[實用新型]一種帶自動抓取抬升機構的六自由度微動臺

有效

• 申請號: 201320346593.8
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN203365914U
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 成榮;朱煜;張鳴;劉召;楊開明;徐登峰;田麗;張利;秦慧超;葉偉楠;張金;穆海華;尹文生;胡金春;趙彥坡;胡清平
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京華卓精科科技有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本實用新型涉及一種微動工作臺，尤其涉及一種帶自動抓取抬升機構的六自由度微動臺，主要應用于半導體光刻設備中，屬于超精密加工和檢測設備技術領域。

背景技術

具有高精度和快速響應的微動工作臺在現代制造技術中具有極其重要的地位，被視為一個國家高技術發展水平的重要標志。在超精密機床中，超精密微動工作臺用于對進給系統進行誤差補償，實現超精密加工；在大規模集成電路制造中，超精密微動工作臺用于光刻設備中進行微定位和微進給；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胞的操作，實現生物操作工程化；在醫療科學方面，超精密微動工作臺用于顯微外科手術，以便減輕醫生負擔，縮短手術時間，提高成功率。超精密微動工作臺還被廣泛應用于光纖對接，MEMS系統加工、封裝及裝配，以及電化學加工等領域中。

在半導體光刻設備中，光刻機硅片臺和掩模臺大多采用粗精疊層結構，包含一個超精密微動工作臺。該微動臺疊加于粗動臺之上，用于對粗動臺進行精度補償。微動工作臺定位精度決定了光刻機的曝光精度，運動速度決定了光刻機的生產效率。因此，美國、日本、歐洲等發達國家均把超精密微動工作臺技術視為光刻機核心技術之一，對我國相關產品進行嚴格的進口限制。

概括目前國內外納米級微動工作臺研究現狀，超精密微動臺通常有三類，伺服電機通過滾珠絲杠傳動/直線導軌支撐微動工作臺，壓電陶瓷驅動/柔性鉸鏈支撐導向微動工作臺，以及音圈電機或變磁阻電機驅動/氣浮或磁浮支撐微動工作臺。

前兩種微動臺由于支撐系統的摩擦阻尼非線性等因素影響，均無法滿足光刻設備高速度、大負載、高動態特性的要求。采用音圈電機/氣浮支撐的微動臺可以滿足光刻設備的要求，但存在結構整體性差，臺體較厚，質心高等不足，其性能受到一定局限。

實用新型內容

本實用新型旨在提供一種帶自動抓取抬升機構的六自由度微動臺，使得該六自由度微動臺具有一個沿垂直方向的大行程的單自由度抬升與抓取功能，以滿足光刻機對于硅片的抬升與抓取的要求。

本實用新型的技術方案如下：

一種帶自動抓取抬升機構的六自由度微動臺，含有實現微動工作臺在水平面內沿X方向、Y方向和繞Z軸旋轉三個自由度運動的第一種電磁力驅動模塊和實現微動工作臺沿Z方向、繞X軸旋轉和繞Y軸旋轉的三個自由度的運動的第二種電磁力驅動模塊，還含有真空吸盤、微動臺上蓋和基座，所述的真空吸盤設置在微動臺上蓋上表面的凹槽內，所述的第一種電磁力驅動模塊和第二種電磁力驅動模塊設置在微動臺上蓋與基座之間，所述的第一種電磁力驅動模塊和第二種電磁力驅動模塊的電機線圈部分為驅動模塊的定子部分，所述的第一種電磁力驅動模塊和第二種電磁力驅動模塊的所有電機磁鋼和鐵軛部分為驅動模塊的動子部分，真空吸盤設置在微動臺上蓋與驅動模塊的動子部分連接在一起，其特征在于：所述的六自由度微動臺還含有一個自動抓取抬升機構，所述的自動抓取抬升機構布置在微動臺上蓋的下方，該自動抓取抬升機構包括驅動模塊、導向模塊和測量模塊。

所述的驅動模塊是一個動圈式洛倫茲電機，該洛倫茲電機由第一瓦型永磁體、第二瓦型永磁體、圓柱線圈、電機殼、線圈骨架和真空抓取柱所組成，所述的電機殼為空心圓柱型，在空心圓柱的內外壁之間設有一個環形深槽，環形深槽的外環表面均布有六塊第一瓦型永磁體，沿電機殼環形深槽的內環表面均布有六塊第二瓦型永磁體，并一一對應；圓柱線圈與電機殼同軸放置，并位于環形深槽中的第一瓦型永磁體和第二瓦型永磁體形成的磁場中，在線圈骨架上沿圓周方向均布有三個真空抓取柱，三個真空抓取柱分別穿入真空吸盤和微動臺上蓋所對應的三個孔中；在電機殼的外壁上沿圓周方向被三個豎向槽平均分為三段，所述的三個真空抓取柱分別在三個豎向槽中沿垂直方向運動；洛倫茲電機的永磁體和電機殼與基座連接在一起。

所述的導向模塊由三個圓柱滾珠導套組成，所述的滾珠導套的軸套分別固定在線圈骨架中部的呈正三角形分布的三個圓孔中，所述的滾珠導套的導向桿則分別固定在電機殼底部，并分別穿入對應的滾珠導套的軸套中。

所述的測量模塊采用一個線性光柵尺傳感器組件，該線性光柵尺傳感器組件由線性光柵尺、線性光柵尺安裝座、光柵讀數頭和光柵讀數頭安裝座組成；線性光柵尺通過線性光柵尺安裝座安裝在線圈骨架中部沿豎直方向的槽中；光柵讀數頭通過光柵讀數頭安裝座安裝在電機殼內與線性光柵尺安裝座相對應的位置，并使得光柵讀數頭與線性光柵尺相對布置，同時保證兩者之間具有一定間隙。