中，第一方向定子1221在第二方向上的长度可等于第二方向定子1223在第二方向上的长度，且第二方向定子1223在第一方向上的长度等于第一方向定子1221在第一方向上的长度。由此，二维电机122可达成在第一方向与第二方向上的同步运动。换言之，在本实施例中，二维电机122在第二方向上进行大行程移动的同时可在第一方向上进行微调，由此，使得承载台10定位更加精确。然而，本发明对此不作任何限定。

在本发明较佳实施例提供的二维长行程工作台运动系统中，其第二方向长行程运动由两个二维电机同步等速驱动来实现，从而可提高承载台的运动定位精度，而且还省去了侧向气浮、侧向导轨以及柔性块，简化了机械结构，降低了成本。另外，驱动承载台作第二方向长行程运动的二维电机中，第二方向导轨与悬浮体相互排斥，第一方向定子、第二方向定子分别与第一方向动子、第二方向动子相互吸引，从而可使第一方向定子、第二方向定子与第一方向动子、第二方向动子之间形成悬浮状态，有效地隔离外部振动。由此，可有效地提高运动精度，使得承载台在运动的过程中更加精确和灵活。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (12)

1.一种二维长行程工作台运动系统，其特征在于，包括：

承载台；

第一方向运动装置，包括第一方向导轨、第一方向滑台以及第一方向电机，所述第一方向滑台沿第一方向可滑动地设置于所述第一方向导轨，且所述第一方向滑台连接于所述承载台，所述第一方向电机连接于所述第一方向滑台；以及

两个第二方向运动装置，分别连接于所述第一方向运动装置的两侧，每一所述第二方向运动装置包括：

第二方向导轨；

第二方向滑台，沿所述第一方向与第二方向可滑动地悬浮于所述第二方向导轨的上方，所述第二方向滑台连接于所述第一方向导轨，所述第一方向垂直于所述第二方向；以及

二维电机，连接于所述第二方向滑台，驱动所述第二方向滑台以及所述第一方向运动装置沿所述第二方向作长行程运动的同时能够在所述第一方向作1～2mm的小行程运动。

2.根据权利要求1所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，所述二维电机包括：

第一方向定子，设置于所述第二方向导轨；

第二方向定子，设置于所述第二方向导轨；

第一方向动子，设置于所述第二方向滑台并对应所述第一方向定子，所述第一方向动子与所述第一方向定子相互吸引；以及

第二方向动子，设置于所述第二方向滑台并对应所述第二方向定子，所述第二方向动子与所述第二方向定子相互吸引。

3.根据权利要求2所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，所述第一方向定子与所述第二方向定子为线圈或磁铁，所述第一方向动子与所述第二方向动子对应为磁铁或线圈。

4.根据权利要求2所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，所述第一方向定子在所述第一方向上的长度小于所述第二方向定子在所述第二方向上的长度。

5.根据权利要求2所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，所述第一方向定子在所述第二方向上的长度等于所述第二方向定子在所述第二方向上的长度。

6.根据权利要求1所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，每一所述第二方向运动装置还包括悬浮体，分别设置于所述第二方向滑台，所述悬浮体悬浮于所述第二方向导轨的上方。

7.根据权利要求6所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，所述悬浮体为磁铁或空气轴承。

8.根据权利要求1所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，每一所述第二方向运动装置还包括第一方向限位件，设置于所述第二方向导轨。

9.根据权利要求1所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，每一所述第二方向运动装置还包括第一测量件，用以测量所述第二方向滑台沿所述第二方向的滑动行程。

10.根据权利要求9所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，所述第一测量件为一维光栅尺。

11.根据权利要求1所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，每一所述第二方向运动装置还包括第二测量件，用以测量所述第二方向滑台沿所述第一方向的滑动行程。

12.根据权利要求11所述的二维长行程工作台运动系统，其特征在于，所述第二测量件为一维光栅尺或霍尔传感器。

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