專利名稱：六自由度精密定位平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種六自由度精密定位平臺，且特別是有關(guān)于一種應(yīng)用于光 刻機系統(tǒng)的六自由度精密定位平臺。
灶狄
精密定位平臺(簡稱"平臺")是精密加工領(lǐng)域的重要工具，精度達到亞微 米甚至納米級。例如，光刻機在制造芯片的時候，就是把硅片和掩模分別固定 在兩個平臺上，以便把掩模上的圖形復(fù)制到硅片上。 一套完整的平臺包括運動 臺和基座。運動臺能夠做精密的位移，基座為運動臺提供支撐、動力以及測量 手段。
現(xiàn)有的光刻機工件臺多采用長短程電機相結(jié)合形成平面3自由度的運動； 加上垂向調(diào)平調(diào)焦機構(gòu)，共同形成空間六自由度的調(diào)節(jié)。其長行程電機一般為 伺服電機，短程電機為洛倫茲平面電機，垂向調(diào)焦調(diào)平機構(gòu)多采用凸輪彈簧結(jié) 構(gòu)來實現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)運行M應(yīng)速度較慢，運行精度也不高。
這種傳統(tǒng)的硅片臺結(jié)構(gòu)已根本無法滿足硅片處在高速和高加速度下的高精 度定位問題，在很大程度上影響了半導(dǎo)體設(shè)備的制造精度，也因此而阻礙了半 導(dǎo)體制造業(yè)的發(fā)展。
中國專利CN2782326Y提出了一種六自由度微動工作臺，該微動臺釆用雙 層結(jié)構(gòu)，下層采用三個驅(qū)動單元實現(xiàn)兩個方向的平動和一個方向的轉(zhuǎn)動。上層 平臺與下層平臺的運動平臺部分連接，采用三組等邊三角形布置的驅(qū)動單元和 球副、柔性鉸鏈實現(xiàn)一個方向的平動和兩個方向的轉(zhuǎn)動，驅(qū)動單元采用壓電陶 瓷制動器，該微動臺可以實現(xiàn)納米級的定位精度。但其雙層串聯(lián)結(jié)構(gòu)限制了它 的響應(yīng)速度，應(yīng)用于光刻機時，會降低產(chǎn)率。
中國專利CN1473685提出了 一種用于虛擬軸坐標(biāo)測量機的并聯(lián)機構(gòu)，該機 構(gòu)由上動平臺，下靜平臺和三條相同的連接腿組成；每個連接腿底部通過球副
4連接兩個驅(qū)動器；六個驅(qū)動器共同作用實現(xiàn)上動平臺的六自由度微動。但是這 種結(jié)構(gòu)需要六個執(zhí)行器共同解耦控制，控制難度大，而且描述不夠具體。
美國專利US6867534提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊的光刻機方案。該光刻機采用X，Y 長程電機和六自由度短程電機相結(jié)合的方式來實現(xiàn)工件臺六自由度的微動。其 短程電機使用六個驅(qū)動器通過六個柱子驅(qū)動微動臺，每個柱子底部有一個驅(qū)動 器，驅(qū)動器可以是各種各樣的形式。這種微動臺行程受驅(qū)動器行程的限制，而 且需要對六個執(zhí)行器在六自由度上進行解耦控制，控制算法實現(xiàn)起來相當(dāng)麻煩。
本發(fā)明的目的在于提供一種大行程、快響應(yīng)、穩(wěn)定性好、控制實現(xiàn)簡單的 六自由度精密定位平臺，在用作光刻機工件臺時可使硅片在工件臺上同時具有 六個自由度，實現(xiàn)硅片在工件臺上的精確定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種六自由度精密定位平臺，包括基座；X向長程電機，包 括第一定子和第一動子；Y向長程電機，包括第二定子和第二動子；微動臺， 橫跨于所述第一動子，包括動平臺、三個支撐驅(qū)動桿、壓電陶資驅(qū)動器。所述 第一定子與所述第二動子固定連接，所述第二定子通過連接塊固定在所述基座 上；所迷每個支撐驅(qū)動桿的一端分別通過一個第 一連接機構(gòu)與所述動平臺連接， 所迷每個支撐驅(qū)動桿的另 一端分別通過一個第二連接機構(gòu)與所迷壓電陶乾驅(qū)動 器相連，且所迷每個支撐驅(qū)動桿至多連接三個所述壓電陶資驅(qū)動器；所述三個 支撐驅(qū)動桿中至少有一個支撐驅(qū)動桿連接有三個所述壓電陶資驅(qū)動器，且三個 支撐驅(qū)動桿所連接的所迷壓電陶資驅(qū)動器的總數(shù)不小于六個。
可選的，本發(fā)明提出的六自由度精密定位平臺中，所迷每個第一連接機構(gòu) 包括一個柔性連接機構(gòu)。
可選的，本發(fā)明提出的六自由度精密定位平臺中，所述每個第一連接機構(gòu) 包^"一個5求副才幾構(gòu)。
可選的，本發(fā)明提出的六自由度精密定位平臺中，所述每個第一連接機構(gòu) 包括一個萬向節(jié)機構(gòu)。
可選的，本發(fā)明提出的六自由度精密定位平臺中，所述每個第二連接機構(gòu) 包括一個球副才幾構(gòu)和一個滑動副機構(gòu)。可選的，本發(fā)明提出的六自由度精密定位平臺中，所述每個第二連接機構(gòu) 包括一個滑動副機構(gòu)和一個萬向節(jié)機構(gòu)。
本發(fā)明提出的六自由度精密定位平臺中，所述三個支撐驅(qū)動桿的第二連接 機構(gòu)的滑動副機構(gòu)不在同 一條直線上。
可選的，本發(fā)明提出的六自由度精密定位平臺中，所述三個支撐驅(qū)動桿分
別連接所述壓電陶瓷驅(qū)動器的個數(shù)分別為3. 3、 3。
可選的，本發(fā)明提出的六自由度精密定位平臺中，所述三個支撐驅(qū)動桿分 別連接所述壓電陶瓷驅(qū)動器的個數(shù)分別為3、 3、 1。
可選的，本發(fā)明提出的六自由度精密定位平臺中，所述三個支撐驅(qū)動桿分 別連接所述壓電陶瓷驅(qū)動器的個數(shù)分別為3、 2、 1。
本發(fā)明提出的六自由度精密定位平臺，每個支撐柱可以實現(xiàn)X，Y，Z三個自 由度的運動，三個支撐柱聯(lián)合，則可以實現(xiàn)六個自由度的運動，即X向、Y向、 Z向、繞X軸旋轉(zhuǎn)的Rx向、繞Y軸旋轉(zhuǎn)的Ry向、繞Z軸旋轉(zhuǎn)的Rz向的運動。 本發(fā)明的定位平臺結(jié)構(gòu)簡單、運動響應(yīng)速度快，相比于以往的壓電陶瓷精密定 位平臺提高了行程，且增加了微動臺穩(wěn)定性，并且使解耦控制變得簡單。使用 本發(fā)明的定位平臺可以起到主動減振的作用。
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配 合附圖，作詳細(xì)說明如下。
附困說明
圖l所示為本發(fā)明實施例的六自由度精密定位平臺示意圖。
圖2所示為本發(fā)明實施例1的333型微動臺結(jié)構(gòu)立體示意圖。
圖3所示為本發(fā)明實施例1的333型微動臺結(jié)構(gòu)平面展開示意圖。
圖4a所示為本發(fā)明實施例2的321型微動臺結(jié)構(gòu)立體示意圖。
圖4b所示為本發(fā)明實施例2的321型微動臺結(jié)構(gòu)平面展開示意圖。
圖5a所示為本發(fā)明實施例3的331型微動臺結(jié)構(gòu)立體示意圖。
圖5b所示為本發(fā)明實施例3的331型微動臺結(jié)構(gòu)平面展開示意圖。
具體實施方式
為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖示說明如下。
本發(fā)明實施例的六自由度精密定位平臺包括X向長程電機1、 Y向長程電 機2和并聯(lián)結(jié)構(gòu)六自由度微動臺3組成。

圖1所示為本發(fā)明實施例的六自由度 精密定位平臺示意圖。如圖1所示，其中并聯(lián)結(jié)構(gòu)六自由度微動臺3又包括動 平臺4和三個支撐驅(qū)動桿5,每個驅(qū)動桿5的頂端通過第一連接機構(gòu)6與動平臺 4連接，下端通過第二連接機構(gòu)7連接壓電陶瓷驅(qū)動器8。三個支撐驅(qū)動桿與動 平臺的三個連接點不在同 一直線上。
本發(fā)明實施例中，第一連接機構(gòu)6可以是柔性連接機構(gòu)、球副機構(gòu)或萬向 節(jié)機構(gòu)等連接機構(gòu)，第二連接機構(gòu)可以是包括球副和滑動副的連接機構(gòu)或者包 括滑動副和萬向節(jié)的連接機構(gòu)。
Y向長程電機2的定子9通過連接塊10用螺釘固定在基座11上，X向長程 電機1的定子12與Y向長程電機2的動子13固定連接。本發(fā)明實施例中，通 過一個X向長程電機1和兩個Y向長程電機2按"工"字形結(jié)構(gòu)組裝，實現(xiàn)平 面內(nèi)X、 Y兩自由度的長程運動。并聯(lián)結(jié)構(gòu)六自由度微動臺3橫跨于X向長程 電機1的動子14上，共同形成六自由度定位臺。
實施例1
圖2所示為本發(fā)明實施例1的333型微動臺結(jié)構(gòu)立體示意圖。如圖2所示， 本發(fā)明實施例1的微動臺結(jié)構(gòu)包括動平臺、三條結(jié)構(gòu)相同的連接腿。各連接腿 底部均需要有三個驅(qū)動器，三個驅(qū)動器可以實現(xiàn)上下線性運動，共同驅(qū)動連接 腿頂端在一個球冠范圍內(nèi)運動。三個連接腿驅(qū)動動平臺實現(xiàn)六個自由度的運動。
圖3所示為本發(fā)明實施例1的333型微動臺結(jié)構(gòu)平面展開示意圖。如圖3 所示，各連接腿通過球副與其上的動平臺連接。各線性驅(qū)動器分別通過一個球 副和一個滑動副連接在連接腿上；三個滑動副不》史置在一條直線上，在本實施 例中，三個滑動副在空間互相成120度角擺放。驅(qū)動器底端固定在長程電機的
定子上。其中，連接機構(gòu)可以通過多種形式實現(xiàn)，可以將圖3的球副用萬向節(jié) 取代。在光刻機微動臺等小角度運動臺上，還可以直接采用柔性鉸鏈作為各連 接部件。
實施例2
圖4a所示為本發(fā)明實施例2的321型微動臺結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖4b所示
7為本發(fā)明實施例2的321型微動臺結(jié)構(gòu)平面展開示意圖。如圖4a、 4b所示，本 發(fā)明實施例2的微動臺連接結(jié)構(gòu)類似于實施例1,與實施例1的區(qū)別在于三個連 接腿各自通過一、二、三個驅(qū)動器驅(qū)動，六個驅(qū)動器可以實現(xiàn)動平臺六個自由 度的運動。 實施例3
圖5a所示為本發(fā)明實施例3的331型孩￡動臺結(jié)構(gòu)立體示意圖。圖5b所示 為本發(fā)明實施例3的331型微動臺結(jié)構(gòu)平面展開示意圖。如圖5a、 5b所示，本 發(fā)明實施例3的微動臺連接結(jié)構(gòu)類似于實施例1,與實施例1的區(qū)別在于三個連 接腿各自通過一、三、三個驅(qū)動器驅(qū)動，七個驅(qū)動器可以實現(xiàn)動平臺六個自由 度的運動控制。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所 屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許 的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種六自由度精密定位平臺，其特征在于，包括基座；X向長程電機，包括第一定子和第一動子；Y向長程電機，包括第二定子和第二動子；其中，所述第一定子與所述第二動子固定連接，所述第二定子通過連接塊固定在所述基座上；微動臺，橫跨于所述第一動子，包括動平臺、三個支撐驅(qū)動桿、壓電陶瓷驅(qū)動器；其中所述每個支撐驅(qū)動桿的一端分別通過一個第一連接機構(gòu)與所述動平臺連接，所述每個支撐驅(qū)動桿的另一端分別通過一個第二連接機構(gòu)與所述壓電陶瓷驅(qū)動器相連，且所述每個支撐驅(qū)動桿至多連接三個所述壓電陶瓷驅(qū)動器，三個所述支撐驅(qū)動桿與所述動平臺的三個連接點不在同一直線上；其中所述三個支撐驅(qū)動桿中至少有一個支撐驅(qū)動桿連接有三個所述壓電陶瓷驅(qū)動器，且三個支撐驅(qū)動桿所連接的所述壓電陶瓷驅(qū)動器的總數(shù)不小于六個。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機精密定位平臺，其特征在于，所述每個第 一連接機構(gòu)包括一個柔性連接機構(gòu)或者一個萬向節(jié)機構(gòu)或者一個球副機構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光刻機精密定位平臺，其特征在于，所述每個第 二連接機構(gòu)包括一個球副機構(gòu)和一個滑動副機構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光刻機精密定位平臺，其特征在于，所迷每個第 二連接機構(gòu)包括一個滑動副機構(gòu)和一個萬向節(jié)結(jié)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光刻機精密定位平臺，其特征在于，所述三 個支撐驅(qū)動桿的第二連接機構(gòu)的滑動副機構(gòu)不在同 一直線上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光刻機精密定位平臺，其特征在于，所述三個支 撐驅(qū)動桿的第二連接機構(gòu)的滑動副機構(gòu)互成120度夾角。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機精密定位平臺，其特征在于，所述三個支 撐驅(qū)動桿分別連接所述壓電陶瓷驅(qū)動器的個數(shù)分別為3、 3、 3。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機精密定位平臺，其特征在于，所述三個支撐驅(qū)動桿分別連接所述壓電陶瓷驅(qū)動器的個數(shù)分別為3、 3、 1。
9,根據(jù)權(quán)利要求1所述的光刻機精密定位平臺，其特征在于，所述三個支 撐驅(qū)動桿分別連接所述壓電陶瓷驅(qū)動器的個數(shù)分別為3、 2、 1。
全文摘要
本發(fā)明提出一種六自由度精密定位平臺，包括基座；X向長程電機，包括第一定子和第一動子；Y向長程電機，包括第二定子和第二動子；微動臺，橫跨于所述第一動子，包括動平臺、三個支撐驅(qū)動桿、壓電陶瓷驅(qū)動器。其中，每個支撐驅(qū)動桿至多連接三個所述壓電陶瓷驅(qū)動器，三個支撐驅(qū)動桿中至少有一個支撐驅(qū)動桿連接有三個所述壓電陶瓷驅(qū)動器，且三個支撐驅(qū)動桿所連接的所述壓電陶瓷驅(qū)動器的總數(shù)不小于六個。本發(fā)明的定位平臺結(jié)構(gòu)簡單、運動響應(yīng)速度快，相比于以往的壓電陶瓷精密定位平臺提高了行程，且增加了微動臺穩(wěn)定性，并且使解耦控制變得簡單。使用本發(fā)明的定位平臺可以起到主動減振的作用。
文檔編號G03F7/20GK101487989SQ20091004682
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者馬雨雷 申請人:上海微電子裝備有限公司