CN102681349B - 工件台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种工件台，包括基座、安装底板、承片台、第一永磁体、第二永磁体、水平向电机和垂向电机。安装底板设置在基座上方。承片台悬浮于安装底板上方。多个第一永磁体分别在安装底板的上表面与承片台的下表面，提供相斥的磁力，形成一定的垂向磁浮间隙。多个第二永磁体分别在安装底板与承片台的侧面，提供相斥的磁力，形成一定的侧向磁浮间隙。多个水平向电机安装在安装底板与承片台上，提供承片台在X、Y、Rz向的微动。多个垂向电机安装在安装底板与承片台上，提供承片台在Rx、Ry、Z向的微动。本发明提出的工件台具有六自由度方向的高精度运动，控制系统设计简单。

Description

工件台

技术领域

本发明涉及一种工件台，且特别涉及一种精密工件台。

背景技术

精密工件台为光刻机、精密测量、纳米表面形貌测量和纳米加工、生物芯片技术、高精度数控加工、光纤对接以及微型机械零件的操作和装配等领域提供了一个能够实现精密定位和快速运动的载物平台。精密工件台是集精密位置检测技术、驱动技术、直线导向技术、控制技术等多项技术为一体的有机综合体。

精密工件台性能直接影响光刻设备的特征线宽尺寸和生产效率，而工件台的定位精度、运行速度，运行加速度、行程等参数则是衡量工件台性能的决定性指标。

大行程精密工件台通常由粗动机构、微位移机构组成，粗动机构由电机驱动X-Y平台组成，用来完成X、Y向的高速运行，实现粗定位。微位移机构行程很小，用来完成工件台最终的精密定位。

常见的六自由度磁悬浮纳米级精密工件台由三根磁悬浮超精密导轨(X、Y1、Y2)及硅片承片台组成，Y导轨磁悬浮机构包括水平安装的一对电磁铁和导轨侧面安装的一对电磁铁，X导轨磁悬浮机构包括放置在导轨基座下面的四块电磁铁以及导轨侧面对称放置的四块电磁铁，共同实现工件台六自由度方向的运动和位置调整。但该方案中，建立电磁铁的电流-磁力-间隙之间的数学模型比较复杂，特别是在多组电磁铁组合使用的场合，使得磁浮结构的控制系统设计难度较大。

专利“集成电路光刻设备的磁悬浮精密工件台”(CN200310108549.4)中，提出了一种磁浮精密工件台结构，其主要包括基座框架、工作台、电磁铁衔铁、悬浮和驱动工作台的四对电磁铁、驱动平面运动的洛仑兹电机以及与电磁铁相对应的四个电容传感器。电磁力用于抵消重力，同时高精度地驱动一个直线自由度和两个转动自由度的微位移，洛仑兹电机高精度地驱动其余的、位于同一平面的两个直线自由度的大行程位移和一个转动自由度的微位移。该技术方案存在的不足之处在于利用电磁铁的电磁力来抵消重力，将会使电磁铁长时间处于工作状态，导致发热量过大，进而影响整个系统的运动控制精度。

发明内容

本发明提出一种工件台，其利用永磁体提供磁浮力，能够解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明提出一种工件台，包括：

基座；

安装底板，设置在基座上方；

承片台，悬浮于安装底板上方；以及

多个第一永磁体，分别在安装底板的上表面与承片台的下表面，提供相斥的磁力；

多个第二永磁体，分别在安装底板与承片台的侧面，提供相斥的磁力；

多个水平向电机，安装在装底板与承片台上，提供承片台在X、Y、Rz向的微动；以及

多个垂向电机，安装在装底板与承片台上，提供承片台在Rx、Ry、Z向的微动。

进一步说，水平向电机均匀布置在承片台下方。

进一步说，垂向电机均匀布置在承片台下方。

进一步说，安装底板包括安装座，承片台包括安装支架，部分第一永磁体安装在安装座的下表面，第二永磁体安装在安装支架与安装座的侧面。

进一步说，工件台还包括减振气囊，安装底板通过减振气囊放置在基座上。

本发明提出的工件台，其设置有多个第一永磁体和第二永磁体，将承片台整体悬浮在安装底板上，利用减振气囊提供承片台的粗动，利用水平向电机和垂向电机提供微动，本发明所提供的工件台具有六自由度方向的高精度运动，控制系统设计简单。

附图说明

图1所示为本发明较佳实施例的工件台侧视图。

图2所示为本发明较佳实施例的工件台俯视图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

请结合参看图1和图2，图1所示为本发明较佳实施例的工件台侧视图；图2所示为本发明较佳实施例的工件台俯视图。

如图1和图2所示，本发明较佳实施例的工件台包括基座2、安装底板12、承片台4。基座2放置在大理石平台1上。承片台4悬浮于安装底板12的上方。

其中，安装底板12包括安装座9，凸设于安装底板12的上表面。其中分别在安装座9的上表面与承片台4的下表面设置一个或多个第一永磁体5，这些第一永磁体5产生相斥的磁力，以提供承片台4在Z向悬浮于安装底座12之上，形成一定的垂向磁浮间隙。需要注意的是，这些第一永磁体5使得承片台4保持的磁浮间隙大于承片台4在Z向微动的最大行程。

其中，承片台4包括安装支架7，凸设于承片台4的下表面。其中分别在安装支架7与安装座9的侧面设置一个或多个第二永磁体11，这些第二永磁体11产生相斥的磁力，以提供承片台4在水平向的悬浮力，这些第二永磁体11使得承片台4保持的磁浮间隙大于承片台4在X、Y向微动的最大行程。

通过多个第一永磁体5和第二永磁体11的设置，工件台的水平刚度和垂直刚度通过磁浮来保证。工件台的承片台4悬浮在安装底板12的上方，二者不接触，承片台4在X、Y、Z、Rx、Ry、Rz六个自由度方向的移动均无摩擦力。

较佳的，所示工件台还可以包括减振气囊14。安装底板12通过减振气囊14放置在基座2上。减振气囊14可以带有执行器，能够控制安装底板12在Z向的位移。安装底板12的侧面可以包括悬浮结构13，当减振气囊14驱动安装底板12沿Z向移动时，悬浮结构13提供导向功能。

减振气囊14提供工件台粗动的功能，而在微动方面，所述工件台包括多个水平向电机3，提供承片台4在X、Y、Rz向的微动，同时，所述工件台还可以包括多个垂向电机8，提供承片台4在Rx、Ry、Z向的微动。通过水平向电机3和垂向电机8的组合使用，能够提供承片台4在X、Y、Z、Rx、Ry、Rz六个自由度方向的精密微动和定位。

具体安装方面，水平向电机3的定子磁铁安装在承片台4上，动子线圈安装在安装底板12上，当然，反之也可。同样的，垂向电机8的安装方式与水平向电机3的安装方式相似。

为了测量承片台4的微位移，可以采用一套三轴双频激光干涉仪(图未示)来测量承片台4在X、Y、Rz向的微位移，采用三套电容式微位移传感器(图未示)来测量Z，Rx，Ry轴向的微位移。

请参考图2，本实施例中工件台包括三个水平向电机3和三个垂向电机8，这些电机按照两两成一定角度在空间交错均匀布置在承片台4下方，这种布置方式能够降低控制算法的复杂程度，减少控制系统的设计难度。

当然，本领域技术人员能够改变工件台中的电机数量和布置方式，本发明对此不做限制。

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。本发明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，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种工件台，其特征是，包括：

基座；

安装底板，设置在所述基座上方；

承片台，悬浮于所述安装底板上方；以及

多个第一永磁体，分别在所述安装底板的上表面与所述承片台的下表面，提供相斥的磁力；

多个第二永磁体，分别在所述安装底板与所述承片台的侧面，提供相斥的磁力；

多个水平向电机，安装在所述安装底板与所述承片台上，提供所述承片台在X、Y、Rz向的微动；以及

多个垂向电机，安装在所述安装底板与所述承片台上，提供所述承片台在Rx、Ry、Z向的微动；

所述多个第一永磁体使得承片台保持的磁浮间隙大于承片台在Z向微动的最大行程；

所述多个第二永磁体使得承片台保持的磁浮间隙大于承片台在X、Y向微动的最大行程。

2.根据权利要求1所述的工件台，其特征是，所述水平向电机均匀布置在所述承片台下方。

3.根据权利要求1所述的工件台，其特征是，所述垂向电机均匀布置在所述承片台下方。

4.根据权利要求1所述的工件台，其特征是，所述安装底板包括安装座，所述承片台包括安装支架，部分所述第一永磁体安装在所述安装座的下表面，所述第二永磁体安装在所述安装支架与所述安装座的侧面。

5.根据权利要求1所述的工件台，其特征是，还包括减振气囊，所述安装底板通过所述减振气囊放置在所述基座上。