一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電的製造方法
2023-12-03 19:06:01 1
一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電的製造方法
【專利摘要】一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機，主要應用於半導體光刻設備中。所述的動鐵式磁浮平面電機含有動子、定子、載物臺、真空罩和真空泵。動子含有永磁體陣列，永磁體陣列與載物臺連接在一起；定子含有通電線圈陣列和基座，通電線圈陣列設置在基座上，永磁體陣列懸浮於通電線圈陣列1正上方，並與所述的通電線圈陣列留有間隙；所述的動子和載物臺設置在真空罩內部；所述真空罩與基座密封連接。本實用新型不僅具有結構簡單、緊湊、質心驅動、微動臺動子慣量小等特點，而且由於將動子和載物臺設置在真空罩內，從而在極紫外光刻時，避免了磁浮平面電機的灌封膠釋放的一些氣體對光刻產生的影響。
【專利說明】—種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種磁浮工作檯，尤其涉及一種六自由度磁浮工作檯，主要應用於半導體光刻設備中，屬於超精密加工和檢測設備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]具有高精度和快速響應的微動工作檯在現代製造技術中具有極其重要的地位，被視為一個國家高技術發展水平的重要標誌。在超精密工具機中，超精密微動工作檯用於對進給系統進行誤差補償，實現超精密加工；在大規模集成電路製造中，超精密微動工作檯用於光刻設備中進行微定位和微進給；在掃描探針顯微鏡中，超精密微動工作檯用於測量樣品表面形貌，進行納米加工；在生物工程方面，超精密微動工作檯用於完成對細胞的操作，實現生物操作工程化；在醫療科學方面，超精密微動工作檯用於顯微外科手術，以便減輕醫生負擔，縮短手術時間，提高成功率。超精密微動工作檯還被廣泛應用於光纖對接，MEMS系統加工、封裝及裝配，以及電化學加工等領域中。
[0003]在半導體光刻設備中，光刻機是專門生產製作集成電路的。根據2005年版的國際半導體技術藍圖，2007年將用波長λ為193nm的光刻技術生產線寬65nm的集成電路，2010年將生產線寬45nm的集成電路，2013年生產線寬32nm的集成電路。光刻機的解析度由下式表不:
[0004]RES = k' ——(I)
NA
[0005]通過將光刻投影系統的數值孔徑NA和工藝參數kl延伸到其實用極限以及增加浸入式系統，使用波長λ為193nm的準分子光源的光刻系統可以生產65nm線寬的集成電路，人們還希望能夠繼續使用波長λ為193nm浸入式系統生產45nm線寬的集成電路。採用現有波長λ為193nm的技術，無論如何都不能生產32nm線寬的集成電路，必須尋求新的發展方向，採用13.5nm光的極紫外光`刻可以實現更高解析度的跨越。
[0006]概括目前國內外納米級微動工作檯研究現狀，為了滿足極紫外光刻設備高精度、高速度、大負載、高動態特性的要求。採用磁浮平面電機的矽片臺技術才可以滿足光刻設備的要求，但在極紫外光刻時，磁浮平面電機的一些灌封膠會釋放一些氣體，會對光源產生一定的影響，並且平面電機上會有大量的電源和傳感器的線纜幹擾運動等不足，其性能受到
一定局限。
實用新型內容
[0007]本實用新型旨在提供一種可應用於極紫外光刻機中的動鐵式磁浮平面電機，也可用於超精密加工和檢測中以實現六自由度運動，使其不僅具有結構簡單、緊湊，質心驅動，微動臺動子慣量小等特點，而且可以避免在極紫外光刻時磁浮平面電機的灌封膠釋放的一些氣體對光刻產生的影響。
[0008]本實用新型的技術方案如下:[0009]一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機，該磁浮平面電機由動子和定子組成，動子包含有永磁體陣列和載物臺，所述的永磁體陣列與載物臺連接在一起；定子包含有通電線圈陣列和基座，其特徵在於:所述的動鐵式磁浮平面電機還含有真空罩和真空泵；所述的動子設置在真空罩內部，所述的真空罩與位於外部的真空泵連接在一起；
[0010]本實用新型所述的一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機，其特徵在於:所述的通電線圈陣列由至少四組線圈單元組成，所述的每一組線圈單元由線性排列成一排的三個線圈組成，四組線圈單元水平布置在同一個平面內，其中任意相鄰的兩組線圈單元正交布置；所述的通電線圈陣列設置在基座上，且所述的永磁體陣列懸浮於所述的通電線圈陣列正上方，並與所述的通電線圈陣列留有間隙；
[0011]本實用新型所述的一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機，其特徵在於:所述的線圈單元採用疊層正交繞制的線圈組，或採用單層長方形線圈由下至上疊層正交排列且水平放置的線圈組，或採用長方形線圈水平放置的線圈組，或採用長方形線圈豎直放置的線圈組，或採用疊層正交印刷PCB電路的線圈組；所述的每個線圈組的數量為三的倍數，每個線圈由通電導線和線圈骨架組成。
[0012]本實用新型所述的一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機，其特徵在於:所述的真空罩內部是工作狀態時抽成真空環境；
[0013]本實用新型所述的一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機，其特徵在於:其特徵在於:所述的磁浮平面電機的永磁體陣列由主永磁體和附永磁體組成,主永磁體與附永磁體以Halbach陣列形式粘接固定於基座的上表面上,相鄰的主永磁體與附永磁體的磁場方向相互垂直，在各永磁體之間形成封閉磁路；或所述的磁浮平面電機的永磁體陣列由主永磁體和附永磁體組成，按照相鄰兩塊主永磁體以及邊緣處主永磁體和附永磁體的充磁方向相反的陣列形式粘接固定於基座上表面上，在各永磁體之間形成封閉磁路。
[0014]本實用新型所述的一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機的優點在於:本實用新型不僅具有結構簡單、緊湊、質心驅動、微動臺動子慣量小等特點，而且由於將動子和載物臺設置在真空罩內，從而在極紫外光刻時，避免了磁浮平面電機的灌封膠釋放的一些氣體對光刻產生的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為實用新型提供的一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機的三維結構圖。
[0016]圖2表示出去掉真空罩後的動鐵式磁浮平面電機的三維結構圖。
[0017]圖3為通電線圈陣列與永磁體陣列的布置結構示意圖。
[0018]圖4a和圖4b表示出磁浮平面電機的兩種永磁體陣列結構示意圖。
[0019]圖5a、圖5b、圖5c、圖5d和圖5e分別表示出本實用新型的線圈單元採用的幾種不同的結構形式。
[0020]圖6為本實用新型提供的具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機的工作示意圖。
[0021]圖中:1 一通電線圈陣列；2 —永磁體陣列；3 —載物臺；4 一真空罩；5 —基座；10-線圈骨架；11_第一線圈單元；12_第二線圈單元；13_第三線圈單元；14_第四線圈單兀;16_第一主永磁體；17_第二主永磁體；18_附永磁體。【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本實用新型的原理結構和工作過程做進一步的說明。
[0023]圖1、圖2為實用新型提供的一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機的三維結構圖，該磁浮平面電機含有動子、載物臺3、定子、真空罩4和真空泵；動子含有永磁體陣列2，所述的永磁體陣列2與載物臺3連接在一起；定子含有通電線圈陣列I和基座5，該通電線圈陣列I設置在基座5上；所述的永磁體陣列(2)和載物臺3懸浮於所述的通電線圈陣列I正上方，並與所述的通電線圈陣列I留有間隙；所述的動子和載物臺3設置在真空罩4內部，該真空罩4與基座5密封連接，並通過氣體管路與位於真空罩外部的真空泵相連。當通電線圈陣列通三相電流之後，永磁體陣列2與載物臺3可懸浮於通電線圈陣列I之上，並可在通電線圈陣列I所在的平面內沿X方向和沿Y方向做大行程的平移運動，同時，永磁體陣列2與載物臺3除做水平面內沿X方向和沿Y方向平移之外，還可做其它四自由度的運動。
[0024]圖3為通電線圈陣列與永磁體陣列的布置結構示意圖。定子中的通電線圈陣列I設置在基座5上，且所述的永磁體陣列2懸浮於所述的通電線圈陣列I正上方，並與所述的通電線圈陣列I留有間隙。所述的通電線圈陣列I由至少四組線圈單元組成，每一組線圈單元由線性排列成一排的三個線圈組成，四組線圈單元水平布置在同一個平面內，其中任意相鄰的兩組線圈單元正交布置。
[0025]圖4a和圖4b表示出磁浮平面電機的兩種永磁體陣列結構示意圖。如圖4a所示，磁浮平面電機的永磁體陣列2由主永磁體(第一主永磁體16 ;第二主永磁體17)、附永磁體18組成，主永磁體與附永磁體以Halbach陣列形式粘接固定於基座5上表面，相鄰的主永磁體與附永磁體的磁場方向相互垂直，在各永磁體之間形成封閉磁路；或所述的磁浮平面電機的永磁體陣列2由主永磁體和基座5上表面組成，按照相鄰兩塊主永磁體的充磁方向相反的陣列形式粘接固定於基座5上表面上，在各永磁體之間形成封閉磁路。如圖4b所示，磁浮平面電機的永磁體陣列2由主永磁體、附永磁體組成，相鄰兩塊主永磁體以及邊緣處的主永磁體與附永磁體以SN陣列形式粘接固定於基座5上表面上，相鄰兩塊主永磁體以及邊緣處的主永磁體與附永磁體的磁場方向相反布置，在各永磁體之間形成封閉磁路；或所述的磁浮平面電機的永磁體陣列2由主永磁體和基座5上表面組成，按照相鄰兩塊主永磁體的充磁方向相反的陣列形式粘接固定於基座5上表面，在各永磁體之間形成封閉磁路。
[0026]圖5a、圖5b、圖5c、圖5d和圖5e分別表示出本實用新型的線圈單元採用的幾種不同的結構形式，共舉出了五種。線圈單元可以採用疊層正交繞制的線圈組(如圖5a)，或採用單層長方形線圈由下至上疊層正交排列成水平放置的線圈組(5b)，或採用長方形線圈水平放置的線圈組(如圖5c)，或採用長方形線圈豎直放置線圈組(如圖5d)，或採用疊層正交印刷PCB電路線圈組(如圖5e);所述的每個線圈組的數量為3的倍數，每個線圈由通電導線和線圈骨架10組成。要獲得不同的推力大小，可通過增加繞制匝數或改變線圈繞制骨架的厚度等方式。
[0027]本實用新型的工作過程如下:磁浮運動單元的永磁體產生的磁場方向、通電線圈電流方向，以及產生的洛倫茲力方向兩者相互垂直。通電線圈陣列的每一組線圈單元在永磁體陣列2的磁場作用下，可以產生相互垂直的兩個方向的推力。在本實施例中，處在永磁體陣列2磁場範圍內共有四個線圈單元，分別為第一線圈單元11、第二線圈單元12、第三線圈單元13和第四線圈單元14,如圖6所示。[0028]如6圖所示，四個線圈單元中的相鄰兩個線圈單元的線圈位置兩兩正交，分別為第一線圈單元11和第三線圈單元13平行，第二線圈單元12和第四線圈單元14相平行，而第一線圈單元11和第二線圈單元12相互垂直。當第一線圈單元11和第三線圈單元13通相同方向的電流時，產生洛倫茲力後反作用於永磁體陣列2，可驅動電機動子沿圖6中所示的X軸方向和Z軸方向的運動；當第二線圈單元12和第四線圈單元14通相同方向的電流，產生洛倫茲力後反作用於永磁體陣列2，可驅動電機動子沿圖6中所示的Y軸方向和Z軸方向的運動；當四個線圈單元通不同大小的電流時，產生洛倫茲力後反作用於永磁體陣列2，電機動子所受的Z軸方向的力就會有不同，則電機動子就可繞X軸轉動，或者繞Y軸轉動；當四個線圈單元同時通相同方向電流，電機動子繞Z軸轉動；在本實施例中，至少需要四個線圈單元才能實現上述的運動，也可沿X軸方向，或沿Y軸方向增加兩個線圈單元，或者同時沿X軸方向和Y軸方向增加四個線圈單元等，根據不同的行程範圍的大小需求適當增加。
【權利要求】
1.一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機，該磁浮平面電機含有動子、載物臺(3)和定子；動子含有永磁體陣列(2)，所述的永磁體陣列(2)與載物臺(3)連接在一起；定子含有通電線圈陣列(I)和基座(5)，所述的通電線圈陣列(I)設置在基座(5)上，且所述的永磁體陣列(2)懸浮於所述的通電線圈陣列(I)正上方，並與所述的通電線圈陣列(I)留有間隙；其特徵在於:所述的動鐵式磁浮平面電機還含有真空罩(4)和真空泵；所述的動子和載物臺(3)設置在真空罩(4)內部；所述真空罩(4)與基座密封連接，並通過氣體管路與位於真空罩外部的真空泵相連。
2.如權利要求1所述的一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機，其特徵在於:所述的通電線圈陣列(I)由至少四組線圈單元組成，每組線圈單元由線性排列成一排的三個線圈組成，四組線圈單元水平布置在同一個平面內，其中任意相鄰的兩組線圈單元正交布置。
3.如權利要求1所述的一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機，其特徵在於:所述的線圈單元採用疊層正交繞制的線圈組(5a)，或採用單層長方形線圈由下至上疊層正交排列且水平放置的線圈組(5b)，或採用長方形線圈水平放置的線圈組(5c)，或採用長方形線圈豎直放置的線圈組(5d)，或採用疊層正交印刷PCB電路的線圈組(5e);所述的每個線圈組的數量為3的倍數，每個線圈由通電導線和線圈骨架(10)組成。
4.如權利要求1所述的一種具有真空罩的動鐵式磁浮平面電機，其特徵在於:其特徵在於:所述的磁浮平面電機的永磁體陣列(2)由主永磁體和附永磁體組成，主永磁體與附永磁體以Halbach陣列形式粘接固定於基座(5)的上表面,相鄰的主永磁體與附永磁體的磁場方向相互垂直，在各永磁體之間形成封閉磁路；或所述的磁浮平面電機的永磁體陣列(2)由主永磁體和附永磁體組成，按照相鄰兩塊主永磁體以及邊緣處主永磁體和附永磁體的充磁方向相反的陣列形式粘接固定於基座(5)上表面上，在各永磁體之間形成封閉磁路。
【文檔編號】G03F7/20GK203520012SQ201320605476
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】徐登峰, 朱煜, 張鳴, 劉召, 成榮, 楊開明, 張利, 秦慧超, 趙彥坡, 胡清平, 田麗, 葉偉楠, 張金, 尹文生, 穆海華, 胡金春 申請人:清華大學, 北京華卓精科科技有限公司