CN112596350A - 一种六自由度微动装置及电子束装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路装备制造技术领域，公开一种六自由度微动装置及电子束装备。微动装置包括硅片承载台、运动组件、固定组件和驱动组件，运动组件包括运动板和上磁屏蔽结构；固定组件包括连接板和下磁屏蔽结构，下磁屏蔽结构与上磁屏蔽结构配合形成磁屏蔽空间；驱动组件设于磁屏蔽空间内，包括沿第一方向设置的第一水平音圈电机和第一垂向音圈电机，沿第二方向设置的第二水平音圈电机和第二垂向音圈电机，以及沿第三方向设置的第三水平音圈电机和第三垂向音圈电机；各音圈电机的运动部均与上磁屏蔽结构连接；各音圈电机均采用双线圈式平板音圈电机。本发明能够为硅片提供六自由度的精密运动，并能减小电机漏磁，在硅片表面的漏磁能达到nT量级。

Description

一种六自由度微动装置及电子束装备

技术领域

本发明涉及集成电路装备制造技术领域，尤其涉及一种六自由度微动装置及电子束装备。

背景技术

在半导体高端设备中，如电子束装备中，广泛应用了粗微动双层运动结构，从而构成一个超精密运动平台，其中的纳米级六自由度微动运动台的定位精度决定了电子束装备的曝光精度，运行速度决定了生产效率。在下一代真空半导体设备中，如电子束光刻或晶圆检测领域，对超精密运动的要求大大提升，不仅要求运动台具备纳米级运动定位精度，还需要考虑高真空、低漏磁、低发热等要求。

纳米级六自由度微动运动台，是超精密运动台中的核心部件之一，为晶圆运动提供精密的定位功能。在电子束装备中，电子束对磁场非常敏感，因为磁场的电流中的任何变化都可以影响带电粒子束的位置。另外，高真空环境下的电机发热的问题，也会对设备产生致命性的打击。

专利WO2011074962涉及有支撑和定位的电子粒子***，描述了一种带电粒子***中支撑和定位结构，以及运动***中的定位方法，主要讲述了电机的磁屏蔽方法，整个运动台的磁屏蔽方法，以及动定子之间采用弹簧结构，来补偿负载的重力，减小电机的发热。该专利中重点是讲带电粒子***中的微动运动台的磁屏蔽手段、保护的方法等，并未讲述六自由度运动板的具体实施例。

专利CN102880009A中描述了电子束装备上用的一种六自由度微动工作台，包括第一种电磁力驱动模块和第二种电磁力驱动模块，两种驱动模块均采用4组，4组第二种电磁力驱动模块和4组第一种电磁力驱动模块相间布置，第一种电磁力驱动模块主要由平板式音圈电机组成，第二种电磁力驱动模块主要由圆筒式音圈电机组成。该专利的实施例可以在半导体装备中使用，但并未考虑漏磁的影响，特别是该方案中采用的圆筒式音圈电机，漏磁是非常严重的。

综上所述，亟需一种新的六自由度微动装置及电子束装备，以解决上述问题。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种六自由度微动装置及电子束装备，能够为硅片提供六自由度的精密运动，并减小电机漏磁，使硅片表面位置的漏磁能达到nT量级。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种六自由度微动装置，包括：

硅片承载台，用于承载硅片；

运动组件，包括运动板和上磁屏蔽结构，所述运动板位于所述硅片承载台的下方，所述上磁屏蔽结构固定于所述运动板的底部，且所述上磁屏蔽结构的开口朝下；

固定组件，包括连接板和下磁屏蔽结构，所述连接板固定于所述下磁屏蔽结构的底部，且所述下磁屏蔽结构的开口朝上，所述下磁屏蔽结构与所述上磁屏蔽结构配合形成磁屏蔽空间；

驱动组件，设置于所述磁屏蔽空间内且固定于所述下磁屏蔽结构的边缘位置，所述驱动组件包括沿第一方向设置的第一水平音圈电机和第一垂向音圈电机，沿第二方向设置的第二水平音圈电机和第二垂向音圈电机，以及沿第三方向设置的第三水平音圈电机和第三垂向音圈电机，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向在水平面内呈三角形布局；所述第一水平音圈电机、第二水平音圈电机、第三水平音圈电机、第一垂向音圈电机、第二垂向音圈电机和第三垂向音圈电机均设置有能够相对运动的固定部和运动部，所述固定部与所述下磁屏蔽结构连接，所述运动部与所述上磁屏蔽结构连接；所述第一水平音圈电机、第二水平音圈电机、第三水平音圈电机、第一垂向音圈电机、第二垂向音圈电机和第三垂向音圈电机均采用双线圈式平板音圈电机。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述上磁屏蔽结构包括第一上磁屏蔽件、上磁屏蔽件连接件和第二上磁屏蔽件，所述第一上磁屏蔽件间隔套设于所述第二上磁屏蔽件外，所述上磁屏蔽件连接件固定连接于所述第一上磁屏蔽件和所述第二上磁屏蔽件之间；

所述下磁屏蔽结构包括第一下磁屏蔽件、下磁屏蔽件连接件和第二下磁屏蔽件，所述第二下磁屏蔽件间隔套设于所述第一下磁屏蔽件外，所述下磁屏蔽件连接件固定连接于所述第一下磁屏蔽件和所述第二下磁屏蔽件之间。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述第一上磁屏蔽件包括第一屏蔽板和第二屏蔽板，所述第一屏蔽板沿水平方向设置，所述第二屏蔽板由所述第一屏蔽板的外周垂直向下延伸；所述第二上磁屏蔽件包括第三屏蔽板和第四屏蔽板，所述第三屏蔽板沿水平方向设置，所述第四屏蔽板由所述第三屏蔽板的外周垂直向下延伸；

所述第一下磁屏蔽件包括第五屏蔽板和第六屏蔽板，所述第五屏蔽板沿水平方向设置，所述第六屏蔽板由所述第五屏蔽板的外周垂直向上延伸；所述第二下磁屏蔽件包括第七屏蔽板和第八屏蔽板，所述第七屏蔽板沿水平方向设置，所述第八屏蔽板由所述第七屏蔽板的外周垂直向上延伸；

所述第二屏蔽板、所述第八屏蔽板、所述第四屏蔽板和第六屏蔽板沿水平方向依次交错重叠排布，且相互之间留有运动间隙而互不接触。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述第二屏蔽板、所述第八屏蔽板、所述第四屏蔽板和第六屏蔽板的厚度均为0.5mm～2mm。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述第二屏蔽板、所述第八屏蔽板、所述第四屏蔽板和第六屏蔽板相互之间的运动间隙为0.5mm～2mm。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述运动板、所述上磁屏蔽件连接件、所述下磁屏蔽件连接件和所述连接板均采用高导电率材料；所述第一上磁屏蔽件、所述第二上磁屏蔽件、所述第一下磁屏蔽件和所述第二下磁屏蔽件均采用高导磁率材料。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述运动板、所述上磁屏蔽结构、所述连接板和所述下磁屏蔽结构均呈等边三角形结构，且所述等边三角形结构的三个角处均设有倒角；所述第一水平音圈电机、所述第二水平音圈电机和所述第三水平音圈电机分别设于所述下磁屏蔽结构靠近其三个倒角的位置或者分别设于等边三角形三条边的靠近中间位置，所述第一垂向音圈电机、所述第二垂向音圈电机和所述第三垂向音圈电机分别设于所述下磁屏蔽结构靠近其三个倒角的位置或者分别设于等边三角形三条边的靠近中间位置。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述第一水平音圈电机、所述第二水平音圈电机、所述第三水平音圈电机、所述第一垂向音圈电机、所述第二垂向音圈电机和所述第三垂向音圈电机均包括：

至少一层电机磁屏蔽结构；

间隔相对且平行设置的两层电机背铁，两层所述电机背铁连接于所述电机磁屏蔽结构内；

磁体组件，连接于两层所述电机背铁内，所述磁体组件包括两组间隔相对设置且互相平行的halbach阵列，两组所述halbach阵列分别设置于两层所述电机背铁上，其中一组halbach阵列包括依次设置的第一主永磁体、第一附永磁体、第二主永磁体、第二附永磁体和第一主永磁体，另一组halbach阵列包括依次设置的第一主永磁体、第二附永磁体、第二主永磁体、第一附永磁体和第一主永磁体，所述第二主永磁体的宽度大于所述第一主永磁体的宽度；两组所述halbach阵列中，其中一组所述halbach阵列中依次设置的所述第一主永磁体、所述第二主永磁体、所述第一主永磁体，分别与另一组所述halbach阵列中依次设置的所述第一主永磁体、所述第二主永磁体、所述第一主永磁体一一对应；

磁钢连接块，设置于所述磁体组件的端部，所述磁钢连接块连接两层所述电机背铁；

线圈组件，包括设置于两组所述halbach阵列之间的动子支撑架，及设置于所述动子支撑架上的第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈均呈跑道型结构，所述第一线圈与所述第二线圈的相邻线圈边内的电流方向相同，整个所述第一线圈与整个所述第二线圈的电流方向相反；

所述磁体组件和所述线圈组件的其中一个为所述固定部，其中另一个为所述运动部。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述第一线圈位于其跑道一侧的部分与所述halbach阵列一端的所述第一主永磁体的位置和大小相对应；所述第一线圈位于其跑道另一侧的部分、以及所述第二线圈位于其跑道一侧的部分为相邻线圈边且电流方向相同，并且与所述第二主永磁体的位置和大小相对应；所述第二线圈位于其跑道另一侧的部分与所述halbach阵列另一端的所述第一主永磁体的位置和大小相对应。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述第一垂向音圈电机、所述第二垂向音圈电机和所述第三垂向音圈电机还包括设置于所述动子支撑架上的磁浮补偿单元，所述磁浮补偿单元包括第一补偿永磁体和第二补偿永磁体，所述第一补偿永磁体和所述第二补偿永磁体的充磁方向相反，所述第一补偿永磁体安装在所述第一线圈的跑道中空处，所述第二补偿永磁体安装在所述第二线圈的跑道中空处，所述第一补偿永磁体和所述第二补偿永磁体与所述磁体组件的两组所述halbach阵列相互作用，用以形成沿Z轴正向的磁浮力。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述六自由度微动装置还包括硅片升降机构，所述硅片升降机构固定于下磁屏蔽结构上，部分所述硅片升降机构能依次穿过所述第二上磁屏蔽件、上磁屏蔽件连接件、第一上磁屏蔽件及运动板，并能穿出所述硅片承载台，所述硅片升降机构用于驱动硅片沿Z向和Rz方向运动。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述硅片升降机构包括支撑架，所述支撑架沿圆周方向均布有若干延伸臂，每个所述延伸臂的端部均设有一个卡爪；所述硅片承载台、所述运动板、所述第一上磁屏蔽件、所述上磁屏蔽件连接件和所述第二上磁屏蔽件上均设有与所述卡爪相配合的通孔，各所述通孔的径向尺寸均大于对应的所述卡爪的径向尺寸。

作为一种六自由度微动装置的优选方案，所述硅片升降机构由压电陶瓷电机驱动。

一种电子束装备，包括以上任一方案所述的六自由度微动装置。

本发明的有益效果为：

本发明通过第一水平音圈电机、第二水平音圈电机和第三水平音圈电机的配合能实现硅片承载台沿X向的微动；通过第二水平音圈电机和第三水平音圈电机的配合能实现硅片承载台沿Y向的微动；通过第一垂向音圈电机、第二垂向音圈电机和第三垂向音圈电机的配合，能实现硅片承载台沿Z向的微动；通过第一垂向音圈电机、第二垂向音圈电机和第三垂向音圈电机的配合能实现硅片承载台绕X方向的微小转动；通过第一垂向音圈电机和第三垂向音圈电机的配合能实现硅片承载台绕Y方向的微小转动；通过第一水平音圈电机、第二水平音圈电机和第三水平音圈电机能实现硅片承载台绕Z方向的微小转动，从而可为硅片提供六自由度的精密运动。

与现有技术相比，本发明实施例的驱动组件均采用双线圈式平板音圈电机，音圈电机的两个线圈的电流方向相反，即在同一视角下，其中一个线圈内的电流方向为顺时针，另一个线圈内的电流方向为逆时针，如此能够保证两个线圈的相邻段内的电流方向一致，使两个线圈通电产生的电磁场方向相反，并通过电机背铁形成一个新的磁回路，从而减小电励磁产生磁场的漏磁，具体漏磁可减小20%以上；同时本发明将各音圈电机均设置于下磁屏蔽结构的边缘位置，增大了各音圈电机与硅片表面的距离，减小了各音圈电机在中心区域的漏磁；并且各音圈电机的开口均向下设置，能够减小电机端部漏磁对硅片的影响。

进一步地，本发明实施例通过上磁屏蔽结构和下磁屏蔽结构配合对驱动组件进行屏蔽，有效减小了各音圈电机的磁泄漏，避免电机线圈通电产生的磁场穿过运动组件达到硅片表面。上述设置使得，本发明实施例在硅片表面的漏磁可达nT量级。

附图说明

图1是本发明实施例提供的六自由度微动装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的六自由度微动装置的***视图；

图3是本发明实施例提供的六自由度微动装置沿YZ截面的剖视图；

图4是本发明实施例所涉及的各音圈电机的布局及出力方向俯视示意图；

图5是本发明实施例所涉及的第二水平音圈电机的XY截面结构剖视图；

图6是本发明实施例所涉及的第二水平音圈电机的电磁力驱动磁路XY截面结构剖视图；

图7是本发明实施例所涉及的第二垂向音圈电机的YZ截面结构剖视图；

图8是本发明实施例所涉及的第二垂向音圈电机的电磁力驱动磁路YZ截面结构剖视图；

图9是本发明实施例提供的六自由度微动装置的漏磁云图；

图10是本发明实施例所涉及的双线圈式平板音圈电机与现有音圈电机的漏磁对比图；

图11是本发明实施例所涉及的六自由度微动装置的重力补偿曲线图。

图中：

10-硅片承载台；101-第一通孔；

20-运动组件；201-运动板；2011-第二通孔；202-第一上磁屏蔽件；2021-第三通孔；203-上磁屏蔽件连接件；2031-第四通孔；204-第二上磁屏蔽件；2041-第五通孔；205-磁屏蔽固定板；

30-固定组件；301-连接板；302-第二下磁屏蔽件；303-下磁屏蔽件连接件；304-第一下磁屏蔽件；

40-硅片升降机构；401-卡爪；402-延伸臂；

50-驱动组件；51-第一水平音圈电机；52-第二水平音圈电机；53-第三水平音圈电机；54-第一垂向音圈电机；55-第二垂向音圈电机；56-第三垂向音圈电机；

501a-第一电机磁屏蔽结构；501b-第二电机磁屏蔽结构；502-电机背铁；503-电机磁钢阵列；503a-第一主永磁体；503b-第一附永磁体；503c-第二主永磁体；503d-第二附永磁体；504-磁钢连接块；505a-动子支撑架；505b-第一线圈；505c-第二线圈；505d-第一补偿永磁体；505e-第二补偿永磁体；506a-第一连接件；506b-第二连接件；506c-第三连接件；507-电机冷却板；508-电机线圈固定件；509电机密封板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

图1是本发明实施例提供的六自由度微动装置的结构示意图，图2是本发明实施例提供的六自由度微动装置的***视图。如图1-图2所示，本实施例提供一种六自由度微动装置，包括硅片承载台10、运动组件20、固定组件30、硅片升降机构40和驱动组件50。硅片承载台10用于承载待加工或待检测的硅片，其具有定位和吸附硅片的作用，能够带动硅片同步运动。

运动组件20包括运动板201和上磁屏蔽结构，运动板201位于硅片承载台10的下方，上磁屏蔽结构固定于运动板201的底部，上磁屏蔽结构呈壳体结构，其开口朝下设置。驱动组件50能驱动运动组件20运动，运动组件20的运动板201与硅片承载台10固定连接，因此运动板201能够带动硅片承载台10同步运动，也就是说运动板201是六自由度微动装置对外输出位移的结构。固定组件30包括连接板301和下磁屏蔽结构，连接板301固定于下磁屏蔽结构的底部，下磁屏蔽结构呈壳体结构，其开口朝上设置，下磁屏蔽结构与上磁屏蔽结构配合形成封闭的磁屏蔽空间。

驱动组件50设置于磁屏蔽空间内，即上磁屏蔽结构和下磁屏蔽结构将驱动组件50都包容于其中，构成一个整体屏蔽结构。驱动组件50沿周向固定于下磁屏蔽结构的边缘位置，如图4所示，定义XYZ坐标原心在六自由度微动装置底部中心，按照左手坐标系法则，驱动组件50包括沿第一方向设置的第一水平音圈电机51和第一垂向音圈电机54，沿第二方向设置的第二水平音圈电机52和第二垂向音圈电机55，以及沿第三方向设置的第三水平音圈电机53和第三垂向音圈电机56，其中第一方向、第二方向和第三方向在XY面内呈三角形布局，优选地，第一方向、第二方向和第三方向两两之间的夹角呈120度，且第二方向为X方向。第一水平音圈电机51、第二水平音圈电机52、第三水平音圈电机53、第一垂向音圈电机54、第二垂向音圈电机55和第三垂向音圈电机56均设置有能够相对运动的固定部和运动部，固定部与下磁屏蔽结构连接，运动部与上磁屏蔽结构连接；第一水平音圈电机51、第二水平音圈电机52、第三水平音圈电机53、第一垂向音圈电机54、第二垂向音圈电机55和第三垂向音圈电机56均采用双线圈式平板音圈电机；且第一水平音圈电机51和第一垂向音圈电机54的平板结构平行于第一方向，第二水平音圈电机52和第二垂向音圈电机55的平板结构平行于第二方向，第三水平音圈电机53和第三垂向音圈电机56的平板结构平行于第三方向。优选地，上述各音圈电机的开口均朝下（即沿Z轴负方向）设置。

本发明实施例通过第一水平音圈电机51、第三水平音圈电机53和第二水平音圈电机52的配合能实现硅片承载台10沿X向的微动；通过第一水平音圈电机51和第三水平音圈电机53的配合能实现硅片承载台10沿Y向的微动；通过第一垂向音圈电机54、第二垂向音圈电机55和第三垂向音圈电机56的配合，能实现硅片承载台10沿Z向的微动；通过第一垂向音圈电机54、第三垂向音圈电机56和第二垂向音圈电机55的配合能实现硅片承载台10绕Rx方向的微动；通过第一垂向音圈电机54和第三垂向音圈电机56的配合能实现硅片承载台10绕Ry方向的微动；通过第一水平音圈电机51、第三水平音圈电机53和第二水平音圈电机52能实现硅片承载台10绕Rz方向的微动，从而可为硅片提供六自由度的精密运动。与现有技术相比，本发明实施例的驱动组件50均采用双线圈式平板音圈电机，且两个线圈的电流方向相反，即在同一视角下，其中一个线圈内的电流方向为顺时针，另一个线圈内的电流方向为逆时针，如此能够保证两个线圈的相邻段内的电流方向一致，使两个线圈通电产生的电磁场方向相反，并通过电机背铁形成一个新的磁回路，从而减小电励磁产生磁场的漏磁，具体漏磁可减小20%以上；同时本发明将第一水平音圈电机51、第二水平音圈电机52、第三水平音圈电机53、第一垂向音圈电机54、第二垂向音圈电机55和第三垂向音圈电机56均设置于下磁屏蔽结构的边缘位置，增大了各音圈电机与硅片表面中心位置的距离，减小了各音圈电机在硅片中心区域的漏磁；并且各音圈电机的开口均向下设置，能够减小音圈电机端部漏磁对硅片的影响。进一步地，本发明实施例通过上磁屏蔽结构和下磁屏蔽结构配合对驱动组件50进行屏蔽，有效减小了各音圈电机的磁泄漏，避免电机线圈通电产生的磁场穿过运动组件20达到硅片表面。上述设置使得，本发明实施例在硅片表面的漏磁可达nT量级。

进一步地，本实施例中运动板201、上磁屏蔽件连接件203、下磁屏蔽件连接件303和连接板301优选采用高导电率、轻量化的铝合金材料，高导电率能屏蔽电场产生的交变磁场，避免电机线圈通电产生的磁场穿过运动组件20达到硅片表面。第一上磁屏蔽件202、第二上磁屏蔽件204、第一下磁屏蔽件304和第二下磁屏蔽件302均采用高导磁率材料，以提高其磁屏蔽效果。

图3是本发明实施例提供的六自由度微动装置沿YZ截面的剖视图。如图3所示，上磁屏蔽结构包括第一上磁屏蔽件202、上磁屏蔽件连接件203和第二上磁屏蔽件204，第一上磁屏蔽件202间隔套设于第二上磁屏蔽件204外，上磁屏蔽件连接件203固定连接于第一上磁屏蔽件202和第二上磁屏蔽件204之间；下磁屏蔽结构包括第一下磁屏蔽件304、下磁屏蔽件连接件303和第二下磁屏蔽件302，第二下磁屏蔽件302间隔套设于第一下磁屏蔽件304外，下磁屏蔽件连接件303固定连接于第一下磁屏蔽件304和第二下磁屏蔽件302之间。本实施例中上磁屏蔽结构和下磁屏蔽结构之间具有间隙，从而保证微动装置在运动过程中上磁屏蔽结构和下磁屏蔽结构并不相互接触。本实施例中，各音圈电机的运动部均与第二上磁屏蔽件204连接，以将电机的六自由度运动传递给运动板201。进一步优选地，本实施例的上磁屏蔽结构还包括多个磁屏蔽固定板205，分别用于将各音圈电机的运动部固定于第二上磁屏蔽件204上。

进一步地，第一上磁屏蔽件202包括第一屏蔽板和第二屏蔽板，第一屏蔽板沿水平方向设置，第二屏蔽板由第一屏蔽板的外周垂直向下延伸；第二上磁屏蔽件204包括第三屏蔽板和第四屏蔽板，第三屏蔽板沿水平方向设置，第四屏蔽板由第三屏蔽板的外周垂直向下延伸；上磁屏蔽件连接件203固定连接第一屏蔽板和第三屏蔽板；第二屏蔽板与第四屏蔽板之间的间隙用于下磁屏蔽结构的伸入。第一下磁屏蔽件304包括第五屏蔽板和第六屏蔽板，第五屏蔽板沿水平方向设置，第六屏蔽板由第五屏蔽板的外周垂直向上延伸；第二下磁屏蔽件302包括第七屏蔽板和第八屏蔽板，第七屏蔽板沿水平方向设置，第八屏蔽板由第七屏蔽板的外周垂直向上延伸；下磁屏蔽件连接件303固定连接第五屏蔽板和第七屏蔽板，第六屏蔽板与第八屏蔽板之间的间隙用于上磁屏蔽结构的伸入。本实施例中第二屏蔽板、第八屏蔽板、第四屏蔽板、第六屏蔽板沿水平方向依次交错重叠排布，且相互之间均留有一定的运动间隙，并不相互接触，以避免该微动装置在运动过程中上磁屏蔽结构和下磁屏蔽结构相互接触而影响运动和定位精度，示例性地，第二屏蔽板、第八屏蔽板、第四屏蔽板和第六屏蔽板的厚度均为0.5mm～2mm，第二屏蔽板、第八屏蔽板、第四屏蔽板和第六屏蔽板相互之间的运动间隙均为0.5mm～2mm。当然，在其它实施例中上磁屏蔽结构也可以包括一个、三个、四个，甚至更多个上磁屏蔽件，下磁屏蔽结构可以包括一个、三个、四个，甚至更多个下磁屏蔽件，并不以本实施例为限。需要说明的是，本实施例的六自由度微动装置在真空环境下操作，因此能够隔绝空气及灰尘的干扰，上述运动间隙不会被微尘颗粒堵塞。

图4是本发明实施例所涉及的各音圈电机的布局及出力方向示意图。如图4所示，本实施例可选地，运动板201、上磁屏蔽结构、连接板301和下磁屏蔽结构均呈等边三角形结构，且等边三角形结构的三个角处均设有倒角；第一水平音圈电机51、第二水平音圈电机52和第三水平音圈电机53分别设于下磁屏蔽结构靠近其三个倒角的位置；第一垂向音圈电机54、第二垂向音圈电机55和第三垂向音圈电机56分别设于下磁屏蔽结构靠近其三个倒角的位置。当然，在其它实施例中，第一水平音圈电机51、第二水平音圈电机52和第三水平音圈电机53也可以分别设于等边三角形三条边的靠近中间位置，第一垂向音圈电机54、第二垂向音圈电机55和第三垂向音圈电机56也可以分别设于等边三角形三条边的靠近中间位置，同样能实现六自由度的微动，并不以本实施例为限。优选地，本实施例的第二方向为X向，第一方向和第三方向关于Y轴对称设置，也就是说第一水平音圈电机51的出力方向与X轴呈120°夹角，第二水平音圈电机52的出力方向为平行于X轴，第三水平音圈电机53的出力方向也与X轴呈120°夹角。该微动装置基于洛伦兹原理工作，当第一水平音圈电机51和第三水平音圈电机53通电产生的洛伦兹力F1和F3，出力方向同时为同正或同负方向时（规定图4中F方向为正），两者沿X方向的分力叠加，沿Y方向的分力抵消，且两者沿X方向叠加的分力与第二水平音圈电机52通电产生的洛伦兹力F2方向相同，此时微动装置能实现沿X方向的运动。当第一水平音圈电机51和第三水平音圈电机53通电产生的洛伦兹力F1和F3，出力方向同时为不同方向时（规定图4中F方向为正），两者沿X方向的分力抵消，沿Y方向的分力叠加，且第二水平音圈电机52不通电时，微动装置能实现沿Y方向的运动。当第一垂向音圈电机54、第二垂向音圈电机55和第三垂向音圈电机56三者通电产生同方向洛伦兹力Fz时，微动装置能实现沿Z方向的运动。当图4中第一垂向音圈电机54和第三垂向音圈电机56通电产生的洛伦兹力Fz方向和大小均相同，第二垂向音圈电机55通电产生相反方向洛伦兹力Fz时，微动装置能实现Rx方向的运动（即绕X轴转动）。当图4中第一垂向音圈电机54和第三垂向音圈电机56通电产生的洛伦兹力Fz方向不同，且第二垂向音圈电机55不通电时，微动装置能实现Ry方向运动（即绕Y轴转动）。如图4所示，当第一水平音圈电机51和第三水平音圈电机53通电产生的洛伦兹力F1和F3，出力方向同时为同正或同负方向时（规定图4中F方向为正），两者沿X方向的分力叠加，沿Y方向的分力抵消，且两者沿X方向叠加的分力与第二水平音圈电机52通电产生的洛伦兹力F2方向相反时，微动装置能实现Rz方向运动（即绕Z轴转动），由此，本实施例微动装置实现了六自由度方向的精确运动。

图5是本发明实施例所涉及的第二水平音圈电机52的XY截面结构剖视图，如图5所示，本实施例的第二水平音圈电机52包括至少一层电机磁屏蔽结构、电机背铁502、磁体组件、磁钢连接块504和线圈组件，电机磁屏蔽结构环绕外周设置且将电机背铁502、磁体组件、磁钢连接块504和线圈组件包围在内部。本实施例中，电机磁屏蔽结构可以设置为单层，也可以设置为多层；若设置为多层，则各层电机磁屏蔽结构之间间隔一定的间隙，通过设置多层电机磁屏蔽结构，能够大大提高磁屏蔽效果。每层电机磁屏蔽结构可以是一体式的也可以是便于安装的分体式的，如图3和图5所示，本实施例优选地，电机磁屏蔽结构是分体式的，包括第一电机磁屏蔽结构501a和第二电机磁屏蔽结构501b，其中，第一电机磁屏蔽结构501a为一端开口的半包围结构，第二电机磁屏蔽结构501b设置于第一电机磁屏蔽结构501a的两侧。本实施例的电机磁屏蔽结构的材料优选高磁导率材料，更优选为坡莫合金材料或高导磁合金材料。继续参考图5，第二水平音圈电机52设置有间隔相对且平行的两层电机背铁502，且两层电机背铁502分别通过连接件连接于电机磁屏蔽结构内；连接件具体包括设置于电机背铁502外周的第一连接件506a、第二连接件506b和第三连接件506c，分别用于将电机背铁502固定于电机磁屏蔽结构内；如此设置，结构简单，方便组装，且能使电机磁屏蔽结构与电机背铁502之间保持间隙。电机背铁502是电机漏磁的第一重屏蔽结构，为了减小电机永磁体的漏磁，电机背铁502厚度比较厚，至少应在电机永磁体厚度的2倍以上。通过上述设置，使得本实施例的微动装置形成了三重磁防护结构，即：第一重磁防护结构为电机背铁502，第二重磁防护结构为电机本身设置的电机磁屏蔽结构，第三重磁防护结构为设置于整个驱动组件50外部的上磁屏蔽结构和下磁屏蔽结构，从而大大提高了该微动装置的磁屏蔽效果，其漏磁可达nT量级。

本实施例中，磁体组件和线圈组件的其中一个可作为音圈电机的固定部，其中另一个作为音圈电机的运动部。优选地，本实施例的磁体组件为音圈电机的运动部，线圈组件为音圈电机的固定部，即磁体组件与上磁屏蔽结构固定连接，线圈组件与下磁屏蔽结构连接。本实施例的磁体组件连接于电机背铁502上，磁体组件包括电机磁钢阵列503，本实施例的电机磁钢阵列503具体为两组halbach阵列（海尔贝克阵列），两组halbach阵列分别设置于两层电机背铁502上，其中一组halbach阵列包括沿X轴正方向依次设置的第一主永磁体503a、第二附永磁体503d、第二主永磁体503c、第一附永磁体503b和第一主永磁体503a；另一组halbach阵列包括沿X轴正方向依次设置的第一主永磁体503a、第一附永磁体503b、第二主永磁体503c、第二附永磁体503d和第一主永磁体503a；上述两组halbach阵列中，第二主永磁体503c沿X方向的宽度尺寸大于第一主永磁体503a沿X方向的宽度尺寸，且第一主永磁体503a沿X方向的宽度尺寸分别大于第一附永磁体503b沿X方向的宽度尺寸，以及第二附永磁体503d沿X方向的宽度尺寸。优选地，第二主永磁体503c沿X方向的宽度为第一主永磁体503a沿X方向的宽度的2倍。上述各主永磁体和附永磁体粘接在电机背铁502上；上述两组halbach阵列中，一组halbach阵列中依次设置的第一主永磁体503a、第二主永磁体503c、第一主永磁体503a，分别与另一组halbach阵列中依次设置的第一主永磁体503a、第二主永磁体503c、第一主永磁体503a一一对应。本实施例采用halbach阵列结构一是可以增加音圈电机的出力，二是可以减小音圈电机永磁体在电机背铁502上的漏磁。进一步地，本实施例的磁钢连接块504设置于两组halbach阵列的两端，且磁钢连接块504连接两层电机背铁502，从而构成第二水平音圈电机52的磁场。较优地，本实施例的磁钢连接块504的截面呈U型。

图6是本发明实施例所涉及的第二水平音圈电机52的电磁力驱动磁路XY截面结构剖视图。继续参考图5和图6，线圈组件包括设置于两组halbach阵列之间的动子支撑架505a，及依次设置于动子支撑架505a上的第一线圈505b和第二线圈505c，第一线圈505b和第二线圈505c设在XZ平面上，本实施例优选通过环氧树脂将上述支撑架505a、第一线圈505b和第二线圈505c整体灌封形成整个线圈组件。本实施例可选地，第一线圈505b和第二线圈505c均呈跑道型结构，在Z方向上任意伸长，从图6的XY截面剖视图看，第一线圈505b与第二线圈505c的电流方向相反，一个为顺时针，另一个为逆时针，从而保证第一线圈505b、第二线圈505c的相邻边的电流方向相同，例如：第一线圈505b位于跑道左侧的部分与左侧第一主永磁体503a的位置和大小相对应，其电流方向沿Z轴负方向（即垂直于纸面向内）；第一线圈505b位于跑道右侧的部分、以及第二线圈505c位于跑道左侧的部分与第二主永磁体503c的位置和大小相对应，其电流方向沿Z轴正方向（即垂直于纸面向外）；第二线圈505c位于跑道右侧的部分与右侧第一主永磁体503a的位置和大小相对应，其电流方向沿Z轴负方向（即垂直于纸面向内）。如图6所示，上述两组halbach阵列中，互相平行且间隔对应的主永磁体的充磁方向一致，互相平行且间隔对应的附永磁体的充磁方向相反，即第一主永磁体503a充磁方向为Y轴负方向，第二主永磁体503c充磁方向为Y轴的正方向，第一附永磁体503b充磁方向为X轴正方向，第二附永磁体503d充磁方向为X轴负方向。本实施例中，第一线圈505b和第二线圈505c通电产生的电磁场方向相反，可以通过电机背铁502形成一个新的磁回路，从而减小电励磁产生磁场的漏磁。进一步地，本实施例的第二水平音圈电机52还包括设置于动子支撑架505a和磁体组件之间的电机冷却板507，设置于第一下磁屏蔽件304上的电机线圈固定件508，以及电机密封板509，其中电机冷却板507用于对电机冷却，电机线圈固定件508用于固定相应音圈电机的线圈，电机密封板509用于对电机进行密封；电机线圈固定件508与电机密封板509将电机冷却板507固定在动子支撑架505a上，电机线圈固定件508上设置有对外的安装接口，同时设置有冷却水的进出水口。

本实施例中，第一水平音圈电机51和第三水平音圈电机53的结构均与第二水平音圈电机52的结构相同，只需调整本发明音圈电机的方向即可，本实施例不再赘述。优选地，本实施例第二水平音圈电机52与第一水平音圈电机51、第三水平音圈电机53的充磁方向的夹角为60度或120度。

进一步地，图7是本发明实施例所涉及的第二垂向音圈电机55的YZ截面结构剖视图，图8是本发明实施例所涉及的第二垂向音圈电机55的电磁力驱动磁路YZ截面结构剖视图。参考图7-图8，本实施例的第二垂向音圈电机55相对于第二水平音圈电机52而言，除包括若干层电机磁屏蔽结构501、电机背铁502、磁体组件、磁钢连接块504和线圈组件外，还包括磁浮补偿单元。具体而言，本实施例第二垂向音圈电机55的磁体组件包括沿Y向间隔相对设置互相平行的两组halbach阵列，其中一组halbach阵列包括沿Z轴正方向依次设置的第一主永磁体503a、第一附永磁体503b、第二主永磁体503c、第二附永磁体503d和第一主永磁体503a；另一组halbach阵列包括沿Z轴正方向依次设置的第一主永磁体503a、第二附永磁体503d、第二主永磁体503c、第一附永磁体503b和第一主永磁体503a；上述两组halbach阵列中，第二主永磁体503c沿Z方向的宽度尺寸大于第一主永磁体503a沿Z方向的宽度尺寸，且第一主永磁体503a沿Z方向的宽度尺寸分别大于第一附永磁体503b沿Z方向的宽度尺寸，以及第二附永磁体503d沿Z方向的宽度尺寸。优选地，第二主永磁体503c沿Z方向的宽度为第一主永磁体503a沿Z方向的宽度的2倍。上述各主永磁体和附永磁体粘接在电机背铁502上；上述两组halbach阵列中，一组halbach阵列中依次设置的第一主永磁体503a、第二主永磁体503c、第一主永磁体503a，分别与另一组halbach阵列中依次设置的第一主永磁体503a、第二主永磁体503c、第一主永磁体503a一一对应。本实施例采用halbach结构一是可以增加音圈电机的出力，二是可以减小音圈电机永磁体在电机背铁502上的漏磁。进一步地，本实施例的磁钢连接块504设置于两组halbach阵列的两端，且磁钢连接块504连接两层电机背铁502，从而构成第二垂向音圈电机55的磁场。优选地，本实施例的磁钢连接块504的截面呈U型。

继续参考图7和图8，第二垂向音圈电机55的线圈组件包括设置于上述两组halbach阵列之间的动子支撑架505a，及设置于动子支撑架505a上的第一线圈505b、第二线圈505c、第一补偿永磁体505d和第二补偿永磁体505e，通过环氧树脂将上述各结构整体灌封形成整个线圈组件。本实施例可选地，第一线圈505b和第二线圈505c设在XZ平面上，第一线圈505b和第二线圈505c均呈跑道型结构，在X方向上任意伸长，从图8的YZ截面剖视图看，第一线圈505b位于跑道两侧的电流方向相反，第二线圈505c位于跑道两侧的电流方向相反，并且各自在同一永磁体表面的线圈电流方向相同，例如：第一线圈505b位于跑道左侧的部分与左侧的第一主永磁体503a的位置和大小相对应，其电流方向沿X轴正方向（即垂直于纸面向内）；第一线圈505b位于跑道右侧的部分、以及第二线圈505c位于跑道左侧的部分与第二主永磁体503c的位置和大小相对应，其电流方向沿X轴负方向（即垂直于纸面向外）；第二线圈505c位于跑道右侧的部分与右侧的第一主永磁体503a的位置和大小相对应，其电流方向沿X轴正方向（即垂直于纸面向内）。如图8所示，上述两组halbach阵列中，互相平行且间隔对应的主永磁体的充磁方向一致，互相平行且间隔对应的附永磁体充磁方向相反，即第一主永磁体503a充磁方向为Y轴负方向，第二主永磁体503c充磁方向为Y轴的正方向，第一附永磁体503b充磁方向为Z轴正方向，第二附永磁体503d充磁方向为Z轴负方向，且第二主永磁体503c比第一永磁体503a宽度要大，一般为其2倍宽度。如此设置使得，第一线圈505b与第二线圈505c的电流方向相反，第一线圈505b和第二线圈505c通电产生的电磁场方向相反，可以通过电机背铁502形成一个新的磁回路，从而减小电励磁产生磁场的漏磁。第一补偿永磁体505d安装在第一线圈505b的跑道中空处，第二补偿永磁体505e安装在第二线圈505c的跑道中空处，第一补偿永磁体505d和第二补偿永磁体505e的充磁方向相反，具体地，第一补偿永磁体505d充磁方向为Y轴的负方向，第二补偿永磁体505e的充磁方向为Y轴的正方向。第一补偿永磁体505d和第二补偿永磁体505e与磁体组件的两组halbach阵列相互作用，形成沿Z轴正向的磁浮力，从而能补偿微动装置的负载重量。

本实施例中，第一垂向音圈电机54、第三垂向音圈电机56的结构均与第二垂向音圈电机55的结构相同，只需调整方向即可，本实施例不再赘述。

图11是本发明实施例所涉及的六自由度微动装置的重力补偿曲线图，其中横坐标为运动组件20沿Z方向的位置，零位为运动组件20在初始状态的位置，纵坐标为重力补偿力的大小。本实施例通过第一垂向音圈电机54、第二垂向音圈电机55和第三垂向音圈电机56均采用双磁浮结构，能补偿该六自由度微动装置及负载的95%以上的重力，有效减小了各垂向音圈电机的发热。

进一步地，本实施例的六自由度微动装置还包括硅片升降机构40，硅片升降机构40固定于下磁屏蔽结构上，硅片升降机构40优选由压电陶瓷电机驱动，具有沿Z向和Rz方向的运动功能，能够实现硅片的快速上下往复运动和硅片小角度转动调整功能。具体地，如图2所示，硅片升降机构40包括支撑架，支撑架与压电陶瓷电机的输出端连接，从而能够在压电陶瓷电机的驱动下实现沿Z向和Rz方向的运动；压电陶瓷电机可固定于第一下磁屏蔽件304上。需要说明的是，本实施例的硅片升降机构40的运动和运动组件20的六自由度微动是相互独立的过程，两者的操作互不干涉，其中硅片升降机构40用于承接或顶出硅片，并带动硅片实现小幅度运动，而不会对运动板201和硅片承载台10的六自由度微动造成影响。进一步地，支撑架沿圆周方向均布有三个延伸臂402，三个延伸臂402的端部分别设有卡爪401；硅片承载台10上对应三个卡爪401的位置设有三个圆形的第一通孔101，运动板201上对应三个卡爪401的位置设有三个第二通孔2011，第一上磁屏蔽件202上对应三个卡爪401的位置设有三个第三通孔2021，上磁屏蔽件连接件203上对应三个卡爪401的位置设有三个第四通孔2031，第二上磁屏蔽件204上对应三个卡爪401的位置设有三个第五通孔2041，卡爪能依次穿过第五通孔2041、第四通孔2031、第三通孔2021、第二通孔2011和第一通孔101，并能与硅片相接触，以将硅片放置于硅片承载台10的合适位置。本实施例中各通孔的直径均大于卡爪的直径，以实现支撑架沿Rz方向的小角度转动。本实施例的具体工作原理为：当待加工的硅片移动至该微动装置的上方时，硅片升降机构40驱动卡爪401沿Z轴上移，并伸出硅片承载台10，通过卡爪401承接待加工的硅片并调整硅片的角度，然后硅片升降机构40驱动卡爪401沿Z轴下移，从而将硅片放置于硅片承载台10上；加工时，通过驱动组件50驱动运动组件20和硅片承载台10同步运动，从而带动硅片实现六自由度的微动；加工完成后，硅片升降机构40驱动卡爪401沿Z轴上移，将硅片顶出，此时机械手可将加工完成的硅片取出。

图9是本发明实施例提供的六自由度微动装置的漏磁云图，从图9中可以看出，硅片表面的整体磁场强度在2.6nT以下，磁场屏蔽效果明显。图10是本发明实施例所涉及的双线圈式平板音圈电机与现有音圈电机的漏磁对比图，其中横坐标表示距离，初始零位为距离音圈电机表面50mm处，纵坐标表示漏磁量。图中曲线S1为本专利提供的双线圈式平板音圈电机的漏磁情况，曲线S2为现有技术中音圈电机的漏磁情况，从图中可以看出，采用本专利的双线圈式平板音圈电机，漏磁明显小于现有音圈电机结构，约能减小漏磁20%以上。

本实施例还提供一种电子束装备，包括上述的六自由度微动装置，该电子束装备能够为硅片提供六自由度的精密运动，并减小电机漏磁，使硅片表面位置的漏磁能达到nT量级。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种六自由度微动装置，其特征在于，包括：

硅片承载台（10），用于承载硅片；

运动组件（20），包括运动板（201）和上磁屏蔽结构，所述运动板（201）位于所述硅片承载台（10）的下方，所述上磁屏蔽结构固定于所述运动板（201）的底部，且所述上磁屏蔽结构的开口朝下；

固定组件（30），包括连接板（301）和下磁屏蔽结构，所述连接板（301）固定于所述下磁屏蔽结构的底部，且所述下磁屏蔽结构的开口朝上，所述下磁屏蔽结构与所述上磁屏蔽结构配合形成磁屏蔽空间；

驱动组件（50），设置于所述磁屏蔽空间内且固定于所述下磁屏蔽结构的边缘位置，所述驱动组件（50）包括沿第一方向设置的第一水平音圈电机（51）和第一垂向音圈电机（54），沿第二方向设置的第二水平音圈电机（52）和第二垂向音圈电机（55），以及沿第三方向设置的第三水平音圈电机（53）和第三垂向音圈电机（56），所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向在水平面内呈三角形布局；所述第一水平音圈电机（51）、所述第二水平音圈电机（52）、所述第三水平音圈电机（53）、所述第一垂向音圈电机（54）、所述第二垂向音圈电机（55）和所述第三垂向音圈电机（56）均设置有能够相对运动的固定部和运动部，所述固定部与所述下磁屏蔽结构连接，所述运动部与所述上磁屏蔽结构连接；所述第一水平音圈电机（51）、所述第二水平音圈电机（52）、所述第三水平音圈电机（53）、所述第一垂向音圈电机（54）、所述第二垂向音圈电机（55）和所述第三垂向音圈电机（56）均采用双线圈式平板音圈电机。

2.根据权利要求1所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述上磁屏蔽结构包括第一上磁屏蔽件（202）、上磁屏蔽件连接件（203）和第二上磁屏蔽件（204），所述第一上磁屏蔽件（202）间隔套设于所述第二上磁屏蔽件（204）外，所述上磁屏蔽件连接件（203）固定连接于所述第一上磁屏蔽件（202）和所述第二上磁屏蔽件（204）之间；

所述下磁屏蔽结构包括第一下磁屏蔽件（304）、下磁屏蔽件连接件（303）和第二下磁屏蔽件（302），所述第二下磁屏蔽件（302）间隔套设于所述第一下磁屏蔽件（304）外，所述下磁屏蔽件连接件（303）固定连接于所述第一下磁屏蔽件（304）和所述第二下磁屏蔽件（302）之间。

3.根据权利要求2所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述第一上磁屏蔽件（202）包括第一屏蔽板和第二屏蔽板，所述第一屏蔽板沿水平方向设置，所述第二屏蔽板由所述第一屏蔽板的外周垂直向下延伸；所述第二上磁屏蔽件（204）包括第三屏蔽板和第四屏蔽板，所述第三屏蔽板沿水平方向设置，所述第四屏蔽板由所述第三屏蔽板的外周垂直向下延伸；

所述第一下磁屏蔽件（304）包括第五屏蔽板和第六屏蔽板，所述第五屏蔽板沿水平方向设置，所述第六屏蔽板由所述第五屏蔽板的外周垂直向上延伸；所述第二下磁屏蔽件（302）包括第七屏蔽板和第八屏蔽板，所述第七屏蔽板沿水平方向设置，所述第八屏蔽板由所述第七屏蔽板的外周垂直向上延伸；

所述第二屏蔽板、所述第八屏蔽板、所述第四屏蔽板和所述第六屏蔽板沿水平方向依次交错重叠排布，且相互之间留有运动间隙而互不接触。

4.根据权利要求3所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述第二屏蔽板、所述第八屏蔽板、所述第四屏蔽板和所述第六屏蔽板的厚度均为0.5mm～2mm。

5.根据权利要求3所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述第二屏蔽板、所述第八屏蔽板、所述第四屏蔽板和所述第六屏蔽板相互之间的运动间隙为0.5mm～2mm。

6.根据权利要求2所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述运动板（201）、所述上磁屏蔽件连接件（203）、所述下磁屏蔽件连接件（303）和所述连接板（301）均采用高导电率材料；所述第一上磁屏蔽件（202）、所述第二上磁屏蔽件（204）、所述第一下磁屏蔽件（304）和所述第二下磁屏蔽件（302）均采用高导磁率材料。

7.根据权利要求1所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述运动板（201）、所述上磁屏蔽结构、所述连接板（301）和所述下磁屏蔽结构均呈等边三角形结构，且所述等边三角形结构的三个角处均设有倒角；所述第一水平音圈电机（51）、所述第二水平音圈电机（52）和所述第三水平音圈电机（53）分别设于所述下磁屏蔽结构靠近其三个倒角的位置或者分别设于等边三角形三条边的靠近中间位置，所述第一垂向音圈电机（54）、所述第二垂向音圈电机（55）和所述第三垂向音圈电机（56）分别设于所述下磁屏蔽结构靠近其三个倒角的位置或者分别设于等边三角形三条边的靠近中间位置。

8.根据权利要求1所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述第一水平音圈电机（51）、所述第二水平音圈电机（52）、所述第三水平音圈电机（53）、所述第一垂向音圈电机（54）、所述第二垂向音圈电机（55）和所述第三垂向音圈电机（56）均包括：

至少一层电机磁屏蔽结构；

间隔相对且平行设置的两层电机背铁（502），两层所述电机背铁（502）连接于所述电机磁屏蔽结构内；

磁体组件，连接于两层所述电机背铁（502）内，所述磁体组件包括两组间隔相对设置且互相平行的halbach阵列，两组所述halbach阵列分别设置于两层所述电机背铁（502）上，其中一组halbach阵列包括依次设置的第一主永磁体（503a）、第一附永磁体（503b）、第二主永磁体（503c）、第二附永磁体（503d）和第一主永磁体（503a），另一组halbach阵列包括依次设置的第一主永磁体（503a）、第二附永磁体（503d）、第二主永磁体（503c）、第一附永磁体（503b）和第一主永磁体（503a），所述第二主永磁体（503c）的宽度大于所述第一主永磁体（503a）的宽度；两组所述halbach阵列中，其中一组所述halbach阵列中依次设置的所述第一主永磁体（503a）、所述第二主永磁体（503c）、所述第一主永磁体（503a），分别与另一组所述halbach阵列中依次设置的所述第一主永磁体（503a）、所述第二主永磁体（503c）、所述第一主永磁体（503a）一一对应；

磁钢连接块（504），设置于所述磁体组件的端部，所述磁钢连接块（504）连接两层所述电机背铁（502）；

线圈组件，包括设置于两组所述halbach阵列之间的动子支撑架（505a），及设置于所述动子支撑架（505a）上的第一线圈（505b）和第二线圈（505c），所述第一线圈（505b）和所述第二线圈（505c）均呈跑道型结构，所述第一线圈（505b）与所述第二线圈（505c）的相邻线圈边内的电流方向相同，整个所述第一线圈（505b）与整个所述第二线圈（505c）的电流方向相反；

所述磁体组件和所述线圈组件的其中一个为所述固定部，其中另一个为所述运动部。

9.根据权利要求8所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述第一线圈（505b）位于其跑道一侧的部分与所述halbach阵列一端的所述第一主永磁体（503a）的位置和大小相对应；所述第一线圈（505b）位于其跑道另一侧的部分、以及所述第二线圈（505c）位于其跑道一侧的部分为相邻线圈边且电流方向相同，并且与所述第二主永磁体（503c）的位置和大小相对应；所述第二线圈（505c）位于其跑道另一侧的部分与所述halbach阵列另一端的所述第一主永磁体（503a）的位置和大小相对应。

10.根据权利要求9所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述第一垂向音圈电机（54）、所述第二垂向音圈电机（55）和所述第三垂向音圈电机（56）还包括设置于所述动子支撑架（505a）上的磁浮补偿单元，所述磁浮补偿单元包括第一补偿永磁体（505d）和第二补偿永磁体（505e），所述第一补偿永磁体（505d）和所述第二补偿永磁体（505e）的充磁方向相反，所述第一补偿永磁体（505d）安装在所述第一线圈（505b）的跑道中空处，所述第二补偿永磁体（505e）安装在所述第二线圈（505c）的跑道中空处，所述第一补偿永磁体（505d）和所述第二补偿永磁体（505e）与所述磁体组件的两组所述halbach阵列相互作用，用以形成沿Z轴正向的磁浮力。

11.根据权利要求2所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述六自由度微动装置还包括硅片升降机构（40），所述硅片升降机构（40）固定于下磁屏蔽结构上，部分所述硅片升降机构（40）能依次穿过所述第二上磁屏蔽件（204）、上磁屏蔽件连接件（203）、第一上磁屏蔽件（202）及运动板（201），并能穿出所述硅片承载台（10），所述硅片升降机构（40）用于驱动硅片沿Z向和Rz方向运动。

12.根据权利要求11所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述硅片升降机构（40）包括支撑架，所述支撑架沿圆周方向均布有若干延伸臂（402），每个所述延伸臂（402）的端部均设有一个卡爪（401）；所述硅片承载台（10）、所述运动板（201）、所述第一上磁屏蔽件（202）、所述上磁屏蔽件连接件（203）和所述第二上磁屏蔽件（204）上均设有与所述卡爪（401）相配合的通孔，各所述通孔的径向尺寸均大于对应的所述卡爪的径向尺寸。

13.根据权利要求11所述的六自由度微动装置，其特征在于，所述硅片升降机构（40）由压电陶瓷电机驱动。

14.一种电子束装备，其特征在于，包括如权利要求1-13任一项所述的六自由度微动装置。

Images