[發(fā)明專利]磁浮平面電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410073754.X
• 申請(qǐng)日: 2014-03-03
• 公開（公告）號(hào): CN104901586B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段素丙;陳慶生;季漢川;池峰;劉小虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海微電子裝備（集團(tuán)）股份有限公司
• 主分類號(hào): H02N15/00
• 分類號(hào): H02N15/00;G03F7/20
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)31237
• 代理人: 屈蘅,李時(shí)云

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路裝備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種磁鋼單元、一種磁鋼陣列、一種磁浮平面電機(jī)，以及應(yīng)用該磁浮平面機(jī)的光刻裝置。

背景技術(shù)

隨著光刻技術(shù)的進(jìn)步和半導(dǎo)體工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)于光刻設(shè)備有四項(xiàng)基本性能指標(biāo)：線寬均勻性、焦深、套刻和產(chǎn)率。為了提高線寬均勻性，光刻機(jī)工作臺(tái)必須提高水平向精密定位能力；為了提高焦深誤差精度，工作臺(tái)必須提高垂向精密定位能力；為了提高光刻機(jī)套刻誤差精度，工作臺(tái)必須提高其內(nèi)部模態(tài)來(lái)提升動(dòng)態(tài)定位特性。此外，光刻設(shè)備必須增加產(chǎn)率，因此臺(tái)子必須高速運(yùn)動(dòng)，快速啟動(dòng)和停止。光刻設(shè)備的高速、高加速和高精密的定位能力是相互矛盾的，為了克服這個(gè)矛盾，當(dāng)前工作臺(tái)技術(shù)采用了粗微動(dòng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高速和高精度的技術(shù)分離。粗動(dòng)結(jié)構(gòu)主要由直線電機(jī)組成，可以實(shí)現(xiàn)大行程和高速度運(yùn)動(dòng)。微動(dòng)臺(tái)則層疊安裝于粗動(dòng)臺(tái)上，可以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償定位偏差，微動(dòng)臺(tái)實(shí)現(xiàn)納米精度，并具有多自由度運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行光刻曝光和對(duì)準(zhǔn)。目前這種結(jié)構(gòu)采用氣浮軸承結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)與執(zhí)行器的一體化耦合設(shè)計(jì)，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量增大，驅(qū)動(dòng)力隨著增大，驅(qū)動(dòng)反力施加給系統(tǒng)的殘余振動(dòng)也增大，從而影響了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。此外，由于產(chǎn)量要求高加速度導(dǎo)致附加傾翻力矩加大，工作臺(tái)的氣浮靜剛度約束采用高剛性設(shè)計(jì)，對(duì)導(dǎo)向平面度。預(yù)載變形、氣浮工藝參數(shù)設(shè)計(jì)要求非常高。同時(shí)，考慮到配套的電、氣、水、真空通路與柜，工作臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大、可靠性低、維修維護(hù)難度大。

基于磁浮平面電機(jī)的磁浮運(yùn)動(dòng)臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)部件的多自由度耦合運(yùn)動(dòng)和懸浮導(dǎo)向。與傳統(tǒng)“H”型或“十”字型平面電機(jī)結(jié)構(gòu)相比，磁浮平面電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，整體剛度高，且可以直接驅(qū)動(dòng)、無(wú)機(jī)械摩擦和無(wú)反沖等特點(diǎn)，利于實(shí)現(xiàn)更高的加速性能和定位精度，因此在光刻調(diào)焦調(diào)平裝置中有十分誘人的前景。

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的磁浮平面電機(jī)，包括磁鋼陣列和線圈陣列。其中，磁鋼陣列包括若干磁鋼單元，如圖2所示，磁鋼單元包括第一磁鋼1-201及圍繞第一磁鋼的四個(gè)第二磁鋼1-202，所述第一磁鋼是N極磁鋼或S極磁鋼，第一磁鋼和第二磁鋼都是方形磁鋼，第一磁鋼和第二磁鋼之間通過(guò)長(zhǎng)方體第三磁鋼：一號(hào)第三磁鋼1-203a、二號(hào)第三磁鋼1-203b、三號(hào)第三磁鋼-1-203c、四號(hào)第三磁鋼1-203d連接，此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成的磁鋼陣列，在四個(gè)第三磁鋼的相交處，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方形的空隙，從而導(dǎo)致磁鋼陣列中存在若干個(gè)這樣的方形空隙，從而使導(dǎo)致磁鋼陣列的磁密小，背面磁泄露大。如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)的線圈陣列包括若干個(gè)第一軸方向、第二軸方向分布的線圈陣列，線圈陣列包括呈矩形排列的四個(gè)線圈組，四個(gè)線圈組分布在同一層，導(dǎo)致使磁浮平面電機(jī)動(dòng)子結(jié)構(gòu)不夠緊湊。

現(xiàn)有技術(shù)中需要進(jìn)一步提高磁浮平面電機(jī)定位裝置的磁密，并減小背面磁泄露。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供了能夠減小磁泄露，增大磁密的磁鋼單元、磁鋼陣列、磁浮平面電機(jī)和光刻裝置。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種磁鋼單元，包括方形第一磁鋼和圍繞第一磁鋼的四個(gè)方形第二磁鋼，所述第一磁鋼是N磁鐵或S磁鐵，所述第二磁鋼極性與第一磁鋼相反，其特征在于，所述第一磁鋼和/或第二磁鋼的四邊通過(guò)設(shè)置有倒角的長(zhǎng)方體形狀的第三磁鋼無(wú)縫隙連接，所述第三磁鋼的磁化方向是指向N磁鐵或者背離S磁鐵。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所公開的磁鋼單元在現(xiàn)有技術(shù)的第一磁鋼和/或第二磁鋼的四邊設(shè)置帶有倒角的長(zhǎng)方體形狀的第三磁鋼，并且通過(guò)第三磁鋼的倒角設(shè)計(jì)使第一磁鋼與第二磁鋼相交處的第三磁鋼與第三磁鋼之間通過(guò)倒角無(wú)縫隙連接，從而磁鋼單元之間沒有縫隙，提高了磁鋼占積率；減小背面磁泄露。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還公開了一種磁鋼陣列，包括若干個(gè)如上文所述的磁鋼單元，所述磁鋼單元沿第一方向和第二方向按照海爾貝克陣列模式進(jìn)行周期性排布組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所公開的磁鋼陣列，包括若干個(gè)磁鋼單元，磁鋼單元按照海爾貝克陣列模式進(jìn)行周期性排布組成，所述海爾貝克陣列模式為第一磁鋼與第二磁鋼通過(guò)第三磁鋼無(wú)縫隙連接，提高了磁鋼占積率；減小背面磁泄露。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還公開了一種磁浮平面電機(jī)，包括多層線圈陣列，還包括如上文所述的磁鋼陣列；所述線圈陣列位于所述磁鋼陣列之上或之下，所述線圈陣列相對(duì)于所述磁鋼陣列運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述多層線圈陣列相對(duì)于所述磁鋼陣列成45度角交叉設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述多層線圈陣列的層數(shù)至少為2層，且能相對(duì)于所述磁鋼陣列進(jìn)行六自由度運(yùn)動(dòng)。