探索新結構平面電機 加快IC產業發展步伐

本報訊 集成電路(Integrated Circuit, IC)的集成度和特征尺寸直接體現了一個國家的制造技術水平。超精密工件臺作為制造集成電路的關鍵設備，是IC產業向高集成度、高效率和低成本方向不斷發展的重要支柱。超精密工件臺具有納米級高精度同步定位的要求，直接決定了光刻機所能實現的特征尺寸和生產效率，其各項指標代表了超精密運動系統的國際前沿技術水平。因為我國對光刻機及其超精密工件臺的研究正處于初級階段，并且國外在相關領域對我國進行了技術封鎖，所以目前只能直接引進國外的成套部件。因此，開展超精密工件臺的研究，對我國光刻機及其關鍵配套部件的研制具有重要意義，是我國實現IC產業自主化發展的必經之路。

發表在2011年31卷15期的《中國電機工程學報》上，哈爾濱工業大學電磁與電子技術研究所寇寶泉教授、張赫博士和李立毅教授的論文《集成繞組結構短行程直流平面電機》提出了一種可應用于光刻機超精密工件臺的平面電機新型結構，并對相關問題做出了深入研究。

平面電機是一種能夠直接利用電磁力產生平面運動的電機。與傳統的由多臺旋轉電機或直線電機組合驅動的方式相比，平面電機產生的運動軌跡不是憑借兩個相互垂直的導軌在運動方向上的合成產生，而是直接利用電磁力產生平面定位運動。因此它具有系統結構簡單、推力密度大、定位精度高、電機損耗小等特點。另外由于摒棄了絲杠、螺桿等中間轉換裝置，可以實現控制對象與平面電機的一體化，從而使平面電機驅動系統具有響應速度快、靈敏度高、隨動性好以及體積小等優勢。

論文在總結比較國內外現有平面驅動裝置的基礎上，提出一種基于音圈電機運行原理的平面電機新結構。這種平面電機可以實現高精度、高頻響的定位運動，在光刻機超精密工件臺的應用領域中具有很高的研究價值。文中對平面電機多自由度運動狀態的實現過程進行了運動分析，利用磁荷法和鏡像法建立了平面電機的解析模型，通過3D有限元仿真進行模型驗證，并最終加工一臺滿足指標的實驗樣機。仿真結果和實驗結果均與理論計算相符，驗證了理論分析的正確性。

論文所提出的平面電機結構新穎，理論分析深入。文中所涉及的內容有很好的應用價值和推廣價值，為我國從事平面電機的相關研究人員拓展了研究思路。相信在不久的將來，隨著科研工作者的深入研究，平面電機在精密、超精密加工領域中發揮的作用將越來越顯著。