TWI248718B - Displacement device - Google Patents

Description

1248718 A7 B7 五、發明說明 ♦、本二明關於一位移裝置，包含一第一部份及第二部份， / IW刀可彼此至少在垂直之父方向及y方向位移，第一部 訂 線 份含一載體與X方向及Y方向成平行延伸，在該載體上，一 鐵系、’先根據與X方向平行延伸之各行，及與丫方向平行 (伸=各列 < 圖案固定其上’各行與各列之間具有相等距 離第〃型式I磁鐵具有一與载體成直角延伸之磁向，並 (伸向第…第二型式之磁鐵具有一與載體成直角延 伸之磁向，並向離開第二部份延伸，並交互安排在每一行 及每一列中，及第三型式之磁鐵安排在第一及第二型式每 對並列磁鐵之間之每一列中，該第三型式磁鐵之磁向與Y 方向平行L伸，並向第一型式磁鐵延伸，第二部份備有一 ,¾冰圈系統，其含至少_第_型式之電線圈，其具有電流 導體位於磁鐵系統之磁場内，其包括一與χ方向成^度之 角度，並包含至少一第二型式之線圈，該線圈有一電流導 體，亦位於磁鐵系統之磁場内，其包括與χ方向成45度之 角度，該電流導體與第一電線圈之電流導體成垂直延伸。 該位移裝置曾揭示於美國專利號碼5,886,432，並可用於 供製造積體電路之晶圓分節器中。此裝置可使在又及丫方向 作極爲準確及迅速之位移。此外，在z方向，與Χ&γ方向 成垂直之方向亦可作小量位移。此等位移與流經線圈之電 流之相位與大小有關。在磁鐵系統中，利用一所謂Halbach 磁鐵結構。在此構型中，一系列磁鐵之磁鐵加以磁化，俾 每一對並列磁鐵之每一磁鐵之磁向，與其他磁鐵成90度旋 轉。利用此種磁鐵構型可導致在線圈之一側之較強磁場， -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1248718 A7 ---________B7___ _ 五、發明說明（2 ) 因此’彼此間有一較大供位移之磁力。在美國專利號碼 5,886,432中’根據Halbach原理利用數個相鄰列磁鐵。磁鐵 列間之距離與磁鐵之寬度相等。結果在各列間有空氣。 本發明之一目的爲根據首段所提，利用磁鐵系統之最佳 化以改進位移裝置。 爲達此目的，本發明之位移裝置之特徵爲，在第一部份 之每一行磁鐵中，第一及第二型式之並列磁鐵之每對間安 排弟二型式之磁鐵’該第三型式磁鐵之磁向與X方向成 平行延伸，並延伸向第一型式磁鐵。 此種磁鐵構型，與美國專利號碼5,886,432中所利用之磁 鐵系統之磁場相比’可在每單位面積表面造成更較強之磁 場，因爲，根據本發明，在各列間之空間，根據某一圖案 亦安排磁鐵，因此導致更有效構型之磁鐵及較強磁場。事 實上，Halbach構型之磁鐵現在已在X方向及γ方向中獲 得。 位移裝置進一步改進可以達到，因爲第一及第二型式之 磁鐵爲具有相同之方形，及側表面，因爲苐三型式磁鐵爲 具有側表面之矩形，因此第三型式磁鐵之最長側表面與第 一型及第二型磁鐵之側表面交界，並與第一及第二型磁鐵 之側表面等長’第三型磁鐵之最短侧表面之尺寸與最長侧 表面尺寸間之比値，在0.25及0·50之間。吾人發現此一構 型之磁鐵可產生較強磁場。 當各部份被適當之通過線圈之前導電流所彼此位移時， 利用電流之變換即電流導體中之位置相關電流，吾人發 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------豐----l· — — 丨訂·--------線 (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁> 1248718 A7 B7 、發明說明（3 現丄移動邵份在Χ_γ’面作微小之振盪移動。雖然此振盪 ^系小其可干擾利用位移裝置之應用中，如晶圓步進 咨，在組件放置機器中亦同’因其中需要高度準確性。此 結果係由於一項事實，即磁場在電流導體上之分布在線圈 〈位移期間已有改變，因此導致加在電流導體上之可變力 矩’並且加在第二部份上。 此等振盪運動可以降低，因為在本發明位移裝置中之線 圈：：二組不同型式之線圈，其由相位電流系統所饋 =其tn^2,及，自位於有效磁場之電流導體之縱 ’一組線圈對另-組線圈移位_等於磁鐵之極節距之 其中之磁極節距之定義為二相鄰對角線間之距離 及Z型同型磁鐵之中 上 m^ 域炙宁〜點即位於其上。此點之解釋為，畤 圈中之勞倫兹力僅生一最小力矩。 ，、泉 之=於有效磁場中之線圈之電流導體之長度為磁鐵節矩 相鄰對角線間之距離，同型 為一 導體在縱向之移動可迭成磁:4即在其上。電流 動強度可降Γ &總計保持&定，結果，振 為=明之此等及其他特性將可參考以下之實施例，而 圖中： _ 口1為含磁鐵系統及電線圈系統之位移裝置之略圖， 圖2為圖1之詳圖， 消 五 頁 更 圖3為圖丨所示之位移裝置之剖面圖， t 0¾¾ (CNS)A4 (210^ 1248718 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第型Cl線圈之電流導體9成垂直延伸。”在有效磁場裝之 電流導體” 一詞之意義爲，該線圈部份，通常爲一束導體， 位於磁鐵之磁場内，一有效勞倫茲力加於其上而造成= 之移動。 以下將以圖2説明線圈在磁鐵系統中移動之方式。參考號 碼9!，92，及1〇1，1〇2分別代表線圈Ci&C2之電流^ 體，其係位於磁鐵之磁場内。電流導體91位於磁鐵之磁場 内，以N指示。此等N磁鐵之磁向以向上指之箭頭代表，即 以直角指向磁鐵系統，並指向電流導體9ι。磁場之方向由 箭頭h表示。如流經電流導體9ι之電流如箭頭“所示，一 力F〗將以有關箭頭指示之方向加在電流導體上，結果，電 流，體將在箭頭Fl之方向移動。電流導體t位於磁鐵Z = 磁場内。此等Z磁鐵之磁向由向下之箭頭I指示，即以直 角指向磁鐵系統並離開電流導體t。如電流以匕之方向流 經電流導體92，# t流1!相反，一以相g箭頭所指之力 F2，將加在電流導體92上，結果，電流導體將以箭頭匕之 万向移動，即與箭頭F i相同。同理，電流導體丨〇 1及丨， 與電流導體91及92成直角安排，在N及Z磁鐵磁場，以 前頭13及14万向之電流影響下，將受到在箭頭^，h方向 延伸之力。％電流導體《電流反向#，加在電流導體上之 力亦反向，電流導體之移動亦反向。圖3中，示出此一相 互作用力。 電流導體9及1〇之部份u亦存在於第三型1^磁鐵之上， 及/或無磁鐵部份之上’ #，在第—抑及第二以磁鐵之

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X ! r ----訂---------線 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) -8 - 1248718

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 間（圖2之左下）1流導體之此等部份位於磁場时，其平 均方向與X-Y平面成平行延伸。#參考圖3之電流導體 91C。如一電流〗通過此電流導體，則電流導體之上述部份 會受到與X-Y平面成垂直方向之力，即2方向之力。视電 流之方向及電流導體與磁鐵之相對位置而定，此力將爲朝 向磁鐵或離開磁鐵。如此力自磁鐵離開，此力被稱爲懸浮 ，即此力將使電流導體離開磁鐵方向移動。此一力可 用以提供線圈段與磁鐵間之方向。 第二型N及第二型z磁鐵爲方形磁鐵。第三型11磁鐵爲矩 型或菱形（圖2)，故Η型磁鐵之最長側面12與1^型及z型磁 鐵之側面13爲界，最短侧面14與11型磁鐵之最長側面12此 尺寸之比値在〇·25至0.50之間。此一結果，在優化分析上 發現，爲磁鐵系統之每一單位面積之磁場強度最強。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3顯三線圈之二組，即第一組c i i，其具有電流導體 9ia，9lb，9丨。及返回電流導體92a，92b，92c，及第二組 Csi ’其具有電流導體9Sa，93b，93。，及返回電流導體 9 4 a ’ 9 4 b ’ 9 4 c。各線圈組均由三相電流電流系統饋送。自 電流導體之縱向看，三電流導體之第一組移位一距離15， 此距離’對三電流導體之第二組C 2 i而言，爲磁鐵之磁極 節距16之半。磁鐵之磁極節距16此處之意義爲二相鄰對角 線之距離’同型磁鐵N及Z磁鐵之中心點1 7及1 8即在該線 上。如未採此方法，在位移期間，一可變力矩加在二組載 負電流之線圈，該力矩可使移動部份（線圈段或有磁鐵之載 體）對靜止部份言，繞Z軸振盪。以線圈組之相對位移，此 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 1248718 A7 B7 、發明說明（ 3:，有-光源35,在罩固定器33上，罩以可置於其上， w ^ 木I焦早凡爲一影像或投 3=::備有—光軸38之光透鏡系統37。-識別單元 ^連接在框架30上。位移裝置31含載體5,其上備有磁 鐵系、·无4。載體5連接在框架3G上。位移裝置尚含第一及第 -線圈段6a及6b ’其各有—基體^器4()及41，基42及 43可分別置於較器上。具有基體固定器之線圈段可單獨 达至’磁鐵系統上方之χ·γ平面中之任何位置。其優點在 於，在移動基體固定器自及至一裝或卸位置（未示出）時， 至厂識^別位置（在識別單元39之下方），及至一照明位置 t聚焦單7C 3 2心下方）之作業時，可同時及獨立實施，故獲 知車义大t輸出。以此一構造，懸浮力可使基體固定器與磁 鐵表面成方向支撑。 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁 訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11

Claims (1)

1. 、申請專利範園 Κ Γ種位移裝置，包含第一部份⑴及第（ 邵份彼此在至少之χ六，J此— -万向及γ_万向成垂直位移，第一鄯 ‘ C豊(5) ’其與χ_方向及Y-方向成平行延伸，磁 ^系=3)在其上，根據以方向平行延仲之行⑺圖 二，向平行延伸之列(8)圖案固定，行與列間之 士目 第一型（Ν)磁鐵具有之磁向與載體（5)成直角 k伸’並朝向第二部份⑺延伸，及第二型（ζ)磁鐵，其 =向與載體（5)成直角延仲，並離開第二部份⑺，磁鐵 父互安排於每一行⑺中及每一列（8)中，一第三型⑻ 磁鐵被安排於並列之每對第一⑻型及第二（ζ)型磁鐵對 <間之每一列（8)中，第三型磁鐵之磁向與Υ方向成平行 延伸，並朝向第一型（Ν)磁鐵延伸，而第二部份（2)備有 一電線圈系統（4)，其含至少一第一型（Ci)之電線圈， :、有位於磁鐵系統之磁場並與X方向成4 5度角之電流 導把（9 )，及含至少一第二型（c 2 )電線圈，其電流導體 (1 〇)亦位於磁鐵系統之磁場中，並含一與X方向成4 5度 之角，及該電流導體與第一電線圈（Ci)之電流導體（9) 成垂直延伸，其特徵為第一部份（1)之每一行（7)中，一 弟一型（H)磁鐵安排在並列對之第一（n)型及第二（z)型 磁鐵之間，該第三型磁鐵之磁向與X方向成平行延伸， 並朝向第一（N)型磁鐵延伸。 2·如申請專利範圍第1項之位移裝置，其特徵為第一（N)型 及第二（Z)型磁鐵具有側面（丨3 )之相同之方形形狀，第 二（Η)型磁鐵為矩型，並有側面（丨2，！ 4)，第三（H)型 64364-941026.DOC 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 1248718 、申請專利乾園 磁鐵之最長侧面（12)與第一（Ν)型及第二（ζ)型磁鐵之側 面（13)為界，並與第一及第二型磁鐵之侧面（13)等長， 第三（Η)型磁鐵之最短面（14)與最長面（12)之尺寸比值 在0.25及0·50之間。 3·如申請專利範圍第1項之位移裝置，其特徵為每一電線 圈（1，c2)含二組線圈（c"，Ci2)，其由〜相電流系 統饋迗，其中之n ^ 2，其中，自位於有效磁場中之電流 導m (9】a - 9 4 c)之縱向看，線圈之一組（c !〗）對線圈之另 一組（Cu)移位一等於磁鐵之磁極節距之半之距離，磁鐵 之磁極節距之定義為二相鄰對角線間之距離，同型（N) 及（Z)磁鐵之中心點（丨7 )及（丨8 )即位於該線上。 4 ·如申請專利範圍第2項之位移裝置，其特徵為每一電線 圈，c2)含二組線圈（Cli，Ci2)，其由一η·相電流系 統饋送，其中，其中，自位於有效磁場中之電流 導體（9】a - 94 c)之縱向看，線圈之一組（c ")對線圈之另 一組（C !2)移位一等於磁鐵之磁極節距之半之距離，磁鐵 之磁板郎距之疋我為一相鄰對角線間之距離，同型（n ) 及（Z)磁鐵之中心點（17)及（18)即位於該線上。 5.如申請專利範圍第2項之位移裝置，其特徵為，位於有 效磁場内之線圈之電流導體（9，1〇)之長度（19)，約等 於磁鐵之磁極節距（16)之K倍，κ為2，4，6，…，磁 鐵之磁極節距（16)之定義為二相鄰對角線間之距離，同 型（N)及（Z)磁鐵之中心點（17)及（18)分別位於其上。 6· —種組件布局機器，包含·· -2- 64364-941026.DOC 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A BCD 1248718 、申请專利範園 一機器框架（2 0)，包含一上部及下部； 一步局頭（2 3 )，用以以將組件（2 2)置於印刷電路板 (21)上，該印刷電路板（21)被該機器框架（20)之該下部 所支撐；及 如申請專利範圍第1、2、3、4或5項之位移裝置，其 中，該位移裝置之該第一部份（1)係固定在該機器框架 (2 0)之該上部，該布局頭（23)則固定於位移裝置之該第 二部份（2)。 7. —種用於製造積體電路之晶圓步進機，包含： 一框架（3 0 ); 一輻射源（3 4 )，其被該框架（30)所支撐，用以提供一 光源； 一光罩固定器（3 3)，用以固定一光罩（3 5)，該光罩提 供該積體電路之一圖樣； 基體固定器（4 0，4 1)，用於置放一基體；及 如申請專利範圍第1、2、3、4或5項之位移裝置，其 中該位移裝置之該第一部份（1)之該載體（5)被固定在該 框架（3 0)上，該基體固定器（40，41)固定於具有線圈段 (6 a，6 b)之該位移裝置的該第二部份（2)。 64364-941026.DOC 3-