本發(fā)明涉及磁懸浮，具體涉及一種可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子懸浮高度的磁懸浮轉(zhuǎn)臺及調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，晶圓的潔凈度至關(guān)重要，因為它直接關(guān)系到后續(xù)半導(dǎo)體工藝的順利進行以及產(chǎn)品的最終合格率。為了確保超潔凈的環(huán)境，硅或其他半導(dǎo)體材料的晶圓必須在嚴(yán)格受控的超清潔氛圍中進行處理。在晶圓制造流程中的一個關(guān)鍵步驟是，在完成離子注入摻雜后，需要對晶圓實施退火處理。摻雜過程會在晶體結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生應(yīng)變，若這些應(yīng)力無法迅速釋放，將導(dǎo)致離子摻雜的電阻率出現(xiàn)非預(yù)期的變化。目前，業(yè)界普遍采用快速熱處理工藝（rt）來有效執(zhí)行這一退火步驟。另一方面，晶圓處理的均勻性同樣不容忽視。為實現(xiàn)這一目標(biāo)，在處理晶圓時，通常會圍繞晶圓中心的垂直軸進行旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)不僅有助于提升處理的均勻性，還廣泛應(yīng)用于化學(xué)氣相沉積、熱處理、離子注入摻雜以及其他技術(shù)摻雜等關(guān)鍵工藝中。為了滿足半導(dǎo)體工藝制造中對超潔凈環(huán)境和處理均勻性的極高要求，半導(dǎo)體熱處理設(shè)備最好采用無接觸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的磁懸浮轉(zhuǎn)臺。如發(fā)明專利tw426873b和cn111341692a所公開的結(jié)構(gòu)，磁懸浮轉(zhuǎn)臺由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其中定子通過永磁體生成的磁場，賦予轉(zhuǎn)子懸浮與旋轉(zhuǎn)的能力。由于這種設(shè)計不需要機械接觸，從而有效地避免了由于機械摩擦導(dǎo)致的顆粒污染和部件磨損，還能確保晶圓在處理過程中的高度均勻性，從而進一步提升半導(dǎo)體產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

2、作為定子的關(guān)鍵部件，永磁體的磁場強度直接決定了轉(zhuǎn)子懸浮的高度及其穩(wěn)定狀態(tài)。然而，在實際生產(chǎn)過程中，永磁體的磁場強度會受到材料特性、制造工藝以及生產(chǎn)批次等多重因素的影響，導(dǎo)致不同批次之間存在一定的磁場強度偏差。這種偏差會使得轉(zhuǎn)子在自由懸浮狀態(tài)下的高度出現(xiàn)細微變化，進而造成不同的定子與相同轉(zhuǎn)子在軸向位置上產(chǎn)生差異，最終影響了定子的互換性。

3、在現(xiàn)有技術(shù)中，為了解決永磁體磁場強度不一致導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子懸浮高度變化問題，通常采用通過調(diào)節(jié)軸向線圈的磁場強度來調(diào)整轉(zhuǎn)子的軸向位置。這種方法能夠在一定范圍內(nèi)補償由于永磁體磁場強度差異帶來的位置偏差，使不同批次的定子與相同轉(zhuǎn)子配合時，仍能保持相對穩(wěn)定的軸向高度一致性，但在實際應(yīng)用過程中仍暴露出一些明顯的缺陷和不足：

4、（1）額外的能量消耗

5、為了調(diào)節(jié)軸向線圈的磁場強度以維持轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮，系統(tǒng)必須持續(xù)供電，這無疑增加了額外的能量消耗。這種能耗的增加使得每個磁懸浮系統(tǒng)在相同運行條件下的能效表現(xiàn)出現(xiàn)波動，直接影響了設(shè)備的整體能源效率和運行成本。

6、（2）定子發(fā)熱問題

7、軸向線圈在持續(xù)工作以精確調(diào)整磁場的過程中，會產(chǎn)生大量的熱能，導(dǎo)致定子部分溫度顯著升高。這種過度的發(fā)熱不僅加劇了設(shè)備的冷卻負擔(dān)，需要額外的冷卻系統(tǒng)來確保穩(wěn)定運行，還可能對定子材料造成損害，加速其老化過程，進而降低系統(tǒng)的整體可靠性和使用壽命，增加了維護成本和停機時間。

8、（3）系統(tǒng)間的一致性問題

9、由于永磁體磁場強度的固有差異，不同系統(tǒng)為了達到相同的懸浮高度，需要施加不同強度的電流。這種差異導(dǎo)致了各系統(tǒng)之間在能耗和熱管理需求上的顯著差異，給設(shè)備的互換性和可維護性帶來了挑戰(zhàn)。在實際應(yīng)用中，這可能意味著需要為每個系統(tǒng)定制特定的控制策略和冷卻方案，增加了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性和成本，同時也降低了設(shè)備在不同應(yīng)用場景中的靈活性和適應(yīng)性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種不消耗額外能量，通過物理手段調(diào)節(jié)永磁體作用于轉(zhuǎn)子上的磁場強度，消除因磁場強度不一致引起的定子軸向位置變化，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子懸浮高度的精確控制，提高不同批次定子的互換性的可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子懸浮高度的磁懸浮轉(zhuǎn)臺及調(diào)節(jié)方法。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子懸浮高度的磁懸浮轉(zhuǎn)臺，至少包括定子和轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子的外圍表面設(shè)置有導(dǎo)磁部，所述定子至少包括具有環(huán)形內(nèi)表面的永磁體結(jié)構(gòu)以及用于將所述永磁體結(jié)構(gòu)的磁場傳導(dǎo)至所述轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁組，所述導(dǎo)磁組件、永磁體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)磁部形成主磁通路徑，所述定子設(shè)置有若干可調(diào)整數(shù)量的鐵磁性薄片，所述鐵磁性薄片與所述永磁體結(jié)構(gòu)形成旁路磁通路徑，和/或所述鐵磁性薄片與所述永磁體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)磁組件形成旁路磁通路徑；通過調(diào)整所述鐵磁性薄片的數(shù)量調(diào)控所述導(dǎo)磁組件所傳導(dǎo)的磁場強度，進而調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子相對所述定子的懸浮高度。

3、一種優(yōu)選的實施例，所述鐵磁性薄片的厚度為0.1mm-2mm。

4、一種優(yōu)選的實施例，所述鐵磁性薄片的材質(zhì)包括硅鋼片、鐵鎳合金、鐵鋁合金、鐵鈷合金或者非晶態(tài)合金的一種或者幾種組合。

5、一種優(yōu)選的實施例，所述導(dǎo)磁組件至少包括分別與所述永磁體結(jié)構(gòu)兩端磁極相適配的第一硅鋼板以及第二硅鋼板；

6、所述永磁體結(jié)構(gòu)、第一硅鋼板、導(dǎo)磁部以及第二硅鋼板形成主磁通路徑。

7、一種優(yōu)選的實施例，所述永磁體結(jié)構(gòu)包括一個具有環(huán)形內(nèi)表面的永磁體。

8、一種優(yōu)選的實施例，所述永磁體結(jié)構(gòu)由若干永磁體單元沿著圓周方向均勻排列形成；任一所述永磁體單元包括若干磁極方向一致的永磁體，以及與所述永磁體一端磁極導(dǎo)通的第一導(dǎo)磁板和與所述永磁體另一端磁極導(dǎo)通的第二導(dǎo)磁板。

9、一種優(yōu)選的實施例，所述鐵磁性薄片通過磁吸方式貼合于所述永磁體的外圍表面，所述鐵磁性薄片與所述永磁體形成第一旁路磁通路徑。

10、一種優(yōu)選的實施例，所述鐵磁性薄片可拆卸連接于所述第一導(dǎo)磁板和第二導(dǎo)磁板之間，所述鐵磁性薄片、永磁體、第一導(dǎo)磁板與第二導(dǎo)磁板形成第二旁路磁通路徑。

11、一種優(yōu)選的實施例，所述鐵磁性薄片可拆卸連接于所述第一硅鋼板與所述第二硅鋼板之間，所述永磁體結(jié)構(gòu)、第一硅鋼板、鐵磁性薄片以及第二硅鋼板形成第三旁路磁通路徑。

12、一種優(yōu)選的實施例，還包括位移傳感器，所述位移傳感器安裝于所述定子上用于獲取所述轉(zhuǎn)子相對所述定子的懸浮高度。

13、一種優(yōu)選的實施例，還包括與所述定子固定連接呈水平設(shè)置的基板，所述位移傳感器通過所述基板安裝于所述定子上。

14、本發(fā)明還提供一種如上所述磁懸浮轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子懸浮高度的調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：

15、設(shè)置預(yù)設(shè)參數(shù)，所述預(yù)設(shè)參數(shù)包括所述轉(zhuǎn)子在滿足互換性條件下相對所述定子的懸浮高度范圍；

16、啟動磁懸浮轉(zhuǎn)臺，并獲取所述轉(zhuǎn)子相對所述定子的懸浮高度；

17、基于獲取的懸浮高度，通過預(yù)設(shè)參數(shù)，對所述定子的狀態(tài)進行判斷，若所述懸浮高度位于所述預(yù)設(shè)參數(shù)范圍內(nèi)，則所述定子滿足互換性條件，調(diào)節(jié)結(jié)束，否則所述定子不滿足互換性調(diào)節(jié)，調(diào)整所述鐵磁性薄片的數(shù)量，直至所述懸浮高度位于所述預(yù)設(shè)參數(shù)范圍內(nèi)。

18、一種優(yōu)選的實施例，所述基于獲取的懸浮高度，通過預(yù)設(shè)參數(shù)，對所述定子的狀態(tài)進行判斷，若所述懸浮高度位于所述預(yù)設(shè)參數(shù)范圍內(nèi)，則所述定子滿足互換性條件，調(diào)節(jié)結(jié)束，否則所述定子不滿足互換性調(diào)節(jié)，調(diào)整所述鐵磁性薄片的數(shù)量，直至所述懸浮高度位于所述預(yù)設(shè)參數(shù)范圍內(nèi)，具體包括如下步驟：

19、步驟s301，基于獲取的懸浮高度，通過預(yù)設(shè)參數(shù)，對所述定子的狀態(tài)進行判斷，若所述懸浮高度位于所述預(yù)設(shè)參數(shù)范圍內(nèi)，則所述定子滿足互換性條件，調(diào)節(jié)結(jié)束；

20、若所述懸浮高度大于所述預(yù)設(shè)參數(shù)范圍的最大值，則進行步驟s302；若所述懸浮高度小于所述預(yù)設(shè)參數(shù)范圍的最小值，則進行步驟s303；

21、步驟s302，增加所述鐵磁性薄片的數(shù)量，使所述轉(zhuǎn)子沿著所述永磁體的環(huán)形內(nèi)表面的軸向靠近所述定子運動，降低所述轉(zhuǎn)子相對所述定子的懸浮高度，使所述懸浮高度位于所述預(yù)設(shè)參數(shù)的范圍內(nèi)；

22、步驟s303，減少所述鐵磁性薄片的數(shù)量，使所述轉(zhuǎn)子沿著所述永磁體環(huán)形內(nèi)表面的軸向遠離所述定子運動，增加所述轉(zhuǎn)子相對所述定子的懸浮高度，使所述懸浮高度位于所述預(yù)設(shè)參數(shù)的范圍內(nèi)。

23、本發(fā)明的可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子懸浮高度的磁懸浮轉(zhuǎn)臺，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

24、（1）本發(fā)明的可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子懸浮高度的磁懸浮轉(zhuǎn)臺，至少包括定子和轉(zhuǎn)子。定子至少包括具有環(huán)形內(nèi)表面的永磁體結(jié)構(gòu)以及與永磁體結(jié)構(gòu)連接用于將永磁體結(jié)構(gòu)的磁場傳導(dǎo)至轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁組件，定子設(shè)置有若干可調(diào)整數(shù)量的鐵磁性薄片，鐵磁性薄片與永磁體結(jié)構(gòu)形成旁路磁通路徑，和/或鐵磁性薄片與永磁體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)磁組件形成旁路磁通路徑；通過調(diào)整鐵磁性薄片的數(shù)量調(diào)控導(dǎo)磁組件所傳導(dǎo)的磁場強度。采用這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，摒棄了傳統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)磁場方式，轉(zhuǎn)而采用鐵磁性薄片的物理調(diào)節(jié)機制。這一轉(zhuǎn)變意義重大：傳統(tǒng)方法需持續(xù)供電以維持磁場強度，而本發(fā)明則通過直接調(diào)整永磁體磁場的物理配置來達到懸浮高度的精準(zhǔn)控制，無需依賴外部電力，從而實現(xiàn)了能耗的極大降低。此外，這種物理調(diào)節(jié)方式在操作過程中幾乎不產(chǎn)生額外的熱量，有效簡化了熱管理系統(tǒng)的復(fù)雜度。相較于傳統(tǒng)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)中常見的線圈發(fā)熱問題，本發(fā)明從根本上避免了這一難題，徹底省去了復(fù)雜且成本高昂的散熱與冷卻裝置，進一步提升了系統(tǒng)的整體效能與可靠性。

25、（2）本發(fā)明的可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子懸浮高度的磁懸浮轉(zhuǎn)臺，通過調(diào)整鐵磁性薄片的數(shù)量調(diào)控導(dǎo)磁組件導(dǎo)磁場強度，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子相對定子的懸浮高度。本發(fā)明通過鐵磁性薄片的調(diào)節(jié)，有效解決了永磁體在制造過程中難以避免的磁場強度差異問題。顯著提升了系統(tǒng)的一致性和批次間的互換性。具體而言，即使面對不同批次的永磁體，通過調(diào)整鐵磁性薄片的數(shù)量和配置，也能確保每個系統(tǒng)的磁場強度達到高度統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這不僅消除了因永磁體差異導(dǎo)致的性能波動，還使得各個系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)無縫替換，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性和可維護性。相較于傳統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，本發(fā)明的物理磁場調(diào)節(jié)方式無需對每個系統(tǒng)中的永磁體進行復(fù)雜的電流調(diào)控，而是通過簡單而精確的物理調(diào)節(jié)手段，即可實現(xiàn)批次間的高度一致性和互換性。這一特性不僅降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，還顯著提高了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和可靠性。

26、（3）本發(fā)明的可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子懸浮高度的磁懸浮轉(zhuǎn)臺，導(dǎo)磁組件至少包括分別與永磁體結(jié)構(gòu)兩端磁極相適配的第一硅鋼板以及第二硅鋼板；永磁體結(jié)構(gòu)、第一硅鋼板、導(dǎo)磁部以及第二硅鋼板形成主磁通路徑。永磁體結(jié)構(gòu)包括一個具有環(huán)形內(nèi)表面的永磁體或由若干永磁體單元沿著圓周方向均勻排列形成，任一永磁體單元包括若干磁極方向一致的永磁體，以及與永磁體一端磁極導(dǎo)通的第一導(dǎo)磁板和與永磁體另一端磁極導(dǎo)通的第二導(dǎo)磁板。鐵磁性薄片通過磁吸方式貼合于永磁體的外圍表面，鐵磁性薄片與永磁體形成第一旁路磁通路徑；鐵磁性薄片可拆卸連接于第一導(dǎo)磁板和第二導(dǎo)磁板之間，鐵磁性薄片、永磁體、第一導(dǎo)磁板與第二導(dǎo)磁板形成第二旁路磁通路徑；鐵磁性薄片可拆卸連接于第一硅鋼板與第二硅鋼板之間，永磁體結(jié)構(gòu)、第一硅鋼板、鐵磁性薄片以及第二硅鋼板形成第三旁路磁通路徑。采用這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以通過多種方式手動調(diào)節(jié)鐵磁性薄片的數(shù)量配置來控制磁場強度，操作簡便直觀。與傳統(tǒng)依賴復(fù)雜電子控制系統(tǒng)的技術(shù)相比，本發(fā)明無需依賴復(fù)雜的控制算法和精密電路，一方面大幅降低了操作難度和系統(tǒng)復(fù)雜性，降低了操作和維護的技術(shù)門檻，使得系統(tǒng)更易于管理和維護；另一方面顯著提升了系統(tǒng)的可靠性，不需要頻繁使用電子元件進行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的故障率降低，設(shè)備的使用壽命延長。

27、（4）本發(fā)明的可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子懸浮高度的磁懸浮轉(zhuǎn)臺，運用了厚度介于0.1毫米至2毫米之間的鐵磁性薄片。這一設(shè)計不僅確保了調(diào)節(jié)的精細度，而且完美適配了高精度懸浮高度的控制需求。鐵磁性薄片的超薄特性賦予了調(diào)節(jié)過程極高的靈敏度與精確度，使得每一次調(diào)整都能以微小而準(zhǔn)確的步長進行，從而輕松實現(xiàn)懸浮高度的精細微調(diào)。這種設(shè)計上的靈活性，意味著系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的應(yīng)用場景和特定的性能要求，進行個性化的懸浮高度設(shè)定。