直線電機(jī)及平臺(tái)裝置制造方法
【專利摘要】公開了一種直線電機(jī)，包括磁鐵單元和線圈單元、磁鐵固定座以及控制系統(tǒng)，磁鐵固定座側(cè)向呈U形；磁鐵單元包括分別位于磁鐵固定座的兩平行內(nèi)壁的第一磁鐵陣列與第二磁鐵陣列；線圈單元設(shè)置于兩組磁鐵陣列之間的磁隙處，控制系統(tǒng)用于提供電流給線圈單元，兩磁鐵陣列分別沿著Y向按照Halbach陣列模式周期性交替分布；線圈單元包括第一線圈陣列和沿著垂直于Y向的Z向并與所述第一線圈陣列相鄰的第二線圈陣列，兩線圈陣列沿著Y向錯(cuò)開一定距離△P。還公開了一種采用上述直線電機(jī)的平臺(tái)裝置。本發(fā)明，可以減少磁泄露并提供更大推力，同時(shí)采用雙層線圈排布結(jié)構(gòu)使得直線電機(jī)產(chǎn)生需要的三自由度的控制力或控制力矩。
【專利說明】直線電機(jī)及平臺(tái)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光刻領(lǐng)域，尤其涉及一種直線電機(jī)及平臺(tái)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光刻技術(shù)的進(jìn)步和半導(dǎo)體工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于光刻設(shè)備有四項(xiàng)基本性能指標(biāo):線寬均勻性(CD，Critical Dimension Uniformity)、焦深(Focus)、套刻(Overlay)和產(chǎn)率(Throughput)。為了提高線寬均勻性，工件臺(tái)或掩摸臺(tái)必須提高水平向精密定位能力；為了提高焦深誤差精度，工件臺(tái)或掩摸臺(tái)必須提高垂向精密定位能力；為了提高光刻機(jī)套刻誤差精度，工件臺(tái)或掩摸臺(tái)必須提高其內(nèi)部模態(tài)來提升動(dòng)態(tài)定位特性。此外，光刻設(shè)備必須增加產(chǎn)率，因此臺(tái)子必須高速運(yùn)動(dòng)，快速啟動(dòng)和停止。光刻設(shè)備的高速、高加速和高精密的定位能力是相互矛盾的，增加掃描速度需要功率更大的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)大行程和高速度運(yùn)動(dòng)，并具有多自由度運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行光刻曝光和對(duì)準(zhǔn)。
[0003]光刻設(shè)備大體上分為兩類，一類是步進(jìn)光刻設(shè)備，掩模圖案一次曝光成像在晶片的一個(gè)曝光區(qū)域，隨后晶片相對(duì)于掩模移動(dòng)，將下一個(gè)曝光區(qū)域移動(dòng)到掩模圖案和投影物鏡下方，再一次將掩模圖案曝光在晶片的另一曝光區(qū)域，重復(fù)這一過程直到晶片上所有曝光區(qū)域都擁有掩模圖案的像。另一類是步進(jìn)掃描光刻裝置，掩模圖案不是一次曝光成像，而是通過投影光場(chǎng)的掃描移動(dòng)成像；在掩模圖案成像過程中，掩模與晶片同時(shí)相對(duì)于投影系統(tǒng)和投影光束移動(dòng)。
[0004]在上述的光刻設(shè)備中，需具有相應(yīng)的裝置作為掩模版/硅片的載體，裝載有掩模版/硅片的載體產(chǎn)生精確的相互運(yùn)動(dòng)來滿足光刻需要。裝載有掩模版的載體被稱之為承版臺(tái)，裝載有硅片的載體被稱之為承片臺(tái)。
[0005]請(qǐng)參閱圖1，圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中采用傳統(tǒng)NS磁鐵陣列和單層線圈的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0006]美國專利US20040246458A1公開了一種用于光刻機(jī)工件臺(tái)或掩模臺(tái)的直線電機(jī)，具有高的驅(qū)動(dòng)力、高效率和低的紋波力，包括兩個(gè)平行相對(duì)的第一磁道和第二磁道，以及一個(gè)電樞，電樞包括三個(gè)開環(huán)線圈單元，置于第一磁道和第二磁道之間，第一磁道、第二磁道與線圈單元可以各自運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)相對(duì)的磁道與開環(huán)線圈之間有一個(gè)沒有鐵心，這種結(jié)構(gòu)可以減小電機(jī)的體積，且增大力的時(shí)候不產(chǎn)生額外的熱量。通過更有效的電磁材料和更高的電磁力可以增加電機(jī)的效率，減少軸承的使用，減小移動(dòng)的質(zhì)量，特別適用于真空環(huán)境中。然而考慮到傾斜干擾等造成的紋波力(ripple)，無法精確定位設(shè)備。以及考慮到并排對(duì)齊的長(zhǎng)方體形的磁鐵對(duì)磁軛的漏磁影響容易造成控制精度難以及產(chǎn)生的受控力不足夠大的因素，需要提出一種新型的更加精密的定位電機(jī)及提供更大功率的直線電機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種直線電機(jī)及平臺(tái)裝置，可以減少磁泄露并提供更大推力，同時(shí)采用雙層線圈排布結(jié)構(gòu)使得直線電機(jī)產(chǎn)生需要的三自由度的控制力或控制力矩。[0008]為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種直線電機(jī)，包括磁鐵單元和線圈單元、磁鐵固定座以及控制系統(tǒng)，所述磁鐵固定座側(cè)向呈U形，用于支撐所述磁鐵單元；所述磁鐵單元包括分別位于所述磁鐵固定座的兩平行內(nèi)壁的第一磁鐵陣列與第二磁鐵陣列；所述線圈單元設(shè)置于兩組磁鐵陣列之間的磁隙處，所述控制系統(tǒng)用于提供電流給所述線圈單元，所述第一磁鐵陣列與第二磁鐵陣列分別沿著Y向按照Halbach (海爾貝克)陣列模式周期性交替分布；所述線圈單元包括在Z向?qū)盈B設(shè)置的第一線圈陣列和沿著垂直于Y向的Z向并與所述第一線圈陣列相鄰的第二線圈陣列，所述第一線圈陣列和所述第二線圈陣列沿著Y向錯(cuò)開一定距離Λ P，Λ P滿足:當(dāng)控制系統(tǒng)給所述線圈單元通入所需電流時(shí)，所述線圈單元能夠產(chǎn)生沿著Y向的控制力、沿著Z向的控制力以及一個(gè)繞X向的力矩。
[0010]優(yōu)選的，在上述的直線電機(jī)中，所述第一線圈陣列和所述第二線圈陣列均具有兩個(gè)以上的相同數(shù)量的線圈，每個(gè)線圈的線圈間距為CP，所述第一線圈陣列沿著X向與所述第二線圈陣列錯(cuò)開的距離Λ P為1/4CP。
[0011]優(yōu)選的，在上述的直線電機(jī)中，所述第一磁鐵陣列與所述第二磁鐵陣列均由第一類磁鐵、第二類磁鐵以及位于它們之間的第三類磁鐵沿著Y向按照Halbach陣列模式周期性交替分布。
[0012]優(yōu)選的，在上述的直線電機(jī)中，所述第一類磁鐵呈方型，其磁化方向沿著Z軸的正方向或反方向；所述第二類磁鐵呈方型，其磁化方向與所述第一類磁鐵的磁化方向相反；所述第三類磁鐵包括第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵以及第三棱柱磁鐵，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵以及第三棱柱磁鐵組合后整體呈一與所述第一類磁鐵和所述第二類磁鐵等高的方形，相鄰的不同棱柱磁鐵之間的對(duì)接面是斜面，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵以及第三棱柱磁鐵為三棱柱和/或四棱柱；所述第一棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過其與第二棱柱磁鐵的對(duì)接面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵后，再經(jīng)第二棱柱磁鐵與第三棱柱磁鐵的對(duì)接面進(jìn)入第三棱柱磁鐵；或者，所述第三棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過其與第二棱柱磁鐵的對(duì)接面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵后，再經(jīng)第二棱柱磁鐵與第一棱柱磁鐵的對(duì)接面進(jìn)入第一棱柱磁鐵。
[0013]優(yōu)選的，在上述的直線電機(jī)中，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿YZ平面的截面分別為直角三角形、等腰三角形以及直角三角形；或者，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿YZ平面的截面分別為直角梯形、等腰三角形和直角梯形；或者，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿YZ平面的截面分別為直角三角形、等腰梯形和直角三角形。
[0014]優(yōu)選的，在上述的直線電機(jī)中，當(dāng)所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿YZ平面的截面分別為直角三角形、等腰梯形和直角三角形時(shí)，所述第一棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿YZ平面的截面為具有一公共邊的直角梯形。
[0015]優(yōu)選的，在上述的直線電機(jī)中，所述對(duì)接面與Z軸的夾角根據(jù)所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵的尺寸及形狀而定。
[0016]本發(fā)明還公開了一種平臺(tái)裝置，包括承版臺(tái)及位于所述承版臺(tái)兩側(cè)的兩個(gè)底座，所述承版臺(tái)通過所述兩個(gè)底座上方的電機(jī)提供Y向的驅(qū)動(dòng)力及Z向的懸浮力，所述電機(jī)為如上任意一項(xiàng)所述的直線電機(jī)。
[0017]優(yōu)選的，在上述的平臺(tái)裝置中，所述兩個(gè)底座中至少一個(gè)上方設(shè)有用于為所述承版臺(tái)的運(yùn)動(dòng)提供Y向?qū)虻膶?dǎo)向裝置，所述導(dǎo)向裝置包括連接所述承版臺(tái)的氣浮墊和固定于所述底座上的氣浮導(dǎo)軌，所述氣浮墊設(shè)置于所述氣浮導(dǎo)軌的靠近所述承版臺(tái)的一側(cè)。
[0018]優(yōu)選的，在上述的平臺(tái)裝置中，所述氣浮墊為柔性塊。
[0019]本發(fā)明提供的直線電機(jī)及平臺(tái)裝置中，所述線圈單元包括在Z向?qū)盈B設(shè)置的第一線圈陣列和第二線圈陣列，所述第一線圈陣列和所述第二線圈陣列沿著Y向錯(cuò)開一定距離Λ P，Λ P滿足:當(dāng)控制系統(tǒng)給所述線圈單元通入所需電流時(shí)，所述線圈單元能夠產(chǎn)生沿著Y向的控制力、沿著Z向的控制力以及一個(gè)繞X向的力矩，一方面，由上所述的第一線圈陣列和所述第二線圈陣列組成的雙層線圈可以產(chǎn)生需要的垂向的懸浮力；另一方面，雙層線圈分層交錯(cuò)式排列結(jié)構(gòu)可以消除傾斜干擾等造成的紋波力，以提供需要的控制力矩，消除扭矩，實(shí)現(xiàn)精確定位；再一方面，磁鐵單元中的第一磁鐵陣列與第二磁鐵陣列按照Halbach陣列模式周期性交替分布，形成的Halbach磁鐵拓?fù)潢嚵邢啾鹊却拍芊e的NS陣列，相對(duì)增加了垂向磁通量，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生更大的水平推力。另外，采用三棱柱磁鐵和(或)四棱柱磁鐵構(gòu)造的Halbach磁鐵陣列的磁泄露更小。另外，采用上述結(jié)構(gòu)的直線電機(jī)構(gòu)造的平臺(tái)裝置不需要垂向氣浮機(jī)構(gòu)，僅通過直線電機(jī)即可提供水平某個(gè)軸向的驅(qū)動(dòng)力及垂向的懸浮力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]本發(fā)明的直線電機(jī)及平臺(tái)裝置由以下的實(shí)施例及附圖給出。
[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用傳統(tǒng)NS磁鐵陣列和單層線圈的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中雙層交錯(cuò)式線圈單元的排布圖。
[0024]圖4是圖1中傳統(tǒng)NS磁鐵陣列組成的磁鐵單元的磁密分布圖。
[0025]圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的磁鐵單元的磁密分布圖。
[0026]圖6是圖1和圖2所示直線電機(jī)的線圈Y向出力大小對(duì)比圖。
[0027]圖7是本發(fā)明實(shí)施例1磁鐵單元排列模式下單層線圈和雙層線圈Z向出力大小對(duì)比圖。
[0028]圖8是本發(fā)明實(shí)施例2的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖9是本發(fā)明實(shí)施例3的直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖10是應(yīng)用本發(fā)明所述直線電機(jī)構(gòu)造的平臺(tái)裝置的主視圖。
[0031]圖11是圖10的俯視圖(其中直線電機(jī)只給出線圈單元和位于下層的第二磁鐵陣列)。
[0032]圖中:1-線圈單元，11-第一線圈陣列，12-第二線圈陣列，U1、V1、Wl、2_磁鐵單元，21-第一磁鐵陣列，22-第二磁鐵陣列，201-第一類磁鐵，202-第二類磁鐵，203-第三類磁鐵，203a-第一棱柱磁鐵，203b-第二棱柱磁鐵，203c_第三棱柱磁鐵，3-磁鐵固定座，4-磁隙，5-平臺(tái)裝置，51-承版臺(tái)，52a、52b-底座，53a、53b_電機(jī)，54-導(dǎo)向裝置，541-氣浮墊，542-氣浮導(dǎo)軌，531a,531b-磁鐵單元，532a,532b-線圈單元，533a,533b-磁鐵固定座。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0034]為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明。需說明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0035]實(shí)施例1
[0036]請(qǐng)參閱圖2，本實(shí)施例提供的一種直線電機(jī)，包括磁鐵單元2和線圈單元1、磁鐵固定座3以及控制系統(tǒng)(未圖示)，所述磁鐵固定座3側(cè)向(本實(shí)施例中為XZ平面)呈U形，用于支撐所述磁鐵單元2 ;所述磁鐵單元2包括分別位于所述磁鐵固定座3的兩平行內(nèi)壁的第一磁鐵陣列21與第二磁鐵陣列22 ;所述線圈單元I設(shè)置于兩組磁鐵陣列之間的磁隙4處即設(shè)置于第一磁鐵陣列21與第二磁鐵陣列22之間的磁隙4處，所述控制系統(tǒng)用于提供電流給所述線圈單元1，所述第一磁鐵陣列21與第二磁鐵陣列22分別沿著Y向按照Halbach陣列模式周期性交替分布，請(qǐng)結(jié)合參閱圖3 ;所述線圈單元I包括在Z向?qū)盈B設(shè)置的第一線圈陣列11和第二線圈陣列12，所述第一線圈陣列11和所述第二線圈陣列12沿著Y向錯(cuò)開一定距離Λ P，Λ P滿足:當(dāng)控制系統(tǒng)給所述線圈單元I通入所需電流時(shí)，所述線圈單元I能夠產(chǎn)生沿著Y向的控制力、沿著Z向的控制力以及一個(gè)繞X向的力矩。一方面，由所述第一線圈陣列21和所述第二線圈陣列22組成的雙層線圈可以產(chǎn)生需要的垂向(本實(shí)施例中為Z向)的懸浮力；另一方面，雙層線圈分層交錯(cuò)式排列結(jié)構(gòu)可以消除傾斜干擾等造成的紋波力，提供需要的控制力矩，消除扭矩，實(shí)現(xiàn)精確定位；再一方面，磁鐵單元2中的第一磁鐵陣列21與第二磁鐵陣列22按照Halbach陣列模式周期性交替分布,形成的Halbach磁鐵拓?fù)潢嚵邢啾痊F(xiàn)有的等磁能積的NS陣列，相對(duì)增加了垂向磁通量，從而能夠?qū)?yīng)產(chǎn)生更大的水平推力。
[0037]較佳的，所述第一線圈陣列11和所述第二線圈陣列12均具有兩個(gè)以上的相同數(shù)量的線圈，每個(gè)線圈的線`圈間距為CP (線圈間距CP即單個(gè)線圈沿Y向的寬度)，所述第一線圈陣列11沿著X向與所述第二線圈陣列12錯(cuò)開的距離厶？為1/8~1/30?。本實(shí)施例中，所述錯(cuò)開的距離Λ P優(yōu)選為1/4CP，因?yàn)楸緦?shí)施例中磁鐵陣列為halbach線性陣列，其磁場(chǎng)分布的特點(diǎn)為水平正弦磁場(chǎng)與垂向正弦磁場(chǎng)之間剛好相差90度相位，即1/4個(gè)周期，將雙層線圈錯(cuò)開1/4CP，剛好與這兩個(gè)方向的磁場(chǎng)發(fā)力相位對(duì)應(yīng)上。當(dāng)然，根據(jù)磁鐵陣列磁場(chǎng)排布的不同及具體應(yīng)用需要，也完全可以采用其他線圈間距設(shè)計(jì)。
[0038]較佳的，在上述的直線電機(jī)中，所述第一磁鐵陣列21與所述第二磁鐵陣列22均由第一類磁鐵201、第二類磁鐵202以及位于它們之間的第三類磁鐵203沿著Y向按照Halbach陣列模式周期性交替分布。
[0039]優(yōu)選的，在上述的直線電機(jī)中，所述第一類磁鐵201呈方型，其磁化方向沿著Z軸的正方向或反方向；所述第二類磁鐵202呈方型，其磁化方向與所述第一類磁鐵201的磁化方向相反；所述第三類磁鐵203包括第一棱柱磁鐵203a、第二棱柱磁鐵203b以及第三棱柱磁鐵203c,所述第一棱柱磁鐵203a、第二棱柱磁鐵203b以及第三棱柱磁鐵203c組合后的整體呈一與所述第一類磁鐵201和所述第二類磁鐵202等高的方形，相鄰的不同棱柱磁鐵之間的對(duì)接面是斜面，即相鄰的第一、二棱柱磁鐵203a、203b之間的對(duì)接面是斜面以及相鄰的第二、三棱柱磁鐵203b、203c之間的對(duì)接面是斜面，所述第一棱柱磁鐵203a、第二棱柱磁鐵203b以及第三棱柱磁鐵203c為三棱柱和/或四棱柱；所述第一棱柱磁鐵203a的磁化方向經(jīng)過其(即所述第一棱柱磁鐵203a)與第二棱柱磁鐵203b的對(duì)接面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵203b后，再經(jīng)第二棱柱磁鐵與203b第三棱柱磁鐵203c的對(duì)接面進(jìn)入第三棱柱磁鐵203c ;或者，所述第三棱柱磁鐵203c的磁化方向經(jīng)過其(即第三棱柱磁鐵203c)與第二棱柱磁鐵203b的對(duì)接面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵203b后，再經(jīng)第二棱柱磁鐵203b與第一棱柱磁鐵203a的對(duì)接面進(jìn)入第一棱柱磁鐵203a。上述第一類磁鐵201和第二類磁鐵202均為四棱柱磁鐵，所述第三類磁鐵203由三棱柱磁鐵和(或)四棱柱磁鐵構(gòu)成，構(gòu)造形成的Halbach磁鐵陣列具有磁泄露更小的優(yōu)點(diǎn)。
[0040]優(yōu)選的，在上述的直線電機(jī)中，所述第一棱柱磁鐵203a、第二棱柱磁鐵203b和第三棱柱磁鐵203c沿YZ平面的截面分別為直角三角形、等腰三角形以及直角三角形。
[0041]優(yōu)選的，在上述的直線電機(jī)中，所述對(duì)接面與Z軸的夾角根據(jù)所述第一棱柱磁鐵203a、第二棱柱磁鐵203b和第三棱柱磁鐵203c的尺寸及形狀而定。
[0042]圖4是傳統(tǒng)NS磁鐵陣列組成的磁鐵單元的磁密分布圖，圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的磁鐵單兀的磁密分布圖。由圖4和圖5對(duì)比可知,傳統(tǒng)NS磁鐵陣列磁密B分布幅值最大1.0501tesla (特斯拉)，本發(fā)明實(shí)施例1中Halbach陣列(即按照Halbach陣列模式周期性交替分布第一磁鐵陣列21與第二磁鐵陣列22組成的磁鐵單元)磁密B分布幅值最大
1.8363tesla,磁密幅值有明顯改善。另外通過改變磁鐵陣列的排布尺寸可以使得磁密分布更接近正弦曲線。
[0043]圖6 是圖1和圖2所示直線電機(jī)結(jié)構(gòu)線圈Y向出力大小對(duì)比圖，圖7是本發(fā)明實(shí)施例I磁鐵單元排列模式下采用單層線圈和雙層線圈Z向出力大小對(duì)比圖。由圖6可知傳統(tǒng)的NS磁鐵陣列線圈出力大小幅值在-42.05^44.17N,實(shí)施例1所示的Halbach磁鐵陣列線圈出力大小幅值在-72.504.33N。可見相比現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明實(shí)施例1中Halbach陣列在線圈出力幅值方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。由圖7可知，在實(shí)施例1中，單層線圈出力峰值在4.973N，雙層線圈出力峰值在27.45N，可見相比現(xiàn)有技術(shù)的單層線圈本發(fā)明實(shí)施例1中線圈出力幅值在Z向有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0044]實(shí)施例2
[0045]請(qǐng)參閱圖8，本實(shí)施例與實(shí)施I的區(qū)別在于:
[0046]所述第一棱柱磁鐵203a、第二棱柱磁鐵203b和第三棱柱磁鐵203c沿YZ平面的截面分別為直角三角形、等腰梯形和直角三角形。采用上述結(jié)構(gòu)的第三類磁鐵203和第一類磁鐵201以及第二類磁鐵202構(gòu)成的第一磁鐵陣列21與第二磁鐵陣列22。本實(shí)施例，同樣可以產(chǎn)生需要的垂向的懸浮力；可以消除傾斜干擾等造成的紋波力，以提供需要的控制力矩，消除扭矩，實(shí)現(xiàn)精確定位；可以增加垂向磁通量，產(chǎn)生更大對(duì)應(yīng)水平推力，以及具有磁泄露更小的優(yōu)點(diǎn)。
[0047]實(shí)施例3
[0048]請(qǐng)參閱圖9，本實(shí)施例與實(shí)施I的區(qū)別在于:
[0049]所述第一棱柱磁鐵203a、第二棱柱磁鐵203b和第三棱柱磁鐵203c沿YZ平面的截面分別為直角梯形、等腰三角形和直角梯形。所述第一棱柱磁鐵203a和第三棱柱磁鐵203b沿YZ平面的截面為具有一公共邊的直角梯形。采用上述結(jié)構(gòu)的第三類磁鐵203和第一類磁鐵201以及第二類磁鐵202構(gòu)成的第一磁鐵陣列21與第二磁鐵陣列22,同樣具有磁泄露更小的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施例，同樣可以產(chǎn)生需要的垂向的懸浮力；可以消除傾斜干擾等造成的紋波力，以提供需要的控制力矩，消除扭矩，實(shí)現(xiàn)精確定位；可以增加垂向磁通量，產(chǎn)生更大對(duì)應(yīng)水平推力，以及具有磁泄露更小的優(yōu)點(diǎn)。
[0050]實(shí)施例4
[0051]請(qǐng)參閱圖10和圖11，本實(shí)施例提供了一種平臺(tái)裝置5，包括承版臺(tái)51及位于所述承版臺(tái)51兩側(cè)的兩個(gè)底座52a、52b，所述承版臺(tái)51通過所述兩個(gè)底座52a、52b上方的電機(jī)53a、53b提供Y向的驅(qū)動(dòng)力及Z向的懸浮力，電機(jī)53a包括磁鐵固定座533a、磁鐵單元531a和線圈單元532a，電機(jī)53b包括磁鐵固定座533b、磁鐵單元531b和線圈單元532b ;所述電機(jī)53a、53b為如上所述的任意一種直線電機(jī)(包括實(shí)施例1或?qū)嵤├?或?qū)嵤├?所述的直線電機(jī)O。采用上述結(jié)構(gòu)的直線電機(jī)構(gòu)造的平臺(tái)裝置，不但具有實(shí)施例f實(shí)施例所述的優(yōu)點(diǎn)，而且還能夠不需要垂向氣浮機(jī)構(gòu)，僅通過直線電機(jī)即可提供水平某個(gè)軸向的驅(qū)動(dòng)力及垂向的懸浮力(Z向)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
[0052]較佳的，在本實(shí)施例的平臺(tái)裝置中，所述兩個(gè)底座52a、52b中至少一個(gè)上方設(shè)有用于為所述承版臺(tái)51的運(yùn)動(dòng)提供Y向?qū)虻膶?dǎo)向裝置54，所述導(dǎo)向裝置54包括連接所述承版臺(tái)51的氣浮墊541和固定于所述底座52a和/或52b上的氣浮導(dǎo)軌542，所述氣浮墊541設(shè)置于所述氣浮導(dǎo)軌542的靠近所述承版臺(tái)51的一側(cè)。較佳的，在本實(shí)施例的平臺(tái)裝置中，所述氣浮墊541可以為柔性塊。采用氣浮墊541和氣浮導(dǎo)軌542的氣浮導(dǎo)軌是基于空氣軸承的基本原理，實(shí)現(xiàn)無摩擦和無振動(dòng)的平滑移動(dòng)。其具有運(yùn)動(dòng)精度高、清潔無污染等特點(diǎn)。同時(shí)還具有誤差均化作用，因而可用比較低的制造精度來獲得較高的導(dǎo)向精度。
[0053]工作時(shí)，給所述線圈單元532a、532b通入電流,使得交互在所述磁鐵單元531a、531b之間的線圈單元532a、532b產(chǎn)生沿著Y向的驅(qū)動(dòng)力、垂直于Y向的Z向的懸浮力以及繞X向的控制力矩。
[0054]綜上所述，本發(fā)明提供的直線電機(jī)及平臺(tái)裝置中，所述線圈單元包括在Z向?qū)盈B設(shè)置的第一線圈陣列和第二線圈陣列，所述第一線圈陣列和所述第二線圈陣列沿著Y向錯(cuò)開一定距離Λ P，Λ P滿足:當(dāng)控制系統(tǒng)給所述線圈單元通入所需電流時(shí)，所述線圈單元能夠產(chǎn)生沿著Y向的控制力、沿著Z向的控制力以及一個(gè)繞X向的力矩，一方面，由上所述的第一線圈陣列和所述第二線圈陣列組成的雙層線圈可以產(chǎn)生需要的垂向的懸浮力；另一方面，雙層線圈分層交錯(cuò)式排列結(jié)構(gòu)可以消除傾斜干擾等造成的紋波力，以提供需要的控制力矩，消除扭矩，實(shí)現(xiàn)精確定位；再一方面，磁鐵單元中的第一磁鐵陣列與第二磁鐵陣列按照Halbach陣列模式周期性交替分布,形成的Halbach磁鐵拓?fù)潢嚵邢啾鹊却拍芊e的NS陣列，相對(duì)增加了垂向磁通量，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生更大的水平推力。另外，采用三棱柱磁鐵和(或)四棱柱磁鐵構(gòu)造的Halbach磁鐵陣列的磁泄露更小。另外，采用上述結(jié)構(gòu)的直線電機(jī)構(gòu)造的平臺(tái)裝置不需要垂向氣浮機(jī)構(gòu)，僅通過直線電機(jī)即可提供水平某個(gè)軸向的驅(qū)動(dòng)力及垂向的懸浮力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
[0055]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種直線電機(jī)，包括磁鐵單元和線圈單元、磁鐵固定座以及控制系統(tǒng)，所述磁鐵固定座側(cè)向呈U形，用于支撐所述磁鐵單元；所述磁鐵單元包括分別位于所述磁鐵固定座的兩平行內(nèi)壁的第一磁鐵陣列與第二磁鐵陣列；所述線圈單元設(shè)置于兩組磁鐵陣列之間的磁隙處，所述控制系統(tǒng)用于提供電流給所述線圈單元，其特征在于，所述第一磁鐵陣列與第二磁鐵陣列分別沿著Y向按照Halbach陣列模式周期性交替分布；所述線圈單元包括在Z向?qū)盈B設(shè)置的第一線圈陣列和第二線圈陣列，所述第一線圈陣列和所述第二線圈陣列沿著Y向錯(cuò)開一定距離Λ P，Λ P滿足:當(dāng)控制系統(tǒng)給所述線圈單元通入所需電流時(shí)，所述線圈單元能夠產(chǎn)生沿著Y向的控制力、沿著Z向的控制力以及一個(gè)繞X向的力矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)，其特征在于，所述第一線圈陣列和所述第二線圈陣列均具有兩個(gè)以上的相同數(shù)量的線圈，每個(gè)線圈的線圈間距為CP，所述第一線圈陣列沿著X向與所述第二線圈陣列錯(cuò)開的距離Λ P為1/4CP。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)，其特征在于，所述第一磁鐵陣列與所述第二磁鐵陣列均由第一類磁鐵、第二類磁鐵以及位于它們之間的第三類磁鐵沿著Y向按照Halbach陣列模式周期性交替分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)，其特征在于，所述第一類磁鐵呈方型，其磁化方向沿著Z軸的正方向或反方向；所述第二類磁鐵呈方型，其磁化方向與所述第一類磁鐵的磁化方向相反；所述第三類磁鐵包括第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵以及第三棱柱磁鐵，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵以及第三棱柱磁鐵組合后整體呈一與所述第一類磁鐵和所述第二類磁鐵等高的方形，相鄰的不同棱柱磁鐵之間的對(duì)接面是斜面，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵以及第三棱柱磁鐵為三棱柱和/或四棱柱；所述第一棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過其與第二棱柱磁鐵的對(duì)接面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵后，再經(jīng)第二棱柱磁鐵與第三棱柱磁鐵的對(duì)接面進(jìn)入第三棱柱磁鐵；或者，所述第三棱柱磁鐵的磁化方向經(jīng)過其與第二棱柱磁鐵的對(duì)接面進(jìn)入所述第二棱柱磁鐵后，再經(jīng)第二棱柱磁鐵與第一棱柱磁鐵的對(duì)接面進(jìn)入第一棱柱磁鐵。
5.如權(quán)利要求4 所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿YZ平 面的截面分別為直角三角形、等腰三角形以及直角三角形；或者，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿YZ平面的截面分別為直角梯形、等腰三角形和直角梯形；或者，所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿YZ平面的截面分別為直角三角形、等腰梯形和直角三角形。
6.如權(quán)利要求5所述的直線電機(jī)，其特征在于:當(dāng)所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿YZ平面的截面分別為直角三角形、等腰梯形和直角三角形時(shí)，所述第一棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵沿YZ平面的截面為具有一公共邊的直角梯形。
7.如權(quán)利要求4所述的直線電機(jī)，其特征在于:所述對(duì)接面與Z軸的夾角根據(jù)所述第一棱柱磁鐵、第二棱柱磁鐵和第三棱柱磁鐵的尺寸及形狀而定。
8.一種平臺(tái)裝置，包括承版臺(tái)及位于所述承版臺(tái)兩側(cè)的兩個(gè)底座，其特征在于:所述承版臺(tái)通過所述兩個(gè)底座上方的電機(jī)提供Y向的驅(qū)動(dòng)力及Z向的懸浮力，所述電機(jī)為如權(quán)利要求1~7項(xiàng)中任意一項(xiàng)所述的直線電機(jī)。
9.如權(quán)利要求8所述的平臺(tái)裝置，其特征在于:所述兩個(gè)底座中至少一個(gè)上方設(shè)有用于為所述承版臺(tái)的運(yùn)動(dòng)提供Y向?qū)虻膶?dǎo)向裝置，所述導(dǎo)向裝置包括連接所述承版臺(tái)的氣浮墊和固定于所述底座上的氣浮導(dǎo)軌，所述氣浮墊設(shè)置于所述氣浮導(dǎo)軌的靠近所述承版臺(tái)的一側(cè)。
10.如權(quán)利要求9所述的平`臺(tái)裝置，其特征在于:所述氣浮墊為柔性塊。
【文檔編號(hào)】G03F7/20GK103872876SQ201210525941
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月7日
【發(fā)明者】吳立偉, 楊曉燕, 陳慶生, 嚴(yán)蘭舟 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司