本发明专利技术提出一种静电微电机包括转子和定子。转子包括一段薄壁圆柱和一段空心圆柱，转子的材料为金属。转子与定子同轴并包覆定子，二者之间具有空气层。定子包括大于两个的偶数个互相绝缘的金属导体，这些金属导体以定子的轴线为中心对称。定子的外表面具有电介质层。其中顺序地在一组相对的金属导体上加极性相反大小相等的电压，定子和转子之间产生静电场，转子在静电场的电场力的作用下发生变形，随着电场方向的转变，转子跟随电场旋转方向缓慢转动。本发明专利技术所揭露的微电机采用了径向和轴向磁浮轴承，微电机的轴运转平稳、无机械摩擦。利用了谐波传动原理，输出转速低、扭矩大，能够满足微小角度的旋转，可以用于光刻装置中元件位置的微调整操作。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种静电微电机，且特别涉及用于光刻装置中元件微调整操作 的一种静电啮合微电机。
技术介绍
微电子技术的巨大成功在许多领域引发了一场微小型化革命，以加工微米/纳米结构和系统为目的的微米/纳米技术在此背景下应运而生。自1987年由加州 大学伯克利分校科学家研制首台静电微电机以来,微电机随着MEMS加工工艺、 方法的突破取得了长足发展。静电微电机因其与集成电路(integrate circuit, IC)兼容、驱动力与体积比 极高；电场力通过施加电压来获得，易于控制；无直流功耗、能量利用率高等 诸多优点，成为研究重点。另外，随着尺寸的减小，静电力表现出比机械力和 电磁力更明显的优势。专利技术人查阅目前的文献资料，由Sarros发表的Investigation of cylindrical and conical electrostatic wobble micromotors, 以下简称Sarros ， 比较了圆柱式和圆锥 式两类静电微电机，其转子均做行星运动并在圓柱或圆锥形定子空腔内滚动。 该设计的主要优点体现在电机转子的几何形状和滚动使间隙很小，而且准确， 稳定。静电力越过间隙起作用并有很大的力量作用在转子上。电机结构紧凑而 且具有良好的动力性能。在Sarros所提出的技术方案中，圓柱或圆锥式静电电机通过定子和转子之 间的静电吸力相作用，然而，其转子和定子之间存在滚动摩擦，容易损失静电 能，同时输出轴存在摆动，对直接输出扭矩造成障碍。中国公开号为CN 1829064A的专利技术'给出了一种静电悬浮的可变电容式微静 电电机，转子3在上下定子4， 5、内外定子2， 3形成的悬浮空间内运动，利用 转子上的凸极和定子上的驱动电极施加转矩。上述这个专利技术所提出的静电微电机结构复杂，不便于加工和装配，转子在 封闭的环形空腔内旋转，同样不利于扭矩输出。在一些特殊场合，比如光刻装置的镜片调节系统中，镜片的调节幅度非常 微小，当驱动电机具有摆动、或者转动幅度不易控制的时候，会对整个光刻装 置的对准造成误差。
技术实现思路
本专利技术提出一种应用于光刻装置中元件微调整操作的微电机，能够解决上 述问题。为了达到上述目的，本专利技术提出一种静电微电机，包括转子和定子。转子 包括一段薄壁圆柱和一段空心圆柱，转子的材料为金属。转子与定子同轴并包 覆定子，转子和定子之间具有空气层。定子包括大于两个的偶数个互相绝缘的 金属导体，这些金属导体以定子的轴线为中心对称。定子的外表面具有电介质 层。其中，分别顺序地在一组相对的金属导体上加极性相反大小相等的电压， 定子和转子之间产生静电场，转子在静电场的电场力的作用下发生变形，随着 电场方向的转变，转子跟随电场旋转方向而緩慢转动。可选的，静电微电机还包括轴，与转子同轴，与空心圆柱紧配合，当转子 转动时，转子带动轴转动。可选的，静电微电机还包括与转子^]轴的绝缘罩，在转子之外包覆转子； 上端盖，在轴向方向盖住绝缘罩的顶端； 径向磁浮轴承转子，固定在轴上；径向磁浮轴承定子，固定在绝缘罩上，径向磁浮轴承定子利用电磁力在径 向上对轴实现悬浮；轴向磁浮轴承转子，固定在轴上；以及轴向磁浮轴承定子，固定在上端盖上，轴向磁浮轴承定子利用电磁力在轴 向上对轴实现悬浮。可选的，其中静电微电机用于调整光刻装置中的元件，转子连接至元件， 从而驱动元件进行位置上的孩t调。可选的，其中光刻装置的元件是^;片、晶片台或激光源。可选的，其中静电微电机的传动比为r —S其中，r是转子的内径，S是定子的外径。本专利技术提出的微电机通过使用定子中静电场的转动，令作为转子的薄壁圆 柱上有电场力的作用，达到定子与转子之间的静电啮合，从而转子能够随着定 子上电场方向的转动向相同方向进行传动比较大的转动。本专利技术所揭露的微电机采用了径向和轴向磁浮轴承，微电机的轴运转平稳、 没有晃动，无机械摩擦。利用了谐波传动原理，输出转速低、扭矩大，能够满 足微小角度的旋转，可以用于光刻装置中元件位置的微调整操作。附图说明图l是先前技术中静电微电机的结构示意图2是本专利技术的静电微电机结构的纵向剖面示意图3是本专利技术的静电微电机结构的水平向剖面示意图4a 4f是本专利技术中静电微电机的静电啮合作动原理示意图。具体实施例方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。图2是本专利技术的静电微电机结构的纵向剖面示意图，图3是本专利技术的静电 微电机结构的水平向剖面示意图。请结合参考图2和图3。本专利技术提供的静电微电机包括转子10、绝缘罩20、定子30、下端盖40、 径向磁浮轴承定子50、径向i兹浮轴承转子60、轴向/P兹浮轴承定子70、轴80、 轴向磁浮轴承转子90和上端盖100，这些元件在静电微电机中均为同轴。传动的转子10包括一段内径为r、壁厚为h，有效变形长度为1的薄壁圆柱， 其材料可以为铝等容易变形的金属，转子10与定子30之间是厚度为t的薄层空气定子30与转子10同轴，被包覆于转子10之内，定子30与转子10之间为 空气层。定子30包括空气层之内的偶数个用来在不同时刻顺序施加极性相反大小相等电压的互相绝缘的金属导体。这些金属导体以定子30的轴为中心对称。 它们的外壁需经过阳极氧化处理，以获得一层很薄的电介质层。定子30外径为 S。绝缘罩20为微电机的外表面，上端盖100在轴向方向盖住绝缘罩20、定子 30、转子10的顶端。下端盖40在轴向方向盖住定子30和绝缘罩20。转子10还包括半径为r,紧配合于轴80上的空心圆柱，当转子10转动时， 带动轴80转动，从而输出力矩。径向磁浮轴承转子60与径向磁浮轴承定子50在径向对转子10实现悬浮， 轴向磁浮轴承转子卯与轴向^P兹浮轴承定子70在轴向对转子10实现悬浮。径向 和轴向磁浮轴承均为非接触式磁浮轴承。径向磁浮轴承转子60固定在轴80上，通过控制径向磁浮轴承定子50励磁 绕组中的电流，可以控制转子10不同+向上所承受的径向电磁力，实现转子在 径向悬浮。轴向磁浮轴承转子90固定在轴80上，通过控制固定在上端盖100上的轴 向磁浮轴承定子70励磁绕组中的电流，可以控制转子10所受的轴向电磁力， 以平衡转子10的重力，从而实现转子在轴向悬浮。同时，还可以增加一组轴向磁浮轴承定子，并保持其与轴向磁浮轴承定子 70关于轴向磁浮轴承转子90上下对称，实现更加稳定的轴向悬浮。径向磁浮轴 承转子60和轴向磁浮轴承转子90均采用超薄低损耗电工钢片叠压制成，故轴 80上可以无槽。如图3所示，在定子30的两个相对的对称角度上施加极性相反大 小相等的电压后，转子10的表面会产生一定的感应电荷，于是在定子30和转 子10之间形成静电场，所产生的电场力如图3中箭头所示。在静电场力的作用 下，转子IO的薄壁圆柱必然会发生一定的变形。图4a 4f是本专利技术中静电微电机的静电啮合作动原理示意图。 将电压沿顺时针方向分别依序施加于定子30上不同的相对应的两个扇区 内，则转子IO会在相应的位置发生变形。用转子IO上某一固定点A来表示转 子10的转动方向。由于电场力的作用，转子IO在相应的位置发生变形，转子 10的薄壁圓柱向定子30靠近，如同与定子30的外表面啮合。当定子30上的不同区域分别依次加电压，转子10的薄壁圓柱也就依次啮合于定子30的外本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种静电微电机，其特征是，包括： 转子，包括一段薄壁圆柱和一段空心圆柱，所述转子的材料为金属；以及 定子，与所述转子同轴并被包覆于所述转子之内，所述定子和所述转子之间具有空气层，所述定子包括大于两个的偶数个互相绝缘的金属导体，这 些金属导体以定子的轴线为中心对称，所述定子的外表面具有电介质层， 其中，分别顺序地在一组相对的金属导体上加极性相反大小相等的电压，所述定子和所述转子之间产生静电场，所述转子在所述静电场的电场力的作用下发生变形，随着所述静电场方向的转变 ，所述转子跟随电场旋转方向而缓慢转动。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：秦磊，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。