[發明專利]二自由度電機執行機構及相應的六自由度微動臺

有效

• 申請號: 200810041494.2
• 申請日: 2008-08-07
• 公開（公告）號: CN101349870A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 齊寧寧;齊芊楓;李志龍
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司;上海微高精密機械工程有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及一種微動臺結構，尤其涉及一種電機執行機構及使用其的六自由度微動臺。

背景技術

微動臺主要用于定位精度要求很高的場合，尤其是多個工位下的小行程微調和定位，如半導體制造和光學及圖像對準。現有技術公開了幾種微動臺結構，然而這些結構存在著某些不足之處，具體說明如下：

1.美國專利US006054784A：該專利公開了一個曝光臺的六自由度調節原理及其電機布局。該臺的基本原理是通過洛倫茲電機驅動，將水平向調節的電機均布在120°的三個點上，將垂向調節電機均布在水平電機之間，也呈120°分布。這種均布呈現出對稱結構，有利于電機選擇和曝光臺控制，但占用空間大，不利于集成化。

2.中國專利CN2580470Y：該專利公開了一種三自由度超精密定位平臺。該臺體內部呈等邊三角形固定有三組各自獨立的壓電陶瓷預緊機構。該臺結構緊湊，精度較高；但是只能控制三個自由度，壓電陶瓷易發熱，也不易進行恒溫控制。

3.中國專利CN2629926Y：該專利公開了一種三自由度精密定位工作臺，其結構設計中利用壓電陶瓷加壓驅動，柔性機構連接，粘貼應變片傳感器進行閉環控制。這種裝置只能調整三個自由度，且調節范圍小。

發明內容

有鑒于此，本發明所要解決的技術問題是提供一種具有六個自由度且精度足夠高又可進行集成化組裝的微動臺。

為解決上述技術問題，本發明首先提供一種二自由度電機執行機構，其包括：基座，音圈電機，兩個水平直線電機，以及水平運動導軌；所述音圈電機和所述每個水平直線電機均具有定子和動子；所述基座與音圈電機定子固定連接，所述音圈電機動子通過氣浮解耦單元與所述水平運動導軌連接，所述兩個水平直線電機關于該二自由度電機執行機構的中心軸呈對稱布局，且兩個水平直線電機的定子均與基座固定連接，兩個水平直線電機的動子與所述水平運動導軌固定連接。

進一步的，所述基座內部安裝有環形氣浮墊，當所述音圈電機動子在基座內運動時，所述氣浮墊起到導向作用。

進一步的，所述氣浮解耦單元由相匹配的球形氣浮墊和球形萬向節組成，所述音圈電機動子與球形氣浮墊之間形成一個氣缸減振結構，所述球形萬向節可在水平導軌內作相對運動。

進一步的，所述水平導軌與基座之間采用彈簧連接；所述水平導軌還具有兩個突臺結構。

本發明還提供了一種六自由度微動臺，其包括三個上述的二自由度電機執行機構，且所述的三個二自由度電機執行機構120°均布安裝于所述六自由度微動臺的底座上。

進一步的，所述的三個二自由度電機執行機構，其水平運動方向與所述六自由度微動臺徑向重合；或者其水平運動方向與所述六自由度微動臺徑向垂直；或者其水平運動方向與所述六自由度微動臺徑向成一夾角。

與現有技術相比，本發明使用集成的二自由度電機執行機構，進行微動臺的六自由度調節，其調節精度高，集成性好，控制性能好，結構緊湊，便于布線，主要應用于曝光臺的高精度調焦調平控制。

附圖說明

圖1是本發明的二自由度電機執行機構的分解結構示意圖。

圖2是本發明的二自由度電機執行機構的立體結構示意圖。

圖3是本發明的二自由度電機執行機構的剖視圖。

圖4是本發明的二自由度電機執行機構空氣軸承結構示意圖。

圖5、圖6和圖7分別是本發明的六自由度微動臺中二自由度電機執行機構的三種布局示意圖。

具體實施方式

下面根據圖1～圖7給出本發明一個較佳實施例，并予以詳細描述，目的是使本領域的技術人員更易于理解本發明的結構特征，而不是用來限定本發明的范圍。

本發明提供了一種二自由度電機執行機構及相應的六自由度微動臺。如圖2所示為二自由度電機執行機構，將三個這樣的執行機構120°均布在底座上(如圖5、圖6、圖7)，可形成一個六自由度的微動臺。該微動臺實現的是小行程六自由度調節，即X、Y、Z向水平運動和θx、θy、θz旋轉運動。垂向調節行程為±1.5mm，水平向調節行程為±1.5mm，定位精度在20nm以內，垂向控制精度在50nm之內。

圖1是本發明的二自由度電機執行機構的分解結構示意圖，請配合參照圖2及圖3，該二自由度電機執行機構包括：基座1，垂向環形氣浮墊2，垂向音圈電機定子3，垂向音圈電機動子4，球形氣浮墊5，水平運動導軌6，彈簧7，水平直線電機動子8，水平直線電機定子9，以及帶水平向氣浮的球形萬向節10。其中，球形氣浮墊5和球形萬向節10共同組成氣浮解耦單元。