CN105988304A - 一种可调磁浮力重力补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调磁浮力重力补偿器，包括定子、动子、底座和可调机构，定子设置在底座上，动子悬浮在定子的上方；定子包括音圈电机线圈和中心柱磁铁，中心柱磁铁通过可调机构固定在所述底座上；中心柱磁铁由至少2个瓦型磁铁围成；可调机构一端固定在底座上，另一端与瓦型磁铁固定连接，带动瓦型磁铁做定心收放运动，改变中心柱磁铁与动子之间的磁浮力。本发明设置可调机构和中心柱磁铁，通过可调机构带动瓦型磁铁做定心收放运动，以调节中心柱磁铁的内外环半径达到调节基础磁浮力的功能，实现重力补偿器的磁浮重力补偿值在一定范围内机械可调，采用磁浮重力被动补偿与音圈电机主动补偿相结合的方法，增大了重力补偿器的调节范围。

Description

一种可调磁浮力重力补偿器

技术领域

本发明涉及光刻技术中的重力补偿器，具体涉及一种可调磁浮力重力补偿器。

背景技术

光刻设备是一种将掩膜图案曝光成像到硅片上的设备，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造，在掩膜图案成像过程中，掩膜与硅片同时相对于投影系统和投影光束移动。

随着大规模集成电路器件集成度的不断提高，光刻分辨率的不断增强，对光刻机特征线宽指标要求也在不断提升。当前，光刻机已经发展成为内部世界和外部世界的结合体，其中工件台、掩膜台及其照明系统三个独立的世界分别进行减振。考虑微动模块，需要对承片台或承版台进行有效的减振，使其在曝光过程中免受其他系统的干扰。重力补偿器就是在此背景下发展起来的新型结构，通过主被动减振技术，完成对承片台或承版台的调平调焦，使微动模块形成一个独立的内部世界。

现有的一种重力补偿器采用机械式的重力补偿结构，如图1所示，采用板簧片1’、活动底板2’和拉簧(图中未标出)形成垂向静态重力补偿模块，并通过具有RX/RY自由度调节功能的连接块3’与微动台4’连接，达到减振的效果。该方案需要使用三个重力补偿器来支撑微动台4’，很难实现配重一致，补偿力分配不均，且结构较复杂，刚度要求高，可控性、精度较差。

针对以上问题，之后提出了一种具有磁浮重力平衡功能的音圈电机，如图2所示，通过定子磁钢组5’和动子磁钢组6’之间产生静态补偿力，以平衡运动部件的重力，同时大推力音圈电机提供调节重力补偿力，实现对推力的调整。然而该方法存在发热量大，且音圈电机对补偿力的调节范围有限等问题。

发明内容

本发明为了克服以上不足，提供了一种可有效减少发热量，并增大重力补偿力调节范围的可调磁浮力重力补偿器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种可调磁浮力重力补偿器，包括定子、动子、底座和可调机构，所述定子设置在所述底座上，所述动子悬浮在所述定子的上方；所述定子包括音圈电机线圈和中心柱磁铁，所述中心柱磁铁通过可调机构固定在所述底座上；所述中心柱磁铁由至少2个瓦型磁铁围成；所述可调机构一端固定在底座上，另一端与所述瓦型磁铁固定连接，带动瓦型磁铁做定心收放运动，改变所述中心柱磁铁与动子之间的磁路，进而改变两者之间的磁浮力。

进一步的，所述动子包括内环磁铁和外环磁铁，所述中心柱磁铁、内环磁铁、音圈电机线圈和外环磁铁由内向外依次同心设置。

进一步的，所述内环磁铁和外环磁铁通过动子框架进行固定。

进一步的，所述音圈电机线圈通过线圈框架固定在所述底座上。

进一步的，所述可调机构包括主动件、与所述主动件相连的若干个从动件和调节件，所述主动件下方与所述底座连接，所述从动件还与所述瓦型磁铁固定连接，所述调节件带动主动件对从动件和瓦型磁铁进行位置调节。

进一步的，所述从动件的数量与所述瓦型磁铁的数量相对应。

进一步的，所述主动件为螺纹盘，所述从动件与所述螺纹盘螺纹啮合，所述调节件设于所述底座上，旋转调节件带动所述螺纹盘转动，使从动件和所述瓦型磁铁做定心收放运动。

进一步的，所述主动件为锥台，所述从动件为与所述锥台相对应的楔形块，所述调节件设于所述底座上，旋转调节件带动所述锥台上下运动，使从动件和瓦型磁铁做定心收放运动。

进一步的，所述主动件为中部凸起的圆柱形基座，所述从动件为滑台，两者通过移动铰链相连，所述调节件包括调节螺母和与所述调节螺母匹配的螺纹拉杆，所述螺纹拉杆设于圆柱形基座内部，螺纹拉杆上下两端分别连接所述移动铰链和底座。

进一步的，所述瓦型磁铁、内环磁铁和外环磁铁均由钕铁硼材料制成。

本发明提供的可调磁浮力重力补偿器，设置可调机构和由若干个瓦型磁铁围成的中心柱磁铁，通过可调机构带动瓦型磁铁做定心收放运动，以调节中心柱磁铁的内外环半径以改变中心柱磁铁与动子之间的磁路，达到调节基础磁浮力的功能，实现重力补偿器的磁浮重力补偿值在一定范围内机械可调，采用磁浮重力被动补偿与音圈电机主动补偿相结合的方法，增大了重力补偿器的调节范围。

附图说明

图1是现有的机械式重力补偿器结构图；

图2是现有的具有磁浮重力平衡功能的音圈电机结构图；

图3是本发明可调磁浮力重力补偿器实施例1剖面示意图；

图4是本发明可调磁浮力重力补偿器实施例1结构图；

图5a、5b是本发明实施例1瓦型磁铁和从动件结构图；

图6本发明实施例1调节机构的结构图；

图7a、7b是本发明实施例1瓦型磁铁和内外环磁铁之间的磁力线变化图；

图8是本发明实施例1内外环磁铁受到的基础磁浮力变化图；

图9是本发明实施例2调节机构的结构图；

图10是本发明实施例3调节机构的结构图。

图1、2中所示：1’、板簧片；2’、活动底板；3’、连接块；4’、微动台；5’、定子磁钢组；6’、动子磁钢组；

图3-10中所示：1、定子；11、中心柱磁铁；111、瓦型磁铁；12、音圈电机线圈；2、动子；201、内环磁铁；202外环磁铁；203、动子框架；4、底座；5、线圈框架；6、可调机构；601、主动件；602、从动件；603、调节件；6031、调节螺母；6032；螺纹拉杆、604、移动铰链。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

实施例1

如图3所示，本实施例的一种可调磁浮力重力补偿器，包括定子1、动子2、底座4和可调机构6。其中，定子设置在底座4上，动子2通过磁力悬浮于定子1的上方。定子1包括音圈电机线圈12和中心柱磁铁11，音圈电机线圈12、所述音圈电机线圈12通过线圈框架5固定在底座4上，中心柱磁铁11由至少2个瓦型磁铁111围成，且充磁方向沿中心柱磁铁11轴向，与动子2相互作用并提供一个稳定低刚度的基础磁浮力，可调机构6下端固定在底座4上，上端与所述瓦型磁铁111固定连接，带动瓦型磁铁111做定心收放运动，即沿中心柱磁铁11的中心做打开或收缩运动，动子2充磁方向为径向。通过可调机构6带动瓦型磁铁111做定心收放运动，以调节中心柱磁铁11的内外环半径，改变所述中心柱磁铁11与动子之间的磁路，达到调节基础磁浮力的功能，实现重力补偿器的磁浮重力补偿值在一定范围内机械可调，采用磁浮力重力被动补偿与音圈电机主动补偿相结合的方法，增大了重力补偿器的调节范围。

优选的，所述动子2包括内环磁铁201和外环磁铁202，中心柱磁铁11、内环磁铁201、音圈电机线圈12和外环磁铁202由内向外依次同心设置，如图4所示。瓦型磁铁111、内环磁铁201和外环磁铁202均由钕铁硼材料制成，内环磁铁201和外环磁铁202通过动子框架203进行固定，所述动子框架203的截面为倒U型，内环磁铁201和外环磁铁202分别与中心柱磁铁11相互作用并提供一个稳定低刚度的基础磁浮力，同时内环磁铁201和外环磁铁202之间形成一个稳定的径向磁场，使音圈电机线圈12产生洛伦兹力，以达到主动减振和重力补偿的效果。

请继续参照图3，可调机构6包括主动件601、与主动件601相连的若干个从动件602和调节件603，主动件601下方与底座4连接，从动件602还与瓦型磁铁111固定连接，调节件603带动主动件601对从动件602和瓦型磁铁111进行位置调节，从动件602的数量与瓦型磁铁111的数量相对应，为了使瓦型磁铁111在收放过程中更好地形成轴向充磁的圆柱型磁场，以降低水平寄生拉力刚度，采用尽可能多的瓦型磁铁111，如图5a、5b所示，瓦型磁铁111的数量分别为6个和8个。

如图6所示，主动件601为螺纹盘，从动件602与螺纹盘螺纹啮合，调节件603设于所述底座4上并与螺纹盘连接，通过旋转调节件603即可带动螺纹盘转动，从而使从动件602和瓦型磁铁111做定心收放运动，具体地，螺纹盘与底座4内的传动机构(图中未标出)连接，通过扳手或螺丝刀手动旋转调节件603，带动底座4内部的传动机构使螺纹盘转动，由于从动件602与螺纹盘螺纹啮合，因此螺纹盘转动的同时带动从动件602和其上方的瓦型磁铁111做定心收放运动，进而改变中心柱磁铁11的内外环半径，达到调节基础磁浮力的目的。

当瓦型磁铁111做定心收放运动时，重力补偿器中瓦型磁铁111、内环磁铁201和外环磁铁202之间的磁路结构随之发生改变。磁力线变化如图7a、7b所示，当瓦型磁铁111向靠近内、外环磁铁201、202方向移动时，即中心柱磁铁11内外径增大时，中心柱磁铁11与内、外环磁铁201、202之间的磁路变短，产生的轴向浮力增大，反之则减小。

在瓦型磁铁111同时打开2mm的行程范围内，内、外环磁铁201、202受到的基础磁浮力与轴向-2mm～2mm行程的关系曲线如图8所示，其中dr1、dr2、dr3、dr4为瓦型磁铁111打开距离，从图中可以看出，内、外环磁铁201、202在轴向-2mm～2mm范围内运动时，随着瓦型磁铁111打开距离的不同，内、外环磁铁201、202受到的基础磁浮力也随之变化，因此通过可调机构6的调节功能可以实现磁浮力重力的被动补偿。

实施例2

如图9所示，与实施例1不同的是，本实施例调节机构6中主动件601为锥台，从动件602为与锥台相对应的楔形块，调节件603设于底座4上，旋转调节件603带动锥台上下运动，使从动件602和瓦型磁铁111做定心收放运动，通过锥台和楔形块之间的紧密配合可以达到更高的调节精度。

实施例3

如图10所示，与实施例1、2不同的是，本实施例中调节机构6中主动件601为中部凸起的圆柱形基座，从动件602为滑台，两者通过移动铰链604相连，调节件603包括调节螺母6031和与调节螺母6031匹配的螺纹拉杆6032，螺纹拉杆6032设于圆柱形基座内部，螺纹拉杆6032上下两端分别连接移动铰链604和底座4，通过调节螺母6031和螺纹拉杆6032的相互配合提高了调节灵活度。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可调磁浮力重力补偿器，其特征在于：包括定子、动子、底座和可调机构，所述定子设置在所述底座上，所述动子悬浮在所述定子的上方；所述定子包括音圈电机线圈和中心柱磁铁，所述中心柱磁铁通过可调机构固定在所述底座上；所述中心柱磁铁由至少2个瓦型磁铁围成；所述可调机构一端固定在底座上，另一端与所述瓦型磁铁固定连接，带动瓦型磁铁做定心收放运动，改变所述中心柱磁铁与动子之间的磁路，进而改变定子和动子之间的磁浮力。

2.根据权利要求1所述的可调磁浮力重力补偿器，其特征在于：所述动子包括内环磁铁和外环磁铁，所述中心柱磁铁、内环磁铁、音圈电机线圈和外环磁铁由内向外依次同心设置。

3.根据权利要求2所述的可调磁浮力重力补偿器，其特征在于：所述内环磁铁和外环磁铁通过动子框架进行固定。

4.根据权利要求1所述的可调磁浮力重力补偿器，其特征在于：所述音圈电机线圈通过线圈框架固定在所述底座上。

5.根据权利要求1所述的可调磁浮力重力补偿器，其特征在于：所述可调机构包括主动件、与所述主动件相连的若干个从动件和调节件，所述主动件与所述底座连接，所述从动件还与所述瓦型磁铁固定连接，所述调节件带动主动件对从动件和瓦型磁铁进行位置调节。

6.根据权利要求5所述的可调磁浮力重力补偿器，其特征在于：所述从动件的数量与所述瓦型磁铁的数量相对应。

7.根据权利要求5所述的可调磁浮力重力补偿器，其特征在于：所述主动件为螺纹盘，所述从动件与所述螺纹盘螺纹啮合，所述调节件设于所述底座上，旋转调节件带动所述螺纹盘转动，使从动件和所述中心柱磁铁沿中心做收放运动。

8.根据权利要求5所述的可调磁浮力重力补偿器，其特征在于：所述主动件为锥台，所述从动件为与所述锥台相对应的楔形块，所述调节件设于所述底座上，旋转调节件带动所述锥台上下运动，使从动件和所述中心柱磁铁沿中心做收放运动。

9.根据权利要求5所述的可调磁浮力重力补偿器，其特征在于：所述主动件为中部凸起的圆柱形基座，所述从动件为滑台，两者通过移动铰链连接，所述调节件包括调节螺母和与所述调节螺母匹配的螺纹拉杆，所述螺纹拉杆设于圆柱形基座内部，螺纹拉杆的上下两端分别连接所述移动铰链和底座。

10.根据权利要求1所述的可调磁浮力重力补偿器，其特征在于：所述瓦型磁铁、内环磁铁和外环磁铁均由钕铁硼材料制成。