CN114127870A - 用于旋转运动系统的磁性止动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于旋转运动系统的磁性止动器（10），包括基座单元（102）和可旋转地安装在基座单元（102）上的旋转单元（104）。磁性止动器（10）包括配置成安装在基座单元（102）上的静态部分（12）和配置成安装在旋转单元（104）上的旋转臂（30）。静态部分（12）包括旋转臂止动部分（14），其被配置成接收旋转臂（30）的远端部分（32b），以及可移动装置，其包括磁体保持器（26）以及安装在磁体保持器（26）上并且适于可在旋转臂止动部分（14）内移动的可移动磁体（28）。旋转臂（30）包括旋转臂磁体（36），该旋转臂磁体（36）被配置成当静态部分（12）和旋转部分（30）分别安装在基座单元（102）和旋转单元（104）上时与可移动磁体（28）磁性地相互作用，以便在旋转运动系统正在操作时防止旋转单元（104）的过度移动。

Description

用于旋转运动系统的磁性止动器

技术领域

本发明涉及一种用于旋转运动系统的旋转单元的磁性止动器。本发明还涉及一种高精度定位系统，其包括配备有磁性止动器并安装在X-Y运动系统上的旋转运动系统。

背景技术

可旋转地安装在基座单元上的晶片卡盘类型的旋转运动系统通常包括连接到晶片卡盘（以下称为旋转晶片保持单元）和真空源的真空管，以便通过布置在旋转晶片保持单元表面上的真空孔或环图案向晶片背面施加负压来将晶片保持在适当位置。因此，晶片保持单元不能承受连续的旋转移动，否则真空管将从真空源断开连接并缠绕在晶片卡盘周围，从而导致管的磨损和撕裂，以及可能的对旋转运动系统的损坏。

通常，旋转晶片保持单元被配置成从参考位置既沿顺时针又沿逆时针方向被驱动旋转。已经存在各种机械止动器来防止旋转晶片保持单元的连续旋转，从而允许保持单元当沿顺时针或逆时针方向被驱动时从参考位置稍微超过180°的旋转。

图1示出了作为现有技术一部分的机械止动器的示例。机械止动器包括安装在旋转运动系统的基座站B上的静态部分A，同时销C安装在径向延伸部分D上并垂直于该径向延伸部分D，该径向延伸部分D与可旋转地安装在基座站B上的旋转晶片保持单元E形成一体部分。机械止动器的静态部分包括连接到枢轴G的减震器F和布置在枢轴两侧上的两个硬止挡H。旋转晶片保持单元E的销C被配置成取决于旋转晶片保持单元E的旋转方向而撞击减震器F的任一侧。减震器F任一侧上的销C之间的冲击导致减震器F围绕枢轴G旋转，以逐渐使旋转晶片保持单元停止。

在旋转晶片保持单元E进入错误模式并超过预定旋转的情况下，保持单元的销C撞击减震器F，于是减震器围绕枢轴G旋转，直到其与任一硬止挡H接触，以便使旋转晶片保持单元停止。

然而，对于用于洁净室环境应用的精密定位系统，应避免机械冲击，因为这些冲击可能会产生颗粒，颗粒对半导体器件制造的前端和后端应用都可能具有显著的负面影响。

图2示出了一种机械止动器，它是现有技术的一部分，并且已经被开发来防止图1的减震器在受到高加速度时摆动并撞上两个硬止挡H。对于高精度定位应用，当图1所示类型的旋转位置系统安装在易于产生高加速度的X-Y运动系统上时，情况特别如此。

止动器包括臂I，该臂I具有可枢转地安装在枢轴G上的近侧部分和布置成将被图1的旋转晶片保持单元E的销C撞击的远端部分。磁体K安装在臂I中，臂I定位在由铁磁材料制成的支架L内。当X-Y运动系统加速时，磁体K被推靠支架L的任一侧上，从而取决于加速度的方向而通过磁引力将臂锁定到第一或第二锁定位置中。这种机械止动器因此克服了当受到高加速度时两个硬止挡H的机械冲击问题。

然而，即使使用图2的机械止动器，颗粒也可能不仅由销C和臂I的远端部分之间的冲击产生，而且还由当臂I旋转时枢轴G和臂I之间发生的摩擦产生。

因此，本发明的目的是提供一种用于旋转运动系统的旋转单元的无颗粒的止动器，或者至少一种产生较少颗粒的止动器。

本发明的另一个目的是提供一种用于旋转运动系统的旋转单元的弹性且耐用的止动器。

本发明的另一个目的是提供一种符合严格的洁净室分类和标准的高精度定位系统。

发明内容

这些目的通过一种用于旋转运动系统的磁性止动器来实现，其包括基座单元和可旋转地安装在基座单元上的旋转单元。磁性止动器包括配置成安装在基座单元上的静态部分和配置成安装在旋转单元上的旋转臂。静态部分包括被配置成接收旋转臂的远端部分的旋转臂止动部分以及可移动装置，可移动装置包括磁体保持器和安装在磁体保持器上并可在旋转臂止动部分内移动的可移动磁体。旋转臂包括旋转臂磁体，该旋转臂磁体被配置成当静态部分和旋转部分分别安装在基座单元和旋转单元上时与可移动磁体磁性地相互作用，以便在旋转运动系统正在操作时防止旋转单元的过度移动。

在一个实施例中，磁体保持器被成形为保持可移动磁体，使得当旋转臂在静态部分的旋转臂止动部分内移动时，磁体的磁极N-S与旋转臂磁体的圆形轨迹的切线对齐。

在一个实施例中，可移动磁体和旋转臂磁体被定位成使得当旋转臂在所述旋转臂止动部分内移动时，可移动磁体和旋转臂磁体的相同磁极彼此面对，从而彼此排斥而没有任何接触。

在一个实施例中，旋转臂磁体在旋转臂止动部分内的圆形轨迹在10°和20°之间延伸，且优选在10°和15°之间延伸。

在一个实施例中，旋转臂的远端部分包括磁体接收部分，旋转臂磁体安装在磁体接收部分中，其中当旋转单元相对于基座单元旋转时，旋转臂磁体的相对磁极N-S与旋转臂磁体的圆形轨迹的切线对齐。

在一个实施例中，可移动装置还包括叶片，该叶片包括连接到静态部分的近端部分和连接到磁体保持器的远端部分。叶片被配置成当旋转臂磁体与可移动磁体磁性地相互作用时弯曲。

在一个实施例中，静态部分包括外壳。当叶片处于静止构型时，叶片沿着与外壳的横向侧部等距的轴线定位在外壳内。

在一个实施例中，旋转臂止动部分包括相对于所述轴线的两个倾斜的相对侧部。在旋转单元超过预定旋转的情况下，磁体保持器接触抵靠所述相对侧部中的任一者。

在一个实施例中，磁性止动器的静态部分还包括安装在外壳上的静态磁体，以在旋转单元进入错误模式并超过预定旋转的情况下，防止磁体保持器接触抵靠旋转臂止动部分的两个相对侧部中的任一者。

在一个实施例中，可移动磁体具有长方体形状，而旋转臂磁体具有圆柱形形状。

本发明的另一方面涉及一种旋转运动系统，包括可旋转地安装在基座单元上的旋转单元。旋转运动系统还包括如上所述的磁性止动器。磁性止动器的旋转臂安装在旋转单元上，而磁性止动器的静态部分安装在基座单元上。

在一个实施例中，旋转臂安装在旋转单元的横向侧部部分上，并从所述横向部分的外边缘径向向外延伸。

本发明的另一方面涉及一种高精度定位系统，其包括安装在X-Y运动系统上的X-Y运动系统和如上所述的旋转运动系统。

附图说明

借助于以示例方式给出并由附图说明的几个实施例的描述，将更好地理解本发明，其中：

图1示出了可旋转地安装在基座单元上并包括根据现有技术的止动器的晶片保持单元的俯视图；

图2示出了根据现有技术的改进的止动器的透视图；

图3示出了根据本发明实施例的磁性止动器的透视图；

图4示出了从图3的磁性止动器的另一个角度观察的局部透视图；

图5示出了可旋转地安装在基座单元上并包括图3和4的磁性止动器的晶片保持单元的局部透视图；

图6示出了图5的俯视图；

图7是图3和4的磁性止动器的俯视图，其中旋转臂即将与磁性保持器的静态部分磁性地相互作用；

图8是图7的类似视图，由此，旋转臂已经到达停止位置，该停止位置对应于旋转臂磁体和可移动磁体之间的排斥平衡状态；

图9是根据另一实施例的图8的类似视图，并且

图10是当旋转单元超过预定的旋转并进入错误模式时的图8的类似视图。

具体实施方式

参考图5和6，旋转运动系统100包括基座单元102和旋转单元，例如旋转晶片保持单元104，旋转单元可旋转地安装在基座单元102上。旋转单元被配置成在±182.5度的预定范围内从参考位置被驱动沿顺时针和逆时针两者旋转。

旋转运动系统100可以安装在X-Y运动系统上，以提供高精度定位系统。高精度定位系统特别适用于半导体行业的前端和后端应用，在这些应用中，工艺或控制工具与晶片或半导体芯片之间的精确对齐至关重要。

在有利的实施例中，旋转运动系统100包括磁性止动器，该磁性止动器在操作条件下不会受到任何摩擦，也不会受到任何冲击。磁性止动器10包括安装在基座单元102上的静态部分12和安装在旋转单元104上的旋转臂30。如图5所示，旋转臂30的近端部分32a固定安装在旋转单元104上，例如安装在被布置在旋转单元104横向侧部部分上的空腔内。旋转臂30径向延伸，并在水平平面内从旋转单元104的横向侧部部分的外边缘向外突出。磁性止动器10的静态部分12固定在基座单元102的安装基座部分103上，使得旋转臂30的远端部分32b可以与静态部分12的一部分磁性地相互作用。

更特别地，如图3和图4所示，磁性止动器10的静态部分12包括外壳13，叶片24安装在外壳13内。叶片24包括例如通过夹持装置25连接到外壳13的近端部分24a。磁体保持器26连接到叶片24的远端部分24b（图7）。磁体保持器26包括抵靠叶片24的远端部分的一个侧部布置的第一磁体保持器固定部分26a和抵靠叶片24的远端部分的相对侧部布置的第二磁体保持器固定部分26b，并且连接到第一固定部分26a，从而挤压其间的远端部分24b。如图3和4所示，第二磁体保持器固定部分26b可以例如拧入第一磁体保持器固定部分26a中。如图7所示，当叶片处于非操作构型时，叶片24沿着与外壳的横向侧部13a、13b等距的轴线定位在外壳13内。旋转臂止动部分14包括相对于所述轴线的两个倾斜的相对侧部18a、18b。

旋转臂30的远端部分32b包括磁体接收部分34，例如以空腔的形式，在其内部安装有具有优选地圆柱形形状的极化旋转臂磁体36。旋转臂磁体36在磁体接收部分34中定向成使得当旋转单元104相对于旋转运动系统100的基座单元102旋转时，磁体36的相对磁极N-S与旋转臂磁体36的圆形轨迹的切线对齐。

静态部分12的磁体保持器26被成形为保持可移动磁体28，优选地具有如图3所示的长方体形状，使得当叶片24处于如图7所示的非操作构型时，磁体的磁极N-S也与旋转臂磁体36的圆形轨迹的切线对齐。可移动磁体28和旋转臂磁体36被定位成使得当旋转单元104的旋转臂36接合磁性止动器10的旋转臂止动部分14时，每个磁体28、36的相同磁极彼此面对，从而彼此排斥而没有任何接触。可移动磁体28的长方体形状和旋转臂磁体36的圆柱形形状已经被优选为考虑磁体28、36相互作用时磁体28、36之间的相对位置变化。

图7示出了即将从非操作构型转换到操作构型的磁性止动器10。旋转保持单元104已经被驱动旋转，使得旋转臂磁体36已经从参考位置沿着174°的圆弧行进以接合旋转臂止动部分14，而没有到达足够接近以与可移动磁体28磁性地相互作用的位置。

当旋转保持单元104进一步旋转时，旋转臂磁体36到达一位置，于是可移动磁体38和旋转臂磁体36的相同磁极（例如北极）之间的磁排斥开始发生，从而开始弯曲叶片24，直到两个磁体36、38之间的磁性相互作用达到排斥平衡状态，例如如图8所示。在该示例性实施例中，当旋转保持单元104已经被驱动旋转使得旋转臂磁体36已经从参考位置沿着近似182.5°的圆弧行进时达到排斥平衡状态。

当旋转保持单元104沿相反方向被驱动通过其预定范围（即182.5°）时，叶片24返回到其非操作构型，直到旋转臂磁体36接合旋转臂止动部分14的另一侧部，于是可移动磁体38和旋转臂磁体36的相同磁极（即在该示例性实施例中的南极）之间的磁排斥开始发生，从而开始沿相反方向弯曲叶片24，直到两个磁体36、38之间的磁性相互作用达到排斥平衡。

如图10所示，在旋转保持单元进入错误模式并超过其±182.5度的预定范围的情况下，旋转臂30的远端部分32b与磁性保持器26接触，磁性保持器26抵靠旋转臂止动部分的倾斜相对侧部18a、18b。两个倾斜的相对侧部18a、18b可以承受旋转运动系统的马达的峰值扭矩。

在图9所示的实施例中，磁性止动器10的静态部分12包括安装在外壳13上的两个静态磁体22a、22b，其优选地靠近两个倾斜的相对侧部18a、18b，以防止磁体保持器26在旋转单元超过其预定范围（诸如由于旋转运动系统的扰动或加速度引起的任何振荡）或者受到一对排斥力的限制的情况下接触任一相对侧部18a、18b：i）一个排斥力出现在可移动磁体28和旋转臂磁体36之间，以及ii）一个排斥力出现在可移动磁体28和任一静态磁体22a、22b之间。

如上所述的磁性止动器的构型具有在操作时不产生任何颗粒的优点，因为在磁性止动器的不同部分之间没有冲击，也没有任何摩擦发生。该磁性止动器也比常规的机械止动器更有弹性和更耐用。这主要是由于不同的因素，特别是：

- 与带有枢转部分的常规止动器相反，叶片不会受到由枢转水平处产生的摩擦而导致的磨损和撕裂；

- 在正常操作条件期间以及甚至当旋转单元进入错误模式并超过预定旋转角度时，叶片受到的最大出现应力幅度保持低于其疲劳强度，并且

- 与具有硬止挡的常规止动器相反，可移动磁体和旋转臂磁体之间的磁性相互作用避免了任何导致磨损和撕裂的接触。

尽管磁性止动器特别适用于用于洁净室环境应用的包括安装在其上的X-Y运动系统和旋转运动系统的高精度定位系统，但是磁性止动器可以用于旋转单元可旋转地安装在基座单元上的任何其他应用。

此外，尽管根据上述有利实施例，静态部分的可移动磁体经由磁体保持器连接到叶片，但是在所附权利要求的范围内，可以实施用于引导可移动磁体而没有摩擦或减少摩擦的任何其他装置。例如，根据未图示的实施例，代替使用用于支撑可移动磁体28的叶片，根据如所上文描述的有利实施例，可移动磁体可以安装在另一个旋转臂的远端部分上，而该另一个旋转臂的近端部分围绕枢轴安装在磁性致动器的静态部分上，使得可移动磁体安装在旋转臂的远端部分上，适于跟随在旋转臂止动部分内的、与在可移动磁体在连接到叶片的远端部分时相同的圆形轨迹。该另外的旋转臂优选地经由陶瓷轴承围绕枢轴安装，已知陶瓷轴承比常规的不锈钢轴承具有显著更低的摩擦性质。

附图标记列表

旋转运动系统100

基座单元102

安装基座部分103

旋转单元104

旋转晶片保持单元

磁性止动器10

静态部分12

外壳13

横向侧部13a、13b

旋转臂止动部分14

倾斜的相对侧部18a、18b

静态磁体22a、22b（一个实施例）

可移动装置

可移动磁体支撑件

叶片24

近端部分24a

远端部分24b

叶片连接装置25

夹持装置

磁体保持器26

第一磁体保持器固定部分26a

第二磁体保持器固定部分26b

可移动磁体28

旋转臂30

近端部分32a

远端部分32b

磁体接收部分34

旋转臂磁体36。

Claims (13)

1.一种用于旋转运动系统（100）的磁性止动器（10），包括基座单元（102）和可旋转地安装在所述基座单元（102）上的旋转单元（104），所述磁性止动器（10）包括被配置成安装在所述基座单元（102）上的静态部分（12）和被配置成安装在所述旋转单元（104）上的旋转臂（30），所述静态部分（12）包括

旋转臂止动部分（14），其被配置成接收所述旋转臂（30）的远端部分（32b），以及

可移动装置，

其特征在于，所述可移动装置包括磁体保持器（26）和安装在所述磁体保持器（26）上并且适于在所述旋转臂止动部分（14）内能够移动的可移动磁体（28），

其中，所述旋转臂（30）包括旋转臂磁体（36），所述旋转臂磁体（36）被配置成当所述静态部分（12）和所述旋转部分（30）分别安装在所述基座单元（102）和所述旋转单元（104）上时与所述可移动磁体（28）磁性地相互作用，以便在所述旋转运动系统（100）正在操作时防止所述旋转单元（104）的过度移动。

2.根据权利要求1所述的磁性止动器（10），其中，所述磁体保持器（26）被成形为保持所述可移动磁体（28），使得当所述旋转臂（30）在所述静态部分（12）的旋转臂止动部分（14）内移动时，所述磁体的磁极与所述旋转臂磁体（36）的圆形轨迹的切线对齐。

3.根据前述权利要求中任一项所述的磁性止动器（10），其中，所述可移动磁体（28）和所述旋转臂磁体（36）被定位成使得当所述旋转臂（30）在所述旋转臂止动部分（14）内移动时，所述可移动磁体（28）和所述旋转臂磁体（36）的相同磁极彼此面对，从而彼此排斥而没有任何接触。

4.根据前述权利要求中任一项所述的磁性止动器（10），其中，所述旋转臂磁体（36）在旋转臂止动部分（14）内的圆形轨迹在10°和20°之间延伸，并且优选在10°和15°之间延伸。

5.根据前述权利要求中任一项所述的磁性止动器（10），其中，所述旋转臂（30）的远端部分（32b）包括磁体接收部分（34），所述旋转臂磁体（36）安装在所述磁体接收部分（34）中，其中，当所述旋转单元（104）相对于所述基座单元（102）旋转时，所述旋转臂磁体的相对磁极N-S与所述旋转臂磁体（36）的圆形轨迹的切线对齐。

6.根据前述权利要求中任一项所述的磁性止动器（10），所述可移动装置还包括叶片（24），所述叶片包括连接到所述静态部分（12）的近端部分（24a）和连接到所述磁体保持器（26）的远端部分（24b），其中，所述叶片（24）被配置成当所述旋转臂磁体（36）与所述可移动磁体（28）磁性地相互作用时弯曲。

7.根据权利要求6所述的磁性止动器（10），所述静态部分（12）包括外壳（13），其中，当所述叶片（24）处于静止构型时，所述叶片（24）沿着与所述外壳的横向侧部（13a、13b）等距的轴线定位在所述外壳（13）内。

8.根据权利要求7所述的磁性止动器（10），所述旋转臂止动部分（14）包括相对于所述轴线的两个倾斜的相对侧部（18a、18b），其中，在所述旋转单元（104）超过预定旋转的情况下，所述磁体保持器（26）接触抵靠所述相对侧部（18a、18b）中的任一者。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的磁性止动器（10），其中，所述磁性止动器的静态部分（12）还包括静态磁体（22a、22b），以在所述旋转单元（104）超过预定旋转的情况下，防止所述磁体保持器（26）接触抵靠所述旋转臂止动部分（14）的两个相对侧部（18a、18b）中的任一者。

10.根据前述权利要求中任一项所述的磁性止动器（10），其中，所述可移动磁体（28）具有长方体形状，而所述旋转臂磁体（36）具有圆柱形形状。

11.一种旋转运动系统，包括可旋转地安装在基座单元（102）上的旋转单元（104），所述旋转运动系统还包括根据任一前述权利要求所述的磁性止动器（10），其中，所述磁性止动器的旋转臂（30）安装在所述旋转单元（104）上，而所述磁性止动器的静态部分（12）安装在所述基座单元（102）上。

12.根据前一权利要求所述的旋转运动系统，其中，所述旋转臂（30）安装在所述旋转单元（104）的横向侧部部分上，并从所述横向部分的外边缘径向向外延伸。

13.一种高精度定位系统，包括X-Y运动系统和根据权利要求11或12所述的旋转运动系统。

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