TWI591449B - An Adjustable Maglev Buoyancy Gravity Compensator - Google Patents

Description

一種可調磁浮力重力補償器

本發明有關於光蝕刻技術中的重力補償器，特別有關於一種可調磁浮力重力補償器。

光蝕刻設備是一種將遮罩圖案曝光成像到矽片上的設備，主要用於積體電路IC或其它微型裝置的製造，在遮罩圖案成像過程中，遮罩與矽片同時相對於投影系統和投影光束移動。

隨著大型積體電路裝置的集成度的不斷提高，光蝕刻的解析度的不斷增強，對光蝕刻機的特徵的線寬指標要求也在不斷提升。目前，光蝕刻機已經發展成為內部世界和外部世界的結合體，其中工件台、遮罩台及其照明系統三個獨立的世界分別進行減振。考慮微動模組，需要對承片台或承板台進行有效的減振，使其在曝光過程中免受其他系統的干擾。重力補償器就是在此背景下發展起來的新型結構，藉由主被動減振技術，完成對承片台或承板台的調平調焦，使微動模組形成一個獨立的內部世界。

現有的一種重力補償器採用機械式的重力補償結構，如圖1所示，採用板簧片1’、活動底板2’和拉簧(圖中未標出)形成垂直方向的靜態重力補償模組，並藉由具有RX/RY自由度的調節功能的連接塊3’與微動台4’連接，達到減振的效果。該方案需要使用三個重力補償器來支撐微動台4’，其很難實現配重一致，補 償力的分配不均，且結構較複雜，剛度要求高，可控性、精度較差。

針對以上問題，之後提出一種具有磁浮重力平衡功能的音圈電動機，如圖2所示，藉由定子磁鋼組5’和動子磁鋼組6’之間產生靜態補償力，以平衡運動構件的重力，同時大推力的音圈電動機提供調節重力補償力，實現對推力的調整。然而該方法存在發熱量大，且音圈電動機對補償力的調節範圍有限等問題。

本發明為了克服以上不足，提供一種可有效減少發熱量，並增大重力補償力的調節範圍的可調磁浮力重力補償器。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種重力補償器，包括一定子、一動子、一底座和一調節機構，該定子設置在該底座上，該動子懸浮在該定子的上方；該定子包括一中心柱磁鐵，該中心柱磁鐵藉由該調節機構固定在該底座上且由至少2個瓦型磁鐵圍成；該調節機構的第一端固定在底座上，第二端與該至少2個瓦型磁鐵固定連接，該調節機構用於帶動該至少2個瓦型磁鐵相對於中心柱磁鐵的中心軸線沿徑向做同步運動，改變該中心柱磁鐵與動子之間的磁路，進而調節定子和動子之間的磁浮力。

進一步的，該動子包括一內環磁鐵和一外環磁鐵，該定子還包括一音圈電動機線圈，該中心柱磁鐵、內環磁鐵、音圈電動機線圈和外環磁鐵由內向外依次同心設置。

進一步的，該內環磁鐵和外環磁鐵藉由動子框架進行固定。

進一步的，該音圈電動機線圈藉由線圈框架固定在該底座上。

進一步的，該調節機構包括一主動件、與該主動件相連的至少2個從動件和一調節件，該主動件與該底座連接，該至少2個從動件還分別與該至少2個瓦型磁鐵固定連接，該調節件用於驅動主動件以對該至少2個從動件和該至少2個瓦型磁鐵進行位置調節。

進一步的，該至少2個從動件的數量與該至少2個瓦型磁鐵的數量相對應。

進一步的，該主動件為螺紋盤，該至少2個從動件與該螺紋盤螺紋嚙合，該調節件設置於該底座上，旋轉調節件以帶動該螺紋盤轉動，使該至少2個從動件和該至少2個瓦型磁鐵相對於中心柱磁鐵的中心軸線沿徑向做同步運動。

進一步的，該主動件為錐台，該至少2個從動件為與該錐台相對應的楔形塊，該調節件設置於該底座上，旋轉調節件以帶動該錐台上下運動，使該至少2個從動件和該至少2個瓦型磁鐵相對於中心柱磁鐵的中心軸線沿徑向做同步運動。

進一步的，該主動件為中間部凸起的圓柱形基座，該至少2個從動件為滑台，兩者藉由移動鉸鏈連接，該調節件包括調節螺母和與該調節螺母匹配的螺紋拉桿，該螺紋拉桿設置於圓柱形基座的內部，螺紋拉桿的兩端分別連接該移動鉸鏈和底座。

進一步的，該中心柱磁鐵由6個或8個瓦型磁鐵圍成。

進一步的，該中心柱磁鐵的充磁方向為沿中心柱磁鐵的軸向。

進一步的，該瓦型磁鐵、內環磁鐵和外環磁鐵均由釹鐵硼材料製成。

本發明提供的可調磁浮力重力補償器，其設置調節機構和由若干個瓦型磁鐵圍成的中心柱磁鐵，藉由調節機構帶動瓦型磁鐵做定心收放運動，以調節中心柱磁鐵的內外環半徑以改變中心柱磁鐵與動子之間的磁路，達到調節基礎磁浮力的功能，實現機械可調重力補償器的磁浮重力補償值在一定範圍內，採用磁浮重力的被動補償與音圈電動機的主動補償相結合的方法，增大重力補償器的調節範圍。

1’‧‧‧板簧片

2’‧‧‧活動底板

3’‧‧‧連接塊

4’‧‧‧微動台

5’‧‧‧定子磁鋼組

6’‧‧‧動子磁鋼組

1‧‧‧定子

2‧‧‧動子

4‧‧‧底座

5‧‧‧線圈框架

6‧‧‧調節機構

11‧‧‧中心柱磁鐵

12‧‧‧音圈電動機線圈

111‧‧‧瓦型磁鐵

201‧‧‧內環磁鐵

202‧‧‧外環磁鐵

203‧‧‧動子框架

601‧‧‧主動件

602‧‧‧從動件

603‧‧‧調節件

604‧‧‧移動鉸鏈

6031‧‧‧調節螺母

6032‧‧‧螺紋拉桿

圖1是現有的機械式重力補償器的結構圖；圖2是現有的具有磁浮重力平衡功能的音圈電動機的結構圖；圖3是本發明的可調磁浮力重力補償器的實施例1的剖面示意圖；圖4是本發明的可調磁浮力重力補償器的實施例1的結構圖；圖5a及5b是本發明的實施例1的瓦型磁鐵和從動件的結構圖；圖6本發明的實施例1的調節機構的結構圖；圖7a及7b是本發明的實施例1的瓦型磁鐵和內外環磁鐵之間的磁力線的變化圖；圖8是本發明的實施例1的內外環磁鐵受到的基礎磁浮力的變化圖；圖9是本發明的實施例2的調節機構的結構圖；以及圖10是本發明的實施例3的調節機構的結構圖。

下面結合附圖對本發明作詳細描述。

[實施例1]

如圖3所示，本實施例的一種可調磁浮力重力補償器包括定子1、動子2、底座4和調節機構6。其中，定子1設置在底座4上，動子2藉由磁力懸浮於定子1的上方。定子1包括音圈電動機線圈12和中心柱磁鐵11，該音圈電動機線圈12藉由線圈框架5固定在底座4上，中心柱磁鐵11由至少2個瓦型磁鐵111圍成，且充磁方向沿中心柱磁鐵11的軸向，其與動子2相互作用並提供一個穩定低剛度的基礎磁浮力，調節機構6的下端固定在底座4上，其上端與該瓦型磁鐵111固定連接，用以帶動瓦型磁鐵111做定心收放運動，即沿中心柱磁鐵11的中心做打開或收縮運動，動子2的充磁方向為徑向。藉由調節機構6帶動瓦型磁鐵111做定心收放運動，以調節中心柱磁鐵11的內外環半徑，進而改變該中心柱磁鐵11與動子2之間的磁路，達到調節基礎磁浮力的功能，實現機械可調重力補償器的磁浮重力補償值在一定範圍內，採用磁浮力重力的被動補償與音圈電動機的主動補償相結合的方法，增大重力補償器的調節範圍。

優選的，該動子2包括內環磁鐵201和外環磁鐵202，中心柱磁鐵11、內環磁鐵201、音圈電動機線圈12和外環磁鐵202由內向外依次同心設置，如圖4所示。瓦型磁鐵111、內環磁鐵201和外環磁鐵202均由釹鐵硼材料製成，內環磁鐵201和外環磁鐵202藉由動子框架203進行固定，該動子框架203的截面為倒U型，內環磁鐵201和外環磁鐵202分別與中心柱磁鐵11相互作用並提供一個穩定低剛度的基礎磁浮力，同時內環磁鐵201和外環磁鐵202 之間形成一個穩定的徑向磁場，使音圈電動機線圈12產生洛倫茲力，以達到主動減振和重力補償的效果。

請繼續參照圖3，調節機構6包括主動件601、與主動件601相連的若干個從動件602和調節件603，主動件601的下方與底座4連接，從動件602還與瓦型磁鐵111固定連接，調節件603帶動主動件601以對從動件602和瓦型磁鐵111進行位置調節，從動件602的數量與瓦型磁鐵111的數量相對應，為了使瓦型磁鐵111在收放過程中更好地形成軸向充磁的圓柱型磁場，以降低水平寄生拉力剛度，採用盡可能多的瓦型磁鐵111，如圖5a、5b所示，瓦型磁鐵111的數量分別為6個和8個。

如圖6所示，主動件601為螺紋盤，從動件602與螺紋盤螺紋嚙合，調節件603設於該底座4上並與螺紋盤連接，藉由旋轉調節件603即可帶動螺紋盤轉動，從而使從動件602和瓦型磁鐵111做定心收放運動，具體地，螺紋盤與底座4內的傳動機構(圖中未標出)連接，藉由扳手或螺絲刀手動旋轉調節件603，以帶動底座4內部的傳動機構使螺紋盤轉動，由於從動件602與螺紋盤螺紋嚙合，因此螺紋盤轉動的同時帶動從動件602和其上方的瓦型磁鐵111做定心收放運動，進而改變中心柱磁鐵11的內外環半徑，達到調節基礎磁浮力的目的。

當瓦型磁鐵111做定心收放運動時，重力補償器中瓦型磁鐵111、內環磁鐵201和外環磁鐵202之間的磁路結構隨之發生改變。磁力線變化如圖7a、7b所示，當瓦型磁鐵111向靠近內、外環磁鐵201、202的方向移動時，即中心柱磁鐵11內外徑增大時，中心柱磁鐵11與內、外環磁鐵201、202之間的磁路變短，產生的 軸向浮力增大，反之則減小。

在瓦型磁鐵111同時打開2mm的行程範圍內，內、外環磁鐵201、202受到的基礎磁浮力與軸向-2mm~2mm行程的關係曲線如圖8所示，其中dr1、dr2、dr3、dr4為瓦型磁鐵111打開距離，從圖中可以看出，內、外環磁鐵201、202在軸向-2mm~2mm範圍內運動時，隨著瓦型磁鐵111打開距離的不同，內、外環磁鐵201、202受到的基礎磁浮力也隨之變化，因此藉由調節機構6的調節功能可以實現磁浮力重力的被動補償。

[實施例2]

如圖9所示，與實施例1不同的是，本實施例的調節機構6中的主動件601為錐台，其從動件602為與錐台相對應的楔形塊，調節件603設於底座4上，旋轉調節件603以帶動錐台上下運動，使從動件602和瓦型磁鐵111做定心收放運動，藉由錐台和楔形塊之間的緊密配合可以達到更高的調節精度。

[實施例3]

如圖10所示，與實施例1、2不同的是，本實施例中的調節機構6中的主動件601為中間部凸起的圓柱形基座，從動件602為滑台，兩者藉由移動鉸鏈604相連，調節件603包括調節螺母6031和與調節螺母6031匹配的螺紋拉桿6032，螺紋拉桿6032設於圓柱形基座的內部，螺紋拉桿6032的上下兩端分別連接移動鉸鏈604和底座4，藉由調節螺母6031和螺紋拉桿6032的相互配合提高調節靈活度。

雖然說明書中對本發明的實施方式進行說明，但這些實施方式只是作為提示，不應限定本發明的保護範圍。在不脫離本發明宗旨的範圍內進行各種省略、置換和變更均應包含在本發明的保護範圍內。

1‧‧‧定子

2‧‧‧動子

4‧‧‧底座

5‧‧‧線圈框架

6‧‧‧調節機構

11‧‧‧中心柱磁鐵

12‧‧‧音圈電動機線圈

111‧‧‧瓦型磁鐵

201‧‧‧內環磁鐵

202‧‧‧外環磁鐵

203‧‧‧動子框架

601‧‧‧主動件

602‧‧‧從動件

603‧‧‧調節件

Claims (11)

1. 一種重力補償器，其特徵在於：包括一定子、一動子、一底座和一調節機構，該定子設置在該底座上，該動子懸浮在該定子的上方；該定子包括一中心柱磁鐵，該中心柱磁鐵藉由該調節機構固定在該底座上且由至少2個瓦型磁鐵圍成；該調節機構包括一主動件、與該主動件相連的至少2個從動件和一調節件，該主動件固定在該底座上，該至少2個從動件與該至少2個瓦型磁鐵固定連接；該調節件用於驅動該主動件以對該至少2個從動件進行位置調節，用於帶動該至少2個瓦型磁鐵相對於中心柱磁鐵的中心軸線沿徑向做同步運動，改變該中心柱磁鐵與該動子之間的磁路，進而調節該定子和該動子之間的磁浮力。
2. 如請求項1之重力補償器，其中，該動子包括一內環磁鐵和一外環磁鐵，該定子還包括一音圈電動機線圈，該中心柱磁鐵、該內環磁鐵、該音圈電動機線圈和該外環磁鐵由內向外依次同心設置。
3. 如請求項2之重力補償器，其中，該內環磁鐵和該外環磁鐵藉由一動子框架進行固定。
4. 如請求項2之重力補償器，其中，該音圈電動機線圈藉由一線圈框架固定在該底座上。
5. 如請求項1之重力補償器，其中，該至少2個從動件的數量與該至少2個瓦型磁鐵的數量相對應。
6. 如請求項1之重力補償器，其中，該主動件為一螺紋盤，該至少2個從動件與該螺紋盤螺紋嚙合，該調節件設置於該底座上，旋轉該調節件以帶動該螺紋盤轉動，使該至少2個從動件和該至少2個瓦型磁鐵相對於該中心柱磁鐵的中心軸線沿徑向做同步運動。
7. 如請求項1之重力補償器，其中，該主動件為一錐台，該至少2個從動件為與該錐台相對應的一楔形塊，該調節件設置於該底座上，旋轉該調節件帶動該錐台上下運動，使該至少2個從動件和該至少2個瓦型磁鐵相對於該中心柱磁鐵的中心軸線沿徑向做同步運動。
8. 如請求項1之重力補償器，其中，該主動件為中間部凸起的一圓柱形基座，該至少2個從動件為一滑台，兩者藉由一移動鉸鏈連接，該調節件包括一調節螺母和與該調節螺母匹配的一螺紋拉桿，該螺紋拉桿設置於該圓柱形基座的內部，該螺紋拉桿的兩端分別連接該移動鉸鏈和該底座。
9. 如請求項1之重力補償器，其中，該中心柱磁鐵由6個或8個瓦型磁鐵圍成。
10. 如請求項1之重力補償器，其中，該中心柱磁鐵的充磁方向為沿該中心柱磁鐵的軸向。
11. 如請求項2之重力補償器，其中，該至少2個瓦型磁鐵、該內環磁鐵和該外環磁鐵均由釹鐵硼材料製成。