[發明專利]基于光刻機磁懸浮平面電機運動系統的線圈電流切換算法

有效

• 申請號: 201811574277.X
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109639197B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 楊開明;朱煜;孫浩博;成榮;張鳴;李鑫;王磊杰;張恒斌;朱振廣
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京華卓精科科技股份有限公司
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/14;H02N15/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 管士濤;張超艷

本發明提供了一種基于光刻機磁懸浮平面電機運動系統的線圈電流切換算法，首先建立平面電機動子的六自由度受力與線圈電流之間的耦合方程，然后根據平面電機動子在運動過程中，動子線圈是否會離開磁鋼陣列正上方，將動子線圈分為切換組和非切換組，再根據線圈離開磁鋼陣列的方式，將切換組又分為突變切換組和漸變切換組；對突變切換組采用S函數作為電流切換權重函數，對漸變切換組采用余弦函數作為電流切換權重函數，以所有線圈電流矢量的二范數最小為目標，對力與電流的耦合方程進行求解得到各線圈電流值。本發明能夠盡可能地減小平面電機線圈的發熱損耗，同時實現動圈式磁懸浮平面電機動子全運動范圍內線圈電流的光滑切換。

技術領域

本發明涉及半導體裝備技術領域，更為具體地，涉及一種基于光刻機磁懸浮平面電機運動系統的線圈電流切換算法。

背景技術

平面電機直接利用電磁能產生二維平面運動，具有高精度、出力密度高、反應快等特點，因而在半導體、液晶屏幕等二維加工領域中有著重要的應用前景。與其它平面電機相比，磁懸浮平面電機更易于控制，定子表面加工要求也較低，因此逐漸受到人們的關注。

在光刻機雙磁浮工件臺系統中，為了提高芯片的產率，將對準測量、調平調焦與曝光等芯片制造過程在兩個工件臺上分解，因此兩個磁懸浮平面電機通過不斷的位置交換形成了并行工作機制。考慮降低系統能量損耗和提高系統效率，對磁鋼陣列的長度尺寸進行了限制，使得兩個磁懸浮平面電機的長度之和大于磁鋼陣列的長度，導致兩個磁懸浮平面電機在交換位置的過程中，會出現磁懸浮平面電機動子的部分線圈運動到磁鋼陣列以外的情況，該部分線圈電流會突變為零，而導致線圈兩端產生較大的端電壓，影響控制精度。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種基于光刻機磁懸浮平面電機運動系統的線圈電流切換算法，該算法能夠盡可能地減小平面電機線圈的發熱損耗，同時實現動圈式磁懸浮平面電機動子全運動范圍內線圈電流的光滑切換，保證線圈兩端不會產生過大的端電壓。

為了實現上述目的，本發明通過以下的技術方案來實現的：

一種基于光刻機磁懸浮平面電機運動系統的線圈電流切換算法，其特征在于，所述運動系統包括定子和平面電機動子，所述定子為磁鋼陣列，其表面加工有等間距排布的散熱孔，所述平面電機動子包括第一組三相通電線圈、第二組三相通電線圈、第三組三相通電線圈、第四組三相通電線圈、第五組三相通電線圈以及第六組三相通電線圈，所述平面電機動子在運動過程中，所述第一組三相通電線圈至所述第四組三相通電線圈不會離開磁鋼陣列正上方，稱為非切換組，第五組三相通電線圈和第六組三相通電線圈會在部分時間離開磁鋼陣列正上方，稱為切換組；根據線圈離開磁鋼陣列的方式不同，所述第五組三相通電線圈隨著逐漸靠近第三組三相通電線圈依次包括第一突變切換組線圈、第二突變切換組線圈以及第三突變切換組線圈，所述第六組三相通電線圈為漸變切換組線圈；所述運動系統還包括十二個Z向電渦流傳感器、第一Y向電渦流傳感器和第二Y向電渦流傳感器、一個X向容柵尺和一個Y向光柵尺；

建立平面電機定子上的固定坐標系O-XYZ，固定坐標系O-XYZ中X軸和Y軸分別沿著所述定子垂直的兩邊，Z軸垂直于所述定子上表面向上，原點O位于所述定子上表面X方向和Y方向坐標均最小的散熱孔中心；建立所述平面電機動子上的隨動坐標系O_s-X_sY_sZ_s，隨動坐標系O_s-X_sY_sZ_s中X軸、Y軸和Z軸分別與固定坐標系O-XYZ中X軸、Y軸和Z軸平行，原點O_s位于所述平面電機動子質心；

所述十二個Z向電渦流傳感器均安裝于磁懸浮平面電機動子下表面，靶面均為磁懸浮平面電機定子的上表面，用于測量所述平面電機動子Z方向的懸浮高度，它們相對所述平面電機動子的位置固定，共分為三組，且每組分別處于同一X坐標線上；