專利名稱：用于電動機的線圈組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于電動機的線圈組。直線和平面電動機用于(例如) 半導體工業(yè)中，更具體而言用于光刻裝置中。
背景技術：
應用電動機的一個大的領域是在處理，尤其是光刻曝光期間傳送 和定位半導體晶片。電動機包括線圈組和磁組件(一維的用于直線電 動機，二維的用于平面電動機)。如果向線圈組施加電流，所生成的 洛倫茲力誘發(fā)線圈組和磁組件之間的相對運動。
施加到線圈組的電流產生熱，熱發(fā)散到環(huán)境和相鄰組件并誘發(fā)熱 膨脹。在高精確度應用中，如半導體制造中，這種熱膨脹可能達到足 以使獲得定位的所需高精度不可能。
為了冷卻線圈組，US 6313550B1公開了一種蓋組件，該蓋組件 包圍線圈和線圈支架并為冷卻每個線圈個體提供一部分流體通道。蓋 組件包括多個蓋。將每個蓋置于單個線圈個體和線圈支架之一上方并 包圍它們。利用這種設計，每個蓋在一個線圈周圍提供單個的流體通 道。蓋形成蓋腔，設計蓋腔的大小和形狀以接收、圍繞和裝配到一個 線圈和線圈支架上。它在每個蓋和每個線圈之間提供一部分流體通 道，用于注入流體以冷卻每個線圈個體。利用這種設計，通過控制通 道中的流體流動，可以單獨地監(jiān)測和控制每個線圈的溫度。
如果利用流體直接冷卻單個線圈，尤其是長期這樣，就必須要考 慮流體和線圈材料之間的化學反應，該化學反應降低了線圈的品質和 利用這種線圈組的電動機的可操作性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種用于電動機的允許在長壽命期間上的
高精度應用的線圈組。
相應地，本發(fā)明提供了一種用于電動機的線圈組，所述線圈組包 括內部流體冷卻的外殼，所述外殼中的一個或多個線圈，在所述外殼 上至少在要面對電動機的磁組件的一側上的最外層，所述最外層由導 電性低或不導電、非磁性或接近非磁性的材料制成。
通過使用內部流體冷卻的外殼，提供了充分的熱量排除而在流體 和線圈材料之間沒有化學反應的危險，這種化學反應從長期來看會降 低線圈組的品質及其可用性。
為了使未被內部流體冷卻的外殼除去的熱的影響最小化，至少在 要面對電動機的磁組件的一側上提供最外層。這個位置對熱輻射和高 精度定位尤其敏感，因為在電動機中，在線圈組和磁組件之間有薄層 的空氣?？諝獾臒崤蛎泴е抡凵渎实淖兓＿@降低了用于監(jiān)測位置的 干涉計系統(tǒng)的精確度并使電動機的定位精度下降。
通過將導電性低或不導電、非磁性材料用于最外層， 一方面防止 了熱輻射到周圍機器零件，另一方面減少了因渦流引起的熱量產生和 阻尼并獲得了對線圈的機械保護。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，外殼向要面對電動機的磁組件的一側 敞開，且包括用于封閉外殼的蓋板，所述蓋板具有由導電性低或不導 電的非磁性材料制成的最外層。在該設計中，使線圈組的安裝變得方 便，因為一個或多個線圈可以通過開口被放入外殼中。然后用蓋板封 閉開口。
優(yōu)選地，將最外層膠粘到外殼上以與例如螺絲的金屬緊固件相比 獲得高電壓安全性。如果螺絲的尖端突出到緊固它們的平面之外，這 些可能會導致局部的場聚集。另一種更昂貴的方案是根據最外層的材 料將最外層淀積為涂層。
最外層的優(yōu)選材料為不銹鋼、鈦或陶瓷。在這些材料中，不銹鋼 是最好的導體，但同時又是較不昂貴且最容易加工的材料。
外殼的優(yōu)選材料為陶瓷。己經證明陶瓷是最容易加工獲得具有內 部冷卻管道的形狀的。此外，它們具有良好的熱穩(wěn)定性且能夠尤其與 液態(tài)流體很好地工作。
優(yōu)選的冷卻流體為水，因為它到處都有、成本低且具有足夠大的 熱導率。
在優(yōu)選實施例中，用金屬鍍覆外殼以防止熱輻射。根據本發(fā)明， 至少應當在接觸周圍空氣且未被最外層覆蓋的側面用金屬鍍覆外殼。 優(yōu)選地，用金屬鍍覆被最外層覆蓋的所有表面以最有效地防止熱輻射 到周圍機器零件。
在優(yōu)選實施例中， 一個或多個線圈是箔線圈以降低熱量產生。 優(yōu)選地， 一個或多個線圈由鋁制成。由于選擇這種材料而帶來的 重量減輕使得線圈電流減小。鋁的另一個優(yōu)點是鋁上的氧化物層可以 充當便宜且可靠的絕緣材料。減小的線圈電流又生成更少的熱。另一 種適當的材料是銅，其具有比鋁高的密度，但也具有更低的電阻率。


以下提供了本發(fā)明的詳細描述。以非限制性示例的方式提供所述 描述，參考附圖閱讀該描述，附圖中
圖1示意性地示出了具有根據本發(fā)明的線圈組的電動機的截面
圖2示意性地示出了根據本發(fā)明的線圈組的部件分解圖3a示意性地示出了具有根據本發(fā)明的線圈組的電動機的支
座；
圖3b示出了從另一個視角看的圖3a的支座； 圖4a示意性地示出了蓋板的細節(jié)；以及 圖4b示意性地示出了外殼的細節(jié)。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了具有根據本發(fā)明的線圈組2和磁組件3的電 動機1。磁組件3包括安裝在用于使磁通量回流的鋼板32上的磁體 31。
線圈組包括外殼21和蓋板23，外殼21具有內部冷卻管道22。 在本例中，外殼21由碳化硅(一種陶瓷材料)制成，將水用作流體 冷卻劑。通過開口在外殼21中布置了用于電動機的三相操作的三個 線圈26a、 26b、 26c，該開口將朝向磁組件3的磁體31。要指出的是， 也可能使用除三相操作之外的其他操作模式。三個線圈26a、 26b、 26c都是鋁箔線圈以使重量和產熱最小化，以獲得可靠和良好的絕緣 線圈。
借助于蓋板23封住外殼21。本范例的蓋板23具有與剩余的外 殼材料相同的主要部分24，即碳化硅的主要部分24。作為蓋板23的 最外層25，膠粘一層不銹鋼板。不銹鋼板25應當足夠薄，以防止在 線圈組2相對于磁場運動時產生嚴重的渦流箝位(damping)。此外， 線圈26a、 26b、 26c必須要離磁組件3的磁體31足夠近，以在電動 機1中實現最大的力和最大的加速度。
在本例中，不超過大約0.2mm的板厚度已經被證明是有利的。 優(yōu)選地，在這種情況下，板具有O.lmm的厚度。厚度的實際選擇取 決于最外層的材料，線圈和外殼的幾何結構和材料以及線圈電流和磁 組件的磁場。用于最外層的其他優(yōu)選材料為鈦或陶瓷。它必須要是導 電性低或不導電、非磁性或接近非磁性材料，且能夠抵抗熱梯度誘發(fā) 的機械應力。
要指出的是，外殼21可以具有任何其他形狀，且最外層25可以 比本范例中延伸更多的表面。
如圖4a所示，用膠將不銹鋼板25施加到蓋板23的主體24上。 將膠涂布成三個層27a、 27b、 27c。這么做以進一步增強高電壓的安 全性?？赡茉谀z層中密封有最小的氣泡并導致局部的高電場。通過涂 布至少兩層膠，使氣泡分布地更加均勻，且它們的尺寸平均小于一個 厚層中的尺寸。本范例的膠層27a、 27b、 27c具有大約O.lmm的厚 度。
如果像在半導體制造業(yè)中那樣，要在真空中或潔凈室氣氛中使用 線圈組2，應當選擇僅表現出低排氣性的膠。不銹鋼板25進一步防 止了排氣。
外殼21的未被不銹鋼板25所覆蓋的外表面鍍有金屬以進一步防 止熱輻射到周圍空氣和電動機部件，以及輻射到將電動機1用于其中 的更大裝置的部件。例如，在光刻設備中，光學部件的熱膨脹可能會
導致晶片的缺陷性曝光。由于金屬鍍層28相當薄，因此僅在圖4b中 所示的細節(jié)中圖示了它。
在圖1所示的范例中，在線圈組2的外殼21上提供溫度傳感器 29用于監(jiān)測溫度。如果溫度增加到某閾值以上，就減小所供的功率 以避免電動機1的每個線圈組2過載。要指出的是，可以分別根據電 動機1的線圈組2的實際應用，自由選擇溫度傳感器29的數量和位 置。
圖2示意性地示出了線圈組2的部件分解圖。線圈26a、 26b、 26c裝配到外殼21中，將由蓋板23封閉外殼21。外殼21提供了線 圈組2到基本結構的幾個接口。在本例中，有兩個水接口41a、 41b， 作為內部冷卻管道的水入口和水出口。有三個電源接口 42a、 42b、 42c，每一個用于每個線圈26a、 26b、 26c。還有電纜接口 43，例如
用于傳輸控制信號。
圖3a示出了如何可以在支座4下設置四個線圈組2a、 2b、 2c、 2d。設置它們以在它們中間提供用于電子盒5的空間。電子盒5包含 用于測量支座4的位置的霍爾傳感器。支座4是兩級電動機的一部分。 作為底級，其在超過幾十厘米的長沖程上移動。在支座4上設置第二 級(未示出)，用于在亞微米范圍內的短沖程移動。借助于干涉式位 置測量，在第二級上獲得了nm級精度的定位。
支座4可以用于具有六個自由度的平面電動機。線圈組2a、 2c 主要用于Y方向的運動，線圈組2b、 2d用于X方向的運動。所有四 個線圈組2a、 2b、 2c、 2d—起可以用于控制Z方向上的運動并通過 各種組合用于沿任何方向使支座傾斜。
圖3b示出了從較高觀察點看到的圖3a的支座4，如從圖3b所 能看到的，熱可以從線圈組2a、 2c、 2d側面從支座4下輻射出來。 因此，在本例中，如前所述，用金屬鍍覆線圈組2a、 2b、 2c、 2d的 外殼21。鍍層防止了熱輻射到周圍空氣以及承載高精度定位第二級 的支座4。
用總功率為375W的電流驅動本例的線圈組2。尤其借助于內冷
式外殼21和最外層25，在支座側上將傳導到環(huán)境的熱有效降低到 375W的0.8。/。，在外殼21的垂直側降低到0.3%，在面對磁組件3 — 側降低到0.3%。
盡管已經描述了本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例，本領域的技術人員將 會理解，可以作出各種改變、修改和替換而不背離本發(fā)明的精神和概 念。因此，以具有所附權利要求的恰當范圍的任何形式或變型要求本 發(fā)明的權益。例如，可以利用獨立權利要求的特種作出以下從屬權利 要求的各種特種組合，而不背離本發(fā)明的范圍。此外，權利要求中的 任何附圖標記不應被解釋為對范圍的限制。
附圖標記列表
1 電動機
2a，b，c，d 線圈組
3 磁組件
4 支座
21 外殼
22 內部冷卻通道
23 蓋板
24 蓋板的主要部分
25 最外層 26a，b,c 線圈 27a，b，c 膠
28 金屬涂層
29 溫度傳感器
31 磁體
32 鋼板 41a，b 水接口 42a,b，c 電源接口 43 電纜接口
權利要求
1.一種用于電動機(1)的線圈組(2)，所述線圈組(2)包括由內部流體冷卻的外殼(21)；所述外殼(21)中的一個或多個線圈(26a、26b、26c)；在所述外殼(21)上至少在要面對電動機(1)的磁組件(3)的一側上的最外層(25)，所述最外層(25)由導電性低或不導電、非磁性或接近非磁性的材料制成。
2. 根據權利要求1所述的線圈組，其中所述外殼(21)向所述 要面對電動機(1)的磁組件(3)的一側敞開，且其中所述外殼(21) 包括用于封閉所述外殼(21)的蓋板(23),所述蓋板(23)包括所 述最外層(25)。
3. 根據權利要求1或2所述的線圈組，其中所述最外層(25) 是膠(27a， 27b， 27c)粘到所述外殼(21)的。
4. 根據權利要求1到3的任一項所述的線圈組，其中所述最外 層(25)由不銹鋼、鈦或陶瓷制成。
5. 根據權利要求1到4的任一項所述的線圈組，其中所述外殼 (21)由陶瓷制成。
6. 根據權利要求1到5的任一項所述的線圈組，其中所述外殼 (21)是用水冷卻的。
7. 根據權利要求1到6的任一項所述的線圈組，其中所述外殼 (21)鍍有金屬(28)。
8. 根據權利要求1到7的任一項所述的線圈組，其中所述一個 或多個線圈(26a， 26b， 26c)為箔線圈。
9.根據權利要求1到8的任一項所述的線圈組，其中所述一個 或多個線圈(26a， 26b， 26c)由鋁制成。
全文摘要
電動機(1)的線圈組(2)產生熱，當需要將電動機(1)用于高精度定位應用時，這可能是一個缺點。為了降低熱的不利影響，在內冷式的外殼(21)中設置線圈(26a，26b，26c)。所述外殼(21)在至少在要面對電動機(1)的磁組件(3)的一側上具有最外層(25)，所述最外層(25)由導電性低或不導電、非磁性或接近非磁性的材料制成。最外層(25)防止熱輻射到環(huán)境中。
文檔編號H02K5/20GK101107771SQ200680002521
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月13日 優(yōu)先權日2005年1月18日
發(fā)明者F·范加爾, H·J·埃金科, J·C·康普特, P·C·M·弗里森, R·泰伯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司