磁浮平面电机的制作方法
磁浮平面电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路装备制造领域，尤其涉及一种磁钢单元、一种磁钢阵列、一种磁浮平面电机，以及应用该磁浮平面机的光刻装置。
【背景技术】
[0002]随着光刻技术的进步和半导体工业的迅速发展，对于光刻设备有四项基本性能指标:线宽均匀性、焦深、套刻和产率。为了提高线宽均匀性，光刻机工作台必须提高水平向精密定位能力；为了提高焦深误差精度，工作台必须提高垂向精密定位能力；为了提高光刻机套刻误差精度，工作台必须提高其内部模态来提升动态定位特性。此外，光刻设备必须增加产率，因此台子必须高速运动，快速启动和停止。光刻设备的高速、高加速和高精密的定位能力是相互矛盾的，为了克服这个矛盾，当前工作台技术采用了粗微动结构，实现高速和高精度的技术分离。粗动结构主要由直线电机组成，可以实现大行程和高速度运动。微动台则层叠安装于粗动台上，可以动态补偿定位偏差，微动台实现纳米精度，并具有多自由度运动来进行光刻曝光和对准。目前这种结构采用气浮轴承结构驱动设计技术，无法实现多自由度运动与执行器的一体化耦合设计，导致系统运动结构的质量增大，驱动力随着增大，驱动反力施加给系统的残余振动也增大，从而影响了系统的动态性能。此外，由于产量要求高加速度导致附加倾翻力矩加大，工作台的气浮静刚度约束采用高刚性设计，对导向平面度。预载变形、气浮工艺参数设计要求非常高。同时，考虑到配套的电、气、水、真空通路与柜，工作台系统结构复杂、庞大、可靠性低、维修维护难度大。
[0003]基于磁浮平面电机的磁浮运动台设计实现了运动部件的多自由度耦合运动和悬浮导向。与传统“H”型或“十”字型平面电机结构相比，磁浮平面电机结构简单紧凑，整体刚度高，且可以直接驱动、无机械摩擦和无反冲等特点，利于实现更高的加速性能和定位精度，因此在光刻调焦调平装置中有十分诱人的前景。
[0004]如图1所示，现有技术中的磁浮平面电机，包括磁钢阵列和线圈阵列。其中，磁钢阵列包括若干磁钢单元，如图2所示，磁钢单元包括第一磁钢1-201及围绕第一磁钢的四个第二磁钢1-202，所述第一磁钢是N极磁钢或S极磁钢，第一磁钢和第二磁钢都是方形磁钢，第一磁钢和第二磁钢之间通过长方体第三磁钢:一号第三磁钢l_203a、二号第三磁钢
l-203b、三号第三磁钢-l-203c、四号第三磁钢l-203d连接，此种结构设计形成的磁钢阵列，在四个第三磁钢的相交处，就会产生一个方形的空隙，从而导致磁钢阵列中存在若干个这样的方形空隙，从而使导致磁钢阵列的磁密小，背面磁泄露大。如图3所示，现有技术的线圈阵列包括若干个第一轴方向、第二轴方向分布的线圈阵列，线圈阵列包括呈矩形排列的四个线圈组，四个线圈组分布在同一层，导致使磁浮平面电机动子结构不够紧凑。
[0005]现有技术中需要进一步提高磁浮平面电机定位装置的磁密，并减小背面磁泄露。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，提供了能够减小磁泄露，增大磁密的磁钢单元、磁钢阵列、磁浮平面电机和光刻装置。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种磁钢单元，包括方形第一磁钢和围绕第一磁钢的四个方形第二磁钢，所述第一磁钢是N磁铁或S磁铁，所述第二磁钢极性与第一磁钢相反，其特征在于，所述第一磁钢和/或第二磁钢的四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，所述第三磁钢的磁化方向是指向N磁铁或者背离S磁铁。
[0008]与现有技术相比，本发明所公开的磁钢单元在现有技术的第一磁钢和/或第二磁钢的四边设置带有倒角的长方体形状的第三磁钢，并且通过第三磁钢的倒角设计使第一磁钢与第二磁钢相交处的第三磁钢与第三磁钢之间通过倒角无缝隙连接，从而磁钢单元之间没有缝隙，提高了磁钢占积率；减小背面磁泄露。
[0009]为了解决上述技术问题，本发明还公开了一种磁钢阵列，包括若干个如上文所述的磁钢单元，所述磁钢单元沿第一方向和第二方向按照海尔贝克阵列模式进行周期性排布组成。
[0010]与现有技术相比，本发明所公开的磁钢阵列，包括若干个磁钢单元，磁钢单元按照海尔贝克阵列模式进行周期性排布组成，所述海尔贝克阵列模式为第一磁钢与第二磁钢通过第三磁钢无缝隙连接，提高了磁钢占积率；减小背面磁泄露。
[0011]为了解决上述技术问题，本发明还公开了一种磁浮平面电机，包括多层线圈阵列，还包括如上文所述的磁钢阵列；所述线圈阵列位于所述磁钢阵列之上或之下，所述线圈阵列相对于所述磁钢阵列运动。
[0012]进一步地，所述多层线圈阵列相对于所述磁钢阵列成45度角交叉设置。
[0013]进一步地，所述多层线圈阵列的层数至少为2层，且能相对于所述磁钢阵列进行六自由度运动。
[0014]进一步地，所述多层线圈阵列包括第一层线圈阵列及第二层线圈阵列。
[0015]进一步地，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列贴合在一起。
[0016]进一步地，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列分别包括四个线圈组，所述第一层线圈阵列的四个线圈组沿第一轴方向分布，所述第二层线圈阵列的四个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。
[0017]进一步地，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，每一象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置。
[0018]进一步地，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列分别包括四个线圈组；所述第一层线圈阵列的两个线圈组沿第一轴方向分布，另外两个线圈组沿第二轴方向分布；所述第一层线圈阵列的两个线圈组沿第一轴方向分布，另外两个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。
[0019]进一步地，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，其中，一、三象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置，二、四象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向平行。
[0020]进一步地，所述第一层线圈阵列包括四个线圈组，第二线圈阵列包括两个线圈组，所述第一层线圈阵列的四个线圈组沿第一轴方向分布，所述第二层线圈阵列的两个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。
[0021]进一步地，所述第一轴与第二轴呈90度交叉设置。
[0022]进一步地，所述线圈组包括η个子线圈组，每个子线圈组包括三个线圈，η个子线圈串联或并联，其中，Ln为整数。
[0023]进一步地，每个子线圈组的接线方式为:每个线圈有两个出线端，三个线圈的一个出线端接三相电流，另一个出线端相互短接，作为三相电流的Y形连接点。
[0024]进一步地，所述线圈是由多层导线串接而成，且所有层导线的绕线方向均相同。
[0025]进一步地，所述线圈分为导体部分和非导体部分；导体部分的材料是铜，非导体部分的材料是玻纤环氧树脂。
[0026]一种磁浮平面电机，包括磁钢阵列，还包括多层线圈阵列，所述线圈阵列位于所述磁钢阵列之上或之下，所述线圈阵列相对于所述磁钢阵列运动，所述多层线圈阵 列的层数至少为2层。
[0027]与现有技术相比，本发明公开的磁浮平面电机，采用了多层线圈阵列和磁钢阵列组合；由于磁钢阵列的第三磁钢采用了倒角设计，从而使相邻的四个第三磁钢的相交处无缝隙连接，从而提高了磁钢阵列的占积率，减小了磁钢阵列的背面磁泄露，提高了磁浮平面电机的磁密，甚而使电机推力常数增大。本发明所采用的多层线圈阵列的层数至少为2层，并且每一层都紧贴在一起，而非现有技术中单层结构，采用多层线圈阵列的磁浮平面电机，其结构简单紧凑，整体刚度强，磁浮平面电机动子线圈结构更加坚固，外形尺寸更接近设计值，减小电机因结构尺寸与设计值不一致导致的推力波动、推力干扰，提高电机模态稳定性及控制精度。
[0028]一种光刻装置，包括:一照明单元，用于提供曝光光束；一掩模台，用于支撑一掩模；一工作台，用于支撑一基底并提供六自由度运动；一投影物镜，用于将掩模上图形按一定比例投射至基底；所述工作台包括如上文所述的磁浮平面电机。
[0029]进一步地，所述掩模台包括如上文所述的磁浮平面电机。
[0030]本发明所公开的光刻装置，其中，基于本发明所公开的磁浮平面电机的工作台设计，实现了运动部件的多自由度耦合运动和悬浮导向，在水平xy向实现大行程高精度，其它方向实现小行程高精度的定位台系统。
【附图说明】
[0031]图1是现有技术中磁浮平面电机平面示意图；
[0032]图2是现有技术中磁浮平面电机的磁刚阵列结构示意图；
[0033]图3是现有技术中磁浮平面电机的动子线圈结构示意图；
[0034]图4是实施例一所提供的磁钢阵列结构示意图；
[0035]图5是实施例二所提供的磁钢阵列结构示意图；
[0036]图6是实施例四的多层线圈阵列的结构拆解图；
[0037]图7是实施例五的多层线圈阵列的结构拆解图；
[0038]图8是实施例六的多层线圈阵列的结构拆解图；
[0039]图9是实施例七的多层线圈阵列的结构拆解图；
[0040]图10是本发明所提供的多层线圈阵列的发力体接线图；
[0041 ]图11是每个线圈内部接线方式示意图；
[0042]图12是本发明所提供的磁浮平面电机平面示意图。
[0043]现有技术图示:1-201-第一磁钢、1-202-第二磁钢、l_203a_ —号第三磁钢、
1-203b-二号第三磁钢、l-203c-三号第三磁钢、l-203d-四号第三磁钢。
[0044]本发明图示:100-磁钢阵列、200-多层线圈阵列、101-第一方向、102-第二方向、103-第三方向、2-201-第一磁钢、2-202-第二磁钢；2_203a- —号第三磁钢、2_203b_ 二号第三磁钢、2-203c-三号第三磁钢、2-203d-四号第三磁钢；
[0045]2-303a-第一线圈组、2_303b_第二线圈组、2_304a_第三线圈组、2_304b第四线圈组、2-301a-第五线圈组、2-301b-第六线圈组、2_302a_第七线圈组、2_302b_第八线圈组；
[0046]2-40Ia-第九线圈组、2_401b_第十线圈组、2-402-第i^一线圈组、2-403-第十二线圈组、2-405-第十三线圈组、2-406-第十四线圈组、2-404a-第十五线圈组、2-404b-第十六线圈组；
[0047]2-501a-第十七线圈组、2_501b_第十八线圈组、2_502a_第十九线圈组、
2-502b-第二十线圈组、2-503a-第二i^一线圈组、2_503b_第二十二线圈组。
【具体实施方式】
[0048]下面结合附图对本发明作详细描述:在以下的描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前” “后” “左” “右” “外” “内” “向外” “向内” “上” “下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。101、102、103分别为第一方向、第二方向、第三方向，它们互相垂直，用于描述磁钢阵列和磁钢单元的排布。X、1、z分别为第一轴、第二轴、第三轴，它们互相垂直，用于描述线圈阵列和线圈组的排布。
[0049]实施例一:
[0050]请参考图4，一种磁钢单元，包括方形第一磁钢2-201和围绕第一磁钢的四个方形第二磁钢2-202,所述第一磁钢2-201是N磁铁,磁化方向沿第三方向103方向正方向；所述第二磁钢2-202是S磁铁,磁化方向沿第三方向103方向负方向；所述第一磁钢2-201四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，第三磁钢包括一号第三磁钢2-203a、二号第三磁钢2-203b、三号第三磁钢-2_203c和四号第三磁钢2_203d ;第一磁钢2-201周围的一号第三磁钢2-203a、二号第三磁钢2_203b、三号第三磁钢_2_203c、四号第三磁钢2-203d的磁化方向指向第一磁钢2-201的方向。
[0051]实施例二:
[0052]请参考图5，一种磁钢单元，包括方形第二磁钢2-202和围绕第二磁钢的四个方形第一磁钢2-201,所述第一磁钢2-201是N磁铁,磁化方向沿第三方向103方向正方向；所述第二磁钢2-202是S磁铁，磁化方向沿第三方向103方向负方向；所述第二磁钢2-202四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，第三磁钢包括一号第三磁钢2-203a、二号第三磁钢2-203b、三号第三磁钢-2_203c和四号第三磁钢2_203d ;第二磁钢2-202周围的一号第三磁钢2-203a、二号第三磁钢2_203b、三号第三磁钢_2_203c、四号第三磁钢2-203d的磁化方向远离第二磁钢2-202的方向。
[0053]通过第三磁钢的倒角设计，使第一磁钢2-201与第二磁钢2-202相交处的第三磁钢与第三磁钢之间通过倒角无缝隙连接，相邻的四个第三磁钢的相交处通过其自身设置的倒角连接，故相交处不会产生缝隙，从而使相邻的磁钢单元之间没有缝隙产生，提高了磁钢占积率；减小背面磁泄露。
[0054]实施例三:
[0055]一种磁钢阵列100，包括本发明所提供的任意一种磁钢单元，磁钢阵列100在第一方向101、第二方向102平面上分布，所述磁钢单元沿第一方向101和第二方向102按照Halbach array阵列(即:海尔贝克阵列)模式进行周期性排布组成，所述海尔贝克阵列模式为第一磁钢2-201与第二磁钢2-202在平面内交替分布，第一磁钢2-201或第二磁钢2-202四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，使第一磁钢2-201与第二磁钢2-202相交处的第三磁钢与第三磁钢之间通过倒角无缝隙连接，相邻的四个第三磁钢的相交处通过其自身设置的倒角连接，故相交处不会产生缝隙，从而使相邻的磁钢单元之间没有缝隙产生，提高了磁钢占积率；减小背面磁泄露。
[0056]实施例四:
[0057]请参考图6，一种多层线圈阵列，包括第一层线圈阵列及第二层线圈阵列，所述第一 层线圈阵列包括四个线圈组:第一线圈组2-303a、第二线圈组2-303b、第三线圈组2-304a、第四线圈组2-304b ;这四个线圈组沿第一轴x方向分布，所述第二层线圈阵列包括四个线圈组，第五线圈组2-301a、第六线圈组2-301b、第七线圈组2_302a、第八线圈组2-302b，这四个线圈组沿第二轴J方向分布。
[0058]所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，每一象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置。
[0059]其中，所述第一层线圈阵列沿第一轴X方向分布的第一线圈组2_303a、第二线圈组2-303b、第三线圈组2-304a、第四线圈组2-304b ;这四个线圈组分别构成的四个发力体，通电后产生水平I向和z向推力，Rx、Rz转矩。所述每一个线圈组构成一个发力体，所述第二层线圈阵列沿第二轴y方向分布的第五线圈组2-301a、第六线圈组2-301b、第七线圈组2-302a、第八线圈组2-302b分别构成的四个发力体，通电后产生水平x、z向推力、Ry、Rz转矩。
[0060]实施例五:
[0061]请参考图7，一种多层线圈阵列，包括第一层线圈阵列及第二层线圈阵列，第一层线圈阵列包括四个线圈组:第九线圈组2-401a、第十线圈组2-401b、第i^一线圈组2-402、第十二线圈组2-403，其中，第i^一线圈组2-402、第十二线圈组2-403沿第一轴x方向分布，第九线圈组2-401a、第十线圈组2-401b沿第二轴y方向分布的；第二层线圈阵列包括四个线圈组:第十三线圈组2-405、第十四线圈组2-406、第十五线圈组2_404a、第十六线圈组2-404b ;其中，第十五线圈组2-404a、第十六线圈组2-404b沿第一轴x方向分布，第十三线圈组2-405、第十四线圈组2-406沿第二轴y方向分布。
[0062]所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，其中，一、三象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置:第三象限的第十一线圈组2-402和第十三线圈组2-405走向呈90度交叉；第一象限的第十线圈组2_401b和第十六线圈组2-404b走向呈90度交叉；二、四象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向平行:第二象限的第九线圈组2-401a和第十四线圈组2-406走向平行；第四象限的第十二线圈组2-403和第十五线圈组2-404a走向平打。
[0063]每一个线圈组构成一个发力体；所述第一层线圈阵列的四个线圈组2_401a、2-40lb、2-402、2-403分别构成的四个发力体；所述第二层线圈阵列的四个线圈组2-405、2-406、2-404a、2-404b分别构成的四个发力体；其中第一层线圈阵列的第九线圈组2-40la、第十线圈组2-40Ib和第二层线圈阵列的第十三线圈组2-405、第十四线圈组2-406分别构成的四个发力体，通电后产生z向推力，X向推力、Ry、Rz转矩；第一层线圈阵列的沿第一轴X方向分布的第十一线圈组2-402、第十二线圈组2-403和第二层线圈阵列的第十五线圈组2-404a、第十六线圈组2-404b分别构成的四个发力体通电后产生y向、z向推力，Rx、Rz转矩。
[0064]实施例六:
[0065]请参考图8，一种多层线圈阵列，包括第一层线圈阵列和第二层线圈阵列，第一层线圈阵列包括沿第一轴X方向分布的四个线圈组:第十九线圈组2-502a、第二十线圈组
2-502b、第二i^一线圈组2-503a、第二十二线圈组2_503b ;第二层线圈阵列包括沿第二轴y方向分布的两个线圈组:第十七线圈组2-501a、第十八线圈组2-501b。每个所述第二层线圈阵列的线圈组是每个所述第一层线圈阵列的线圈组的两倍。
[0066]每一个线圈组构成一个发力体；所述第一层线圈阵列的沿第一轴X方向分布第十九线圈组2-502a、第二十线圈组2-502b、第二i^一线圈组2_503a、第二十二线圈组
2-503b分别构成四个发力体，通电后产生y向、z向推力，Rx、Rz转矩。所述第二层线圈阵列的沿第二轴y方向分布的第十七线圈组2-501a、第十八线圈组2-501b分别构成的发力体，通电后产生z向、X向推力和Ry转矩。
[0067]实施例七:
[0068]请参考图9，一种多层线圈阵列，包括贴合在一起的2n层线圈阵列，所述每层线圈阵列之间呈90度交叉设置，其中η为自然数。例如可以是4层、8层、16层线圈阵列等等。
[0069]实施例四、五、六中，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列贴合在一起，呈矩形排列。所述第一轴与第二轴交叉设置，所述第一轴与第二轴优选呈90度交叉设置。所述的线圈组包括η个子线圈组，每个子线圈组包括三个线圈，η个子线圈串联或并联，其中，n ^ 1，η为整数。所述线圈分为导体部分和非导体部分；导体部分的材料是铜，非导体部分的材料是玻纤环氧树脂，可以完全靠机加工处理，因此可以缩短电机制造周期。
[0070]以印刷电路板为基底的线圈表面完全密封，所以不需要像传统平面电机线圈那样做绝缘处理，不存在因水冷板漏水引起线圈短路等问题，且可以将水路与线圈板做成一体，提高了电机运行可靠性。
[0071]请参考图10，实施例四、五、六中所述的发力体接线方式:每个发力体包括三个线圈，每个子线圈组的接线方式为:每个线圈有两个出线端，三个线圈的一个出线端接三相电流，另一个出线端相互短接，作为三相电流的Y形连接点。
[0072]三个实施例所描述的多层线圈阵列中，沿第一轴X方向分布的线圈阵列在通电后产生ζ向、X向推力和Ry转矩；沿第二轴y方向分布的线圈阵列在通电后产生y向、ζ向推力，Rx, Rz转矩。三个实施例中的多层线圈阵列都能产生X、y、ζ方向的推力，以及Rx、Ry、Rz转矩，能够进行提供六自由度运动。
[0073]请参考图11，所述线圈是由多层导线串接而成，且所有层导线的绕线方向均相同。每个线圈的内部接线方式:导线第一层沿逆时针或顺时针方向一圈圈向里绕至绕线柱端部中心位置，然后与第二层串联，第二层再沿同一方向一圈圈向外绕到线圈最外围，然后在外转端部位置与第三层串联，然后再重复第一层方式依次布线。
[0074]本发明所提供的多层线圈阵列包括紧贴在一起的第一层线圈阵列和第二层线圈阵列，甚至2η层线圈阵列，而非现有技术中一层线圈阵列结构，多层线圈阵列200更加紧凑、坚固，外形尺寸更接近设计值。
[0075]实施例八:
[0076]请参考图12，一种用于定位台的磁浮平面电机，包括本发明所提供的磁钢阵列100以及本发明所提供的任意一种多层线圈阵列200，所述多层线圈阵列200位于所述磁钢阵列100之上或之下，并与磁钢阵列100存在一定的间隙，所述多层线圈阵列200可以沿着第一轴X和第二轴I相对于所述磁钢阵列100做大范围运动；所述多层线圈阵列200相对于所述磁钢阵列100交叉设置，交叉角度优选设置为45度。
[0077]实施例九:
[0078]—种磁浮平面电机，本发明所提 供的多层线圈阵列200和现有技术中任何一种磁钢阵列；所述多层线圈阵列200位于所述磁钢阵列之上或之下，所述多层线圈阵列200相对于所述磁钢阵列运动，，所述多层线圈阵列的层数至少为2层。
[0079]实施例十:
[0080]一种磁浮平面电机，包括本发明所提供的磁钢阵列100和现有技术中任何一种线圈阵列，所述线圈阵列位于所述磁钢阵列100之上或之下，所述线圈阵列相对于所述磁钢阵列100运动。
[0081]本实施例所提供的磁浮平面电机，采用本发明所提供的磁钢阵列100和多层线圈阵列200，由于磁钢阵列100没有任何缝隙，定子磁钢占积率高，提高了磁浮平面电机磁密，减小背面磁泄露，电机推力常数增大2% ;由于多层线圈阵列200结构简单紧凑，整体刚度强，坚固，外形尺寸更接近设计值，减小磁浮平面电机因结构尺寸与设计值不一致导致的推力波动、推力干扰，提高了磁浮平面电机的模态稳定性及控制精度。
[0082]实施例^^一:
[0083]根据本发明所提供的磁浮平面电机作为定位装置，应用于步进扫描的光刻装置，其组成部件包括:一照明单元，用于提供曝光光束；一掩模台，用于支撑一掩模；一工作台，用于支撑一基底并提供六自由度运动；一投影物镜，用于将掩模上图形按一定比例投射至基底；所述掩模台和所述工作台均包括如上文所述的磁浮平面电机。
[0084]本发明所公开的光刻装置，其中，基于本发明所公开的磁浮平面电机的工作台设计，由于构成磁浮平面电机的多层线圈阵列200的能产生X、γ、ζ方向的推力，以及Rx、Ry>Rz转矩，工作台实现了运动部件的多自由度耦合运动和悬浮导向，在水平方向实现大行程高精度，其它方向实现小行程高精度的定位台系统。
[0085]本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种磁钢单元，包括方形第一磁钢和围绕第一磁钢的四个方形第二磁钢，所述第一磁钢是N磁铁或S磁铁，所述第二磁钢极性与第一磁钢相反，其特征在于，所述第一磁钢和/或第二磁钢的四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，所述第三磁钢的磁化方向是指向N磁铁或者背离S磁铁。2.一种磁钢阵列，其特征在于，包括若干个如权利要求1所述的磁钢单元，所述磁钢单元沿第一方向和第二方向按照海尔贝克阵列模式进行周期性排布组成。3.—种磁浮平面电机，包括多层线圈阵列，其特征在于，还包括如权利要求2所述的磁钢阵列；所述线圈阵列位于所述磁钢阵列之上或之下，所述线圈阵列相对于所述磁钢阵列运动。4.根据权利要求3所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述多层线圈阵列相对于所述磁钢阵列成45度角交叉设置。5.根据权利要求3所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述多层线圈阵列的层数至少为2层，且能相对于所述磁钢阵列进行六自由度运动。6.如权利要求3所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述多层线圈阵列包括第一层线圈阵列及第二层线圈阵列。7.根据权利要求6所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列贴合在一起。8.如权利要求6所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列分别包括四个线圈组，所述第一层线圈阵列的四个线圈组沿第一轴方向分布，所述第二层线圈阵列的四个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。9.如权利要求8所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，每一象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置。10.根据权利要求6所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列分别包括四个线圈组；所述第一层线圈阵列的两个线圈组沿第一轴方向分布，另外两个线圈组沿第二轴方向分布；所述第一层线圈阵列的两个线圈组沿第一轴方向分布，另外两个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。11.如权利要求10所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，其中，一、三象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置，二、四象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向平行。12.根据权利要求6所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列包括四个线圈组，第二线圈阵列包括两个线圈组，所述第一层线圈阵列的四个线圈组沿第一轴方向分布，所述第二层线圈阵列的两个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。13.如权利要求8、10或12所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一轴与第二轴呈90度交叉设置。14.如权利要求8、10或12所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述线圈组包括η个子线圈组，每个子线圈组包括三个线圈，η个子线圈串联或并联，其中，η彡1，η为整数。15.如权利要求14所述的磁浮平面电机，其特征在于，每个子线圈组的接线方式为:每个线圈有两个出线端，三个线圈的一个出线端接三相电流，另一个出线端相互短接，作为三相电流的Y形连接点。16.根据权利要求14所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述线圈是由多层导线串接而成，且所有层导线的绕线方向均相同。17.根据权利要求14所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述线圈分为导体部分和非导体部分；导体部分的材料是铜，非导体部分的材料是玻纤环氧树脂。18.—种磁浮平面电机，包括磁钢阵列，其特征在于，还包括多层线圈阵列，所述线圈阵列位于所述磁钢阵列之上或之下，所述线圈阵列相对于所述磁钢阵列运动，所述多层线圈阵列的层数至少为2层。19.一种光刻装置,包括: 一照明单元，用于提供曝光光束； 一掩模台，用于支撑一掩模； 一工作台，用于支撑一基底并提供六自由度运动； 一投影物镜，用于将掩模上图形按一定比例投射至基底； 其特征在于，所述工作台包括如权利要求3至18任一项所述的磁浮平面电机。20.根据权利要求19所述的光刻装置，其特征在于，所述掩模台包括如权利要求3至18任一项所述的磁浮平面电机。
【专利摘要】本发明公开了一种磁钢单元，包括方形第一磁钢和围绕第一磁钢的四个方形第二磁钢，所述第一磁钢是N磁铁或S磁铁，所述第二磁钢极性与第一磁钢相反，所述第一磁钢和/或第二磁钢的四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，所述第三磁钢的磁化方向是指向N磁铁或者远离S磁铁。还公开了一种磁钢阵列、磁浮平面电机、三种线圈阵列、一种光刻装置。本发明所提供的磁钢单元、磁钢阵列提高了定子磁钢占积率，提高磁浮平面电机磁密，电机推力常数增大2%；本发明所提供的线圈阵列使磁浮平面电机动子结构更加紧凑、坚固，提高电机模态稳定性及高控制精度。
【IPC分类】H02N15/00, G03F7/20
【公开号】CN104901586
【申请号】CN201410073754
【发明人】段素丙, 陈庆生, 季汉川, 池峰, 刘小虎
【申请人】上海微电子装备有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路装备制造领域，尤其涉及一种磁钢单元、一种磁钢阵列、一种磁浮平面电机，以及应用该磁浮平面机的光刻装置。
【背景技术】
[0002]随着光刻技术的进步和半导体工业的迅速发展，对于光刻设备有四项基本性能指标:线宽均匀性、焦深、套刻和产率。为了提高线宽均匀性，光刻机工作台必须提高水平向精密定位能力；为了提高焦深误差精度，工作台必须提高垂向精密定位能力；为了提高光刻机套刻误差精度，工作台必须提高其内部模态来提升动态定位特性。此外，光刻设备必须增加产率，因此台子必须高速运动，快速启动和停止。光刻设备的高速、高加速和高精密的定位能力是相互矛盾的，为了克服这个矛盾，当前工作台技术采用了粗微动结构，实现高速和高精度的技术分离。粗动结构主要由直线电机组成，可以实现大行程和高速度运动。微动台则层叠安装于粗动台上，可以动态补偿定位偏差，微动台实现纳米精度，并具有多自由度运动来进行光刻曝光和对准。目前这种结构采用气浮轴承结构驱动设计技术，无法实现多自由度运动与执行器的一体化耦合设计，导致系统运动结构的质量增大，驱动力随着增大，驱动反力施加给系统的残余振动也增大，从而影响了系统的动态性能。此外，由于产量要求高加速度导致附加倾翻力矩加大，工作台的气浮静刚度约束采用高刚性设计，对导向平面度。预载变形、气浮工艺参数设计要求非常高。同时，考虑到配套的电、气、水、真空通路与柜，工作台系统结构复杂、庞大、可靠性低、维修维护难度大。
[0003]基于磁浮平面电机的磁浮运动台设计实现了运动部件的多自由度耦合运动和悬浮导向。与传统“H”型或“十”字型平面电机结构相比，磁浮平面电机结构简单紧凑，整体刚度高，且可以直接驱动、无机械摩擦和无反冲等特点，利于实现更高的加速性能和定位精度，因此在光刻调焦调平装置中有十分诱人的前景。
[0004]如图1所示，现有技术中的磁浮平面电机，包括磁钢阵列和线圈阵列。其中，磁钢阵列包括若干磁钢单元，如图2所示，磁钢单元包括第一磁钢1-201及围绕第一磁钢的四个第二磁钢1-202，所述第一磁钢是N极磁钢或S极磁钢，第一磁钢和第二磁钢都是方形磁钢，第一磁钢和第二磁钢之间通过长方体第三磁钢:一号第三磁钢l_203a、二号第三磁钢
l-203b、三号第三磁钢-l-203c、四号第三磁钢l-203d连接，此种结构设计形成的磁钢阵列，在四个第三磁钢的相交处，就会产生一个方形的空隙，从而导致磁钢阵列中存在若干个这样的方形空隙，从而使导致磁钢阵列的磁密小，背面磁泄露大。如图3所示，现有技术的线圈阵列包括若干个第一轴方向、第二轴方向分布的线圈阵列，线圈阵列包括呈矩形排列的四个线圈组，四个线圈组分布在同一层，导致使磁浮平面电机动子结构不够紧凑。
[0005]现有技术中需要进一步提高磁浮平面电机定位装置的磁密，并减小背面磁泄露。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是，提供了能够减小磁泄露，增大磁密的磁钢单元、磁钢阵列、磁浮平面电机和光刻装置。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种磁钢单元，包括方形第一磁钢和围绕第一磁钢的四个方形第二磁钢，所述第一磁钢是N磁铁或S磁铁，所述第二磁钢极性与第一磁钢相反，其特征在于，所述第一磁钢和/或第二磁钢的四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，所述第三磁钢的磁化方向是指向N磁铁或者背离S磁铁。
[0008]与现有技术相比，本发明所公开的磁钢单元在现有技术的第一磁钢和/或第二磁钢的四边设置带有倒角的长方体形状的第三磁钢，并且通过第三磁钢的倒角设计使第一磁钢与第二磁钢相交处的第三磁钢与第三磁钢之间通过倒角无缝隙连接，从而磁钢单元之间没有缝隙，提高了磁钢占积率；减小背面磁泄露。
[0009]为了解决上述技术问题，本发明还公开了一种磁钢阵列，包括若干个如上文所述的磁钢单元，所述磁钢单元沿第一方向和第二方向按照海尔贝克阵列模式进行周期性排布组成。
[0010]与现有技术相比，本发明所公开的磁钢阵列，包括若干个磁钢单元，磁钢单元按照海尔贝克阵列模式进行周期性排布组成，所述海尔贝克阵列模式为第一磁钢与第二磁钢通过第三磁钢无缝隙连接，提高了磁钢占积率；减小背面磁泄露。
[0011]为了解决上述技术问题，本发明还公开了一种磁浮平面电机，包括多层线圈阵列，还包括如上文所述的磁钢阵列；所述线圈阵列位于所述磁钢阵列之上或之下，所述线圈阵列相对于所述磁钢阵列运动。
[0012]进一步地，所述多层线圈阵列相对于所述磁钢阵列成45度角交叉设置。
[0013]进一步地，所述多层线圈阵列的层数至少为2层，且能相对于所述磁钢阵列进行六自由度运动。
[0014]进一步地，所述多层线圈阵列包括第一层线圈阵列及第二层线圈阵列。
[0015]进一步地，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列贴合在一起。
[0016]进一步地，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列分别包括四个线圈组，所述第一层线圈阵列的四个线圈组沿第一轴方向分布，所述第二层线圈阵列的四个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。
[0017]进一步地，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，每一象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置。
[0018]进一步地，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列分别包括四个线圈组；所述第一层线圈阵列的两个线圈组沿第一轴方向分布，另外两个线圈组沿第二轴方向分布；所述第一层线圈阵列的两个线圈组沿第一轴方向分布，另外两个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。
[0019]进一步地，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，其中，一、三象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置，二、四象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向平行。
[0020]进一步地，所述第一层线圈阵列包括四个线圈组，第二线圈阵列包括两个线圈组，所述第一层线圈阵列的四个线圈组沿第一轴方向分布，所述第二层线圈阵列的两个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。
[0021]进一步地，所述第一轴与第二轴呈90度交叉设置。
[0022]进一步地，所述线圈组包括η个子线圈组，每个子线圈组包括三个线圈，η个子线圈串联或并联，其中，Ln为整数。
[0023]进一步地，每个子线圈组的接线方式为:每个线圈有两个出线端，三个线圈的一个出线端接三相电流，另一个出线端相互短接，作为三相电流的Y形连接点。
[0024]进一步地，所述线圈是由多层导线串接而成，且所有层导线的绕线方向均相同。
[0025]进一步地，所述线圈分为导体部分和非导体部分；导体部分的材料是铜，非导体部分的材料是玻纤环氧树脂。
[0026]一种磁浮平面电机，包括磁钢阵列，还包括多层线圈阵列，所述线圈阵列位于所述磁钢阵列之上或之下，所述线圈阵列相对于所述磁钢阵列运动，所述多层线圈阵 列的层数至少为2层。
[0027]与现有技术相比，本发明公开的磁浮平面电机，采用了多层线圈阵列和磁钢阵列组合；由于磁钢阵列的第三磁钢采用了倒角设计，从而使相邻的四个第三磁钢的相交处无缝隙连接，从而提高了磁钢阵列的占积率，减小了磁钢阵列的背面磁泄露，提高了磁浮平面电机的磁密，甚而使电机推力常数增大。本发明所采用的多层线圈阵列的层数至少为2层，并且每一层都紧贴在一起，而非现有技术中单层结构，采用多层线圈阵列的磁浮平面电机，其结构简单紧凑，整体刚度强，磁浮平面电机动子线圈结构更加坚固，外形尺寸更接近设计值，减小电机因结构尺寸与设计值不一致导致的推力波动、推力干扰，提高电机模态稳定性及控制精度。
[0028]一种光刻装置，包括:一照明单元，用于提供曝光光束；一掩模台，用于支撑一掩模；一工作台，用于支撑一基底并提供六自由度运动；一投影物镜，用于将掩模上图形按一定比例投射至基底；所述工作台包括如上文所述的磁浮平面电机。
[0029]进一步地，所述掩模台包括如上文所述的磁浮平面电机。
[0030]本发明所公开的光刻装置，其中，基于本发明所公开的磁浮平面电机的工作台设计，实现了运动部件的多自由度耦合运动和悬浮导向，在水平xy向实现大行程高精度，其它方向实现小行程高精度的定位台系统。
【附图说明】
[0031]图1是现有技术中磁浮平面电机平面示意图；
[0032]图2是现有技术中磁浮平面电机的磁刚阵列结构示意图；
[0033]图3是现有技术中磁浮平面电机的动子线圈结构示意图；
[0034]图4是实施例一所提供的磁钢阵列结构示意图；
[0035]图5是实施例二所提供的磁钢阵列结构示意图；
[0036]图6是实施例四的多层线圈阵列的结构拆解图；
[0037]图7是实施例五的多层线圈阵列的结构拆解图；
[0038]图8是实施例六的多层线圈阵列的结构拆解图；
[0039]图9是实施例七的多层线圈阵列的结构拆解图；
[0040]图10是本发明所提供的多层线圈阵列的发力体接线图；
[0041 ]图11是每个线圈内部接线方式示意图；
[0042]图12是本发明所提供的磁浮平面电机平面示意图。
[0043]现有技术图示:1-201-第一磁钢、1-202-第二磁钢、l_203a_ —号第三磁钢、
1-203b-二号第三磁钢、l-203c-三号第三磁钢、l-203d-四号第三磁钢。
[0044]本发明图示:100-磁钢阵列、200-多层线圈阵列、101-第一方向、102-第二方向、103-第三方向、2-201-第一磁钢、2-202-第二磁钢；2_203a- —号第三磁钢、2_203b_ 二号第三磁钢、2-203c-三号第三磁钢、2-203d-四号第三磁钢；
[0045]2-303a-第一线圈组、2_303b_第二线圈组、2_304a_第三线圈组、2_304b第四线圈组、2-301a-第五线圈组、2-301b-第六线圈组、2_302a_第七线圈组、2_302b_第八线圈组；
[0046]2-40Ia-第九线圈组、2_401b_第十线圈组、2-402-第i^一线圈组、2-403-第十二线圈组、2-405-第十三线圈组、2-406-第十四线圈组、2-404a-第十五线圈组、2-404b-第十六线圈组；
[0047]2-501a-第十七线圈组、2_501b_第十八线圈组、2_502a_第十九线圈组、
2-502b-第二十线圈组、2-503a-第二i^一线圈组、2_503b_第二十二线圈组。
【具体实施方式】
[0048]下面结合附图对本发明作详细描述:在以下的描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前” “后” “左” “右” “外” “内” “向外” “向内” “上” “下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。101、102、103分别为第一方向、第二方向、第三方向，它们互相垂直，用于描述磁钢阵列和磁钢单元的排布。X、1、z分别为第一轴、第二轴、第三轴，它们互相垂直，用于描述线圈阵列和线圈组的排布。
[0049]实施例一:
[0050]请参考图4，一种磁钢单元，包括方形第一磁钢2-201和围绕第一磁钢的四个方形第二磁钢2-202,所述第一磁钢2-201是N磁铁,磁化方向沿第三方向103方向正方向；所述第二磁钢2-202是S磁铁,磁化方向沿第三方向103方向负方向；所述第一磁钢2-201四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，第三磁钢包括一号第三磁钢2-203a、二号第三磁钢2-203b、三号第三磁钢-2_203c和四号第三磁钢2_203d ;第一磁钢2-201周围的一号第三磁钢2-203a、二号第三磁钢2_203b、三号第三磁钢_2_203c、四号第三磁钢2-203d的磁化方向指向第一磁钢2-201的方向。
[0051]实施例二:
[0052]请参考图5，一种磁钢单元，包括方形第二磁钢2-202和围绕第二磁钢的四个方形第一磁钢2-201,所述第一磁钢2-201是N磁铁,磁化方向沿第三方向103方向正方向；所述第二磁钢2-202是S磁铁，磁化方向沿第三方向103方向负方向；所述第二磁钢2-202四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，第三磁钢包括一号第三磁钢2-203a、二号第三磁钢2-203b、三号第三磁钢-2_203c和四号第三磁钢2_203d ;第二磁钢2-202周围的一号第三磁钢2-203a、二号第三磁钢2_203b、三号第三磁钢_2_203c、四号第三磁钢2-203d的磁化方向远离第二磁钢2-202的方向。
[0053]通过第三磁钢的倒角设计，使第一磁钢2-201与第二磁钢2-202相交处的第三磁钢与第三磁钢之间通过倒角无缝隙连接，相邻的四个第三磁钢的相交处通过其自身设置的倒角连接，故相交处不会产生缝隙，从而使相邻的磁钢单元之间没有缝隙产生，提高了磁钢占积率；减小背面磁泄露。
[0054]实施例三:
[0055]一种磁钢阵列100，包括本发明所提供的任意一种磁钢单元，磁钢阵列100在第一方向101、第二方向102平面上分布，所述磁钢单元沿第一方向101和第二方向102按照Halbach array阵列(即:海尔贝克阵列)模式进行周期性排布组成，所述海尔贝克阵列模式为第一磁钢2-201与第二磁钢2-202在平面内交替分布，第一磁钢2-201或第二磁钢2-202四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，使第一磁钢2-201与第二磁钢2-202相交处的第三磁钢与第三磁钢之间通过倒角无缝隙连接，相邻的四个第三磁钢的相交处通过其自身设置的倒角连接，故相交处不会产生缝隙，从而使相邻的磁钢单元之间没有缝隙产生，提高了磁钢占积率；减小背面磁泄露。
[0056]实施例四:
[0057]请参考图6，一种多层线圈阵列，包括第一层线圈阵列及第二层线圈阵列，所述第一 层线圈阵列包括四个线圈组:第一线圈组2-303a、第二线圈组2-303b、第三线圈组2-304a、第四线圈组2-304b ;这四个线圈组沿第一轴x方向分布，所述第二层线圈阵列包括四个线圈组，第五线圈组2-301a、第六线圈组2-301b、第七线圈组2_302a、第八线圈组2-302b，这四个线圈组沿第二轴J方向分布。
[0058]所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，每一象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置。
[0059]其中，所述第一层线圈阵列沿第一轴X方向分布的第一线圈组2_303a、第二线圈组2-303b、第三线圈组2-304a、第四线圈组2-304b ;这四个线圈组分别构成的四个发力体，通电后产生水平I向和z向推力，Rx、Rz转矩。所述每一个线圈组构成一个发力体，所述第二层线圈阵列沿第二轴y方向分布的第五线圈组2-301a、第六线圈组2-301b、第七线圈组2-302a、第八线圈组2-302b分别构成的四个发力体，通电后产生水平x、z向推力、Ry、Rz转矩。
[0060]实施例五:
[0061]请参考图7，一种多层线圈阵列，包括第一层线圈阵列及第二层线圈阵列，第一层线圈阵列包括四个线圈组:第九线圈组2-401a、第十线圈组2-401b、第i^一线圈组2-402、第十二线圈组2-403，其中，第i^一线圈组2-402、第十二线圈组2-403沿第一轴x方向分布，第九线圈组2-401a、第十线圈组2-401b沿第二轴y方向分布的；第二层线圈阵列包括四个线圈组:第十三线圈组2-405、第十四线圈组2-406、第十五线圈组2_404a、第十六线圈组2-404b ;其中，第十五线圈组2-404a、第十六线圈组2-404b沿第一轴x方向分布，第十三线圈组2-405、第十四线圈组2-406沿第二轴y方向分布。
[0062]所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，其中，一、三象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置:第三象限的第十一线圈组2-402和第十三线圈组2-405走向呈90度交叉；第一象限的第十线圈组2_401b和第十六线圈组2-404b走向呈90度交叉；二、四象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向平行:第二象限的第九线圈组2-401a和第十四线圈组2-406走向平行；第四象限的第十二线圈组2-403和第十五线圈组2-404a走向平打。
[0063]每一个线圈组构成一个发力体；所述第一层线圈阵列的四个线圈组2_401a、2-40lb、2-402、2-403分别构成的四个发力体；所述第二层线圈阵列的四个线圈组2-405、2-406、2-404a、2-404b分别构成的四个发力体；其中第一层线圈阵列的第九线圈组2-40la、第十线圈组2-40Ib和第二层线圈阵列的第十三线圈组2-405、第十四线圈组2-406分别构成的四个发力体，通电后产生z向推力，X向推力、Ry、Rz转矩；第一层线圈阵列的沿第一轴X方向分布的第十一线圈组2-402、第十二线圈组2-403和第二层线圈阵列的第十五线圈组2-404a、第十六线圈组2-404b分别构成的四个发力体通电后产生y向、z向推力，Rx、Rz转矩。
[0064]实施例六:
[0065]请参考图8，一种多层线圈阵列，包括第一层线圈阵列和第二层线圈阵列，第一层线圈阵列包括沿第一轴X方向分布的四个线圈组:第十九线圈组2-502a、第二十线圈组
2-502b、第二i^一线圈组2-503a、第二十二线圈组2_503b ;第二层线圈阵列包括沿第二轴y方向分布的两个线圈组:第十七线圈组2-501a、第十八线圈组2-501b。每个所述第二层线圈阵列的线圈组是每个所述第一层线圈阵列的线圈组的两倍。
[0066]每一个线圈组构成一个发力体；所述第一层线圈阵列的沿第一轴X方向分布第十九线圈组2-502a、第二十线圈组2-502b、第二i^一线圈组2_503a、第二十二线圈组
2-503b分别构成四个发力体，通电后产生y向、z向推力，Rx、Rz转矩。所述第二层线圈阵列的沿第二轴y方向分布的第十七线圈组2-501a、第十八线圈组2-501b分别构成的发力体，通电后产生z向、X向推力和Ry转矩。
[0067]实施例七:
[0068]请参考图9，一种多层线圈阵列，包括贴合在一起的2n层线圈阵列，所述每层线圈阵列之间呈90度交叉设置，其中η为自然数。例如可以是4层、8层、16层线圈阵列等等。
[0069]实施例四、五、六中，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列贴合在一起，呈矩形排列。所述第一轴与第二轴交叉设置，所述第一轴与第二轴优选呈90度交叉设置。所述的线圈组包括η个子线圈组，每个子线圈组包括三个线圈，η个子线圈串联或并联，其中，n ^ 1，η为整数。所述线圈分为导体部分和非导体部分；导体部分的材料是铜，非导体部分的材料是玻纤环氧树脂，可以完全靠机加工处理，因此可以缩短电机制造周期。
[0070]以印刷电路板为基底的线圈表面完全密封，所以不需要像传统平面电机线圈那样做绝缘处理，不存在因水冷板漏水引起线圈短路等问题，且可以将水路与线圈板做成一体，提高了电机运行可靠性。
[0071]请参考图10，实施例四、五、六中所述的发力体接线方式:每个发力体包括三个线圈，每个子线圈组的接线方式为:每个线圈有两个出线端，三个线圈的一个出线端接三相电流，另一个出线端相互短接，作为三相电流的Y形连接点。
[0072]三个实施例所描述的多层线圈阵列中，沿第一轴X方向分布的线圈阵列在通电后产生ζ向、X向推力和Ry转矩；沿第二轴y方向分布的线圈阵列在通电后产生y向、ζ向推力，Rx, Rz转矩。三个实施例中的多层线圈阵列都能产生X、y、ζ方向的推力，以及Rx、Ry、Rz转矩，能够进行提供六自由度运动。
[0073]请参考图11，所述线圈是由多层导线串接而成，且所有层导线的绕线方向均相同。每个线圈的内部接线方式:导线第一层沿逆时针或顺时针方向一圈圈向里绕至绕线柱端部中心位置，然后与第二层串联，第二层再沿同一方向一圈圈向外绕到线圈最外围，然后在外转端部位置与第三层串联，然后再重复第一层方式依次布线。
[0074]本发明所提供的多层线圈阵列包括紧贴在一起的第一层线圈阵列和第二层线圈阵列，甚至2η层线圈阵列，而非现有技术中一层线圈阵列结构，多层线圈阵列200更加紧凑、坚固，外形尺寸更接近设计值。
[0075]实施例八:
[0076]请参考图12，一种用于定位台的磁浮平面电机，包括本发明所提供的磁钢阵列100以及本发明所提供的任意一种多层线圈阵列200，所述多层线圈阵列200位于所述磁钢阵列100之上或之下，并与磁钢阵列100存在一定的间隙，所述多层线圈阵列200可以沿着第一轴X和第二轴I相对于所述磁钢阵列100做大范围运动；所述多层线圈阵列200相对于所述磁钢阵列100交叉设置，交叉角度优选设置为45度。
[0077]实施例九:
[0078]—种磁浮平面电机，本发明所提 供的多层线圈阵列200和现有技术中任何一种磁钢阵列；所述多层线圈阵列200位于所述磁钢阵列之上或之下，所述多层线圈阵列200相对于所述磁钢阵列运动，，所述多层线圈阵列的层数至少为2层。
[0079]实施例十:
[0080]一种磁浮平面电机，包括本发明所提供的磁钢阵列100和现有技术中任何一种线圈阵列，所述线圈阵列位于所述磁钢阵列100之上或之下，所述线圈阵列相对于所述磁钢阵列100运动。
[0081]本实施例所提供的磁浮平面电机，采用本发明所提供的磁钢阵列100和多层线圈阵列200，由于磁钢阵列100没有任何缝隙，定子磁钢占积率高，提高了磁浮平面电机磁密，减小背面磁泄露，电机推力常数增大2% ;由于多层线圈阵列200结构简单紧凑，整体刚度强，坚固，外形尺寸更接近设计值，减小磁浮平面电机因结构尺寸与设计值不一致导致的推力波动、推力干扰，提高了磁浮平面电机的模态稳定性及控制精度。
[0082]实施例^^一:
[0083]根据本发明所提供的磁浮平面电机作为定位装置，应用于步进扫描的光刻装置，其组成部件包括:一照明单元，用于提供曝光光束；一掩模台，用于支撑一掩模；一工作台，用于支撑一基底并提供六自由度运动；一投影物镜，用于将掩模上图形按一定比例投射至基底；所述掩模台和所述工作台均包括如上文所述的磁浮平面电机。
[0084]本发明所公开的光刻装置，其中，基于本发明所公开的磁浮平面电机的工作台设计，由于构成磁浮平面电机的多层线圈阵列200的能产生X、γ、ζ方向的推力，以及Rx、Ry>Rz转矩，工作台实现了运动部件的多自由度耦合运动和悬浮导向，在水平方向实现大行程高精度，其它方向实现小行程高精度的定位台系统。
[0085]本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种磁钢单元，包括方形第一磁钢和围绕第一磁钢的四个方形第二磁钢，所述第一磁钢是N磁铁或S磁铁，所述第二磁钢极性与第一磁钢相反，其特征在于，所述第一磁钢和/或第二磁钢的四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，所述第三磁钢的磁化方向是指向N磁铁或者背离S磁铁。2.一种磁钢阵列，其特征在于，包括若干个如权利要求1所述的磁钢单元，所述磁钢单元沿第一方向和第二方向按照海尔贝克阵列模式进行周期性排布组成。3.—种磁浮平面电机，包括多层线圈阵列，其特征在于，还包括如权利要求2所述的磁钢阵列；所述线圈阵列位于所述磁钢阵列之上或之下，所述线圈阵列相对于所述磁钢阵列运动。4.根据权利要求3所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述多层线圈阵列相对于所述磁钢阵列成45度角交叉设置。5.根据权利要求3所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述多层线圈阵列的层数至少为2层，且能相对于所述磁钢阵列进行六自由度运动。6.如权利要求3所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述多层线圈阵列包括第一层线圈阵列及第二层线圈阵列。7.根据权利要求6所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列贴合在一起。8.如权利要求6所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列分别包括四个线圈组，所述第一层线圈阵列的四个线圈组沿第一轴方向分布，所述第二层线圈阵列的四个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。9.如权利要求8所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，每一象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置。10.根据权利要求6所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列分别包括四个线圈组；所述第一层线圈阵列的两个线圈组沿第一轴方向分布，另外两个线圈组沿第二轴方向分布；所述第一层线圈阵列的两个线圈组沿第一轴方向分布，另外两个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。11.如权利要求10所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列与第二层线圈阵列中的四个线圈组分别处于四个象限中，其中，一、三象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向呈交叉设置，二、四象限的第一、第二线圈阵列的线圈组分布方向平行。12.根据权利要求6所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一层线圈阵列包括四个线圈组，第二线圈阵列包括两个线圈组，所述第一层线圈阵列的四个线圈组沿第一轴方向分布，所述第二层线圈阵列的两个线圈组沿第二轴方向分布，所述第一轴与第二轴交叉设置。13.如权利要求8、10或12所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述第一轴与第二轴呈90度交叉设置。14.如权利要求8、10或12所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述线圈组包括η个子线圈组，每个子线圈组包括三个线圈，η个子线圈串联或并联，其中，η彡1，η为整数。15.如权利要求14所述的磁浮平面电机，其特征在于，每个子线圈组的接线方式为:每个线圈有两个出线端，三个线圈的一个出线端接三相电流，另一个出线端相互短接，作为三相电流的Y形连接点。16.根据权利要求14所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述线圈是由多层导线串接而成，且所有层导线的绕线方向均相同。17.根据权利要求14所述的磁浮平面电机，其特征在于，所述线圈分为导体部分和非导体部分；导体部分的材料是铜，非导体部分的材料是玻纤环氧树脂。18.—种磁浮平面电机，包括磁钢阵列，其特征在于，还包括多层线圈阵列，所述线圈阵列位于所述磁钢阵列之上或之下，所述线圈阵列相对于所述磁钢阵列运动，所述多层线圈阵列的层数至少为2层。19.一种光刻装置,包括: 一照明单元，用于提供曝光光束； 一掩模台，用于支撑一掩模； 一工作台，用于支撑一基底并提供六自由度运动； 一投影物镜，用于将掩模上图形按一定比例投射至基底； 其特征在于，所述工作台包括如权利要求3至18任一项所述的磁浮平面电机。20.根据权利要求19所述的光刻装置，其特征在于，所述掩模台包括如权利要求3至18任一项所述的磁浮平面电机。
【专利摘要】本发明公开了一种磁钢单元，包括方形第一磁钢和围绕第一磁钢的四个方形第二磁钢，所述第一磁钢是N磁铁或S磁铁，所述第二磁钢极性与第一磁钢相反，所述第一磁钢和/或第二磁钢的四边通过设置有倒角的长方体形状的第三磁钢无缝隙连接，所述第三磁钢的磁化方向是指向N磁铁或者远离S磁铁。还公开了一种磁钢阵列、磁浮平面电机、三种线圈阵列、一种光刻装置。本发明所提供的磁钢单元、磁钢阵列提高了定子磁钢占积率，提高磁浮平面电机磁密，电机推力常数增大2%；本发明所提供的线圈阵列使磁浮平面电机动子结构更加紧凑、坚固，提高电机模态稳定性及高控制精度。
【IPC分类】H02N15/00, G03F7/20
【公开号】CN104901586
【申请号】CN201410073754
【发明人】段素丙, 陈庆生, 季汉川, 池峰, 刘小虎
【申请人】上海微电子装备有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年3月3日
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