專利名稱：一種掩模臺工作臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六自由度定位裝置，尤其涉及一種掩模臺工作臺，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體光刻設(shè)備中，屬于超精密加工和檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
具有高精度和快速響應(yīng)的超精密微動平臺在現(xiàn)代制造技術(shù)中具有極其重要的地位，被視為一個國家高技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。在超精密機(jī)床中，超精密微動工作臺用于對進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)超精密加工；在大規(guī)模集成電路制造中，超精密微動工作臺用于光刻設(shè)備中進(jìn)行微定位和微進(jìn)給；在掃描探針顯微鏡中，超精密微動工作臺用于測量樣品表面形貌，進(jìn)行納米加工；在生物工程方面，超精密微動工作臺用于完成對細(xì)胞的操作，實(shí)現(xiàn)生物操作工程化；在醫(yī)療科學(xué)方面，超精密微動工作臺用于顯微外科手術(shù)，以便減輕醫(yī)生負(fù)擔(dān)，縮短手術(shù)時間，提高成功率。超精密微動工作臺還被廣泛應(yīng)用于光纖對接， MEMS系統(tǒng)加工、封裝及裝配，以及電化學(xué)加工等領(lǐng)域中。在半導(dǎo)體光刻設(shè)備中，光刻機(jī)娃片臺和掩模臺大多米用粗精疊層結(jié)構(gòu)，包含一個超精密微動工作臺。該六自由度微動臺疊加于粗動臺之上，用于對粗動臺進(jìn)行精度補(bǔ)償。微動工作臺定位精度決定了光刻機(jī)的曝光精度，運(yùn)動速度決定了光刻機(jī)的生產(chǎn)效率。因此，美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家均把超精密微動工作臺技術(shù)視為光刻機(jī)核心技術(shù)之一，對我國相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的進(jìn)口限制。概括目前國內(nèi)外納米級微動工作臺研究現(xiàn)狀，超精密六自由度微動臺通常有三類，伺服電機(jī)通過滾珠絲杠傳動/直線導(dǎo)軌支撐微動工作臺，壓電陶瓷驅(qū)動/柔性鉸鏈支撐導(dǎo)向微動工作臺，以及音圈電機(jī)或變磁阻電機(jī)驅(qū)動/氣浮或磁浮支撐微動工作臺。前兩種六自由度微動臺由于支撐系統(tǒng)的摩擦阻尼非線性等因素影響，均無法滿足光刻設(shè)備高速度、大負(fù)載、高動態(tài)特性的要求。采用音圈電機(jī)/氣浮支撐的六自由度微動臺可以滿足光刻設(shè)備的要求，但存在結(jié)構(gòu)整體性差，臺體較厚，質(zhì)心高等不足，其性能受到一定局限。本申請人在2011年6月28日申請了一種無接觸式粗精動疊層六自由度定位裝置(申請?zhí)?01110177038. 2)采用動鐵式音圈電機(jī)對稱分布在微動臺基體四周，微動臺基體尺寸和質(zhì)量較大導(dǎo)致電機(jī)熱損耗大，導(dǎo)致粗動臺和平衡塊也非常龐大，系統(tǒng)精度低，響應(yīng)速度慢，無法滿足高精度高頻響的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)心驅(qū)動、高精度和高頻響的掩模臺工作臺。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種掩模臺工作臺，含有微動臺、粗動臺和機(jī)座，微動臺包含微動臺臺體和洛倫茲電機(jī)；粗動臺包含第一驅(qū)動模塊、第二驅(qū)動模塊和粗動臺底座，第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊關(guān)于微動臺臺體呈對稱布置；每個驅(qū)動模塊由粗動臺臺體、直線電機(jī)和氣浮軸承組成，其特征在于所述的洛倫茲電機(jī)包含三種洛倫茲電機(jī)，每種洛倫茲電機(jī)對稱分布在微動臺臺體沿X軸方向的兩側(cè)面，其中，第一種洛倫茲電機(jī)的驅(qū)動方向沿X軸方向，關(guān)于Y軸對稱布置，每側(cè)至少兩個，驅(qū)動微動臺臺體沿X方向和繞Z軸旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動；第二種洛倫茲電機(jī)的驅(qū)動方向沿Y軸方向并通過微動臺質(zhì)心，每側(cè)一個，驅(qū)動微動臺臺體沿Y方向運(yùn)動；第三種洛倫茲電機(jī)的驅(qū)動方向沿Z軸方向，關(guān)于Y軸對稱布置，每側(cè)兩個，位于微動臺臺體的四個角上，驅(qū)動微動臺臺體沿Z方向、繞X軸旋轉(zhuǎn)方向和Y軸旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動；所述的粗動臺臺體的下表面和外側(cè)面分別與粗動臺底座的上表面和內(nèi)側(cè)面之間形成氣浮支撐，作為驅(qū)動模塊的氣浮導(dǎo)向；所述的直線電機(jī)的動子部分連接在粗動臺臺體內(nèi)，直線電機(jī)的定子部分固定在粗動臺底座的上表面，定子磁鋼沿Z軸方向建立磁場，動子線圈水平放置，其長邊沿Y方向布置，動子線圈沿X方向在直線電機(jī)定子磁鋼之間做切割磁力線運(yùn)動。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于微動臺臺體采用碳化硅陶瓷材料燒制成型；所述的粗動臺臺體采用碳化硅陶瓷構(gòu)件，且氣浮軸承的氣足和粗動臺臺體構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述的關(guān)于Y軸對稱的第一種洛倫茲電機(jī)每側(cè)四個，每個洛倫茲電機(jī)包含上下兩部分永磁體組和線圈，線圈位于上下兩部分永磁體之間，并留有間隙；每部分永磁體組由主永磁體和附永磁體組成，主永磁體與附永磁體以Halbach陣列形式粘接固定于軛鐵 的表面上，相鄰的主永磁體與附永磁體的磁場方向相互垂直，在各永磁體之間形成封閉磁路。第二種洛倫茲電機(jī)每側(cè)一個，每個洛倫茲電機(jī)包含上下兩部分永磁體組和線圈，線圈位于上下兩部分永磁體之間，并留有間隙；每部分永磁體組由主永磁體和附永磁體組成,主永磁體與附永磁體以Halbach陣列形式粘接固定于軛鐵的表面上，相鄰的主永磁體與附永磁體的磁場方向相互垂直,在各永磁體之間形成封閉磁路。第三種洛倫茲電機(jī)的永磁體包括外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)，外磁環(huán)與內(nèi)磁環(huán)的軸線沿Z軸方向同軸布置，外磁環(huán)與內(nèi)磁環(huán)充磁方向相同，沿徑向方向且由圓環(huán)外表面指向圓心；通電線圈為圓柱形線圈，位于內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)之間，并與內(nèi)外磁環(huán)同軸布置；在第二電磁力驅(qū)動單元的中心軸線上還布置有一個重力平衡磁柱，其軸線沿Z軸方向與內(nèi)外磁環(huán)同軸，并固定在微動臺基座上，其充磁方向沿Z軸方向。本發(fā)明的另一技術(shù)特征是該掩模臺工作臺還包括電渦流傳感器測量系統(tǒng)，電渦流傳感器測量系統(tǒng)包括安裝在粗動臺上的八個電渦流傳感器，第一電渦流傳感器和第二電渦流傳感器安裝在第一驅(qū)動模塊上，并位于沿X軸的一條直線上，測量微動臺沿Y軸方向和沿Z軸旋轉(zhuǎn)方向的位移；第三電渦流傳感器和第四電渦流傳感器分別安裝在第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊上，并位于一條沿Y軸方向的直線上，測量微動臺沿X軸方向和沿Z軸旋轉(zhuǎn)方向的位移；第五電渦流傳感器和第六電渦流傳感器安裝在第一驅(qū)動模塊上，并位于一條沿X軸方向的直線上；第七電渦流傳感器和第八電渦流傳感器安裝在第二驅(qū)動模塊上，并位于一條沿X軸方向的直線上，共同測量微動臺沿Z軸方向、沿X軸旋轉(zhuǎn)方向和沿Y軸旋轉(zhuǎn)方向的位移。本發(fā)明的又一技術(shù)特征是所述的掩模臺粗動臺還包含用于粗動臺與機(jī)座相對位置反饋的光柵尺測量系統(tǒng)，所述的光柵測量系統(tǒng)包含兩個光柵測量裝置對稱布置在粗動臺第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊上，每個光柵測量裝置含有一個光柵尺、一個光柵讀數(shù)頭、一個光柵尺安裝架和一個光柵尺調(diào)整裝置；光柵尺調(diào)整裝置固定于粗動臺底座上，光柵尺安裝架與光柵尺調(diào)整裝置固定連接，光柵尺粘貼固定于光柵尺安裝架表面上，光柵條紋沿X軸方向，光柵讀數(shù)頭與直線電機(jī)連接，通過調(diào)整光柵尺調(diào)整裝置使光柵尺安裝架的長邊方向沿X軸方向。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果該掩模臺工作臺采用粗精動疊加的方式，既能滿足大行程需要又能實(shí)現(xiàn)高精度六自由度微調(diào)，采用碳化硅可加工陶瓷制造主要零部件，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，因此減小了音圈電機(jī)的推力需求，從而結(jié)構(gòu)尺寸變小；另外，碳化硅可加工陶瓷材料的應(yīng)用，將多個零件一體化為一個部件，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，既減少了微動臺零部件數(shù)量，又提高了系統(tǒng)的模態(tài)，提高了精度和頻響。


圖I為本發(fā)明提供的一種掩模臺工作臺的三維結(jié)構(gòu)圖。圖2為微動臺結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為粗動臺結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為微動臺臺體結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明的一種實(shí)施例第一種洛倫茲電機(jī)剖視圖。圖6為本發(fā)明的一種實(shí)施例第二種洛倫茲電機(jī)剖視圖。圖7為本發(fā)明的一種實(shí)施例第三種洛倫茲電機(jī)剖視圖。圖8為光柵尺測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-粗動臺；2_微動臺；3_測量系統(tǒng)；4-機(jī)座；7 —粗動臺底座；8 —粗動臺臺體；9一直線電機(jī)；10 —微動臺臺體；lla-第一種洛倫茲電機(jī)一 ；llb-第一種洛倫茲電機(jī)二 ； IIc-第一種洛倫茲電機(jī)三；IId-第一種洛倫茲電機(jī)四；IIe-第一種洛倫茲電機(jī)五；Ilf-第一種洛倫茲電機(jī)六；I Ig-第一種洛倫茲電機(jī)七；I Ih-第一種洛倫茲電機(jī)八；15a-第二種洛倫茲電機(jī)一 ；15b-第二種洛倫茲電機(jī)二 ；17_第三種洛倫茲電機(jī)一 ；18_第三種洛倫茲電機(jī)二 ；19_第三種洛倫茲電機(jī)三；20_第三種洛倫茲電機(jī)四；21_光柵尺；22_光柵讀數(shù)頭；23_光柵尺讀數(shù)頭安裝架；24_光柵尺調(diào)整裝置；31_第一電渦流傳感器；32_第二電渦流傳感器；33_第三電渦流傳感器；34_第四電渦流傳感器；35_第五電渦流傳感器；36_第六電渦流傳感器；37_第七電渦流傳感器；38_第八電渦流傳感器；41_第一種洛倫茲電機(jī)第一主永磁體，42-第一種洛倫茲電機(jī)第二主永磁體，43-第一種洛倫茲電機(jī)第三主永磁體,44-第一種洛倫茲電機(jī)第四主永磁體,45-第一種洛倫茲電機(jī)第一附永磁體,46-第一種洛倫茲電機(jī)第二附永磁體，47-第一種洛倫茲電機(jī)第一鐵軛，48-第一種洛倫茲電機(jī)第二鐵軛；49_第一種洛倫茲電機(jī)線圈；51_第二種洛倫茲電機(jī)第一主永磁體；52_第二種洛倫茲電機(jī)第二主永磁體；53_第二種洛倫茲電機(jī)第三主永磁體；54_第二種洛倫茲電機(jī)第四主永磁體；55_第二種洛倫茲電機(jī)第一附永磁體；56_第二種洛倫茲電機(jī)第二附永磁體；57_第二種洛倫茲電機(jī)第一鐵軛；58_第二種洛倫茲電機(jī)第二鐵軛；59_第二種洛倫茲電機(jī)線圈；61-第三種洛倫茲電機(jī)線圈；62_外磁環(huán)，63-內(nèi)磁環(huán)，64-重力補(bǔ)償磁柱。
具體實(shí)施例方式圖I為本發(fā)明提供的一種掩模臺工作臺的三維結(jié)構(gòu)圖。該掩模臺工作臺，包括粗動臺I、微動臺2、測量系統(tǒng)3以及機(jī)座4。
圖2為微動臺結(jié)構(gòu)示意圖。該掩模臺工作臺微動臺包含微動臺臺體10和多組洛倫茲電機(jī)。微動臺臺體10采用碳化硅陶瓷材料燒制成型，并做輕量化處理，如圖4所示。另外，微動臺的驅(qū)動裝置包含三種洛倫茲電機(jī)，對稱分布在微動臺臺體沿X軸方向的兩側(cè)面并與微動臺臺體連接。其中，含有至少四個第一種洛倫茲電機(jī)，本實(shí)施例中采用八個，分別為第一種洛倫茲電機(jī)一 11a、第一種洛倫茲電機(jī)二 lib、第一種洛倫茲電機(jī)三11c、第一種洛倫茲電機(jī)四lid、第一種洛倫茲電機(jī)五lie、第一種洛倫茲電機(jī)六Ilf、第一種洛倫茲電機(jī)七Ilg和第一種洛倫茲電機(jī)八llh，第一種洛倫茲電機(jī)為方塊型洛倫茲電機(jī)，其長邊沿Z軸方向豎直放置，線圈可沿X軸方向平移，該第一種洛倫茲電機(jī)的磁鋼分布在線圈沿Y方向兩側(cè)并連接在骨架中。在微動臺臺體10的每一側(cè)沿X方向關(guān)于Y軸對稱布置兩組，第一種洛倫茲電機(jī)的線圈連接在粗動臺上，八個第一種洛倫茲電機(jī)可驅(qū)動微動臺臺體沿X方向和繞Z軸旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動。
微動臺還含有兩個第二種洛倫茲電機(jī)一 15a和第二種洛倫茲電機(jī)二 15b。第二種洛倫茲電機(jī)為方塊型洛倫茲電機(jī)，每側(cè)一組，對稱布置在微動臺臺體側(cè)面上，位于同側(cè)的兩組第一種洛倫茲電機(jī)中間，該驅(qū)動單元的長邊沿Z軸方向豎直放置，線圈可沿Y軸方向平移，該第二種洛倫茲電機(jī)的磁鋼分布在線圈沿Y方向兩側(cè)并連接在骨架中。另外，微動臺還含有四個第三種洛倫茲電機(jī)，第三種洛倫茲電機(jī)一 17、第三種洛倫茲電機(jī)二 18、第三種洛倫茲電機(jī)三19和第三種洛倫茲電機(jī)四20 ;第三種洛倫茲電機(jī)為圓柱型洛倫茲電機(jī)，每側(cè)兩組，對稱連接在微動臺臺體四個角上，位于兩組第一種洛倫茲電機(jī)的外側(cè)關(guān)于Y軸對稱布置，可驅(qū)動微動臺臺體沿Z方向、繞X軸旋轉(zhuǎn)方向和Y軸旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動。電渦流傳感器測量系統(tǒng)包括安裝在粗動臺上八個電渦流傳感器，測量金屬導(dǎo)體安裝在微動臺上；第一電渦流傳感器31和第二電渦流傳感器安裝32在第一驅(qū)動模塊上，并位于沿X軸的一條直線上，測量微動臺沿Y軸方向和沿Z軸旋轉(zhuǎn)方向的位移；第三電渦流傳感器33和第四電渦流傳感器34分別安裝在粗動臺粗動臺第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊上，并位于一條沿Y軸方向的直線上，測量微動臺沿X軸方向和沿Z軸旋轉(zhuǎn)方向的位移；第五電渦流傳感器35和第六電渦流傳感器36安裝在第一驅(qū)動模塊上，并位于一條沿X軸方向的直線上，第七電渦流傳感器37和第八電渦流傳感器38安裝在第二驅(qū)動模塊上，并位于一條沿X軸方向的直線上，共同測量微動臺沿Z軸方向、沿X軸旋轉(zhuǎn)方向和沿Y軸旋轉(zhuǎn)方向的位移。圖3為粗動臺結(jié)構(gòu)示意圖。粗動臺由第一驅(qū)動模塊、第二驅(qū)動模塊和粗動臺底座7構(gòu)成；微動臺位于兩組驅(qū)動模塊的中間，第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊關(guān)于微動臺呈對稱布置。每組驅(qū)動模塊包含一個直線電機(jī)9、一組氣浮軸承和一個粗動臺臺體8。粗動臺臺體8為碳化硅陶瓷構(gòu)件，內(nèi)部預(yù)設(shè)有氣道，將氣浮軸承的氣足和臺體一體化為一個零件。粗動臺臺體8的下表面和外側(cè)面分別與粗動臺底座7的上表面和內(nèi)側(cè)面之間形成氣浮支撐，作為兩組驅(qū)動模塊的氣浮導(dǎo)向，使得該驅(qū)動模塊沿X軸方向作直線運(yùn)動。直線電機(jī)9沿X方向布置在粗動臺底座7上表面，其定子磁鋼沿Z軸方向建立磁場，其動子部分連接在粗動臺臺體8內(nèi)，動子的線圈的長邊沿Y方向布置，線圈最大的面水平放置，可沿X方向在直線電機(jī)定子磁鋼之間做切割磁力線運(yùn)動。
圖5為第一種洛倫茲電機(jī)剖視圖。第一種洛倫茲電機(jī)分為左、右兩部分,結(jié)構(gòu)關(guān)于中心線對稱。電機(jī)的左半部分包含上下兩部分永磁體組，線圈位于上下兩部分永磁體之間，并留有間隙；每部分永磁體組由主永磁體和附永磁體組成，在上部永磁體組中，沿X軸方向依次為第一種洛倫茲電機(jī)第一主永磁體41、第一種洛倫茲電機(jī)第一附永磁體45、第一種洛倫茲電機(jī)第二主永磁體42，各主永磁體與各附永磁體粘接固定于第一種洛倫茲電機(jī)第一鐵軛47的下表面上；在下部永磁體組中，沿X軸方向依次為第一種洛倫茲電機(jī)第三主永磁體43、第一種洛倫茲電機(jī)第二附永磁體46、第一種洛倫茲電機(jī)第四主永磁體48,各主永磁體與各附永磁體粘接固定于第一種洛倫茲電機(jī)第二鐵軛48的表面上。第一種洛倫茲電機(jī)第一主永磁體41和第一種洛倫茲電機(jī)第三主永磁體43的充磁方向?yàn)閆軸負(fù)方向，第一種洛倫茲電機(jī)第二主永磁體42和第一種洛倫茲電機(jī)第四主永磁體44的充磁方向?yàn)閆軸正方向，第一種洛倫茲電機(jī)第一附永磁體45的充磁方向?yàn)閄軸負(fù)方向、第一種洛倫茲電機(jī)第二附永磁體46的充磁方向?yàn)閄軸正方向。各附永磁體與各主永磁體的磁場方向相互垂直，上下部分的各永磁體分別構(gòu)成了 Halbach陣列形式，且形成封閉磁路；在本實(shí)施例中，從Z軸正方向向負(fù)方向看，線圈的電流方向?yàn)轫槙r針方向。第一種洛倫茲電機(jī)的右半部分結(jié)構(gòu)與左半部分關(guān)于中心線對稱，為了保證整個電機(jī)的出力方向一致，左右兩部分線圈通電相反，即右半部分從Z軸正方向向負(fù)方向看，線圈的電流方向?yàn)槟鏁r針方向。圖6為第二種洛倫茲電機(jī)剖視圖。第二種洛倫茲電機(jī)的結(jié)構(gòu)與第一種洛倫茲電機(jī)的結(jié)構(gòu)類似，為第一種洛倫茲電機(jī)的一半，差別在于永磁體的尺寸和線圈的尺寸較小，可根據(jù)實(shí)際推力通過計(jì)算獲得。圖7為第三種洛倫茲電機(jī)的剖視圖。第三種洛倫茲電機(jī)的永磁體包括外磁環(huán)62和內(nèi)磁環(huán)63的軸線沿Z軸方向，外磁環(huán)62與內(nèi)磁環(huán)63充磁方向相同，沿徑向方向且由圓環(huán)外表面指向圓心。通電線圈61為圓柱形線圈,位于內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)之間，并與內(nèi)外磁環(huán)同軸布置；在第三種洛倫茲電機(jī)的中心軸線上還布置有一個圓筒狀的重力平衡磁柱64，其軸線沿Z軸方向與內(nèi)外磁環(huán)同軸，并固定在微動臺基座上，其充磁方向?yàn)檩S線沿Z軸正方向。外磁環(huán)62、內(nèi)磁環(huán)63以及重力補(bǔ)償磁柱64之間產(chǎn)生作用力，使得重力補(bǔ)償磁柱64受到的作用力與微動工作臺的動子部分的重力大小相等，方向相反，從而達(dá)到補(bǔ)償微動工作臺重力的目。圖8為光柵尺測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。光柵測量系統(tǒng)包含兩個光柵測量裝置，對稱布置在粗動臺第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊上，每個光柵測量裝置含有一個光柵尺21、一個光柵讀數(shù)頭22、一個光柵尺安裝架23和一個光柵尺調(diào)整裝置24 ;光柵尺調(diào)整裝置24固定于粗動臺底座7上，光柵尺安裝架23與光柵尺調(diào)整裝置24固定連接，光柵尺21粘貼固定于光柵尺安裝架23表面上，光柵讀數(shù)頭22與直線電機(jī)9連接，通過調(diào)整光柵尺調(diào)整裝置24使光柵尺安裝架23的長邊方向沿X軸方向。
權(quán)利要求
1.一種掩模臺工作臺，含有微動臺、粗動臺和機(jī)座，微動臺包含微動臺臺體(10)和洛倫茲電機(jī)；粗動臺包含第一驅(qū)動模塊、第二驅(qū)動模塊和粗動臺底座(7)，第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊關(guān)于微動臺臺體呈對稱布置；每個驅(qū)動模塊由粗動臺臺體(8)、直線電機(jī)和氣浮軸承組成，其特征在于所述的洛倫茲電機(jī)包含三種洛倫茲電機(jī)，每種洛倫茲電機(jī)對稱分布在微動臺臺體沿X軸方向的兩側(cè)面，其中，第一種洛倫茲電機(jī)的驅(qū)動方向沿X軸方向，關(guān)于Y軸對稱布置，每側(cè)至少兩個，驅(qū)動微動臺臺體沿X方向和繞Z軸旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動；第二種洛倫茲電機(jī)的驅(qū)動方向沿Y軸方向并通過微動臺質(zhì)心，每側(cè)至少一個，驅(qū)動微動臺臺體沿Y方向運(yùn)動；第三種洛倫茲電機(jī)的驅(qū)動方向沿Z軸方向，關(guān)于Y軸對稱布置,每側(cè)兩個，位于微動臺臺體的四個角上，驅(qū)動微動臺臺體沿Z方向、繞X軸旋轉(zhuǎn)方向和Y軸旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動； 所述的粗動臺臺體(8)的下表面和外側(cè)面分別與粗動臺底座(7)的上表面和內(nèi)側(cè)面之間形成氣浮支撐，作為驅(qū)動模塊的氣浮導(dǎo)向；所述的直線電機(jī)(9)的動子部分連接在粗動臺臺體(8)內(nèi)，直線電機(jī)(9)的定子部分固定在粗動臺底座(7)的上表面，定子磁鋼沿Z軸方向建立磁場，動子線圈水平放置，其長邊沿Y方向布置，動子線圈沿X方向在直線電機(jī)定子磁鋼之間做切割磁力線運(yùn)動。
2.按照權(quán)利要求I所述的一種掩模臺工作臺，其特征在于微動臺臺體(10)采用碳化硅陶瓷材料燒制成型；所述的粗動臺臺體(8)采用碳化硅陶瓷構(gòu)件，且氣浮軸承的氣足和粗動臺臺體構(gòu)成一體化結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求I或2所述的掩模臺工作臺，其特征在于關(guān)于Y軸對稱的第一種洛倫茲電機(jī)每側(cè)四個，每個洛倫茲電機(jī)包含上下兩部分永磁體組和線圈，線圈位于上下兩部分永磁體之間，并留有間隙；每部分永磁體組由主永磁體和附永磁體組成，主永磁體與附永磁體以Halbach陣列形式粘接固定于軛鐵的表面上,相鄰的主永磁體與附永磁體的磁場方向相互垂直，在各永磁體之間形成封閉磁路； 第二種洛倫茲電機(jī)每側(cè)一個，每個洛倫茲電機(jī)包含上下兩部分永磁體組和線圈，線圈位于上下兩部分永磁體之間，并留有間隙；每部分永磁體組由主永磁體和附永磁體組成，主永磁體與附永磁體以Halbach陣列形式粘接固定于軛鐵的表面上，相鄰的主永磁體與附永磁體的磁場方向相互垂直,在各永磁體之間形成封閉磁路； 第三種洛倫茲電機(jī)的永磁體包括外磁環(huán)和內(nèi)磁環(huán)，外磁環(huán)與內(nèi)磁環(huán)的軸線沿Z軸方向同軸布置，外磁環(huán)與內(nèi)磁環(huán)充磁方向相同，沿徑向方向且由圓環(huán)外表面指向圓心；通電線圈為圓柱形線圈，位于內(nèi)磁環(huán)與外磁環(huán)之間，并與內(nèi)外磁環(huán)同軸布置；在第二電磁力驅(qū)動單元的中心軸線上還布置有一個重力平衡磁柱，其軸線沿Z軸方向與內(nèi)外磁環(huán)同軸，并固定在微動臺基座上，其充磁方向沿Z軸方向。
4.按照權(quán)利要求I或2所述的一種掩模臺工作臺，其特征在于該掩模臺工作臺還包括電渦流傳感器測量系統(tǒng)，電渦流傳感器測量系統(tǒng)包括安裝在粗動臺上的八個電渦流傳感器，第一電渦流傳感器(31)和第二電渦流傳感器安裝(32)在第一驅(qū)動模塊上，并位于沿X軸的一條直線上，測量微動臺沿Y軸方向和沿Z軸旋轉(zhuǎn)方向的位移；第三電渦流傳感器(33)和第四電渦流傳感器(34)分別安裝在第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊上，并位于一條沿Y軸方向的直線上，測量微動臺沿X軸方向和沿Z軸旋轉(zhuǎn)方向的位移；第五電渦流傳感器(35)和第六電潤流傳感器(36)安裝在第一驅(qū)動模塊上,并位于一條沿X軸方向的直線上；第七電渦流傳感器(37)和第八電渦流傳感器(38)安裝在第二驅(qū)動模塊上，并位于一條沿X軸方向的直線上，共同測量微動臺沿Z軸方向、沿X軸旋轉(zhuǎn)方向和沿Y軸旋轉(zhuǎn)方向的位移。
5.按照權(quán)利要求I或2所述的一種掩模臺工作臺，其特征在于所述的掩模臺粗動臺還包含用于粗動臺與機(jī)座相對位置反饋的光柵尺測量系統(tǒng)，所述的光柵測量系統(tǒng)包含兩個光柵測量裝置對稱布置在粗動臺第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊上，每個光柵測量裝置含有一個光柵尺(21)、一個光柵讀數(shù)頭(22)、一個光柵尺安裝架(23)和一個光柵尺調(diào)整裝置(24);光柵尺調(diào)整裝置(24)固定于粗動臺底座(7)上，光柵尺安裝架(23)與光柵尺調(diào)整裝置(24)固定連接，光柵尺粘貼固定于光柵尺安裝架(23)表面上，光柵讀數(shù)頭與直線電機(jī)(9 )相連，通過調(diào)整光柵尺調(diào)整裝置(24 )使光柵尺安裝架(23 )的長邊方向沿X軸方向。
全文摘要
一種掩模臺工作臺，屬于超精密加工和檢測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。該掩模臺工作臺含有微動臺、粗動臺和機(jī)座；微動臺包含微動臺臺體和洛倫茲電機(jī)；洛倫茲電機(jī)包含三種洛倫茲電機(jī)，每種洛倫茲電機(jī)對稱分布在微動臺臺體沿X軸方向的兩側(cè)面；粗動臺包含驅(qū)動模塊和粗動臺底座，每個驅(qū)動模塊由粗動臺臺體、直線電機(jī)和氣浮軸承組成。微動臺臺體和粗動臺臺體均采用碳化硅陶瓷材料構(gòu)成。本發(fā)明既能滿足大行程需要，又能實(shí)現(xiàn)高精度六自由度微調(diào)；采用碳化硅可加工陶瓷制造主要零部件，重量輕，并將多個零件一體化為一個部件，體積小，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊，既減少了微動臺零部件數(shù)量，又提高了系統(tǒng)的模態(tài)、精度和頻響。
文檔編號G03F7/20GK102880013SQ20121037188
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者朱煜, 張鳴, 劉召, 許巖, 張金, 田麗, 王婧, 楊開明, 徐登峰, 胡金春, 尹文生, 穆海華 申請人:清華大學(xué)