二維長行程工作臺運動系統的制作方法

專利名稱：二維長行程工作臺運動系統的制作方法
技術領域：
本發明有關于一種工作臺運動系統，特別是有關于一種二維長行程工作臺運動系統。
背景技術：
在半導體光刻設備中，硅片臺和掩模臺等精密工件臺運動系統是極其重要的關鍵部件，其定位精度直接影響光刻設備的性能，其運行速度直接影響光刻設備的生產效率。工件臺運動系統通常需要完成的主要功能有物料傳輸、快速步進、勻速掃描等，同時要求在X向及Y向具有較高的運動定位精度。其機械結構也通常采用直線電機-氣浮式結構。直線電機-氣浮式精密工件臺運動系統典型的結構形式如下承載臺與X向長行程運動部件相連，可沿X方向運動。X向導軌撓性連接在兩側的Y向滑臺上，Y向導軌為二維導軌，X、Y方向導軌呈“H”型布置。Y向滑臺上設置有垂向氣浮，并通過Y向導軌實現沿Y向運動時的氣浮導向，此外，X向導軌一側的Y向滑臺通過采用具有Rz向柔性的柔性塊以及X向氣浮與側向導軌面聯接，另一側的Y向滑臺則通過緩沖塊與該側的側向導軌面聯接。當Rz向的附加轉矩引起粗動臺轉動時，粗動臺的扭轉將壓迫柔性塊一側的氣浮。由于柔性塊的存在，大大降低了對側向氣浮軸承氣浮剛度的要求，同時也降低了承載臺沿Y向運動時，對左右兩側Y向驅動電機同步控制精度的要求。然而，基于該結構形式的工件臺運動系統，結構較為復雜；柔性塊設計、加工制造難度較大，同時也降低了系統結構剛度；Y向長行程運動導向采用二維導軌，成本較高。

發明內容
本發明的目的在于提供一種二維長行程工作臺運動系統，以改善現有技術的缺失。為解決所述技術問題，本發明的技術方案是本發明提供一種二維長行程工作臺運動系統，包括承載臺、第一方向運動裝置以及兩個第二方向運動裝置。第一方向運動裝置包括第一方向導軌、第一方向滑臺以及第一方向電機。第一方向滑臺沿第一方向可滑動地設置于第一方向導軌，且第一方向滑臺連接于承載臺，第一方向電機連接于第一方向滑臺。兩個第二方向運動裝置分別連接于第一方向運動裝置的兩側。每一第二方向運動裝置包括第二方向導軌、第二方向滑臺以及二維電機。第二方向滑臺沿第一方向與第二方向可滑動地懸浮于第二方向導軌的上方，第二方向滑臺連接于第一方向導軌，第一方向垂直于第二方向。二維電機連接于第二方向滑臺，驅動第二方向滑臺以及第一方向運動裝置沿第二方向作長行程運動的同時能夠在第一方向作1 2mm的小行程運動。在本發明的一實施例中，二維電機包括第一方向定子、第二方向定子、第一方向動子以及第二方向動子。第一方向定子設置于第二方向導軌。第二方向定子設置于第二方向導軌。第一方向動子設置于第二方向滑臺并對應第一方向定子，第一方向動子與第一方向定子相互吸引。第二方向動子設置于第二方向滑臺并對應第二方向定子，第二方向動子與第二方向定子相互吸引。在本發明的一實施例中，第一方向定子與第二方向定子為線圈或磁鐵，第一方向動子與第二方向動子對應為磁鐵或線圈。在本發明的一實施例中，第一方向定子在第一方向上的長度小于第二方向定子在第二方向上的長度。在本發明的一實施例中，第一方向定子在第二方向上的長度等于第二方向定子在第二方向上的長度。在本發明的一實施例中，每一第二方向運動裝置還包括懸浮體，分別設置于第二方向滑臺，懸浮體懸浮于第二方向導軌的上方。在本發明的一實施例中，懸浮體為磁鐵或空氣軸承。在本發明的一實施例中，每一第二方向運動裝置還包括第一方向限位件，設置于第二方向導軌。在本發明的一實施例中，每一第二方向運動裝置還包括第一測量件，用以測量第二方向滑臺沿第二方向的滑動行程。在本發明的一實施例中，第一測量件為一維光柵尺。在本發明的一實施例中，每一第二方向運動裝置還包括第二測量件，用以測量第二方向滑臺沿第一方向的滑動行程。在本發明的一實施例中，第二測量件為一維光柵尺或霍爾傳感器。與現有技術相比，本發明的有益效果可以是在本發明提供的二維長行程工作臺運動系統中，其第二方向長行程運動由兩個二維電機同步等速驅動來實現，從而可提高承載臺的運動定位精度，而且還省去了側向氣浮、側向導軌以及柔性塊，簡化了機械結構，降低了成本。為讓本發明的所述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1為本發明一較佳實施例的二維長行程工作臺運動系統的示意圖；圖2為本發明一較佳實施例的二維長行程工作臺運動系統的正視圖；圖3為本發明一較佳實施例的二維電機的正視圖；圖4為本發明一較佳實施例的二維電機的俯視圖。
具體實施例方式圖1為本發明一較佳實施例的二維長行程工作臺運動系統的示意圖。圖2為本發明一較佳實施例的二維長行程工作臺運動系統的正視圖。請參考圖1與圖2。在本實施例中，二維長行程工作臺運動系統1包括承載臺10、第一方向運動裝置11以及兩個第二方向運動裝置12。承載臺10用于承載工件(圖未示)，且連接于第一方向運動裝置11。兩個第二方向運動裝置12分別對稱地連接于第一方向運動裝置11的兩側，可實現同步等速運動。由此，工件可利用二維長行程工作臺運動系統1實現在大理石平臺2上的二維長行程運動。
在本實施例中，第一方向運動裝置11包括第一方向導軌110、第一方向滑臺111以及第一方向電機(圖未示)。第一方向滑臺111沿第一方向可滑動地設置于第一方向導軌110。在此，第一方向即為圖1所示的X方向。然而，本發明對此不作任何限定。在其他實施例中，第一方向也可為圖1所示的Y方向。在本實施例中，第一方向滑臺111連接于承載臺10，第一方向電機連接于第一方向滑臺111，以驅動第一方向滑臺111沿第一方向運動。由此，承載臺10可在第一方向滑臺111的帶動下，實現第一方向上的長行程運動。在本實施例中，第二方向運動裝置12包括第二方向導軌120、第二方向滑臺121、二維電機122、懸浮體123、第一方向限位件124、第一測量件(圖未示)以及第二測量件(圖未示)。然而，本發明對此不作任何限定。在本實施例中，第二方向滑臺121沿第一方向與第二方向可滑動地懸浮于第二方向導軌120的上方，第一方向垂直于第二方向。在此，第二方向即為圖1所示的Y方向。然而，本發明對此不作任何限定。在其他實施例中，當第一方向為圖1所示的Y方向時，第二方向可對應地為圖1所示的X方向。在本實施例中，第二方向滑臺121連接于第一方向導軌110。由此，當第二方向滑臺121在第二方向導軌120上方沿第一方向或第二方向滑動時，可帶動整個第一方向運動裝置11及連接于第一方向運動裝置11的承載臺10對應地沿第一方向或第二方向滑動。然而，本發明對此不作任何限定。在本實施例中，二維電機122連接第二方向滑臺121，以驅動第二方向滑臺121在第二方向導軌120上方沿第一方向或第二方向滑動。在此，二維電機122可驅動第二方向滑臺121沿第一方向作小行程運動，而沿第二方向作長行程運動。S卩，二維電機122可驅動第二方向滑臺121以及第一方向運動裝置11沿第二方向作長行程運動的同時能夠在第一方向作1 2mm的小行程運動。并且，二維電機122沿第二方向的驅動力滿足二維長行程工作臺運動系統1沿第二方向的加速度要求，第一方向驅動力滿足承載臺10沿第一方向的運動加速度的反力要求。關于二維電機122的具體結構容后詳述。在本實施例中，每個第二方向運動裝置12可分別包括四個懸浮體123，分別設置于第二方向滑臺121，并靠近第二方向滑臺121的四個端角，以防止第二方向滑臺121在滑動過程中出現上下擺動的狀況。然而，本發明對懸浮體123的數目與在第二方向滑臺121的設置位置不作任何限定。在本實施例中，懸浮體123可懸浮于第二方向導軌120的上方，以形成第二方向滑臺121與第二方向導軌120之間的懸浮狀態。在此，懸浮體123可為磁鐵或空氣軸承。例如，第二方向導軌120與懸浮體123可皆為磁鐵，且同極相對，例如以N極或S極相對以形成相互排斥的狀態。或者，第二方向導軌120與懸浮體123可分別為線圈與磁鐵，在通電后，形成相斥的狀態。然而，本發明對此不作任何限定。或者，在其他實施例中，也可不設置懸浮體123，而在第二方向導軌120上設置通氣孔，以利用空氣浮力直接將第二方向滑臺121懸浮于第二方向導軌120的上方。本發明對此不作任何限定。在本實施例中，第一方向限位件IM設置于第二方向導軌120，以對第二方向滑臺121在第一方向上的運動提供限位及安全保護。然而，本發明對此不作任何限定。在其他實施例中，也可不設置此第一方向限位件124。
在本實施例中，第一測量件用以測量第二方向滑臺121沿第二方向的滑動行程。在此，第一測量件即用以測量第二方向滑臺121的長行程運動，第一測量件例如可為一維光柵尺。第二測量件用以測量第二方向滑臺121沿第一方向的滑動行程。在此，第二測量件即用以測量第二方向滑臺121的小行程運動，第二測量件例如可為一維光柵尺或霍爾傳感器。然而，本發明對第一測量件與第二測量件的類型不作任何限定。圖3為本發明一較佳實施例的二維電機的正視圖。圖4為本發明一較佳實施例的二維電機的俯視圖。請參考圖2、圖3以及圖4。在本實施例中，二維電機122包括第一方向定子1221、第一方向動子1222、第二方向定子1223以及第二方向動子12M。在此，第一方向定子1221與第二方向定子1223皆設置于第二方向導軌120，第一方向動子1222與第二方向動子12M皆設置于第二方向滑臺121。在本實施例中，第二方向導軌120上的第一方向定子1221與第二方向滑臺121上的第一方向動子1222對應設置，且形成相互吸引的狀態。相應地，第二方向定子1223與第二方向動子12M對應設置，也形成相互吸引的狀態。由此產生的吸力可與懸浮體123與第二方向導軌120之間的斥力達到平衡，以使第一方向定子1221、第二方向定子1223與第一方向動子1222、第二方向動子12 之間形成懸浮狀態，有效地隔離外部振動。在本實施例中，第一方向定子1221與第二方向定子1223可為線圈，第一方向動子1222與第二方向動子12M可對應地為磁鐵。然而，本發明對此不作任何限定。在其他實施例中，第一方向定子1221與第二方向定子1223可為磁鐵，第一方向動子1222與第二方向動子12 可對應地為線圈。具體而言，在本實施例中，當第一方向定子1221通入交流電源時，便產生行波磁場，由此，第一方向動子1222在行波磁場切割下，將感應出電動勢并產生電流。此電流與磁場相作用便產生第一方向(即X方向)的電磁推力。由于第一方向定子1221的位置固定，因此，第一方向動子1222即帶動第二方向滑臺121在電磁推力作用下做第一方向上的直線運動。同理，在本實施例中，當第二方向定子1223通入交流電源時，也產生行波磁場，由此，第二方向動子12M在行波磁場切割下，將感應出電動勢并產生電流。此電流與磁場相作用便產生第二方向(即Y方向)的電磁推力。由于第二方向定子1223的位置固定，因此，第二方向動子12M即帶動第二方向滑臺121在電磁推力作用下做第二方向上的直線運動。在本實施例中，第一方向定子1221在第一方向上的長度可小于第二方向定子1223在第二方向上的長度。由此，二維電機122在第一方向上的運動行程即小于在第二方向上的運動行程。然而，本發明對此不作任何限定。在其他實施例中，使用者可根據所需運動行程的需要，將第一方向定子1221在第一方向上的長度設定成等于或大于第二方向定子1223在第二方向上的長度。另外，在本實施例中，第一方向定子1221在第二方向上的長度可等于第二方向定子1223在第二方向上的長度，且第二方向定子1223在第一方向上的長度等于第一方向定子1221在第一方向上的長度。由此，二維電機122可達成在第一方向與第二方向上的同步運動。換言之，在本實施例中，二維電機122在第二方向上進行大行程移動的同時可在第一方向上進行微調，由此，使得承載臺10定位更加精確。然而，本發明對此不作任何限定。在本發明較佳實施例提供的二維長行程工作臺運動系統中，其第二方向長行程運動由兩個二維電機同步等速驅動來實現，從而可提高承載臺的運動定位精度，而且還省去了側向氣浮、側向導軌以及柔性塊，簡化了機械結構，降低了成本。另外，驅動承載臺作第二方向長行程運動的二維電機中，第二方向導軌與懸浮體相互排斥，第一方向定子、第二方向定子分別與第一方向動子、第二方向動子相互吸引，從而可使第一方向定子、第二方向定子與第一方向動子、第二方向動子之間形成懸浮狀態，有效地隔離外部振動。由此，可有效地提高運動精度，使得承載臺在運動的過程中更加精確和靈活。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，包括承載臺；第一方向運動裝置，包括第一方向導軌、第一方向滑臺以及第一方向電機，所述第一方向滑臺沿第一方向可滑動地設置于所述第一方向導軌，且所述第一方向滑臺連接于所述承載臺，所述第一方向電機連接于所述第一方向滑臺；以及兩個第二方向運動裝置，分別連接于所述第一方向運動裝置的兩側，每一所述第二方向運動裝置包括第二方向導軌；第二方向滑臺，沿所述第一方向與第二方向可滑動地懸浮于所述第二方向導軌的上方，所述第二方向滑臺連接于所述第一方向導軌，所述第一方向垂直于所述第二方向；以及二維電機，連接于所述第二方向滑臺，驅動所述第二方向滑臺以及所述第一方向運動裝置沿所述第二方向作長行程運動的同時能夠在所述第一方向作1 2mm的小行程運動。
2.根據權利要求1所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，所述二維電機包括第一方向定子，設置于所述第二方向導軌；第二方向定子，設置于所述第二方向導軌；第一方向動子，設置于所述第二方向滑臺并對應所述第一方向定子，所述第一方向動子與所述第一方向定子相互吸引；以及第二方向動子，設置于所述第二方向滑臺并對應所述第二方向定子，所述第二方向動子與所述第二方向定子相互吸引。
3.根據權利要求2所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，所述第一方向定子與所述第二方向定子為線圈或磁鐵，所述第一方向動子與所述第二方向動子對應為磁鐵或線圈。
4.根據權利要求2所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，所述第一方向定子在所述第一方向上的長度小于所述第二方向定子在所述第二方向上的長度。
5.根據權利要求2所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，所述第一方向定子在所述第二方向上的長度等于所述第二方向定子在所述第二方向上的長度。
6.根據權利要求1所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，每一所述第二方向運動裝置還包括懸浮體，分別設置于所述第二方向滑臺，所述懸浮體懸浮于所述第二方向導軌的上方。
7.根據權利要求6所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，所述懸浮體為磁鐵或空氣軸承。
8.根據權利要求1所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，每一所述第二方向運動裝置還包括第一方向限位件，設置于所述第二方向導軌。
9.根據權利要求1所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，每一所述第二方向運動裝置還包括第一測量件，用以測量所述第二方向滑臺沿所述第二方向的滑動行程。
10.根據權利要求9所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，所述第一測量件為一維光柵尺。
11.根據權利要求1所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，每一所述第二方向運動裝置還包括第二測量件，用以測量所述第二方向滑臺沿所述第一方向的滑動行程。
12.根據權利要求11所述的二維長行程工作臺運動系統，其特征在于，所述第二測量件為一維光柵尺或霍爾傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種二維長行程工作臺運動系統，包括承載臺、第一方向運動裝置以及兩個第二方向運動裝置。第一方向運動裝置包括第一方向導軌、第一方向滑臺以及第一方向電機。兩個第二方向運動裝置分別連接于第一方向運動裝置的兩側。每一第二方向運動裝置包括第二方向導軌、第二方向滑臺以及二維電機。第二方向滑臺沿第一方向與第二方向可滑動地懸浮于第二方向導軌的上方，第二方向滑臺連接于第一方向導軌。二維電機連接于第二方向滑臺，驅動第二方向滑臺以及第一方向運動裝置沿第二方向作長行程運動的同時能夠在第一方向作1～2mm的小行程運動。本發明公開的二維長行程工作臺運動系統，簡化了機械結構，降低了成本。
文檔編號G03F7/20GK102566293SQ20101061842
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者袁志揚, 陳軍 申請人:上海微電子裝備有限公司