[發(fā)明專利]磁懸浮導(dǎo)向裝置及其控制系統(tǒng)和控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610240775.5
• 申請(qǐng)日: 2016-04-18
• 公開（公告）號(hào): CN107306098B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳立偉;楊曉峰;陳慶生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N15/00
• 分類號(hào): H02N15/00
• 代理公司: 上海一平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31266
• 代理人: 祝蓮君;蔡繼清

本發(fā)明公開了一種用于磁懸浮導(dǎo)向裝置及其控制系統(tǒng)和控制方法。磁懸浮導(dǎo)向裝置包括動(dòng)子滑塊單元和導(dǎo)軌單元，動(dòng)子滑塊單元成對(duì)地布置于導(dǎo)軌單元的兩側(cè)。每對(duì)動(dòng)子包括第一動(dòng)子滑塊單元和第二動(dòng)子滑塊單元。控制系統(tǒng)包括位置設(shè)定裝置、間隙測量傳感器以及控制電路。位置設(shè)定裝置用于設(shè)定動(dòng)子滑塊單元相對(duì)于導(dǎo)軌單元懸浮的初始高度。間隙測量傳感器用于測量動(dòng)子滑塊單元與導(dǎo)軌單元之間的懸浮間隙高度。控制電路與位置設(shè)定裝置和間隙測量傳感器通信連接，并用于根據(jù)位置設(shè)定裝置和間隙測量傳感器所得到的值，來獲得動(dòng)子滑塊單元所需的期望電流。本申請(qǐng)的磁懸浮導(dǎo)向裝置具有更大的預(yù)載力，預(yù)載力可調(diào)以及具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁懸浮導(dǎo)向裝置，適用于高速無摩擦靜音運(yùn)動(dòng)裝置，諸如半導(dǎo)體制造設(shè)備、液晶顯示制造設(shè)備、檢測設(shè)備中的運(yùn)動(dòng)臺(tái)定位裝置，運(yùn)動(dòng)臺(tái)上承載有硅片、掩模、玻璃基底或者類似的基底用以曝光或者檢測。

背景技術(shù)

隨著光刻技術(shù)的進(jìn)步和半導(dǎo)體工業(yè)快速發(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(CD，Critical Dimension Uniformity)、焦深(Focus)、套刻(Overlay)和產(chǎn)率(Throughput)。為了提高線寬均勻性，光刻機(jī)工件臺(tái)掩模臺(tái)必須提高水平向精密定位能力。為了提高焦深誤差精度，工件臺(tái)掩模臺(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，工件臺(tái)掩模臺(tái)必須提高其內(nèi)部模態(tài)來提升動(dòng)態(tài)定位特性。此外，光刻設(shè)備必須增加產(chǎn)率，因此工件臺(tái)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)前工件臺(tái)掩模臺(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)率要求高加速度導(dǎo)致附加傾翻力矩加大，工件臺(tái)掩模臺(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，工件臺(tái)掩模臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大、可靠性低、維修維護(hù)

傳統(tǒng)精密氣浮運(yùn)動(dòng)臺(tái)利用高壓氣浮軸承支撐，保證運(yùn)動(dòng)臺(tái)在平臺(tái)上作無摩擦運(yùn)動(dòng)，其關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)主要由高精密的氣浮導(dǎo)軌和氣浮滑塊結(jié)構(gòu)組成。氣浮結(jié)構(gòu)由提供正壓的氣浮墊和真空預(yù)緊力(或磁吸力預(yù)載)結(jié)構(gòu)由加工成一體。氣浮導(dǎo)向裝置工作時(shí)，氣浮結(jié)構(gòu)通入正壓氣體，在氣浮墊與大理石導(dǎo)軌之間形成氣膜，使氣浮墊受到氣浮力N的支撐，保證氣浮墊在大理石平臺(tái)上作無摩擦運(yùn)動(dòng)。真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)則通入負(fù)壓氣體，使真空預(yù)緊力結(jié)構(gòu)受到與氣浮力N方向相反的真空預(yù)緊力F作用。通過調(diào)節(jié)氣浮力N和真空預(yù)緊力F的大小，可以調(diào)節(jié)氣浮墊及氣浮導(dǎo)向裝置的氣浮剛度。如果提高氣浮墊的氣浮剛度，需要同時(shí)增加氣浮壓力N和真空預(yù)緊力F，而增加真空預(yù)緊力F會(huì)導(dǎo)致氣浮墊產(chǎn)生預(yù)壓彎曲，由于氣浮的氣膜厚度δ一般只有幾微米到十幾微米，因此，當(dāng)彎曲量σ過大使氣浮墊與導(dǎo)軌接觸時(shí)，氣浮墊運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生機(jī)械摩擦，使氣浮結(jié)構(gòu)失去作用。當(dāng)提高承載力時(shí)，需要進(jìn)一步提高供給氣壓，氣浮易發(fā)生氣振，而且氣浮和真空預(yù)載的導(dǎo)向裝置在基于真空環(huán)境應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)臺(tái)中卻不能使用。