[發(fā)明專利]磁浮重力補(bǔ)償裝置以及包括該裝置的運(yùn)動臺

有效

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• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112201611B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡兵;江旭初;袁嘉欣;蔣赟
• 申請（專利權(quán)）人: 上海隱冠半導(dǎo)體技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01L21/683
• 分類號: H01L21/683;H02N15/00
• 代理公司: 上海上谷知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31342
• 代理人: 蔡繼清

本發(fā)明公開了一種磁浮重力補(bǔ)償裝置，包括：內(nèi)基磁鋼，所述內(nèi)基磁鋼沿軸向延伸；第一端部磁鋼和第二端部磁鋼，第一端部磁鋼和第二端部磁鋼分別位于內(nèi)基磁鋼的兩個(gè)軸向端并沿軸向延伸，且第一端部磁鋼和第二端部磁鋼的外徑分別沿遠(yuǎn)離內(nèi)基磁鋼的兩個(gè)軸向端方向逐漸增大；外磁環(huán)磁鋼，外磁環(huán)磁鋼呈筒狀，與內(nèi)基磁鋼同軸地位于內(nèi)基磁鋼外且與內(nèi)基磁鋼徑向間隔開。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了磁浮輸出力沿行程呈線性的特性，且在零位點(diǎn)處輸出力可抵消垂向結(jié)構(gòu)重力。發(fā)明既能夠補(bǔ)償垂向運(yùn)動機(jī)構(gòu)的重力，又能以磁場線性化為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)恒剛度補(bǔ)償，在行程范圍內(nèi)平衡了柔性機(jī)構(gòu)的彈性變形反作用力，降低了垂向執(zhí)行器的負(fù)荷，大大提高了微動臺的垂向性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路裝備制造領(lǐng)域，更具體地涉及一種恒剛度磁浮重力補(bǔ)償裝置以及包括該裝置的運(yùn)動臺。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體硅片制造或者檢測領(lǐng)域，要求工件臺可以和硅片傳輸系統(tǒng)完成硅片的交接，同時(shí)需要承載著硅片完成硅片的精密定位，最終完成硅片的制造或者檢測。所以對于應(yīng)用制造或者檢測的工件臺裝置中，微動臺是其核心部件，可完成硅片在Z/Rx/Ry垂向三軸的精確定位。常規(guī)的垂向三軸微動臺中，通常采用三個(gè)執(zhí)行器進(jìn)行三點(diǎn)布局，再通過柔性機(jī)構(gòu)進(jìn)行垂向?qū)蚝瓦\(yùn)動解耦，保證垂向性能。但隨著對晶圓制造或者晶圓檢測產(chǎn)率要求的不斷提高，制造或檢測精度的不斷提升，工件臺的運(yùn)行速度、加速度和性能也隨之提高，對微動臺部件的運(yùn)動精度，加速度及速度要求越來越高。為此業(yè)界提出了重力補(bǔ)償技術(shù)，來提高微動臺的性能。但對于帶柔性機(jī)構(gòu)的微動臺，在小行程范圍內(nèi)，其柔性機(jī)構(gòu)的彈簧剛度為恒定值，作用在垂向執(zhí)行器上的反力是隨著垂向位移線性增加或者減小的，常規(guī)的恒力重力補(bǔ)償裝置難以滿足垂向臺的高性能要求。

為此，在美國專利US9172291B2中，提出一種采用磁浮裝置和機(jī)械彈簧補(bǔ)償垂向重力、音圈電機(jī)補(bǔ)償柔性機(jī)構(gòu)的反作用力，由于柔性機(jī)構(gòu)的作用力隨位移變化而變化，該裝置的線圈匝數(shù)也隨垂向位移變化而變化以補(bǔ)償柔性機(jī)構(gòu)的作用力。但該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、線圈的加工制造上存在一定難度，且機(jī)械彈簧與磁浮裝置的耦合力也存在一定的非線性，不利于實(shí)現(xiàn)高控制精度。

美國專利US2009066168A1所提出的磁浮音圈電機(jī)裝置，通過磁浮重力補(bǔ)償裝置的磁阻力補(bǔ)償垂向運(yùn)動模塊的重力，通過調(diào)節(jié)線圈輸入電流的幅值與方向補(bǔ)償柔性機(jī)構(gòu)的作用力。但該磁浮音圈電機(jī)不僅磁路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且輸出磁浮力的剛度接近于零，因而必須要通過控制算法實(shí)現(xiàn)控制精度。

因此，現(xiàn)階段需要一種結(jié)構(gòu)簡單，小行程范圍內(nèi)剛度恒定，且和柔性機(jī)構(gòu)的剛度相反的重力補(bǔ)償裝置，即零位點(diǎn)處補(bǔ)償裝置可輸出與垂向運(yùn)動模塊重力幅值相同、方向相反的作用力，且補(bǔ)償裝置的輸出剛度保證恒定。業(yè)界常用的氣浮重力補(bǔ)償裝置，可通過比例閥來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)壓縮氣體的壓力可實(shí)現(xiàn)恒剛度的重力補(bǔ)償，但氣浮重力補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，且氣動的控制存在滯后性，對提高垂向性能有影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)和控制簡單，且控制不存在滯后性的恒剛度磁浮重力補(bǔ)償裝置，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

具體地，本發(fā)明提供了一種磁浮重力補(bǔ)償裝置，包括：

內(nèi)基磁鋼，所述內(nèi)基磁鋼沿軸向延伸；

第一端部磁鋼和第二端部磁鋼，所述第一端部磁鋼和所述第二端部磁鋼分別位于所述內(nèi)基磁鋼的兩個(gè)軸向端并沿軸向延伸，且所述第一端部磁鋼和第二端部磁鋼的外徑分別沿遠(yuǎn)離所述內(nèi)基磁鋼的所述兩個(gè)軸向端方向逐漸增大；

外磁環(huán)磁鋼，所述外磁環(huán)磁鋼呈筒狀，與所述內(nèi)基磁鋼同軸地位于所述內(nèi)基磁鋼外且與所述內(nèi)基磁鋼徑向間隔開。

在一實(shí)施例中，所述第一端部磁鋼和所述第二端部磁鋼的充磁方向?yàn)閺乃鰞?nèi)基磁鋼沿軸向向外，所述外磁環(huán)磁鋼的充磁方向?yàn)閺较蛳蛲狻?/p>

在一實(shí)施例中，所述第一端部磁鋼和所述第二端部磁鋼相對于所述內(nèi)基磁鋼的軸向平分面鏡像對稱。