CN113421847A - 一种微动台及运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于集成电路制备技术领域，具体公开了一种微动台及运动装置。微动台包括：安装基座；垂向驱动装置，安装于安装基座上；垂向底座，套设在垂向驱动装置的外侧，垂向驱动装置的驱动端驱动垂向底座相对安装基座沿Z方向运动；旋转座，可绕Z方向旋转地套设在垂向底座上，且在Z方向上的位置相对垂向底座不变；旋转驱动电机，套设在旋转座的侧面，用于驱动旋转座绕Z方向转动，旋转驱动电机包括同轴间隔套设的旋转电机动子和旋转电机定子，旋转电机动子相对旋转座固定，旋转电机定子相对安装基座固定。运动装置包括上述的微动台。本发明公开的微动台和运动装置，有利于实现微动台及运动装置的轻量化和扁平化设计。

Description

一种微动台及运动装置

技术领域

本发明涉及集成电路制备技术领域，尤其涉及一种微动台及运动装置。

背景技术

在半导体硅片膜厚的检测领域，要求工件台可以和硅片传输系统完成硅片的交接，同时需要承载着12英寸或者8英寸的硅片完成垂向运动和360°的旋转运动，因此，应用于膜厚检测领域的运动装置一般包括XY运动台和设置于XY运动台上的微动台。

微动台为运动装置的核心部件，其一般能够提供绕Z方向的转动运动和沿Z方向的垂向运动。随着对产率要求和膜厚检测精度要求的不断提高，对运动装置的运行速度、加速度及性能要求也随之提高，这就要求运动装置更加轻量化及扁平化，以及具备更好的运动精度。

现有的微动台通常包括底座、间隔设置于底座上方的上平板、连接于上平板和底座之间的垂向驱动装置以及设置于上平板上的Rz台，Rz台包括用于安装载台的载台座以及用于驱动载台座绕Z轴转动的旋转驱动机构。

现有技术提供的微动台，垂向驱动装置、上平板和Rz台由下至上依次布置，造成微动台在Z方向的尺寸难以缩小，不利于微动台和运动装置的轻量化和扁平化设置。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种微动台，以减小微动台在Z方向的尺寸，以利于微动台的轻量化和扁平化设置。

本发明的另一目的在于提供一种运动装置，以减小运动装置在Z方向上的尺寸，提高运动装置的运行特性。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种微动台，包括：

安装基座；

垂向驱动装置，安装于所述安装基座上；

垂向底座，套设在所述垂向驱动装置的外侧，所述垂向驱动装置的驱动端驱动所述垂向底座相对所述安装基座沿Z方向运动；

旋转座，可绕所述Z方向旋转地套设在所述垂向底座上，且在所述Z方向上的位置相对所述垂向底座不变；

旋转驱动电机，套设在所述旋转座的侧面，用于驱动所述旋转座绕所述Z方向转动，所述旋转驱动电机包括同轴间隔套设的旋转电机动子和旋转电机定子，所述旋转电机动子相对所述旋转座固定，所述旋转电机定子相对所述安装基座固定。

作为一种微动台的优选技术方案，所述垂向底座包括同轴间隔套设且相连的转接筒部和滑套部，所述旋转座包括同轴间隔套设且相连的内筒部和外筒部，所述转接筒部套设在所述垂向驱动装置的外侧，所述内筒部Z向延伸入所述转接筒部和所述滑套部之间并与所述转接筒部转动连接，所述外筒部位于所述垂向底座的外侧并固连有所述旋转电机动子，所述滑套部与所述安装基座滑动连接。该种设置，使垂向底座与旋转座形成相互嵌套的配合结构，能够保证垂向底座与旋转座的连接便利性和连接可靠性的同时，有利于垂向底座与安装基座的滑动连接，且有利于微动台的轻量化和扁平化的设计。

作为一种微动台的优选技术方案，所述旋转电机动子固定套设在所述旋转座的外侧壁上，所述垂向底座位于所述旋转电机动子的内侧，所述旋转电机定子间隔套设在所述旋转电机动子的外侧。该种设置，能够方便旋转电机的拆装。

作为一种微动台的优选技术方案，所述微动台还包括挡板，所述挡板与所述旋转座或所述安装基座连接，所述挡板设置于所述旋转电机定子的上方，且所述旋转电机定子在XY平面上的投影位于所述挡板在所述XY平面上的投影范围内。挡板的设置，能够对旋转电机定子进行遮挡，减小水分、灰尘等杂质掉落至旋转电机定子上，提高旋转驱动电机的使用安全性和可靠性。

作为一种微动台的优选技术方案，所述安装基座包括底板部和垂直设置于所述底板部上的导向套部，所述垂向驱动装置安装于所述底板部上，所述垂向底座位于所述导向套部的内侧并与所述导向套部滑动连接，所述旋转驱动电机套设于所述导向套部的外部。该种设置，能够通过导向套部与垂向底座的滑动配合，实现垂向底座的滑动导向，保证垂向底座沿Z方向运动的可靠性和平稳性；同时，该种设置，能够使垂向底座和旋转驱动电机分别位于导向套部的两侧，使微动台的安装可以由内至外依次进行，提高安装效率，且能够有效减少结构干涉。

作为一种微动台的优选技术方案，所述安装基座还包括垂直设置于所述底板部上的安装筒，所述安装筒套设于所述旋转驱动电机的外侧且下端与所述底板部连接，所述旋转电机定子安装于所述安装筒的内侧壁。安装筒的设置，能够更好地为旋转电机定子的安装提供安装面，同时还能够对旋转驱动电机提供保护，避免旋转驱动电机外露造成旋转驱动电机容易损坏的问题。

作为一种微动台的优选技术方案，所述安装筒与所述底板部可拆卸连接。安装筒与底板部可拆卸连接的设置，能够提高旋转驱动电机的拆装便利性。

作为一种微动台的优选技术方案，所述旋转电机动子在所述Z方向的高度与所述旋转电机定子在所述Z方向上的高度差的绝对值大于等于所述旋转座沿所述Z方向的最大需求行程。该种设置，能够保证旋转电机动子在沿Z方向运动的过程中，始终位于旋转电机定子的磁场范围内，保证旋转驱动电机的运行可靠性。

作为一种微动台的优选技术方案，所述垂向驱动装置包括设置的音圈电机组件和重力补偿组件，所述音圈电机组件用于驱动所述旋转座沿所述Z方向运动，所述重力补偿组件用于补偿所述旋转座的重力。该种设置，将音圈电机组件和重力补偿组件集成设置，能够降低在实现对旋转座的垂向驱动的同时，实现对旋转座的重力补偿，有效提高结构紧凑性，有利于微动台的轻量化和扁平化设计。

作为一种微动台的优选技术方案，所述音圈电机组件包括音圈电机定子和音圈电机动子，所述重力补偿组件包括磁浮定子和磁浮动子，所述音圈电机定子与磁浮定子均相对所述安装基座固定，所述磁浮动子和所述音圈电机动子均位于相对所述垂向底座固定。由此，当音圈电机组件中的线圈通过切割产生洛伦兹力，为旋转座的Z方向运动提供驱动力的同时，磁浮定子和磁浮动子由于磁力而产生悬浮力，补偿旋转座的重力。

作为一种微动台的优选技术方案，所述垂向驱动装置还包括定子座，所述定子座的下端与所述安装基座连接，所述音圈电机定子安装于所述定子座的外壁，所述磁浮定子安装于所述定子座的内壁，所述音圈电机动子间隔设置于所述音圈电机定子的外侧。定子座的设置，能够方便磁浮定子与音圈电机定子与安装基座的连接，提高磁浮定子与音圈电机定子的设置稳定性和便利性，提高结构紧凑性。

作为一种微动台的优选技术方案，所述垂向驱动装置还包括动子座，所述动子座位于所述垂向底座内部并与所述垂向底座连接，所述动子座包括相连且间隔设置的磁安装部和电机安装部，所述电机安装部套设于所述定子座的外侧，所述音圈电机动子安装于电机安装部，所述磁安装部位于定子座的内侧，所述磁浮动子安装于磁安装部。动子座的设置，能够保证将音圈电机动子和磁浮动子间接相连在一起，保证音圈电机动子和磁浮动子的同步运行，且方便音圈电机动子与磁浮动子与垂向底座的连接，提高结构紧凑性，减小占地空间，更加有利于微动台的偏平化和轻量化设置。

作为一种微动台的优选技术方案，所述音圈电机动子包括音圈电机磁钢，所述音圈电机动子和所述磁浮动子合体设置。能够有效降低垂向驱动装置的结构复杂性，且减轻垂向驱动装置的重量，简化结构，更加由于微动台的扁平化和轻量化设置。

作为一种微动台的优选技术方案，所述重力补偿组件包括导气座和滑移座，所述导气座的下端与所述安装基座连接，所述导气座具有上端开口的气腔，所述滑移座滑动密封设置于所述气腔中，所述导气座的下部开设有与所述气腔连通的通气气道；

所述音圈电机组件包括套设的音圈电机定子和音圈电机动子，所述音圈电机定子安装于所述导气座，所述音圈电机动子连接于所述滑移座。该种设置，能够通过气浮形式实现重力补偿，使用灵活，成本较低。

一种运动装置，包括XY运动台和如上所述的微动台，所述安装基座与所述XY运动台连接，且所述XY运动台用于带动所述微动台沿X方向和/或Y方向运动。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的微动台，通过将垂向底座套设在垂向驱动装置的外侧、旋转座转动套设在垂向底座上，旋转驱动电机套设在旋转座的侧面，在实现旋转座沿Z方向平移和绕Z方向转动的同时，实现垂向驱动装置、旋转座和旋转驱动电机沿旋转径向的内外套设设置，从而能够有效降低微动台在Z方向的尺寸，有利于微动台轻量化和扁平化的设计，进而能够提高微动台的运行速度和运行精度。

本发明提供的运动装置，通过采用上述的微动台，能够有效降低运动装置沿Z方向的尺寸，从而有利于运动装置的扁平化和轻量化设置，提高运动装置的运行速度和运行精度。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的微动台的纵剖视图；

图2是本发明实施例一提供的微动台的横剖视图；

图3是本发明实施例一提供的垂向底座的结构示意图；

图4是本发明实施例一提供的上限位件在一个视角下的结构示意图；

图5是本发明实施例一提供的下限位件在一个视角下的结构示意图；

图6是本发明实施例一提供的下限位件在另一个视角下的结构示意图；

图7是本发明实施例一提供的旋转座在一个视角下的结构示意图；

图8是本发明实施例一提供的旋转座在另一个视角下的结构示意图；

图9是本发明实施例一提供的旋转驱动电机的结构示意图；

图10是本发明实施例一提供的垂向驱动装置的纵剖视图；

图11是本发明实施例二提供的垂向驱动装置的纵剖视图；

图12是本发明实施例三提供的垂向驱动装置的纵剖视图。

图中标记如下：

1、旋转驱动电机；11、旋转电机动子；111、旋转电机磁钢；12、旋转电机定子；121、旋转电机线圈；

2、旋转座；21、内筒部；211、限位凸缘；22、外筒部；221、定位凸台；23、顶板部；231、减重孔；24、容纳腔；

3、垂向底座；31、转接筒部；311、定位台阶；32、滑套部；33、连接部；34、容置槽；35、安装腔；36、连接板部；

4、垂向驱动装置；41、音圈电机组件；411、音圈电机动子；412、音圈电机定子；42、重力补偿组件；421、磁浮定子；422、磁浮动子；423、导气座；4231、气腔；4232、通气气道；424、滑移座；425、封板；43、定子座；44、动子座；441、磁安装部；4411、安装基部；4412、转接架部；442、电机安装部；443、连接座部；45、连接基座；

5、安装基座；51、底板部；52、导向套部；53、安装筒；531、主体筒部；532、安装凸部；

6、挡板；

7、转动轴承；8、载台；9、垂向导向组件；10、垂向位移检测装置；101、垂向光栅尺；102、垂向位移编码器；20、上限位件；201、限位圆筒部；202、挡缘部；30、下限位件；301、抵压环部；3011、内环部；3012、外环部；3013、连接环部；30131、光栅安装面；302、安装环部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

如图1和2所示，本实施例提供了一种微动台，其可以应用于集成电路制备领域，如应用于光刻系统的曝光台中或应用于半导体膜厚检测的工作台中，用于带动硅片等基底进行垂向运动及绕垂向方向的转动。本实施例提供的微动台还可以应用于其他需要对承载在微动台上的工件进行Rz(绕垂向)转动及Z(垂向)方向平移运动的场景和领域中，本实施例对此不做限制。

具体地，微动台包括安装基座5、旋转座2、垂向底座3、垂向驱动装置4、旋转驱动电机1及载台8。其中，垂向驱动装置4安装于安装基座5上，垂向底座3套设在垂向驱动装置4的外侧，垂向驱动装置4的驱动端能够驱动垂向底座3相对安装基座5沿Z方向运动；旋转座2可绕Z方向旋转地套设在垂向底座3上，且在Z方向的位置相对垂向底座不变；旋转驱动电机1套设在旋转座2的侧壁，用于驱动旋转座2绕Z方向转动，且旋转驱动电机1包括间隔套设的旋转电机定子12和旋转电机动子11，其中，旋转电机动子11相对旋转座2固定，旋转电机定子12相对安装基座5固定；载台8设置于旋转座2的顶部。

本实施例提供的微动台，通过将垂向底座3套设在垂向驱动装置4的外侧、旋转座2转动套设在垂向底座3上，旋转驱动电机1套设在旋转座2的侧面，在实现旋转座2沿Z方向平移和绕Z方向转动的同时，实现垂向驱动装置4、旋转座2和旋转驱动电机1沿旋转座2径向的内外套设设置，从而能够有效降低微动台在Z方向的尺寸，有利于微动台轻量化和扁平化的设计，进而能够提高微动台的运行速度和运行精度。

为提高垂向底座3的垂向运动平稳性，安装基座5包括底板部51和垂直设置于底板部51上的导向套部52，底板部51与Z方向垂直(即底板部51水平设置)，该导向部52呈筒状结构，与底板部51连接形成一个具有向上开口的容置空间，垂向驱动装置4安装于底板部51上，且位于该容置空间内，垂向底座3位于上述容置空间内并与导向套部52滑动连接，旋转驱动电机1套设在导向套部52的外侧。该种设置，能够通过导向套部52与垂向底座3的滑动配合，实现垂向底座3的滑动导向，保证垂向底座3沿Z方向运动的可靠性和平稳性；同时，该种设置，能够使垂向底座3和旋转驱动电机1分别位于导向套部52的两侧，使微动台的安装可以由内至外依次进行，提高安装效率，且能够有效减少结构干涉。

为进一步地提高垂向底座3垂向运动的平稳性，导向套部52和垂向底座3之间还设置有垂向导向组件9，垂向导向组件9用于为垂向底座3的垂向运动进行导向。垂向导向组件9可采用现有的直线滑轨的结构形式，或现有其他直线导向结构，本发明对此不做具体限制。且优选地，垂向导向组件9环绕垂向底座3的周向间隔设置有至少两组，以进一步地提高垂向导向稳定性和可靠性。

值得说明的是，导向套部52的内壁横截面形状以及滑套部32的外壁截面形状可以为圆形、矩形或异形，只要保证滑套部32与导向套部52能够通过垂向导向组件9滑动连接即可。

如图1、图3、图7和图8所示，为方便旋转座2与垂向底座3的转动配合以及安装基座5与垂向底座3的滑动配合，垂向底座3包括同轴间隔套设的转接筒部31和滑套部32，旋转座2包括同轴间隔套设的内筒部21和外筒部22，内筒部21Z向延伸入滑套部32及转接筒部31之间并与转接筒部31转动连接，外筒部22位于垂向底座3的外侧且固连有旋转电机动子11，滑套部32与安装基座5滑动连接。该种设置，使垂向底座3与旋转座2形成相互嵌套的配合结构，能够保证垂向底座3与旋转座2的连接便利性和连接可靠性的同时，有利于垂向底座3与安装基座5的滑动连接，且有利于微动台的轻量化和扁平化的设计。

即，在本实施例中，滑套部32位于转接套筒31的外侧，且滑套部32与导向套部52转动连接，外筒部22位于导向套部52的外侧，垂向导向组件9设置于滑套部32与导向套部52之间。

在其他一个实施例中，滑套部32也可以位于转接套筒31的内侧，即可以是导向套部52位于滑套部32的内侧并与滑套部32滑动连接。此时，旋转座2的内筒部21与转接套筒31的内壁转动连接。

在其他又一个实施例中，旋转座2也可以不包括内筒部21，外筒部22的上端连接有顶板，顶板通过盘式轴承与垂向底座3转动连接。

优选地，滑套部32与转接筒部31的下端之间连接有连接部33，连接部33、转接筒部31以及滑套部32合围形成有上端开口的容置槽34。内筒部21的下端伸入容置槽34中并与转接筒部31转动连接。

进一步地，转接筒部31呈圆筒状结构，以有利于转接筒部31与内筒部21的转动连接。转接筒部31的内侧形成有安装腔35，垂向驱动装置4至少部分位于安装腔35内。优选地，转接筒部31的上端向内延伸有环形的连接板部36，连接板部36能够用于与垂向驱动装置4的驱动端连接，以提高连接和拆装便利性。

进一步地，为提高旋转座2转动顺畅性，内筒部21的内壁与转接筒部31的外侧壁之间设置有转动轴承组，转动轴承组的内圈与转接筒部31的外侧壁固定连接，转动轴承组的外圈与内筒部21的内壁连接，以降低旋转座2转动时的摩擦阻力，提高旋转座2转动速度和转动精度。转动轴承组可以仅包括一个转动轴承7，也可以包括沿Z方向并排设置的两个或两个以上转动轴承7，且转动轴承7可以但不限定为深沟球轴承等。

在本实施例中，为方便转动轴承组在垂向底座3上的安装定位，转接筒部31的外壁上设置有环形的定位台阶311，转动轴承组的下端面抵接于定位台阶311上。

为提高转动轴承组的安装稳定性，防止转动轴承7沿Z方向发生窜动，微动台上设置有限制转动轴承7沿Z方向窜动的轴承限位结构。在本实施例中，轴承限位结构包括上限位件20和下限位件30，上限位件20位于转动轴承组的上方并与转动轴承组的上端面抵接，下限位件30位于转动轴承组的下方并与转动轴承组的下端面抵接，上限位件20与转接筒部31或旋转座2中的一个连接，下限位件30与转接筒部31或旋转座2中的一个连接。

具体地，如图1及图4所示，上限位件20呈环形结构，上限位件20包括呈圆筒状的限位圆筒部201，限位圆筒部201的内径小于转接筒部31的外径，限位圆筒部201的外径大于转动轴承7的内径且小于转动轴承7的外径，限位圆筒部201的下端面抵接于垂向底座3的上端面且与垂向底座3可拆卸连接，连接方式优选但不限于螺纹连接。

更为优选地，上限位件20还包括沿限位圆筒部201的上端边缘向外延伸的挡缘部202，挡缘部202位于转动轴承组的上方并与旋转座2的内壁抵接。挡缘部202的设置，能够避免外部的灰尘等杂质由上掉落至转动轴承组内，对转动轴承组提供遮挡和保护，保证转动轴承组的转动顺畅性。

如图1、5及6所示，下限位件30包括抵压环部301和沿抵压环部301的外壁面向外延伸的安装环部302，抵压环部301的上表面与转动轴承组的下表面抵接，安装环部302的上表面与内筒部21的下端面抵接，且安装环部302与内筒部21的下端面可拆卸连接。安装环部302与内筒部21优选采用螺纹连接，以提高连接可靠性。

进一步地，抵压环部301的下表面向形成有光栅安装面30131。微动台还包括旋转位移检测组件，旋转位移检测组件用于检测旋转座2转动的角度。在本实施例中，旋转位移检测组件包括设置于上述光栅安装面30131上的光栅尺以及固设于垂向底座3上且与光栅尺配合的旋转位移编码器，光栅尺在光栅安装面30131上的安装方式优选但不限于粘接。

但可以理解的是，在其他实施例中，旋转位移检测组件还可以采用现有其他可检测旋转位移或旋转角度的检测装置，且旋转位移检测组件还可以安装在其他位置，如光栅尺安装于内筒部21的外侧壁，旋转位移编码器安装于滑套部32的内侧壁等。

优选地，抵压环部301的纵向截面呈开口朝向转动轴承柱的U型结构，即其包括内外间隔设置的内环部3011和外环部3012以及连接于内环部3011和外环部3012之间的连接环部3013，内环部3011的上端面与转动轴承7的内圈下端面间隔设置，外环部3012的上端面与转动轴承7的外圈端面抵接，外环部3012的外侧壁向外延伸有上述的安装环部302，连接环部3013下表面形成上述的光栅安装面30131。该种抵压环部301的设置，能够增大抵压环部301的径向尺寸，从而增大光栅安装面30131的径向宽度，保证光栅尺的安装便利性和安装可靠性，同时，能够增强下限位件30的整体结构强度。在其他实施例中，抵压环部301也可以仅包括外环部3012和连接环部3013。

采用上限位件20和下限位件30配合限制转动轴承7的轴向窜动，能够简化垂向底座3和旋转座2的结构和加工，且通用性高。但可以理解的是，上述的轴承限位结构仅为示例性结构，现有技术中能够实现轴承轴向限位的结构均可应用于本发明中，如在其他一个实施例中，可以在转接筒部31的外侧壁或者容纳腔24的内壁凸设与转动轴承7下端面抵接的限位凸台，转动轴承7的上端限位采用上限位件20进行限定等。

如图1所示，优选地，旋转电机动子11套设于旋转座2的外侧，即旋转电机定子12间隔套设在旋转电机动子11外侧，以方便旋转电机动子11的安装和拆卸。在其他实施例中，旋转驱动电机1也可以设置于外筒部22和导向套部52之间，此时，旋转电机动子11套设于旋转电机定子12的外侧，旋转电机定子12固设于导向套部52的外侧壁，旋转电机动子11固设于外筒部22的内侧壁。

为方便旋转电机定子12的安装，安装基座5还包括套设在旋转驱动电机1外侧的安装筒53，安装筒53的下端与底板部51连接，旋转电机定子12安装于安装筒53的内壁。安装筒53的设置，能够更好地为旋转电机定子12的安装提供安装面，同时还能够对旋转驱动电机1提供保护，避免旋转驱动电机1外露造成旋转驱动电机1容易损坏的问题；同时，安装筒53的设置，使得安装基座5、旋转座2及垂向底座3形成在X、Y方向上的相互嵌套结构，更加有利于微动台的偏平化和轻量化审核制。

为实现旋转电机动子11在外筒部22上的安装定位，外筒部22的外侧壁向外凸设有定位凸台221，旋转电机动子11安装于定位凸台221的上表面。在其他实施例中，也可以是在外筒部22的外壁面开设环形凹槽，旋转电机动子11嵌设于环形凹槽中。旋转电机动子11与外筒部22以及旋转电机动子12与安装筒53的固定可以采用粘接或者螺纹连接等现有电机定子或动子的安装固定方式。

为方便安装筒53的安装，安装筒53包括竖直设置的主体筒部531，主体筒部531的下端沿径向向外延伸有安装凸部532，安装凸部532的下表面与底板部52的上表面抵接，且安装凸部532与底板部52之间通过螺纹连接件连接。优选地，安装凸部532和安装基座5中的一个设置有定位柱，另一个设置有定位孔，以提高安装筒53在安装基座5上的安装可靠性。在其他实施例中，安装筒53也可以与底板部51一体成型。

微动台还包括挡板6，挡板6与旋转座2或安装基座5连接，挡板6设置于旋转电机定子12的上方，且旋转电机定子12在XY平面上的投影位于挡板6在XY平面上的投影范围内。挡板6的设置，能够对旋转电机定子12进行遮挡，减小水分、灰尘等杂质掉落至旋转电机定子12上，提高旋转驱动电机1的使用安全性和可靠性。

在本实施例中，挡板6可拆卸连接于安装筒53的上端，在其他实施例中，挡板6也可以可拆卸连接于旋转座2的上端或外侧壁上，且挡板6的大小、形状和距离旋转电机定子12的高度不做具体限制，只要保证挡板6的设置不会干扰旋转座2及旋转电机动子11的运行即可。

更为优选地，在旋转座2相对安装基座5处于最低位置时，安装筒53的顶端与旋转座2的顶端之间的高度差的绝对值小于10cm，以使微动台在初始安装状态下，安装筒53内侧的结构能够基本内藏于安装筒53内部，提高外形美观性和结构紧凑性，且更加有利于对安装筒53内部结构进行保护。

如图1所示，为方便基底(如硅片等)的安装，本实施例提供的微动台还包括载台8，载台8用于对基底进行吸附，且载台8对于基底的吸附可以是真空吸附或静电吸附。载台8的结构以及对基底的吸附方式可以采用现有技术中的设置，此非本发明的重点，本实施例不再赘述。

优选地，在本实施例中，载台8包括一体成型的中心盘部和外盘部，中心盘部与旋转座2同轴设置且底面与Z方向垂直，外盘部围设在中心盘部外周且外盘部的底面沿远离中心盘部的方向倾斜向上延伸。外盘部的内径小于旋转座2的外径，从而能够在旋转座2处于最低位置时，避免载台8与安装筒53相干涉。

可以理解的是，当旋转座2相对安装基座5处于最低位置时，安装筒53的顶端与旋转座2的顶端之间的高度差可以基于其上连接的载台8的具体结构形式进行设置，只要保证结构不干涉即可。

如图1、7和8所示，为方便载台8的安装，旋转座2还包括连接于内筒部21和外筒部22顶端之间的顶板部23。在本实施例中，顶板部23呈环形结构，以减轻旋转座2的整体重量，且方便载台8的安装。在其他实施例中，内筒部21和外筒部22之间可以采用沿内筒部21周向间隔设置的若干个连接筋连接，或顶板部23也可以呈圆板结构。

进一步地，顶板部23上开设有减重孔231，以减轻旋转座2的整体质量。减重孔231沿旋转座2的周向间隔设置有多个，以在保证旋转座2的整体结构强度的同时，提高减重效果。更为优选地，减重孔231呈与旋转座2同轴设置的扇环形结构。

优选地，内筒部21的内侧形成用于容纳转接筒部31的容纳腔24，内筒部21的上端内壁凸设有限位凸缘211，限位凸缘211与转动轴承组的上端面抵接，限位凸缘211的设置，能够进一步地增强对转动轴承7的限位效果，且能够保持内筒部21主体厚度不变的基础上，增大上端厚度，从而增大安装凸台24沿径向方向的尺寸，保证安装凸台24与载台8的连接可靠性。

如图1、图2及图9所示，在本实施例中，旋转电机动子11包括沿所述旋转座2周向均匀且间隔设置的多个旋转电机磁钢111，旋转电机定子12包括沿旋转座2周向均匀且间隔设置的多个旋转电机线圈121，旋转电机磁钢111通过粘接或者螺纹连接的方式连接于外筒部22上，旋转电机线圈121固定于安装筒53的内壁上。

由于垂向驱动装置4能够驱动垂向底座3进而带动旋转座2沿Z方向运动，旋转电机磁钢111固定于旋转座2上，因此，旋转电机磁钢111能够相对旋转电机线圈121沿Z方向运动。为保证旋转电机线圈121对旋转电机磁钢111的作用范围，优选地，旋转电机线圈121在Z方向的高度与旋转电机磁钢111在Z方向的高度差的绝对值大于旋转座2的最大需求行程。且最为优选地，|旋转电机线圈121的高度-旋转电机磁钢111的高度|-旋转座2的最大需求行程＝5～10mm。

如图10所示，垂向驱动装置4包括音圈电机组件41，音圈电机组件41包括间隔套设的音圈电机定子412和音圈电机动子411，音圈电机定子412相对安装基座5固定，音圈电机动子411相对垂向底座3固定。为降低音圈电机组件41的垂向承载负荷，垂向驱动装置4还包括重力补偿组件42，重力补偿组件42用于补偿音圈电机组件41所承受的垂向负载，提高整个微动台的垂向运动性能。

本实施例提供的垂向驱动装置4，将音圈电机组件41和重力补偿组件42集成设置，能够在实现对旋转座2的垂向驱动的同时，实现对旋转座2的重力补偿，有效提高结构紧凑性，有利于微动台的轻量化和扁平化设计。

在本实施例中，重力补偿组件42采用磁浮重力补偿的结构形式。具体地，重力补偿组件42包括间隔套设的磁浮定子421和磁浮动子422，磁浮定子421和音圈电机定子412均相对安装基座5固定，音圈电机动子411和磁浮动子422均相对垂向底座3固定。由此，当音圈电机组件41中的线圈通过切割产生洛伦兹力，为旋转座2的Z方向运动提供驱动力的同时，磁浮定子421和磁浮动子422由于磁力而产生悬浮力，补偿旋转座2的重力。

为方便垂向驱动装置4与垂向底座3及安装基座5的连接，垂向驱动装置4还包括定子座43和动子座44；定子座43与安装基座5固定，磁浮定子421和音圈电机定子412均设置于定子座43上，由此，磁浮定子421和音圈电机定子412均通过定子座43固定连接至安装基座5上；动子座44相对垂向底座3固定，且磁浮动子422和音圈电机动子411均固定在动子座44上，由此，磁浮动子422和音圈电机动子411均通过动子座44连接至垂向底座3。

当向音圈电机定子412通电时，音圈电机定子412与音圈电机动子411之间产生的磁力驱动音圈电机动子411沿Z方向运动，从而驱动与音圈电机动子411固连的动子座44沿Z方向垂向运动，即通过动子座44带动垂向底座3沿Z方向运动；同时，磁浮定子421和磁浮动子422之间存在磁力，该磁力使磁浮动子422具有沿Z方向向上运动的趋势，从而通过磁浮动子422向动子座44施加向上的悬浮支撑力，即向垂向底座3施加向上的支撑力。

通过将音圈电机定子412和磁浮定子421均固定在定子座43上，将音圈电机动子411和磁浮动子422均固定在动子座44上，能够将重力补偿装置集成到垂向驱动装置4中，有助于提高微动台的集成程度，提高整体结构的紧凑性，缩小垂向驱动装置4和重力补偿装置的空间占用率，从而更加有利于微动台的轻量化和扁平化设置。

优选地，在本实施例中，定子座43呈圆筒状结构，定子座43的下端与安装基座5连接，音圈电机定子412安装于定子座43的外壁，磁浮定子421安装于定子座43的内壁。优选地，磁浮定子421安装于定子座43的下端，音圈电机定子412安装于定子座43的上端。

动子座44包括位于定子座43内部的磁安装部441和位于定子座43外部的电机安装部442以及连接于磁安装部441和电机安装部442之间的连接座部443，连接座部443位于定子座43的上方且与垂向底座3连接，磁浮动子422安装于磁安装部441且位于磁浮定子421的内侧，音圈电机动子411安装于电机安装部442上且位于音圈电机定子412的外侧。

为了实现各定子和动子的安装定位，优选地，定子座43的内壁开设有内安装槽，定子座43的外壁开设有外安装槽，磁浮定子421嵌设于内安装槽中，音圈电机定子412嵌设于外安装槽中。磁安装部441的外壁上开设有环形的安装环槽，磁浮动子422嵌设于安装环槽中，以提高磁浮动子422的安装精度。电机安装部442的外壁上凸设有安装凸环，音圈电机动子411的内侧固定于电机安装部442的外壁，音圈电机动子411的下端抵接于安装凸环上端面。可以理解的是，上述各定子和动子的安装和定位结构均为示例性结构，本实施例对此不做限制。

磁安装部441包括安装基部4411和转接架部4412，安装基部4411的上端与转接架部4412的下端可拆卸连接，转接架部4412的上端与连接座部443可拆卸连接，磁浮动子422安装于安装基部4411上。该种设置，一方面能够简化动子座44的加工，另一方面可以方便磁浮动子422的安装，以使磁浮动子422可以安装至安装基部4411后，再使安装基部4411与转接架部4412连接。

由于磁浮动子422能够相对磁浮定子421沿Z方向的运动，优选地，磁浮动子422沿Z方向的高度大于磁浮动子422沿Z方向的高度，且磁浮动子422与磁浮定子421沿Z方向的高度差至少大于旋转座2沿Z方向的运动行程。

优选地，垂向驱动装置4还包括里连接基座45，连接基座45的上端与定子座43的下端可拆卸连接，连接基座45抵接于安装基座5上表面且与安装基座5可拆卸连接，连接基座45沿Z方向贯通开设有与定子座43同轴设置的基座通孔，动子座43的下端能够伸入基座通孔中，以减小垂向驱动装置4在Z方向上的尺寸。

如图2所示，优选地，为检测旋转座2沿Z方向的位移行程，微动台还包括垂向位移检测装置10。在本实施例中，垂向位置检测装置包括配合使用的垂向位移编码器102和垂向光栅尺101，垂向光栅尺101竖直设置，且垂向位移编码器102和垂向光栅尺101中的一个设置于垂向底座3上，另一个设置在安装基座5上，且垂向位移编码器102与垂向光栅尺101相对设置。

在本实施例中，优选地，垂向光栅尺101设置于滑套部32的外侧壁，垂向位移编码器102设置于导向套部52的内侧壁。为方便垂向光栅尺101的安装，滑套部32的外侧壁形成有与Z方向平行的安装面，垂向光栅尺101粘接或者采用其他可拆卸连接方式安装于安装面上。

将垂向光栅尺101和垂向位移编码器102分别安装于滑套部32及导向套部52上，安装空间容易保证，方便垂向位移检测装装置10的拆装。在其他实施例中，垂向光栅尺101和垂向位移编码器102还可以分别安装于外筒部22和导向套部52上，或可以安装于其他位置，本发明对此不做具体限制。

垂向光栅尺101配合垂向位移编码器102实现垂向位移测量的原理和具体结构较为常规，此处不再赘述。且可以理解的是，还可以采用现有其他检测位移的装置对旋转座2的垂向运动行程进行检测，本实施例对此不做限制。

实施例二

本实施例提供了一种微动台，且与实施例一相比，本实施例提供的微动台与实施例一提供的微动台的结构基本相同，仅垂向驱动装置4的设置存在差异，本实施例不再对与实施例一相同的结构赘述。

如图11所示，垂向驱动装置4包括音圈电机组件41和重力补偿组件42，音圈电机组件41包括内外间隔套设的音圈电机定子412和音圈电机动子411，重力补偿组件42包括内外间隔套设的磁浮动子422和磁浮定子421。在本实施例中，磁浮定子421固定设置于音圈电机定子412的内部，且磁浮动子422和音圈电机动子411合为一体，且为与音圈电机定子412配合的音圈电机磁钢。该种设置方式，能够有效降低垂向驱动装置4的结构复杂性，且减轻垂向驱动装置4的重量。

优选地，垂向驱动驱动机构包括定子座43，音圈电机定子412安装于定子座43的外壁，磁浮定子421安装于定子座43的内壁。磁浮定子421为柱状或筒状的磁石结构。且优选地，音圈电机定子412嵌设于定子座43的外壁上。

音圈电机磁钢可以直接安装于垂向底座3的安装腔35的内壁上，也可以通过动子座与垂向底座3连接，本实施例对此不做具体限制，只要保证音圈电机磁钢相对垂向底座3固定即可。

实施例三

本实施例提供了一种微动台，且与实施例一相比，本实施例提供的微动台与实施例一提供的微动台的结构基本相同，仅垂向驱动装置4的设置存在差异，本实施例不再对与实施例一相同的结构赘述。

如图12所示，垂向驱动装置4包括音圈电机组件41和重力补偿组件42，音圈电机组件41包括内外间隔套设的音圈电机定子412和音圈电机动子411，重力补偿组件42采用气浮的方式补偿旋转座2的重力。

具体地，重力补偿组件42包括导气座423和滑移座424，导气座423具有上端开口的气腔4231，导气座423内开设有与气腔4231连通的通气气道4232，通气气道4232的一端与气腔4231连通，另一端贯通导气座423的外侧壁并与气源装置连通。滑移座424滑动密封设置于气腔4231中，且音圈电机动子411与滑移座424相对固定，音圈电机定子412安装于导气座423的外壁上。

当音圈电机动子411相对音圈电机定子412沿Z方向运动时，滑移座424在音圈电机动子411的带动下在气腔4231内上下滑动，改变气腔4231的容积，通过气源装置经通气气道4232向气腔4231内充气或者放气，改变气腔4231内气体压强，能够使气腔4231内气体向滑移座424施加向上的气体压力，从而能够补偿旋转座2的重力。

进一步地，垂向驱动装置4还包括动子座44，音圈电机动子411设置于动子座44上，动子座44固定连接至滑移座424的顶部，且动子座44相对垂向底座3固定。优选地，动子座44呈上端封闭、下端开口的圆筒状结构，导气座423的上端设置有上述的音圈电机定子412，且导气座423的上端伸入动子座44内部。

优选地，动子座44的下端开口周缘向内延伸有安装凸部，音圈电机动子411的外壁固定于动子座44的内侧壁，音圈电机动子411的下端抵接于安装凸部上表面。

实施例四

本实施例提供了一种运动装置，其包括XY运动台及实施例一至实施例三任意一个中的微动台，微动台设置于XY运动台上，且XY运动台用于带动微动台沿X方向和/或Y方向运动。

XY运动台可以参考专利申请202011523638.5中的结构，也可以采用现有技术中其他XY运动台的结构形式，本实施例对此不做具体限制。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种微动台，其特征在于，包括：

安装基座(5)；

垂向驱动装置(4)，安装于所述安装基座(5)上；

垂向底座(3)，套设在所述垂向驱动装置(4)的外侧，所述垂向驱动装置(4)的驱动端驱动所述垂向底座(3)相对所述安装基座(5)沿Z方向运动；

旋转座(2)，可绕所述Z方向旋转地套设在所述垂向底座(3)上，且在所述Z方向上的位置相对所述垂向底座(3)不变；

旋转驱动电机(1)，套设在所述旋转座(2)的侧面，用于驱动所述旋转座(2)绕所述Z方向转动，所述旋转驱动电机(1)包括同轴间隔套设的旋转电机动子(11)和旋转电机定子(12)，所述旋转电机动子(11)相对所述旋转座(2)固定，所述旋转电机定子(12)相对所述安装基座(5)固定。

2.根据权利要求1所述的微动台，其特征在于，所述垂向底座(3)包括同轴间隔套设且相连的转接筒部(31)和滑套部(32)，所述旋转座(2)包括同轴间隔套设且相连的内筒部(21)和外筒部(22)，所述转接筒部(31)套设在所述垂向驱动装置(4)的外侧，所述内筒部(21)Z向延伸入所述转接筒部(31)和所述滑套部(32)之间并与所述转接筒部(31)转动连接，所述外筒部(22)位于所述垂向底座(3)的外侧并固连有所述旋转电机动子(11)，所述滑套部(32)与所述安装基座(5)滑动连接。

3.根据权利要求1所述的微动台，其特征在于，所述旋转电机动子(11)固定套设在所述旋转座(2)的外侧壁上，所述垂向底座(3)位于所述旋转电机动子(11)的内侧，所述旋转电机定子(12)间隔套设在所述旋转电机动子(11)的外侧。

4.根据权利要求3所述的微动台，其特征在于，所述微动台还包括挡板(6)，所述挡板(6)与所述旋转座(2)或所述安装基座(5)连接，所述挡板(6)设置于所述旋转电机定子(12)的上方，且所述旋转电机定子(12)在XY平面上的投影位于所述挡板(6)在所述XY平面上的投影范围内。

5.根据权利要求1所述的微动台，其特征在于，所述安装基座(5)包括底板部(51)和垂直设置于所述底板部(51)上的导向套部(52)，所述垂向驱动装置(4)安装于所述底板部(51)上，所述垂向底座(3)位于所述导向套部(52)的内侧并与所述导向套部(52)滑动连接，所述旋转驱动电机(1)套设于所述导向套部(52)的外部。

6.根据权利要求5所述的微动台，其特征在于，所述安装基座(5)还包括竖直设置于所述底板部(51)上的安装筒(53)，所述安装筒(53)套设于所述旋转驱动电机(1)的外侧且下端与所述底板部(51)连接，所述旋转电机定子(12)安装于所述安装筒(53)的内侧壁。

7.根据权利要求6所述的微动台，其特征在于，所述安装筒(53)与所述底板部(51)可拆卸连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的微动台，其特征在于，所述旋转电机动子(11)在所述Z方向的高度与所述旋转电机定子(12)在所述Z方向上的高度差的绝对值大于等于所述旋转座(2)沿所述Z方向的最大需求行程。

9.根据权利要求1-7任一项所述的微动台，其特征在于，所述垂向驱动装置(4)包括音圈电机组件(41)和重力补偿组件(42)，所述音圈电机组件(41)用于驱动所述旋转座(2)沿所述Z方向运动，所述重力补偿组件(42)用于补偿所述旋转座(2)的重力。

10.根据权利要求9所述的微动台，其特征在于，所述音圈电机组件(41)包括音圈电机定子(412)和音圈电机动子(411)，所述重力补偿组件(42)包括磁浮定子(421)和磁浮动子(422)，所述音圈电机定子(412)与所述磁浮定子(421)均相对所述安装基座(5)固定，所述磁浮动子(422)和所述音圈电机动子(411)均相对所述垂向底座(3)固定。

11.根据权利要求9所述的微动台，其特征在于，所述重力补偿组件(42)包括导气座(423)和滑移座(424)，所述导气座(423)的下端与所述安装基座(5)连接，所述导气座(423)具有上端开口的气腔(4231)，所述滑移座(424)滑动密封设置于所述气腔(4231)处，所述导气座(423)的下部开设有与所述气腔(4231)连通的通气气道(4232)；

所述音圈电机组件(41)包括套设的音圈电机定子(412)和音圈电机动子(411)，所述音圈电机定子(412)安装于所述导气座(423)，所述音圈电机动子(411)连接于所述滑移座(424)。

12.一种运动装置，其特征在于，包括XY运动台和如权利要求1-11任一项所述的微动台，所述安装基座(5)与所述XY运动台连接，且所述XY运动台用于带动所述微动台沿X方向和/或Y方向运动。

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