高精密磁悬浮主动减震设备制造技术

本发明专利技术提供了一种高精密磁悬浮主动减震设备，用以实现工件台的减震，所述高精密磁悬浮主动减震设备包括磁浮减震器、减震框架、测量模块、执行模块和控制器系统，所述工件台位于所述减震框架上，所述减震框架通过所述磁浮减震器实现支撑和悬浮减震，所述磁浮减震器至少包括两层哈尔贝克磁阵列，且通过所述两层哈尔贝克磁阵列实现所述减震框架的支撑和悬浮减震，所述测量模块和执行模块均与所述减震框架固定连接，所述控制器系统分别与所述测量模块和执行模块连接。由于哈尔贝克（Halbach）磁阵列的单边磁密为传统NS阵列的倍，在等磁能积情况下实现更大的负载能力，并且单边磁场特性最大化利用磁能积，同时有效减小了NS阵列的磁场泄露的干扰问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种高精密磁悬浮主动减震设备，用以实现工件台的减震，所述高精密磁悬浮主动减震设备包括磁浮减震器、减震框架、测量模块、执行模块和控制器系统，所述工件台位于所述减震框架上，所述减震框架通过所述磁浮减震器实现支撑和悬浮减震，所述磁浮减震器至少包括两层哈尔贝克磁阵列，且通过所述两层哈尔贝克磁阵列实现所述减震框架的支撑和悬浮减震，所述测量模块和执行模块均与所述减震框架固定连接，所述控制器系统分别与所述测量模块和执行模块连接。由于哈尔贝克（Halbach）磁阵列的单边磁密为传统NS阵列的倍，在等磁能积情况下实现更大的负载能力，并且单边磁场特性最大化利用磁能积，同时有效减小了NS阵列的磁场泄露的干扰问题。【专利说明】高精密磁悬淳主动减震设备
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光刻机用的高精密磁悬浮主动减震设 备。
技术介绍
光刻机主要由光源（目前主流光刻机采用波长193nm的ArF深紫外（DUV)准分子 激光)、光学照明系统、投影镜头、承载掩模的掩模台、承载硅晶片的工件台、减震设备等构 成。其要求许多重要部件如测量系统、曝光系统、零位传感器、对准传感器、光强能量传感器 等设备的振动干扰尽可能小，使得重要的模块处于"安静"环境中。由于振动的干扰会传递 给测量框架，使得测量框架产生不必要的运动，进而干扰工件台掩模台的测量系统，最终影 响工件台掩模台和镜面误差，导致套刻误差和特征线宽误差加大，因此，减震器是保证实现 集成电路制造性能的关键设备之一，通常采用减震装置将光刻机内部重要部件与基础框架 等其他结构的外部世界独立开来形成独立的内部世界。 光刻机减震装置早期采用橡胶阻尼减震，80年代初随着空气弹簧减震理论的成 熟，光刻机减震装置开始采用基于空气弹簧的被动减震技术。当前主流光刻机减震装置以 基于空气弹簧的主动减震方式为主，主要采用有源控制器的主动控制策略，通过速度传感 器（Geophones传感器）实现速度测量进行阻尼反馈补偿，通过位置传感器测量隔振平台的 实时位置，利用音圈电机实现高带宽响应补偿，从而实现隔振平台的精密定位补偿能力。承 载隔振平台的重力补偿部分，则采用气动控制阀实时补偿气囊中压缩空气的气压，从而实 现减震器的大负载承载能力和有效的气动隔振减震。 光刻机设备内部减震器典型布局方式常采用三组减震器，每组减震器上配置一个 垂向补偿电机和一个水平向补偿电机，同时配置一个垂向测量传感器和水平向测量传感 器，从而实现隔振平台6自由度的减震隔振和位置悬浮定位。 减震器的研究目标即实现高承载力、低刚度、低共振频率、高衰减率，从而实现较 低的振动传递率，使得外部扰动对内部世界的影响最小化。但随着光刻机分辨率的不断提 高，对光刻机的特征线宽指标要求也在不断提升，随着光刻机产率的增加，光刻机设备内部 的工件台和掩模台的运动速度、加速度不断增大，光刻机内部各模块系统越来越复杂，整机 重量从2吨?14吨不等，TFT光刻机甚至达到了 40吨，因此，光刻机对"安静"环境的减震 性能要求更加苛刻。为此针对减震装置必须实现大负载承载能力，同时业内还提出了"负刚 度"技术概念，国外一些研究者基于磁浮轴承技术提出了一些新型减震方案。 2003年，德国IDE在美国提出一种具有负刚度的磁浮减震装置专利申请 (US7290642)，该专利首次提出采用三个永磁磁极，相邻两个磁极之间采用磁吸力悬浮方式 实现减震台的双向刚度设计的减震装置，如图1所示。 2009年荷兰埃因霍芬大学（TU/e)的Lomonova教授提出一种基于永磁阵列悬浮的 被动减震装置，如图2所示。该装置采用双层磁阵列结构，每层磁路结构均采用二维NS磁阵 列拓扑结构。其中，上面两层磁铁阵列利用磁吸力悬浮方式对减震平台框架实现向上拉升 的力量，下面两层磁铁阵列利用磁斥力悬浮方式对减震平台框架实现向上抬升的力量。该 悬浮装置能够实现数千公斤的负载重力补偿，垂向负载的弹簧刚度达到几十牛顿每毫米， 进而实现较低的共振频率。 这种被动磁浮减震装置与传统气浮减震装置技术无疑有巨大的进步，但它在永磁 体的等磁能积条件下的磁悬浮有效利用仍然存在不足，并且存在较大的磁泄露，对光刻机 应用环境产生诸多不利影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种在等磁能积情况下实现更大的负载能力，并 且单边磁场特性最大化利用磁能积的高精密磁悬浮主动减震设备。 为了解决这一技术问题，本专利技术提供了一种高精密磁悬浮主动减震设备，用以实 现工件台的减震，所述高精密磁悬浮主动减震设备包括磁浮减震器、减震框架、测量模块、 执行模块和控制器系统，所述工件台位于所述减震框架上，所述减震框架通过所述磁浮减 震器实现支撑和悬浮减震，所述磁浮减震器至少包括两层哈尔贝克磁阵列，且通过所述两 层哈尔贝克磁阵列实现所述减震框架的支撑和悬浮减震，所述测量模块和执行模块均与所 述减震框架固定连接，所述控制器系统分别与所述测量模块和执行模块连接。 所述控制器系统采集所述测量模块的信息，并根据所采集到的信息控制所述执行 模块实现所述减震框架位置的动态补偿。 所述测量模块包括位置传感器与加速度传感器，均与所述减震框架固定连接，用 以检测所述减震框架上对应位置点的水平向、垂直向的位置和运动加速度。 所述执行模块包括水平向音圈电机与垂向音圈电机，分别用于实现所述减震框架 水平向三个自由度和坚直向三个自由度位置的动态补偿。 所述两层哈尔贝克磁阵列分别为第一层平面磁阵列结构和第二层平面磁阵列结 构，所述第一层平面磁阵列与所述减震框架固定连接，所述第二层平面磁阵列结构与地基 或者定子部分固定连接，所述第一层平面磁阵列结构与所述第二层平面磁阵列结构通过两 者间的磁斥力或磁吸力实现所述减震框架的支撑和悬浮减震。 所述第一层平面磁阵列结构和所述第二层平面磁阵列结构均由第一磁阵列单元 与第二磁阵列单元沿第二方向交替排布形成。 所述第一磁阵列单元由磁铁组与主磁极单元沿第一方向交替排布形成，所述第二 磁阵列单元由主磁极单元与磁铁组沿第一方向交替排布形成，且所述第一磁阵列单元中的 磁铁组与主磁极单元沿第二方向分别与所述第二磁阵列单元中的主磁极单元与磁铁组对 应连接设置，所述磁铁组与所述主磁极单元的尺寸相匹配，所述第一方向与第二方向互相 垂直，且均位于水平面，所述磁铁组由四个尺寸相同的磁钢块呈田字型紧密排布形成。 所述第一磁阵列单元和第二磁阵列单元中的主磁极单元的充磁方向坚直向下设 置，所述第一磁阵列单元中的磁钢块的充磁方向均沿体对角面斜向下设置，所述第二磁阵 列单元中的主磁极单元与磁钢块的充磁方向分别与所述第一磁阵列单元中的主磁极单元 与磁钢块的充磁方向相反。 所述第一磁阵列单元中的磁钢块的充磁方向与水平面的夹角范围为30至60度 同一磁铁组内的四个磁钢块的充磁方向在水平面上的方向分量分别指向四个不 同的方向。 所述第一层平面磁阵列结构中的主磁极单元和磁钢块的充磁方向分别与和所述 第二层平面磁阵列结构中对应位置的主磁极单元和磁钢块的充磁方向相同。 所述第一层平面磁阵列结构中的主磁极单元和磁钢块的充磁方向分别与和所述 第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精密磁悬浮主动减震设备，用以实现工件台的减震，其特征在于：包括磁浮减震器、减震框架、测量模块、执行模块和控制器系统，所述工件台位于所述减震框架上，所述减震框架通过所述磁浮减震器实现支撑和悬浮减震，所述磁浮减震器至少包括两层哈尔贝克磁阵列，且通过所述两层哈尔贝克磁阵列实现所述减震框架的支撑和悬浮减震，所述测量模块和执行模块均与所述减震框架固定连接，所述控制器系统分别与所述测量模块和执行模块连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立伟，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31