一种无接触式粗精动叠层六自由度定位装置制造方法及图纸

一种无接触式粗精动叠层六自由度定位装置，涉及一种超精密六自由度运动定位装置。该定位装置包括一个微动平台，和对称布置在微动平台两侧的两个粗动台。每个粗动台由直线电机独立驱动实现沿Y轴运动，微动平台由十个音圈电机驱动实现六自由度运动。测量系统包括一个激光尺、两个光栅尺、七个电涡流传感器，测量系统能够测量每个粗动平台沿Y轴方向的绝对位置、微动平台六自由度绝对位置、粗动平台与微动平台之间沿Y轴方向的相对位置。粗动台中两个直线电机独立运动，当音圈电机通电时微动平台悬浮在粗动台上方，实现了粗动台之间、粗动台与微动平台之间的无接触式叠层运动，避免了现有结构中机械接触引起的运动耦合与结构干涉等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种六自由度定位设备，尤其涉及一种无接触式粗精动叠层六自由度定位设备，主要应用于半导体光刻设备中，属于超精密加工和检测设备

技术介绍
具有纳米级运动定位精度的超精密微动平台是半导体装备关键部件之一，如光刻机中的硅片台、掩模台等。为实现超精密定位要求，以气浮和磁浮约束为支撑方式的执行单元作为一种超精密运动台被广泛应用。气浮约束作为支撑和导向作用时，减小了机械结构传动引起的摩擦力等作用，提高了系统运动定位精度。以直线电机为驱动单元时，由通电线圈在永磁阵列气隙磁场中产生的洛仑兹力提供驱动力，通过控制线圈中电流大小来改变执行单元的推力，具有结构简单等优点。目前光刻机中掩模台通常采用粗精动叠层的结构，包括两个沿Y轴方向运动的粗动台，和一个六自由度运动的微动平台。两个粗动台之间通过连接梁连接在一起，其中连接梁与一个粗动台固定连接，与另一侧粗动台通过柔性铰链连接，微动平台安装在连接梁上，实现定位装置整体运动。一方面连接梁增加了结构设计的复杂性，增加了系统结构质量，较大的质量将影响系统运动响应性能，另一方面，当结构运动时，如果两个粗动台沿Y轴方向存在位置偏差，由于连接梁的作用，使得两个粗动平台之间产生作用力与反作用力的耦合，使得两个粗动平台的性能相互影响，将影响系统的运动定位精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用于半导体装备的定位装置，不仅满足六自由度运动定位要求，同时解决目前掩模台粗精动叠层结构中由机械结构耦合作用引起的结构复杂、运动性能相互影响等问题。本专利技术的技术方案如下一种无接触式粗精动叠层六自由度定位装置，所述定位装置包含基架、一个微动平台、两个粗动平台和测量系统，所述测量系统包含光栅测量系统、电涡流传感器测量系统和激光尺测量系统；微动平台悬浮在两个粗动平台上，两个粗动平台对称布置在微动平台两侧，两个粗动平台悬浮在基架上；粗动平台包括一个直线电机、一个连接元件、一个支撑元件和一个导向元件；粗动平台在直线电机驱动下沿Y轴运动；支撑元件的下表面与基架的上表面正面相对，支撑元件下表面有气孔，气孔轴线沿Z轴方向，在支撑元件与基架之间形成沿Z轴方向的气浮支撑；导向元件侧面与基架的侧面正面相对，导向元件的侧面有气孔，气孔的轴线沿X轴方向，导向元件与基架之间形成气浮导向，导向方向沿Y轴方向；光栅测量系统包含两个光栅测量装置，每个光栅测量装置包括一个光栅尺、一个光栅尺安装架、一个读数头和光栅尺调整装置；光栅尺调整装置固定于基架上，光栅尺安装架与光栅尺调整装置固定连接，通过调整光栅尺调整架使光栅尺安装架的长边方向沿Y轴方向；光栅尺粘贴固定于光栅尺安装架表面上，光栅条纹沿Y轴方向，光栅读数头与直线电机连接；电涡流传感器测量系统包括安装在粗动台上七个电涡流传感器，测量金属导体安装在微动平台上；第一电涡流传感器和第二电涡流传感器安装在第一粗动台上，并位于沿Y轴的一条直线上，第三电涡流传感器和第四电涡流传感器分别安装在第一粗动台与第二粗动台上，并位于一条沿X轴方向的直线上，第五电涡流传感器和第六电涡流传感器安装在第一粗动台的连接元件上，并位于一条沿Y轴方向的直线上，第七电涡流传感器安装在第二粗动台上，并与第五电涡流传感器位于一条沿X轴方向的直线上； 激光尺测量系统安装在基架上，测量微动平台在Y方向的位移。微动平台包括四个沿Y轴方向驱动的第一音圈电机、两个沿X轴方向驱动的第二音圈电机和四个沿Z轴方向驱动的第三音圈电机；第一音圈电机包括上下永磁体组件和位于永磁体组件之间的线圈组件；各线圈组件绕线平面在同一平面，且位于两个永磁体组件之间，并保留间隙；每个永磁体组件包括铁轭、主永磁体、附永磁体，主永磁体与各附永磁体以Halbach阵列形式粘接固定于铁轭的表面上；各附永磁体与各主永磁体的磁场方向相互垂直，在第两个永磁体组件中形成封闭磁路；四个第一音圈电机中的线圈组件固定在粗动平台上，永磁体组件固定在微动平台上；第二音圈电机包括一个线圈组件和对称布置在线圈组件两侧的两个永磁体组件；每个永磁体组件包括主永磁体和铁轭；各主永磁体以常规阵列的形式粘接固定在铁轭表面上；各永磁体组件之间形成封闭磁路；第二音圈电机中的线圈组件固定在粗动台上，第二音圈电机中的永磁体组件固定在微动平台上；第三音圈电机包括外磁环、内磁环、圆柱线圈组件、重力平衡磁柱；外磁环与内磁环的轴线沿Z轴方向，外磁环与内磁环充磁方向相同，沿径向方向且由圆环外表面指向圆心；圆柱线圈位于内磁环与外磁环之间，绕线轴线沿Z轴方向；磁柱的轴线沿Z轴方向，充磁方向沿Z轴正方向；第三音圈电机的圆柱线圈组件固定在粗动台上。附图说明图I为本专利技术定位装置结构原理示意图(轴测图)。图2为本专利技术粗动台轴测图。图3为本专利技术粗动台侧视图。图4为本专利技术微动平台结构示意图(轴测图)。图5为本专利技术第一音圈电机剖视图。图6为本专利技术第二音圈电机结构示意图(轴测图)。图7为第二音圈电机剖视图。图8为本专利技术音圈电机线圈位置示意图。图9为本专利技术第三音圈电机结构示意图(轴测图)。图10为本专利技术第三音圈电机外磁环图。图11为本专利技术第三音圈电机内磁环图。图12为本专利技术第三音圈电机磁柱图。图13为本专利技术水平方向电涡流传感器位置示意图。图14为本专利技术垂直方向电涡流传感器位置示意图。图15为本专利技术光栅尺示意图(轴测图)。图16为本专利技术光栅尺主视图。图17为本专利技术激光尺位置示意图。图中001-基架； 100-粗动台101-直线电机，102-支撑元件，103-导向元件，104-连接元件2OO-微动平台210-第一音圈电机211-第一线圈组件，212-第一永磁体组件，213-第二永磁体组件2121-第一主永磁体,2142-第二主永磁体,2125-第三主永磁体,2131-第四主永磁体，2133-第五主永磁体,2135-第六主永磁体,2122-第一附永磁体,2124-第二附永磁体,2132-第三附永磁体,2134-第四附永磁体,2142-第一铁轭220-第二音圈电机221-第二线圈组件，222-第三永磁体组件，223-第四永磁体组件，2221-第七主永磁体，2222-第八主永磁体，2231-第九主永磁体，2232-第十主永磁体，2241-第三铁轭，2242-第四铁轭230-第三音圈电机231-第三线圈组件，232-外磁环，233-内磁环，234-磁柱401-第一电涡流传感器，402-第二电涡流传感器，403-第三电涡流传感器，404-第四电涡流传感器，405-第五电涡流传感器，406-第六电涡流传感器，407-第七电涡流传感器300-光栅尺测量系统301-光栅尺，301-光栅尺安装架，302-光栅尺调整装置，303-光栅尺，304-读数头900-激光尺具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的原理、结构和工作过程来进一步说明本专利技术。图I为本专利技术定位装置的结构示意图(轴测图)。本专利技术定位装置包括基架001、一个微动平台200、两个对称布置在微动平台两侧的粗动平台100。图2为粗动台结构轴测图，图3为粗动台侧视图。每个粗动平台100包括一个直线电机101、一个连接元件104、一个气浮支撑元件102和一个气浮导向元件103。连接元件104与直线电机固接，气浮支撑元件102与直线电机固连，气浮导向元件103与气浮支撑元件102固连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.06.28 CN 201110177038.21.一种无接触式粗精动叠层六自由度定位装置，其特征在于所述定位装置包含基架(001)、一个微动平台(200)、两个粗动平台(100)和测量系统，所述测量系统包含光栅测量系统(300)、电涡流传感器测量系统和激光尺测量系统(900);微动平台(200)悬浮在两个粗动平台(100)上，两个粗动平台(100)对称布置在微动平台(200)两侧，两个粗动平台(100)悬浮在基架(001)上； 所述的粗动平台(100)包括一个直线电机、一个连接元件、一个支撑元件和一个导向元件；粗动平台(100)在直线电机驱动下沿Y轴运动；支撑元件的下表面与基架的上表面正面相对，支撑元件下表面有气孔，气孔轴线沿Z轴方向，在支撑元件与基架之间形成沿Z轴方向的气浮支撑；导向元件侧面与基架的侧面正面相对，导向元件的侧面有气孔，气孔的轴线沿X轴方向，导向元件与基架之间形成气浮导向，导向方向沿Y轴方向； 所述的光栅测量系统包含两个光栅测量装置(300)，每个光栅测量装置包括一个光栅 尺、一个光栅尺安装架、一个读数头和光栅尺调整装置；光栅尺调整装置固定于基架上，光栅尺安装架与光栅尺调整装置固定连接，通过调整光栅尺调整架使光栅尺安装架的长边方向沿Y轴方向；光栅尺粘贴固定于光栅尺安装架表面上，光栅条纹沿Y轴方向，光栅读数头与直线电机连接； 所述的电涡流传感器测量系统包括安装在粗动台上七个电涡流传感器，测量金属导体安装在微动平台上；第一电涡流传感器和第二电涡流传感器安装在第一粗动台上，并位于沿Y轴的一条直线上，第三电涡流传感器和第四电涡流传感器分别安装在第一粗动台与第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱煜，张鸣，杨开明，李鑫，汪劲松，许岩，田丽，尹文生，徐登峰，胡金春，穆海华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：