一種具有永磁重力支撐結構的微動臺制造技術

一種具有永磁重力支撐結構的微動臺，主要用于光刻機工件臺系統中。該微動臺包括微動臺定子、微動臺動子以及至少三個永磁重力支撐單元，所述的至少三個永磁重力支撐單元繞微動臺的Z軸均布在微動臺邊緣；每個永磁重力支撐單元含有固定部分和支撐部分；所述固定部分是空心圓柱永磁體，其空心圓柱永磁體沿軸向充磁下底面為S極，上底面為N極；支承部分由兩個同軸，沿半徑并指向圓心方向充磁的圓環永磁體組成；固定部分的空心圓柱永磁體與雙層圓環永磁體同軸布置，并位于所述的雙層圓環永磁體上方。本發明專利技術所述支承結構能夠降低行程范圍內沿軸線方向的剛度，同時提高承載能力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種永磁重力支撐結構的微動臺，特別是集成電路加工及檢測裝備用的超精密工作臺，屬于超精密加工及測量領域。
技術介紹
在很多工業設備中，需要驅動工件或工件臺進行多自由度運動，并對其進行精確定位，例如光刻機中的工件臺、掩模臺等設備。為實現多自由度運動及其精確定位，如果直接使用驅動電機來提供支承，就會使得驅動電機負載增加，造成電機發熱增大。在很多超精密工作臺中，電機發熱過大，就會影響環境溫度，造成非接觸式測量誤差，最終影響定位精度。采用永磁非接觸式的重力補償結構具有結構簡單、零部件表面無需精密加工、適用于真空環境中應用等優點。對于非接觸式永磁重力支撐結構，需要固定部分和支承部分之間沿 軸線方向具有較小的剛度和較大的承載力。Sven Antoin Johan Hol 在專利《Lithographic apparatus, magnetic supportfor use therein, device manufacturing method, and device manufactured thereby))(US 6831285 B2 Dec. 2004)提出了一種永磁預載重力支撐結構，但該結構復雜，且加工和裝配工藝難度高。隨著光刻機技術的發展，硅片臺可以更輕，其負載要求也隨之降低，但是，隨著磁浮工件臺的發展和使用，且磁浮工件臺大行程運動臺含有大的halbach磁鋼陣列，產生強磁場，會對工作狀態的微動臺動子的重力平衡效果產生較大的影響。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種具有永磁重力支撐結構的微動臺，使其動子與定子之間沿軸線方向的剛度接近為零，并具有較大的承載力，同時結構簡單，便于加工和維護。本專利技術的技術方案如下本專利技術的第一種技術方案是一種具有永磁重力支撐結構的微動臺，微動臺包括微動臺定子和微動臺動子，其特征在于該微動臺還包括至少三個永磁重力支撐單元，所述的至少三個永磁重力支撐單元繞微動臺的Z軸均布在微動臺邊緣；每個永磁重力支撐單元含有固定部分和支撐部分，所述的固定部分為一個空心圓柱永磁體和一個磁鋼芯軸，空心圓柱永磁體粘接在磁鋼芯軸上，所述空心圓柱永磁體的充磁方向沿圓柱軸向方向，下底面為S極,上底面為N極；所述支承部分由一個內圓環永磁體、一個外圓環永磁體和一個磁鋼骨架組成，所述的兩個圓環永磁體同軸粘接在磁鋼骨架上，兩個圓環永磁體的充磁方向沿半徑并指向圓心方向；所述的固定部分的空心圓柱永磁體與內圓環永磁體和外圓環永磁體同軸布置，并位于所述的兩個圓環永磁體上方；每一個永磁重力支撐單元的固定部分的空心圓柱永磁體通過磁鋼芯軸連接在微動臺定子上，該永磁重力支撐單元的支撐部分的內圓環永磁體和外圓環永磁體通過磁鋼骨架連接在微動臺動子上。本專利技術的第二種技術方案是一種具有永磁重力支撐結構的微動臺，微動臺包括微動臺定子和微動臺動子，其特征在于該微動臺還包括至少三個永磁重力支撐單元，所述的至少三個永磁重力支撐單元繞微動臺的Z軸均布在微動臺邊緣；每個永磁重力支撐單元含有固定部分和支撐部分，所述的固定部分為一個空心圓柱永磁體和一個磁鋼芯軸，空心圓柱永磁體粘接在磁鋼芯軸上，所述空心圓柱永磁體的充磁方向沿圓柱軸向方向，下底面為S極,上底面為N極；所述支承部分由一個內圓環永磁體、一個外圓環永磁體和一個磁鋼骨架5組成，所述的兩個圓環永磁體同軸粘接在磁鋼骨架上，兩個圓環永磁體的充磁方向沿半徑并指向圓心方向；所述的固定部分的空心圓柱永磁體與內圓環永磁體和外圓環永磁體同軸布置，并位于所述的兩個圓環永磁體下方；每一個永磁重力支撐單元的固定部分的空心圓柱永磁體通過磁鋼芯軸4連接在微動臺定子上，該永磁重力支撐單元的支撐部分的內圓環永磁體和外圓環永磁體通過磁鋼骨架連接在微動臺動子上。本專利技術的第三種技術方案是一種具有永磁重力支撐結構的微動臺，微動臺包括微動臺定子和微動臺動子，其特征在于該微動臺還包括至少三個永磁重力支撐單元，所述的至少三個永磁重力支撐單元繞微動臺的Z軸均布在微動臺邊緣；每個永磁重力支撐單元含有固定部分和支撐部分，所述的固定部分為一個空心圓柱永磁體和一個磁鋼芯軸，空心圓柱永磁體粘接在磁鋼芯軸上，所述空心圓柱永磁體的充磁方向沿圓柱軸向方向，下底面為N極,上底面為S極；所述支承部分由一個內圓環永磁體、一個外圓環永磁體和一個磁鋼·骨架組成，所述的兩個圓環永磁體同軸粘接在磁鋼骨架上，兩個圓環永磁體的充磁方向沿半徑并背向圓心方向；所述的固定部分的空心圓柱永磁體與內圓環永磁體和外圓環永磁體同軸布置，并位于所述的兩個圓環永磁體上方；每一個永磁重力支撐單元的固定部分的空心圓柱永磁體通過磁鋼芯軸連接在微動臺定子上，該永磁重力支撐單元的支撐部分的內圓環永磁體和外圓環永磁體通過磁鋼骨架連接在微動臺動子上。本專利技術所述的一種具有永磁重力支撐結構的微動臺，具有以下優點及突出性效果固定部分是軸向充磁的空心圓柱永磁體，與支撐部分的內、外圓環永磁體同軸布置，在保證固定部分和支承部分之間沿徑向和切向方向相互作用力很小的情況下，使固定部分與支承部分之間沿軸線方向的剛度接近為零。另外，本專利技術具有結構簡單，且便于加工等特點。該支撐結構主要應用于光刻機磁浮工件臺系統中，升高了固定部分軸向充磁的空心圓柱永磁體，也降低了磁浮工件臺halbach永磁陣列強磁場對微動臺動子部分重力平衡效果的影響。附圖說明圖I是本專利技術所述的第一種永磁重力支撐單元的三維中心剖面示意圖。圖2是本專利技術所述的一種具有永磁重力支撐結構的微動臺的結構示意圖。圖3是本專利技術所述的永磁重力支撐單元的中心截面的磁力線分布圖。圖4是本專利技術所述第二種永磁重力支撐單元的三維中心剖面示意圖。圖5是本專利技術所述第三種永磁重力支撐單元的三維中心剖面示意圖。圖中1-空心圓柱永磁體；2-內圓環永磁體；3_外圓環永磁體；4_磁鋼芯軸；5-磁鋼骨架；6_微動臺動子；7_微動臺定子。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術的具體結構、機理和工作過程作進一步的說明。圖2是本專利技術一種具有永磁重力支撐結構的微動臺結構示意圖，該微動臺包括微動臺定子、微動臺動子以及至少三個永磁重力支撐單元，本實施例中采用三個永磁重力支撐單元,這三個永磁重力支撐單元繞微動臺的Z軸均勻布置在微動臺邊緣；每個永磁重力支撐單元含有固定部分和支撐部分，固定部分為一個空心圓柱永磁體I和一個磁鋼芯軸4，空心圓柱永磁體I粘接在磁鋼芯軸4上，空心圓柱永磁體I的充磁方向沿圓柱軸向方向，下底面為S極，上底面為N極，如圖I所示；支承部分由一個內圓環永磁體2、一個外圓環永磁體3和一個磁鋼骨架5組成，兩個圓環永磁體同軸粘接在磁鋼骨架5上，兩個圓環永磁體的充磁方向沿半徑并指向圓心方向；固定部分的空心圓柱永磁體I與內圓環永磁體2和外圓環永磁體3同軸布置,并位于兩個圓環永磁體上方；每一個永磁重力支撐單兀的固定部分的空心圓柱永磁體I通過磁鋼芯軸4連接在微動臺定子上，該永磁重力支撐單元的支撐部分的內圓環永磁體2和外圓環永磁體3通過磁鋼骨架5連接在微動臺動子上。由于固定部分軸向充磁的空心圓柱永磁體I與支撐部分的兩個圓環永磁體的磁極相吸，因此，總是與支撐部分的重力方向相反，兩相抵消，從而將支撐部分穩定在空間中的某個位置；以固定部分的空心圓柱永磁體與支撐部分的垂向距離進行細分，則根據負載的大小來計算垂向支撐本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有永磁重力支撐結構的微動臺，微動臺包括微動臺定子和微動臺動子，其特征在于：該微動臺還包括至少三個永磁重力支撐單元，所述的至少三個永磁重力支撐單元繞微動臺的Z軸均布在微動臺邊緣；每個永磁重力支撐單元含有固定部分和支撐部分，所述的固定部分由一個空心圓柱永磁體（1）和一個磁鋼芯軸（4）組成，空心圓柱永磁體（1）粘接在磁鋼芯軸（4）上，所述空心圓柱永磁體（1）的充磁方向沿圓柱軸向方向，下底面為S極，上底面為N極；所述支承部分由一個內圓環永磁體（2）、一個外圓環永磁體（3）和一個磁鋼骨架（5）組成，所述的兩個圓環永磁體同軸粘接在磁鋼骨架（5）上，兩個圓環永磁體的充磁方向沿半徑并指向圓心方向；所述的固定部分的空心圓柱永磁體（1）與內圓環永磁體（2）和外圓環永磁體（3）同軸布置，并位于所述的兩個圓環永磁體上方；每一個永磁重力支撐單元的固定部分的空心圓柱永磁體（1）通過磁鋼芯軸（4）連接在微動臺定子上，該永磁重力支撐單元的支撐部分的內圓環永磁體（2）和外圓環永磁體（3）通過磁鋼骨架（5）連接在微動臺動子上。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張鳴，朱煜，劉召，許玉潔，李玉潔，田麗，張利，楊開明，徐登峰，秦慧超，王平安，尹文生，胡金，穆海華，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：