[發明專利]平面電機位移裝置

在審

• 申請號: 202010468071.X
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111564953A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 丁晨陽
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03
• 代理公司: 上海上谷知識產權代理有限公司 31342
• 代理人: 蔡繼清

本發明公開了一種平面電機位移裝置，包括動子和定子，其中定子上設有磁體陣列，形成工作區域，工作區域內平鋪有彼此不交疊的至少一個第一方向平面柵尺和至少一個第二方向平面柵尺，至少一個第一方向平面柵尺的跡線彼此平行且沿第一方向間隔排列，至少一個第二方向平面柵尺的跡線彼此平行且沿第二方向間隔排列，第一方向和第二方向彼此相交；動子上設有第一方向三相線圈陣列和第二方向三相線圈陣列，并設置成能夠在工作區域上方運動，且設有至少一個第一方向讀數頭和至少一個第二方向讀數頭，至少一個第一方向讀數頭和至少一個第二方向讀數頭隨著動子的運動分別在至少一個第一方向平面柵尺和至少一個第二方向平面柵尺的平鋪范圍內移動。

技術領域

本發明涉及精密運動領域，具體涉及一種平面電機位移裝置。

背景技術

磁浮平面電機運動臺主要用于半導體裝備中，例如掃描投影光刻機、晶圓切割機、倒裝鍵合機等，其功能是承載晶圓做微納米精度的精密運動，以實現對晶圓的精確加工。磁浮平面電機運動臺一般包括一套平面電機、一套六自由度位移測量系統、一套功率放大器、一套運動控制器。例如專利號US6496093和EP3320400B1的文獻對平面電機的拓撲結構做出創新，六自由度位移測量系統還是沿用傳統的解決方案。

傳統的六自由度位移測量系統集成了一套三軸激光干涉儀和一套電渦流位移傳感器。其中，三軸激光干涉儀用于實時測量運動臺的X方向平動、Y方向平動和Z方向轉動；至少三個電渦流位移傳感器用來實時測量運動臺的X方向轉動、Y方向轉動和Z方向平動。然而，激光干涉儀成本高昂，其精度對測量環境非常敏感：溫度變化、濕度變化、空氣流動都會造成擾動，降低其精度。電渦流位移傳感器的成本也非常高昂。另一套方案是使用平面柵尺系統來代替激光干涉儀，但是平面柵尺的成本跟激光干涉儀在一個數量級。這兩種方案都非常容易受到環境干擾，比如氣流、顆粒污染、污漬等，導致傳感器精度降低甚至完全失效，造成運動臺故障。

發明內容

本發明的目的在于提供一種位移裝置，以解決現有技術中存在的磁浮平面電機運動臺的成本過高、易受環境干擾的問題。

為此，本發明提供一種平面電機位移裝置，包括動子和定子，其中

所述定子上設有在一個平面上延伸的磁體陣列，所述磁體陣列形成工作區域，所述定子上還平鋪有至少一個第一方向平面柵尺和至少一個第二方向平面柵尺，所述至少一個第一方向平面柵尺的跡線彼此平行且沿第一方向間隔排列，所述至少一個第二方向平面柵尺的跡線彼此平行且沿第二方向間隔排列，所述第一方向和所述第二方向彼此相交；

所述動子上設有第一方向三相線圈陣列和第二方向三相線圈陣列，并設置成能夠在所述工作區域上方運動，且設有至少一個第一方向讀數頭和至少一個第二方向讀數頭，所述至少一個第一方向讀數頭和至少一個第二方向讀數頭隨著所述動子的運動分別在所述至少一個第一方向平面柵尺和所述至少一個第二方向平面柵尺的平鋪范圍內移動。

在一實施例中，所述至少一個第一方向平面柵尺和/或所述至少一個第二方向平面柵尺的跡線由導電材料制成。

在一實施例中，所述第一方向和所述第二方向彼此正交，所述磁體陣列為二維Halbach陣列。

在一實施例中，所述至少一個第一方向讀數頭為至少兩個第一方向讀數頭，或所述至少一個第二方向讀數頭為至少兩個第二方向讀數頭。

在一實施例中，所述至少一個第一方向讀數頭為位于所述工作臺一對對角角部位置的兩個第一方向讀數頭，所述至少一個第二方向讀數頭為位于所述工作臺另一對對角角部位置的兩個第二方向讀數頭。

在一實施例中，所述至少一個第一方向平面柵尺為覆蓋所述工作區域相應一對對角區域的兩個第一方向平面柵尺，和/或所述至少一個第二方向平面柵尺為覆蓋所述工作區域相應另一對對角區域的兩個第二方向平面柵尺，所述至少一個第一方向平面柵尺的跡線和所述至少一個第二方向平面柵尺的跡線等間距間隔排列。