位移测量与悬浮控制一体化的磁悬浮转台的制作方法

本发明涉及磁悬浮，具体是一种位移测量与悬浮控制一体化的磁悬浮转台。

背景技术：

1、在半导体制造中，一方面，晶圆的洁净度很重要,因为晶圆表面的洁净度会影响后续半导体工艺及产品的合格率，为了达到超洁净的需要，硅或其他半导体材料的晶圆必须在受控的超清洁气氛中处理。比如，在晶圆的制造过程中，一个制造步骤是在离子注入掺杂之后对晶圆进行退火。掺杂在晶体结构上施加应变，如果应力不能得到快速释放,将导致离子掺杂的电阻率发生不希望的变化。目前，通常采用快速热处理工艺 (rt) 进行退火处理。再一方面，晶圆的处理均匀性很重要,为了产生均匀性,通常在处理晶圆时要围绕晶圆中心的垂直轴或z轴旋转晶圆。旋转还用于其他晶圆处理,例如化学气相沉积、热处理、离子注入掺杂和其他技术掺杂。为了满足半导体工艺制造中超洁净和处理均匀性等的严苛要求，半导体加工设备最佳采用无接触旋转驱动的磁悬浮转台。磁悬浮转台包括定子和转子，定子用于产生磁场以驱动转子及承载体旋转和悬浮。根据定子和转子两者的相对位置差异，可以分为内转子的磁悬浮转台和外转子的磁悬浮转台。

2、为了实现转子的稳定悬浮，必须给控制系统提供转子准确的位置信息。一般通过非接触式位移传感器技术来获得所需要的转子位置信息。目前，磁悬浮转台的位置传感器包括多个轴向传感器和多个径向传感器，位置传感器包括传感器探头，传感器探头沿径向或轴向安装到半导体加工设备的真空腔体上，真空腔体用于与半导体加工设备构成封闭腔体，以隔离转子和定子，使转子在封闭的真空腔体中旋转工作；然而，将位置传感器装配到真空腔体的腔壁及腔底上时，需要在真空腔体上形成通孔并使用密封圈进行密封；由于半导体加工设备的超洁净及高温环境要求，密封圈需要采用耐高温的氟胶密封圈（成本高），且在使用久时需要更换，这导致位置传感器装配成本较高，且位置传感器替换密封圈的安装过程工艺繁琐，存在传感器重新装配的标定及安装错误、密封不良等问题。另外，多个位置传感器的多个连接线缆分散在转子周围，连线杂乱，且不便于传感器线缆与传感器调理电路的设置及控制。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种位移测量与悬浮控制一体化的磁悬浮转台，其用于解决以上问题中的至少一种。

2、本公开实施例公开了一种位移测量与悬浮控制一体化的磁悬浮转台，包括定子和转子，所述转子具有向所述定子凸伸的第一环缘，所述定子包括第一悬浮控制组件，所述第一悬浮控制组件配置为向所述第一环缘施加轴向主动控制的悬浮力，所述第一悬浮控制组件包括叠压设置的两个定子基片a，每个所述定子基片a朝向所述转子的一侧形成有沿所述转子周向间隔设置的多个定子磁极a，两个所述定子基片a上的定子磁极a沿所述转子周向错层且交叉设置，还包括轴径向位置测量单元，所述轴径向位置测量单元包括两个磁芯、激励线圈组和感应线圈组，两个所述磁芯记为第一磁芯和第二磁芯，两个所述磁芯沿所述转子轴向设置，所述激励线圈组包括至少一个激励线圈，所述感应线圈组包括至少两个感应线圈，每个所述磁芯外均套设所述感应线圈，两个所述磁芯外共同套设所述激励线圈，所述第一磁芯与一个定子基片a磁连接，且所述第一磁芯周边设有第一磁轭，所述第二磁芯与另一个定子基片a的定子磁极a一体成型，所述激励线圈配置为检测所述转子的径向位移，两个感应线圈配置为检测所述转子的轴向位移。

3、进一步的，所述激励线圈的激励磁场经两个所述磁芯、所述第一环缘和所述定子磁极a及所述第一磁轭构成第一磁回路；一个所述感应线圈的感应磁场经所述第一磁芯、所述第一环缘、所述第一磁轭构成第二磁回路，另一个所述感应线圈的感应磁场经所述第二磁芯、所述第一环缘、所述定子磁极a构成第三磁回路。

4、进一步的，所述另一个定子基片a的定子磁极a上朝向所述第一环缘的一侧形成有第一沟槽，所述第一沟槽在所述定子磁极a上界定出所述第二磁芯。

5、进一步的，所述另一个定子基片a的定子磁极a上朝向所述转子的一侧还形成有第二沟槽，所述第一沟槽与所述第二沟槽在所述定子磁极a上界定出两个第二磁轭。

6、进一步的，所述感应线圈组包括2个所述感应线圈，2个所述感应线圈中的一个套设于所述第一磁芯上，另一个套设于所述第二磁芯上；或者所述感应线圈组包括4个所述感应线圈，4个所述感应线圈中的2个相互串联且分别套设于所述第一磁芯和一个所述第一磁轭上，所述第一磁芯上的感应线圈产生的磁场与所述第一磁轭上的感应线圈产生的磁场叠加增强，另外2个相互串联且分别套设于所述第二磁芯和一个所述第二磁轭上，所述第二磁芯上的感应线圈产生的磁场与一个所述第二磁轭上的感应线圈产生的磁场叠加增强；或者所述感应线圈组包括6个所述感应线圈，6个所述感应线圈中的3个相互串联且分别套设于所述第一磁芯和两个所述第一磁轭上，所述第一磁芯上的感应线圈产生的磁场与两个所述第一磁轭上的感应线圈产生的磁场叠加增强，另外3个相互串联且分别套设于所述第二磁芯和两个所述第二磁轭上，所述第二磁芯上的感应线圈产生的磁场与两个所述第二磁轭上的感应线圈产生的磁场叠加增强。

7、进一步的，所述第一沟槽及所述第二沟槽均沿自所述定子磁极a的端面向远离所述转子的方向延伸，且所述第二沟槽的长度大于等于所述第一沟槽的长度。

8、进一步的，所述第二磁芯及所述第二磁轭的横截面均呈方形，所述第二磁芯的轴向高度与所述第二磁轭的轴向高度相同，且所述第二磁芯的下表面和所述第二磁轭的下表面平齐，所述第二磁芯的横截面面积是所述第二磁轭的横截面面积的1-3倍。

9、进一步的，所述一个定子基片a朝向所述转子的一侧延伸形成导磁体，所述导磁体上形成有第三沟槽，所述第三沟槽在所述导磁体上界定出所述第一磁芯和两个所述第一磁轭，两个所述第一磁轭分设于所述第一磁芯的左右两侧。

10、进一步的，所述第一磁芯的轴向高度与所述第一磁轭的轴向高度相同，且所述第一磁芯的上表面和所述第一磁轭的上表面平齐，所述第一磁芯的横截面面积是所述第一磁轭的横截面面积的1-3倍。

11、进一步的，所述第二磁芯的形状和大小与所述第一磁芯的形状和大小相同。

12、进一步的，所述第一环缘的轴向高度介于所述第二磁芯的下表面和所述第一磁芯的上表面之间，且所述第一环缘的轴向移动的范围为:所述第一环缘的上表面不超过所述第一磁芯的上表面，所述第一环缘的下表面不超过所述第二磁芯的下表面。

13、进一步的，每个所述定子基片a朝向所述转子的一侧形成有沿所述转子周向等间隔设置的3个或4个定子磁极a，一个所述定子基片a上的定子磁极a记为第一定子磁极，另一个所述定子基片a上的定子磁极a记为第二定子磁极，所述第一定子磁极与所述第二定子磁极在轴向错层，且在圆周方向上，相邻的两个第一定子磁极之间设置一个第二定子磁极，且相邻的两个第二定子磁极之间设置一个第一定子磁极。

14、进一步的，包括4个所述轴径向位置测量单元，4个所述轴径向位置测量单元对应设置在4个所述第一定子磁极或4个所述第二定子磁极上，4个所述轴径向位置测量单元分为相互正交的两组，每组包括径向对称设置的两个所述轴径向位置测量单元。

15、进一步的，包括3个所述轴径向位置测量单元，3个所述轴径向位置测量单元对应设置在3个所述第一定子磁极或3个所述第二定子磁极上，3个所述轴径向位置测量单元在圆周方向上均匀分布。

16、进一步的，还包括第二悬浮控制组件，所述第二悬浮控制组件配置为向所述转子施加径向的悬浮力，所述第二悬浮控制组件包括定子基片b、自所述定子基片b向所述转子突出的多个定子磁极b及设于所述定子磁极b上的控制绕组b，所述多个定子磁极b在圆周方向上均匀设置并在圆周方向延伸。

17、进一步的，还包括永磁装置，所述永磁装置配置为永磁环，所述永磁环夹持于所述第一悬浮控制组件和所述第二悬浮控制组件之间；或者，所述永磁装置配置为包括多个永磁组件，所述多个永磁组件在圆周方向上均匀设置，所述多个永磁组件夹持于所述第一悬浮控制组件和所述第二悬浮控制组件之间。

18、进一步的，所述定子磁极b朝向所述转子的一侧形成有多个电机槽，相邻两个电机槽之间形成电机齿，所述电机槽内设有旋转控制绕组。

19、本发明的有益效果如下：相对于现有技术，本发明形成了一种位移测量与悬浮控制一体化设计的磁悬浮转台，通过在第一悬浮控制组件的定子磁极a及定子基片a上集成轴径向位置测量单元，通过激励线圈测量转子的径向位移，并通过两个感应线圈或两组感应线圈测量转子的轴向位移，可实现测量转子径向和轴向位移的功能，同时位移测量与磁悬浮转台的定子集成在一起，借助转子的第一环缘，轴径向位置测量单元可透过真空腔体的腔壁检测转子的位置信息，从而实现转子位置检测与定子结构的有机结合，结构紧凑，且灵敏度较高。由于测量转子轴向位移的两个感应线圈或两组感应线圈在转子圆周上位于同一角度位置，可以减少轴向位移测量时处理器的计算量。本发明实施例无需在真空腔体上制作通孔及使用氟胶密封圈，也无需再更换密封圈，解决装配传感器后重新标定及安装错误等问题，可以更好的满足半导体加工设备的超洁净及高温环境要求，且可以解决多个位置传感器的线缆连线杂乱的问题，还能大大减少磁悬浮转台使用传感器的数量。

20、为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。