磁悬浮掩模台的结构设计及其性能研究.pdf

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1、分类号⋯⋯⋯⋯⋯UDC密级⋯⋯⋯⋯⋯编号⋯⋯⋯⋯⋯十I初大·砦CENTRALSOUTHUNIVERSITY硕士学位、．文论文题目．⋯⋯磁悬浮掩檬垒煎结构遮站⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯盈共丝熊研究⋯⋯⋯⋯⋯．学科、专业：⋯⋯⋯⋯⋯⋯盔墨囊戒王猩⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．研究生姓名：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯郭主壬⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯导师姓名：⋯⋯⋯⋯⋯鼹圭熹⋯熬撬⋯⋯⋯⋯⋯．副导师姓名：⋯⋯⋯⋯⋯周海汰⋯讲师⋯⋯⋯⋯⋯。原创性声明／㈣㈣JfJ『『

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4、l本人声明，所呈交的学位

5、论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特J咖J：Dn以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：毒宣垒日期：型年』月坐日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印

6、、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。摘要磁悬浮支撑技术具有无摩擦、无磨损等优点而获得广泛关注。掩模台是光刻机的核心单元，对磁悬浮掩模台的设计制造与控制的研究是一个复杂而又具有重要科研价值和实用意义的课题。磁悬浮掩模台的结构及其参数的设计很大程度上决定了磁悬浮系统承载能力。本文基于磁悬浮支撑技术和光刻掩模原理，采用CAD／CAE先进技术手段，提出一种新型磁悬浮光刻机掩模台，并进行了详细结构设计，以实现掩模台的快速精密定位

7、。提出U型和E型电磁铁两种方案，对两种电磁铁分别进行了电磁力的计算。然后利用有限元软件对掩模台工作台进行了电磁场仿真分析，确定了一种最大程度减弱磁场耦合的结构布局方案。建立了掩模台的力学模型，运用有限元软件对掩模台进行了静力学分析和模态分析。静力学分析主要计算了掩模台处于静止停放和悬浮运动两种工况下的弯曲变形和应力分布情况。同时文章分别对掩模台关键部件和整体进行了模态分析，整体分析又分为静止停放和悬浮运动两种工况，结合静力学分析和模态分析结果，发现掩模台结构设计的薄弱环节是工作台下方电磁铁区域，并最终优化了掩模台关键零部

8、件的结构尺寸。文章就电磁铁的发热量、温度场分布及其变化规律进行了研究。针对掩模台的电磁铁的发热问题，运用有限元软件对其进行了二维温度场瞬态分析，并进行了实验验证。结果显示在空气中掩模台经过一定时间后温度将达到平衡状态，温度在允许范围内，不需要加装冷却装置。同时通过仿真研究了掩模台处于真空环境下的温度场分布，讨论了在真空环境下施加冷却装置的必要性，并进行了冷却设计，最后通过仿真研究了冷却装置的相关参数。’关键词：光刻机掩模台；磁悬浮直线运动；结构设计；有限元；电磁场；热分析ⅡABSTRACTMagneticlevitati

9、ontechnologyhasbeenpaidattentionbroadlyduetoitsexcellentworkperformancesuchasnomechanicalcontact，nowear,etc．Theload—beatingcharacteristicdependsonthedesignandparametersofthemaglevstructure．BasedonMagneticlevitationtechnologyandlithographymaskprinciples，anovelmagl

10、evlithographymaskplatformwaspresentedinthispaper．Itsdetailedstructuredesignwascardedouttoachievehigh·-precisionandhigh-·speedpositioningmotionoftheplatform．AnovelcaseadoptingbothU-typeandE—typeelectromagnetwasproposed，andthecalculationofthetwokindsofelectromagnet

11、icforceWascardedout．Thenthe2Dmagneticfieldoftheplatformwassimulatedandanalyzedwiththefiniteelementsoftware．AmethodWasfinalizedtominimizethecouplingamongthemagn