基于多組獨立驅動解耦控制的六自由度磁浮微動臺屬于半導體制造裝備；該裝置包括微動臺底座、載物臺以及在二者之間呈等邊三角形布置的三組相同結構的獨立驅動裝置；每組獨立驅動均可以產生水平和垂向驅動力且具有永磁體磁浮重力補償功能；在微動臺底座和載物臺中心位置處對應固裝平面光柵讀數頭和平面光柵尺，在微動臺底座邊緣處布置三個或多個電容傳感器，實現六自由度的解耦測量；該裝置具有結構緊湊，易于加工裝配、發熱量小，水平驅動力大的優點，適用于光刻機工件臺水平高速高加速運動的工作需求和嚴苛的恒溫環境需求。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半導體制造裝備
，主要涉及一種基于多組獨立驅動解耦控制的六自由度磁浮微動臺。
技術介紹
光刻機是極大規模集成電路制造中關鍵的超精密裝備，同時也是摩爾定律能夠得到持續驗證的保證。光刻機的分辨率和套刻精度決定了集成電路芯片的最小線寬，而對最小線寬的不斷追求使更高密度的集成電路得以實現。另外，為降低集成電路芯片的生產成本，光刻機的產率也是光刻技術追求的目標。光刻機工件臺技術作為光刻機的三大核心技術之一，在很大程度上決定了光刻機的分辨率、套刻精度和產率。雙工件臺技術是目前提高光刻機生產效率的主流技術手段，相對于單純提高工件 臺的速度和加速度而言，技術難度更低，效果更好。目前的代表產品為荷蘭ASML公司基于TwinScan技術即雙工件臺技術的光刻機。光刻機中工件臺主要分為掩模臺和硅片臺，掩模臺承載光刻掩模板而硅片臺則承載硅片運動，為解決硅片和掩模板在高速高加速運動條件下大行程和高精度之間的矛盾，有人提出了宏微結合的驅動技術。即掩模臺和硅片臺均采用宏動裝置承載微動臺的復合運動控制模式，利用宏動裝置實現微動臺的大行程而微動臺六自由度超精密控制對其進行補償，最終實現硅片和掩模板的高速高加速運動條件下實現大行程和高精度運動控制。因此決定光刻機工件臺最終定位精度的關鍵部件是六自由度微動臺。目前光刻機領域運用的超精密微動臺主要分為氣浮和磁浮支撐兩種。磁浮支撐優勢在于可運用在真空環境，因此是深紫外和極紫外光刻技術的必然選擇。ASML公司的美國專利US 6337484公布了一種六自由度磁浮微動臺的結構形式，該裝置的Z向氣浮采用三個重力補償器實現，并同時實現了水平和垂直運動解耦，該方案是氣浮六自由度微動臺的經典結構。清華大學中國專利CN101078889A公布了一種6自由度微動工作臺，該裝置在水平和垂直方向均采用電磁力直接驅動形式，工作時無機械摩擦和阻尼，同時采用基于洛倫茲原理的電磁驅動方式，即電磁力與輸入電流為線性關系，相對于三相交流控制方式，具有控制成熟的優勢，但Z向磁浮支撐是由三個沿豎直方向布置的三個電磁驅動單元持續提供電磁力實現，即沒有氣浮支撐的重力補償功能，增加了多余的熱耗散，這會對光刻機微動臺工作的嚴苛恒溫環境產生不利影響，因此有待改進。德克薩斯A&M大學Won-jong Kim所在課題組提出一種六自由度磁浮微動臺，該在成果發表在Precision Engineering雜志(2007年 31 卷 4 期 337-350 頁)，文章題目為 Design and precision construction of novel magnetic-levitation-basedmult1-axis nano-scale positioning systems。該微動臺分為Y型和△型兩種結構，采用激光干涉儀測量水平位移，三個電容傳感器測量垂向位移，水平和垂向驅動均采用三個等同的電磁驅動器，且共用三個永磁體，具有結構簡單易于控制的優點，但存在驅動力小和行程難以擴展的缺陷。清華大學中國專利CN101807010A公布了一種上述方案的改進型六自由度磁浮微動臺，該裝置采用十字型結構，十字支架裝有一個兩自由度致動器，相對Won-jong Kim課題組六自由度微動臺方案，驅動力有所增加，且X向和Y向運動時可實現雙驅，驅動力過微動臺中心，六個驅動器驅動方式相同，易于控制，但仍存在單永磁體帶來的磁場分布不均勻的缺陷，擴展行程時帶來非線性控制的困難，且磁浮仍采用電磁方式，增加熱耗散，在負載質量增大時更為明顯，對微動臺的恒溫環境不利，有待改進。
技術實現思路
本專利技術針對上述現有技術存在的不足，提出了一種基于多組獨立驅動解耦控制的六自由度磁浮微動臺，該裝置通過呈等邊三角形布置的三組獨立驅動的解耦控制實現微動臺的六自由度驅動控制，每組獨立驅動均可以產生水平和垂向驅動力且具有永磁體磁浮重力補償功能；達到結構簡單、易于擴展行程和水平運動磁場強驅動力大，同時在垂向采用永磁體磁浮方式，重力補償不產熱，有利于微動臺保持恒溫環境的目的。本專利技術的目的是這樣實現的一種基于多組獨立驅動解耦控制的六自由度磁浮微動臺，所述微動臺包括微動臺底座和載物臺，在二者之間呈等邊三角形布置了第一獨立驅動、第二獨立驅動和第三獨立驅動；在微動臺底座中心位置處固裝平面光柵讀數頭，且在載物臺中心位置對應布置平面光柵尺，在微動臺底座邊緣處布置三個或多個電容傳感器；所述的第一獨立驅動包括第一獨立驅動動子磁鋼、第一獨立驅動定子磁鋼1、第一獨立驅動定子磁鋼I1、第一獨立驅動定子線圈I和第一獨立驅動定子線圈II，其中第一獨立驅動動子磁鋼固裝在載物臺底面上，第一獨立驅動定子磁鋼I固裝在微動臺底座頂面上且位于第一獨立驅動動子磁鋼的正下方，第一獨立驅動定子磁鋼II固裝在微動臺底座頂面上且位于第一獨立驅動動子磁鋼正下方的向外錯開位置處，第一獨立驅動定子線圈I固裝在第一獨立驅動定子磁鋼II頂面上，第一獨立驅動定子線圈II固裝在第一獨立驅動定子磁鋼I頂面上；所述的第二獨立驅動和第三獨立驅動結構和安裝方式與第一獨立驅動相同；所述的第一獨立驅動定子磁鋼I與第一獨立驅動動子磁鋼的磁極方向相反，第一獨立驅動定子磁鋼II與第一獨立驅動動子磁鋼的磁極方向相同。本專利技術技術優勢和有益效果有微動臺六自由度驅動控制通過呈等邊三角形布置的三組獨立驅動解耦控制實現，每組獨立驅動均可以產生水平和垂向驅動力且具有永磁體磁浮重力補償功能，三組獨立驅動結構相同，具有易加工，裝配簡單的優勢；每組獨立驅動采用非接觸式直驅方式，無摩擦和機械阻尼，具有高剛度和高頻響優點；垂向采用永磁體磁浮重力補償方式，可減小微動臺熱耗散，利于微動臺保持恒溫環境；水平驅動采用左右雙線圈對稱布置方式，水平驅動力大，適用于光刻機工件臺水平高速高加速度的工作要求。附圖說明圖1是本專利技術六自由度微動臺的總體結構示意圖；圖2是本專利技術六自由度微動臺的三組獨立驅動分布示意圖；圖3是本專利技術單組獨立驅動的磁鋼線圈位置示意圖；圖4是本專利技術單組獨立驅動的磁鋼線圈結構示意圖；圖5是本專利技術六自由度微動臺電容位移傳感器分布示意圖6是本專利技術六自由度微動臺平面光柵尺安裝位置示意圖；圖7是本專利技術單組獨立驅動水平和垂直驅動原理圖；圖8是本專利技術六自由度微動臺驅動力分布示意圖。圖中件號1-微動臺底座；2_載物臺；3A-第一獨立驅動；3B-第二獨立驅動；3C-第三獨立驅動；3A-1-第一獨立驅動動子磁鋼；3A-2-第一獨立驅動定子磁鋼I ;3A-3-第一獨立驅動定子磁鋼II ;3A-4-第一獨立驅動定子線圈I ;3A_5_第一獨立驅動定子線圈II ；4-電容位移傳感器；5_平面光柵讀數頭；6_平面光柵尺。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術實施方式進行詳細說明。一種基于多組獨立驅動解耦控制的六自由度磁浮微動臺，所述微動臺包括微動臺底座I和載物臺2，在微動臺底座I和載物臺2之間呈等邊三角形配置安裝第一獨立驅動3A、第二獨立驅動3B和第三獨立驅動3C ;在微動臺底座I中心位置處、位于第一、二、三獨立驅動3A、3B、3C內側部位固裝平面光柵讀數頭5，且在載物臺2中心位置對應布置平面光柵尺6，在微動臺底座I邊緣處布置三個以上電容位移傳感器4 ;所述的第一獨立驅動3A包括第一獨立驅動動本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于多組獨立驅動解耦控制的六自由度磁浮微動臺，其特征在于所述微動臺包括微動臺底座(1)和載物臺(2)，在微動臺底座(1)和載物臺(2)之間呈等邊三角形配置安裝第一獨立驅動(3A)、第二獨立驅動(3B)和第三獨立驅動(3C)；在微動臺底座(1)中心位置處、位于第一、二、三獨立驅動(3A、3B、3C)內側部位固裝平面光柵讀數頭(5)，且在載物臺(2)中心位置對應布置平面光柵尺(6)，在微動臺底座(1)邊緣處布置三個以上電容位移傳感器(4)；所述的第一獨立驅動(3A)包括第一獨立驅動動子磁鋼(3A?1)、第一獨立驅動定子磁鋼I(3A?2)、第一獨立驅動定子磁鋼II(3A?3)、第一獨立驅動定子線圈I(3A?4)和第一獨立驅動定子線圈II(3A?5)，其中第一獨立驅動動子磁鋼(3A?1)固裝在載物臺(2)底面上，第一獨立驅動定子磁鋼I(3A?2)固裝在微動臺底座(1)頂面上且位于第一獨立驅動動子磁鋼(3A?1)的正下方，第一獨立驅動定子磁鋼II(3A?3)固裝在微動臺底座(1)頂面上且位于第一獨立驅動動子磁鋼(3A?1)正下方的向外錯開位置處，第一獨立驅動定子線圈I(3A?4)固裝在第一獨立驅動定子磁鋼II(3A?3)頂面上，第一獨立驅動定子線圈II(3A?5)固裝在第一獨立驅動定子磁鋼I(3A?2)頂面上；所述的第二獨立驅動(3B)和第三獨立驅動(3C)結構和安裝方式與第一獨立驅動(3A)相同；所述的第一獨立驅動定子磁鋼I(3A?2)與第一獨立驅動動子磁鋼(3A?1)的磁極方向相反，第一獨立驅動定子磁鋼II(3A?3)與第一獨立驅動動子磁鋼(3A?1)的磁極方向相同。...
【技術特征摘要】
1.一種基于多組獨立驅動解耦控制的六自由度磁浮微動臺，其特征在于所述微動臺包括微動臺底座(I)和載物臺(2)，在微動臺底座(I)和載物臺(2)之間呈等邊三角形配置安裝第一獨立驅動(3A)、第二獨立驅動(3B)和第三獨立驅動(3C);在微動臺底座(I)中心位置處、位于第一、二、三獨立驅動(3A、3B、3C)內側部位固裝平面光柵讀數頭(5)，且在載物臺(2)中心位置對應布置平面光柵尺￠)，在微動臺底座(I)邊緣處布置三個以上電容位移傳感器(4);所述的第一獨立驅動(3A)包括第一獨立驅動動子磁鋼(3A-1)、第一獨立驅動定子磁鋼I (3A-2)、第一獨立驅動定子磁鋼II (3A-3)、第一獨立驅動定子線圈I (3A-4)和第一獨立驅動定子線圈II (3A-5)，其中第一獨立驅動動子磁鋼(3A-1)固裝在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：譚久彬，楊遠源，王雷，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。