High precision roll printing system is required for next generation lithography. The roll printing system needs alignment of 6 degree of freedom and uniform printing force. In this thesis, high precision 6 degree of freedom roll printing system using magnetic levitation is proposed. To enhance dynamic performance of roll printing system, new Halbach linear active magnetic bearing is proposed. The roll printing system consists of voice coil motor and Halbach linear active magnetic bearing. Each actuators applied Halbach magnet array to reinforce magnetic flux and flux closed loop using steel yoke. To optimize proposed actuators, analytical modeling is performed. Optimization is performed based on analytical modeling. Each actuator optimally designed in constraint. Using optimization results, roll printing system manufactured. To control roll printing system, control algorithm constructed. Six degrees of freedom motion is controlled using kinematics and sensor transform matrix. Various type of sensor used to feedback control. First, to levitate print roll mover, 5 LVDTs and 1 capacitive sensor is used. After levitate print roll mover, control sensor switched to 6 capacitive sensors for high precision. When print roll and substrate roll contact, control switched to force control for uniform printing. The performance of Halbach linear active magnetic bearing was verified. The performance of the roll printing system was verified and its applicability was verified. Evaluation conducted precision and high dynamic performance compare with previous research.
차세대 반도체 공정을 위한 프린팅 공정에 사용되는 초정밀 롤프린팅 시스템이 요구되고 있다. 프린팅 시스템은 6자유도의 정렬과 정밀한 프린팅 힘의 제어를 요구한다. 본 학위논문에서는 자기부상 기법을 이용한 초정밀 6자유도 롤프린팅 시스템이 제안되었다. 롤프린팅 시스템의 동특성을 향상 시키기 위하여 새로운 형태의 할바흐 능동 자기베어링을 제안하였다. 롤프린팅 시스템은 보이스 코일 모터와 할바흐 능동 자기베어링으로 구성된다. 각각의 구동기는 자속을 강화하기 위하여 할바흐 자석배열을 적용하였으며 스틸요크를 사용하여 자기 폐루프를 구성하였다. 제안된 구동기를 모델링하고 최적설계를 수행한다. 설계 값을 이용하여 롤프린팅 시스템을 제작하였다. 제작된 롤프린팅 시스템의 제어 알고리즘을 구성하였다. 피드백 호밍 제어를 위해 5축의 LVDT와 1축의 캐패시턴스 센서를 사용하고, 정밀 제어를 위해 6축의 캐패시턴스 센서를 사용한다. 균일한 프린팅을 위하여 프린트롤과 서브스트레이트 롤이 접촉하게 되면 힘 제어로 스위치 된다. 제작된 할바흐 능동자기베어링의 성능을 검증하였다. 제작된 롤프린팅 시스템의 성능을 검증하고 실제 적용성을 검증하였다. 기존 연구 보다 정밀하며 동특성이 향상된 롤프린팅 시스템의 성능을 확인 하였다.
