[发明专利]低刚度的磁悬浮重力补偿器、驱动装置及六自由度微动台

说明书

本发明公开了一种低刚度的磁悬浮重力补偿器、驱动装置及六自由度微动台，属于半导体制造装配领域，重力补偿器包括动子结构和定子结构；动子结构由磁铁支架和若干对平行设置于磁铁支架侧壁上的永磁阵列块构成；定子结构由定子底座、线圈支架和中心永磁铁构成；定子中心永磁铁在动子永磁阵列块产生的气隙磁场中受到磁吸力和磁斥力，实现动子结构及负载的重力补偿。并在线圈支架凹槽左右和凸台上下设置两组线圈，与磁悬浮重力补偿器动子结构构成驱动装置，实现水平、垂直二自由度组合驱动；由对称布置的四个重力补偿器及驱动装置构成六自由度微动台。本发明实现了动子结构及负载在较宽运动范围内近零刚度磁力悬浮，组合驱动装置结构简单、质量轻。

技术领域

本发明属于半导体制造装配相关技术领域，更具体地，涉及一种低刚度的磁悬浮重力补偿器、驱动装置及六自由度微动台。

背景技术

如今芯片的广泛使用使得人们的生活发生了翻天覆地的变化，但是加工制造芯片的光刻机由于制造难度大，精度高，因此，世界上只有少数几家公司可以生产，同时光刻机中最为关键的两个子系统是超精密曝光光学系统和超精密工件台系统，它们分别代表了超精密光学和超精密机械的技术最高峰。因此下一代光刻机技术的研究是当前微电子技术的最前沿课题。

当今许多的精密加工设备中，需要较高的定位精度，且要求实现运动部件的六自由度运动，例如生产芯片的光刻机，为了解决掩膜台在高速高加速运动条件下大行程和高精度之间的矛盾，通常采用宏微结合的驱动策略实现大范围和高精度的运动控制。同时在掩膜台的运动过程中，为了实现精密运动和定位，如何隔离微动台与地基之间的振动传递也是十分重要的一部分。

目前采用的一种六自由度磁悬浮微动台，该装置包括激光干涉测量系统、电容位移传感器、微动台本体及六自由度驱动电机，其电机为实现水平和垂直驱动均采用呈三角形布置的三个驱动器解耦控制，单个水平驱动器采用在水平驱动线圈上下对称布置动子磁钢的方式。该结构解耦方式复杂，而且需要的驱动装置较多，容易产生装配误差，且刚度较大不能有效地实现地基和微动台之间的振动隔离和抑制。因此，如何实现低刚度的六自由度微动台是目前亟需解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低刚度的磁悬浮重力补偿器、驱动装置及六自由度微动台，其目的在于通过定子中心永磁铁与动子两侧磁铁相互作用起到重力补偿器作用，进而降低刚度，通过磁悬浮重力补偿器的动子结构与两组线圈结合构成驱动装置，由对称布置的四个重力补偿器及驱动装置构成六自由度微动台，从而使驱动装置质量轻，由此解决现有技术中的六自由度微动台刚度较大、结构复杂的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种低刚度的磁悬浮重力补偿器，包括动子结构及定子结构，所述动子结构包括动子永磁阵列块和动子磁铁支架，所述定子结构包括定子底座、定子中心永磁铁及定子线圈支架；

所述动子永磁阵列块包括若干对动子永磁铁，每对动子永磁铁分别平行设置于所述动子磁铁支架形成的凹槽的两个相对的侧壁上；

所述定子线圈支架的中间为空心立方体凹槽，以用于安装所述定子中心永磁铁；

所述定子中心永磁铁在所述动子永磁阵列块产生的气隙磁场中，以由所述动子永磁阵列块对所述定子中心永磁铁施加磁吸力和磁斥力，以实现所述动子结构及负载的重力补偿。

优选地，在所述动子磁铁支架形成的凹槽的每个侧壁上的相邻的两个动子永磁铁的充磁方向依次旋转90°。

优选地，所述磁悬浮重力补偿器的动子结构上承载预设质量的负载，使得所述动子结构的工作区间位于零刚度点的预设范围内，以实现所述动子结构及负载的近零刚度磁力悬浮。

优选地，所述定子中心永磁铁为正方体。

按照本发明的另一方面，提供了一种包括上述任意一项所述的磁悬浮重力补偿器动子结构的驱动装置，所述驱动装置还包括：两组线圈；