半导体制造前道工序中的热处理(RTP)工艺,要求极高的环境清洁度与温度均匀性。为了确保晶圆处理的均匀性,需在真空环境下使晶圆实现高速且稳定的旋转。
国内长期依赖国外设备(如 Applied Materials、Mattson 等),且现有的国产化方案多采用带有润滑油的机械轴承,不仅易受磨损,还存在污染风险。该文档方案致力于开发一种无接触的磁悬浮驱动技术,以提升国产半导体设备的竞争力。
该文档内容主要涉及复杂的机电控制系统,涵盖了大量的数学公式推导、系统建模分析及试验参数对比。
无轴承磁悬浮驱动: 系统通过电磁力实现晶圆载体的真空悬浮,通过磁力驱动旋转,消除了机械接触,避免了摩擦磨损及油污污染,适用于高温和真空环境。
系统设计:
磁悬浮设计: 结合了永磁体与电磁铁,通过周向对称分布的电磁铁实现径向悬浮,利用轴向永磁体进行定位。
自动校正: 引入了“传感器自动校正算法”,即使存在机械加工误差,也能通过计算虚拟绝对位置,实现精确控制。
电流与电压控制: 对电磁线圈进行了优化设计,旨在降低电感以提升响应性能,并通过电流反馈技术将控制带宽扩展至 2.5kHz。
模型与分析: 文档详细推导了运动方程、磁悬浮电磁力公式、电路特性及闭环控制系统的传递函数,并进行了有限元分析(FEM)以验证设计参数。
硬件开发: 成功开发了基于 DSP(TMS 28335)的磁悬浮专用控制器及配套的模拟功率放大器(Analog Amplifier)。
关键指标: 开发出额定负载(浮力)为 50N 级的磁悬浮电机,实现了对 200~450mm 晶圆的稳定驱动。
性能测试: 经过模拟和实验验证,系统具备良好的可控性,在晶圆悬浮控制、电机转速控制及响应速度上达到预期技术指标。