[發明專利]直線電機及平臺裝置

在審

• 申請號: 201210525941.8
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN103872876A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 吳立偉;楊曉燕;陳慶生;嚴蘭舟
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: H02K41/02
• 分類號: H02K41/02;G03F7/20
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及光刻領域，尤其涉及一種直線電機及平臺裝置。

背景技術

隨著光刻技術的進步和半導體工業的快速發展，對于光刻設備有四項基本性能指標：線寬均勻性（CD，Critical?Dimension?Uniformity）、焦深（Focus）、套刻（Overlay）和產率（Throughput）。為了提高線寬均勻性，工件臺或掩摸臺必須提高水平向精密定位能力；為了提高焦深誤差精度，工件臺或掩摸臺必須提高垂向精密定位能力；為了提高光刻機套刻誤差精度，工件臺或掩摸臺必須提高其內部模態來提升動態定位特性。此外，光刻設備必須增加產率，因此臺子必須高速運動，快速啟動和停止。光刻設備的高速、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，實現大行程和高速度運動，并具有多自由度運動來進行光刻曝光和對準。

光刻設備大體上分為兩類，一類是步進光刻設備，掩模圖案一次曝光成像在晶片的一個曝光區域，隨后晶片相對于掩模移動，將下一個曝光區域移動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域，重復這一過程直到晶片上所有曝光區域都擁有掩模圖案的像。另一類是步進掃描光刻裝置，掩模圖案不是一次曝光成像，而是通過投影光場的掃描移動成像；在掩模圖案成像過程中，掩模與晶片同時相對于投影系統和投影光束移動。

在上述的光刻設備中，需具有相應的裝置作為掩模版/硅片的載體，裝載有掩模版/硅片的載體產生精確的相互運動來滿足光刻需要。裝載有掩模版的載體被稱之為承版臺，裝載有硅片的載體被稱之為承片臺。

請參閱圖1，圖1所示為現有技術中采用傳統NS磁鐵陣列和單層線圈的直線電機結構示意圖。

美國專利US20040246458A1公開了一種用于光刻機工件臺或掩模臺的直線電機，具有高的驅動力、高效率和低的紋波力，包括兩個平行相對的第一磁道和第二磁道，以及一個電樞，電樞包括三個開環線圈單元，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動，兩個相對的磁道與開環線圈之間有一個沒有鐵心，這種結構可以減小電機的體積，且增大力的時候不產生額外的熱量。通過更有效的電磁材料和更高的電磁力可以增加電機的效率，減少軸承的使用，減小移動的質量，特別適用于真空環境中。然而考慮到傾斜干擾等造成的紋波力(ripple)，無法精確定位設備。以及考慮到并排對齊的長方體形的磁鐵對磁軛的漏磁影響容易造成控制精度難以及產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及提供更大功率的直線電機。

發明內容

本發明的目的在于提供一種直線電機及平臺裝置，可以減少磁泄露并提供更大推力，同時采用雙層線圈排布結構使得直線電機產生需要的三自由度的控制力或控制力矩。

為了達到上述的目的，本發明采用如下技術方案：

一種直線電機，包括磁鐵單元和線圈單元、磁鐵固定座以及控制系統，所述磁鐵固定座側向呈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壁的第一磁鐵陣列與第二磁鐵陣列；所述線圈單元設置于兩組磁鐵陣列之間的磁隙處，所述控制系統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向層疊設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向錯開一定距離△P，△P滿足：當控制系統給所述線圈單元通入所需電流時，所述線圈單元能夠產生沿著Y向的控制力、沿著Z向的控制力以及一個繞X向的力矩。

優選的，在上述的直線電機中，所述第一線圈陣列和所述第二線圈陣列均具有兩個以上的相同數量的線圈，每個線圈的線圈間距為CP，所述第一線圈陣列沿著X向與所述第二線圈陣列錯開的距離△P為1/4CP。

優選的，在上述的直線電機中，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。