徑向氣浮導向模塊及應用其的光刻機運動平臺的製作方法

2023-05-13 20:05:26

專利名稱：徑向氣浮導向模塊及應用其的光刻機運動平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣浮導向模塊，且特別涉及一種徑向氣浮導向模塊及應用其的光刻機運動平臺。
背景技術：
光刻機工件臺主要是攜帶矽片或玻璃基板等工件在物鏡下隨掩模臺保持同步運動，並完成精確的曝光工作。歐洲專利號EP 0729073公開了一種用於矽片曝光的六自由度運動平臺。此運動平臺的微動臺能夠實現包括沿Z軸移動、繞X軸、Y軸以及Z軸旋轉的四自由度運動。其中， 沿Z軸移動以及繞Z軸旋轉的運動導向皆是以圓環氣浮軸承的方式實現。該方法的缺點是繞X軸、Y軸旋轉的運動需要擠壓用於導向的氣浮面，加大了圓環氣浮軸承設計和加工的難度，並且不利於圓環氣浮軸承的裝配。另外，上述歐洲專利和美國專利公開號US2005/0036U6還同時給出了一種長行程方向的氣浮布局。其運動部件底面與基座平臺之間採用氣浮結構，而側面採用單側氣浮結構，以有效緩解長行程方向兩側電機驅動的不同步性造成對側向氣膜的壓縮。然而，由於氣浮結構只存在於一側，因此，運動平臺的整體剛度將會受到限制。

發明內容
本發明提供一種徑向氣浮導向模塊及應用其的光刻機運動平臺，能夠解決上述問題。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是本發明提供一種徑向氣浮導向模塊，設置於微動臺。徑向氣浮導向模塊包括圓環定子與多個柔性鉸鏈。圓環定子具有氣浮導向部，微動臺以氣浮導向部為導向運動。多個柔性鉸鏈均勻地固定於微動臺，每一個柔性鉸鏈分別具有固定部、柔性部以及氣浮部。固定部固定於微動臺，柔性部連接固定部與氣浮部，氣浮部面對氣浮導向部，且氣浮部與氣浮導向部之間能夠形成均勻的壓縮空氣層。根據本發明的一具體實施例，微動臺具有通孔，圓環定子位於通孔內，柔性鉸鏈均勻地分布於通孔的四周，且氣浮部位於氣浮導向部與通孔的內壁之間。本發明還提供一種光刻機運動平臺，用於帶動工件運動。光刻機運動平臺包括微動臺、Z向驅動裝置以及徑向氣浮導向模塊。微動臺用於承載工件。Z向驅動裝置連接於微動臺，Z向驅動裝置用於驅動微動臺運動。徑向氣浮導向模塊設置於微動臺，徑向氣浮導向模塊包括圓環定子與多個柔性鉸鏈。圓環定子具有氣浮導向部，微動臺在Z向驅動裝置的驅動下以氣浮導向部為導向運動。多個柔性鉸鏈均勻地固定於微動臺，每一個柔性鉸鏈分別具有固定部、柔性部以及氣浮部。固定部固定於微動臺，柔性部連接固定部與氣浮部，氣浮部面對氣浮導向部，且氣浮部與氣浮導向部之間能夠形成均勻的壓縮空氣層。根據本發明的一具體實施例，微動臺具有通孔，圓環定子位於通孔內，柔性鉸鏈均
4勻地分布於通孔的四周，且氣浮部位於氣浮導向部與通孔的內壁之間。根據本發明的一具體實施例，Z向驅動裝置包括Z向直線電機與Z軸旋轉電機。根據本發明的一具體實施例，光刻機運動平臺還包括重力補償單元，連接於微動臺。根據本發明的一具體實施例，光刻機運動平臺還包括基座，微動臺位於基座的上方。根據本發明的一具體實施例，光刻機運動平臺還包括支撐件，支撐Z向驅動裝置， 支撐件能夠懸浮於基座上方。根據本發明的一具體實施例，光刻機運動平臺還包括X嚮導軌與X向直線電機。微動臺沿X向可滑動地設置於X嚮導軌。X向直線電機用於驅動微動臺沿X嚮導軌滑動。根據本發明的一具體實施例，光刻機運動平臺還包括兩個Y嚮導軌、兩個氣浮滑座以及兩個Y向直線電機。兩個Y嚮導軌位於微動臺的兩側。兩個氣浮滑座分別連接於微動臺，兩個氣浮滑座與對應的Y嚮導軌之間能夠分別形成均勻的壓縮空氣層。兩個Y向直線電機分別連接於兩個氣浮滑座，兩個Y向直線電機用於驅動微動臺沿兩個Y嚮導軌滑動。根據本發明的一具體實施例，光刻機運動平臺還包括兩個滑梭，分別連接於對應的Y向直線電機與氣浮滑座之間。根據本發明的一具體實施例，光刻機運動平臺還包括兩個位移測量裝置，分別測量兩個Y向電機的運動位移，並利用其產生的反饋信號計算對應的Y向電機的運動位置偏差，並進行實時校正。根據本發明的一具體實施例，光刻機運動平臺還包括承載件與粗動圓環。承載件用於承載工件並設置於粗動圓環的上表面，粗動圓環設置於微動臺的上表面。根據本發明的一具體實施例，承載件下表面具有真空槽，承載件通過真空槽吸附於粗動圓環的上表面。根據本發明的一具體實施例，光刻機運動平臺還包括真空塊，設置於微動臺的上表面，粗動圓環通過真空塊吸附於微動臺的上表面。根據本發明的一具體實施例，光刻機運動平臺還包括氣浮塊與旋轉電機。氣浮塊設置於微動臺的上表面，旋轉電機連接於粗動圓環。根據本發明的一具體實施例，當工件從傳輸系統轉移到承載件上時，同時開啟真空塊與氣浮塊，以使粗動圓環、承載件以及工件處於懸浮狀態，再由旋轉電機帶動粗動圓環旋轉，以初步校正工件的偏轉，接著關閉氣浮塊。本發明的有益效果可以是本發明提供的徑向氣浮導向模塊中，利用柔性鉸鏈來實現徑向氣浮導向，既保證了徑向氣浮導向模塊在水平方向的剛度，又有利於降低徑向氣浮導向模塊的設計、加工以及其裝配的難度。為讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例， 並配合附圖，作詳細說明如下。


圖1所示為本發明一較佳實施例的光刻機運動平臺的示意圖2所示為圖1中微動臺的俯視示意圖；圖3所示為圖1中柔性鉸鏈的示意圖。
具體實施例方式圖1所示為本發明一較佳實施例的光刻機運動平臺的示意圖。請參考圖1。在本實施例中，光刻機運動平臺1用於帶動工件2運動。在此，工件2可為矽片。然而，本發明對此不作任何限定。在其他實施例中，工件2也可為玻璃基板。在本實施例中，光刻機運動平臺1包括基座10、支撐件11、微動臺12、Z向驅動裝置、重力補償單元15、真空塊16、氣浮塊17、粗動圓環18、旋轉電機19、承載件20、徑向氣浮導向模塊3、X嚮導軌23、X向直線電機Μ、兩個氣浮滑座25、兩個Y嚮導軌沈、兩個Y向直線電機27、兩個滑梭觀以及兩個位移測量裝置四。由此，本實施例提供的光刻機運動平臺 1可在X-Y-Z空間內實現六自由度的運動。然而，本發明對此不作任何限定。在其他實施例中，使用者可根據所需自由度的需要來設置對應的元件。在本實施例中，基座10可為大理石平臺，其在整個運動過程中保持靜止狀態。支撐件11設置於基座10的上表面。然而，本發明對此不作任何限定。在本實施例中，微動臺12可位於基座10的上方且位於支撐件11的上方。在此， 微動臺12可具有通孔120。然而，本發明對此不作任何限定。在其他實施例中，微動臺12 也可不具有通孔120。在本實施例中，Z向驅動裝置連接於微動臺12與支撐件11之間，用於驅動微動臺 12運動。請參考圖2，圖2所示為圖1中微動臺的俯視示意圖。在本實施例中，Z向驅動裝置包括Z向直線電機13與Z軸旋轉電機14。Z向直線電機13用於驅動微動臺12沿Z向作直線運動。在此，Z向直線電機13的數目可為三個，呈三角形分布。然而，本發明對Z向直線電機13的數目不作任何限定。在實際應用時，三個Z向直線電機13可同步作動，也可不同步作動。當本實施例中的三個Z向直線電機13不同步作動時，可以驅使微動臺12繞 X軸和Y軸產生微小旋轉。然而，本發明對此不作任何限定。在本實施例中，Z軸旋轉電機14用於驅動微動臺12繞Z軸作旋轉運動。在此，Z 軸旋轉電機14的數目可為兩個，呈對角線分布。然而，本發明對Z軸旋轉電機14的數目不作任何限定。在本實施例中，重力補償單元15也連接於微動臺12與支撐件11之間。如圖2所示，重力補償單元15用於減少Z向直線電機13的功率輸出。在此，重力補償單元15數目可為三個，呈倒三角形分布。然而，本發明對重力補償單元15的數目不作任何限定。在本實施例中，Z向直線電機13、Ζ軸旋轉電機14以及重力補償單元15可分別包括定子與動子。其中，定子可固定於支撐件11的上表面，動子可固定於微動臺12的下表面， 由此帶動微動臺12沿Z向作直線運動或繞Z軸作旋轉運動、繞X軸和Y軸產生微小旋轉。 然而，本發明對此不作任何限定。在本實施例中，真空塊16與氣浮塊17皆設置於微動臺12的上表面。真空塊16 用於產生向下的真空吸力，氣浮塊17用於產生向上的氣體浮力。在此，真空塊16與氣浮塊 17的數目皆為四個，均勻設置在微動臺12的通孔120的四周。然而，本發明對真空塊16與氣浮塊17的數目與設置位置不作任何限定。
在本實施例中，粗動圓環18通過真空塊17吸附於微動臺12的上表面，旋轉電機 19連接於粗動圓環18，用於驅動粗動圓環18在X-Y平面內旋轉。在本實施例中，承載件20用於承載工件2並設置於粗動圓環18的上表面。在此， 承載件20的下表面可具有真空槽(圖未示)，承載件20通過真空槽吸附於粗動圓環18的上表面。另外，工件2也可通過真空吸力作用承載於承載件20上。然而，本發明對此不作任何限定。由此，在本實施例中，工件2、承載件20、粗動圓環18以及微動臺12可通過層層真空作用被吸附為一個整體，從而實現同步運動。特別地，在半導體曝光工藝過程中，工件2從傳輸系統轉移到承載件20上時一般會產生旋轉誤差。此時，可利用真空塊16、氣浮塊17以及旋轉電機19來校正此旋轉誤差。 具體而言，先同時開啟真空塊16和氣浮塊17，以使粗動圓環18連同承載件20與工件2 — 起處於懸浮狀態。此時，再由旋轉電機19帶動粗動圓環18旋轉，以初步校正放置在承載件 20上的工件2在X-Y平面內的偏轉。校正完畢後，關閉氣浮塊17，從而將所有部件牢牢吸附在微動臺12上。在本實施例中，徑向氣浮導向模塊3包括圓環定子21與多個柔性鉸鏈22。圓環定子21位於微動臺12的通孔120內，且不與通孔120的內壁接觸。多個柔性鉸鏈22均勻地固定於微動臺12，在此，可均勻地分布於通孔120的四周。柔性鉸鏈22的數目可為四個。 然而，本發明對柔性鉸鏈22的數目不作任何限定。在本實施例中，圓環定子21可具有氣浮導向部210。在此，氣浮導向部210可為圓環定子21的外表面。微動臺12在Z向驅動裝置的驅動下以氣浮導向部210為導向運動。 具體而言，在Z向直線電機13或Z軸旋轉電機14的驅動下，微動臺12能夠以氣浮導向部 210為導向沿Z向上下運動，或繞Z軸做旋轉運動。在其他實施例中，氣浮導向部210可為圓環定子21的內表面。此時，微動臺12可不設置通孔120，而對應地具有凸出部容置於圓環定子21內。此時，柔性鉸鏈22可設置於凸出部上。本發明對此不作任何限定。圖3所示為圖1中柔性鉸鏈的示意圖。請參考圖1與圖3。在本實施例中，柔性鉸鏈22能夠繞X和Y軸產生彎曲，而在X-Y平面內具有較大的剛度。具體而言，柔性鉸鏈22 具有固定部220、柔性部221以及氣浮部222。固定部220固定於微動臺12，柔性部221連接固定部220與氣浮部222。氣浮部222面對圓環定子21的氣浮導向部210。在此，氣浮部222即位於氣浮導向部210與通孔210的內壁之間。當通入壓縮空氣時，壓縮空氣在流經柔性鉸鏈22後可在氣浮部222與氣浮導向部210之間形成均勻的壓縮空氣層。在本實施例中，柔性鉸鏈22與圓環定子21之間的壓縮空氣層提供了微動臺12在 X-Y平面內運動的水平剛度。當微動臺12沿Z向、繞X軸和繞Y軸旋轉運動時，柔性鉸鏈22 的柔性部221將發生彎曲，而不會沿半徑方向壓縮氣浮部222與氣浮導向部210之間的氣膜(壓縮空氣層)，因此降低了對氣膜間隙的製造要求，有利於保證光刻機運動平臺1的整體性能。同時，在本實施例中，利用柔性鉸鏈22的固定部220與微動臺12間的固定作用， 容易保證其氣膜間隙。在本實施例中，X嚮導軌23的數目可為兩個，分別沿Y向對稱地設置於微動臺12 的下表面的兩側。由此，微動臺12可沿X嚮導軌滑動。然而，本發明對X嚮導軌23的數目不作任何限定。在其他實施例中，X嚮導軌23的數目可為一個，設置於微動臺12的下表面的中央。在本實施例中，X向直線電機M可設置於微動臺12的下表面，用於驅動微動臺12 沿X嚮導軌23滑動。然而，本發明對X向直線電機M的設置位置不作任何限定。在本實施例中，支撐件11與基座10相互面對的表面之間以及X嚮導軌23與微動臺12相互面對的表面之間可設置有氣浮結構，以在相對運動的兩者中間形成均勻的壓縮空氣層，從而使得微動臺12沿X向無摩擦運動時，支撐件11可依靠氣浮結構懸浮於基座10 的上方。在本實施例中，兩個氣浮滑座25可分別位於X嚮導軌23的兩側，並在兩端分別與 X嚮導軌23連接。在本實施例中，兩個Y嚮導軌沈與乂嚮導軌垂直布置，兩個氣浮滑座25分別與兩個Y嚮導軌沈之間形成氣浮結構，在兩個Y向直線電機27的驅動下，驅使微動臺12沿Y 向作長行程滑行。在本實施例中，兩個Y向直線電機27位於基座10的相對兩側邊緣，並分別通過滑梭觀連接於對應側的氣浮滑座25。然而，本發明對Y向直線電機27的設置位置不作任何限定。在本實施例中，由於氣浮滑座25連接於X嚮導軌23，而微動臺12可滑動地設置於X 嚮導軌23，因此，兩個Y向直線電機27可通過驅動滑梭28來對應地帶動氣浮滑座25、X嚮導軌23以及微動臺12 —起沿Y嚮導軌沈滑動。然而，本發明對Y向直線電機27與微動臺12之間的連接關係不作任何限定。在本實施例中，氣浮滑座25與基座10相互面對的表面之間以及氣浮滑座25與Y 嚮導軌沈相互面對的表面之間可設置有氣浮結構，以在相對運動的兩者中間形成均勻的壓縮空氣層，另外由於支撐件11與基座10相互面對的表面之間也設置有氣浮結構，因此， 當微動臺12沿Y向運動時，支撐件11與氣浮滑座25可依靠氣浮結構懸浮於基座10的上方，且氣浮滑座25與Y嚮導軌沈之間也存在一層薄薄的壓縮空氣層，即無直接接觸，從而可實現長行程的無摩擦運動。在本實施例中，兩個位移測量裝置四可分別設置於兩側的滑梭觀上，且分別連接於對應側的Y向直線電機27。由於在本實施例中，設置了兩個Y向直線電機27，因此這兩個Y向直線電機27之間若存在不同步性將會影響到微動臺12的定位精度。在此，利用兩個位移測量裝置四的反饋信號得到兩個Y向直線電機27之間的運動位置偏差，從而進行實時校正，確保兩個Y向直線電機27之間的同步性，以獲得較佳的定位精度。本發明較佳實施例提供的光刻機運動平臺中，徑向氣浮導向模塊利用柔性鉸鏈來實現徑向氣浮導向，既保證了徑向氣浮導向模塊在水平方向的剛度，又有利於降低徑向氣浮導向模塊的設計、加工以及其裝配的難度。微動臺在X-Y平面內運動時，可依靠氣浮結構來實現長行程的無摩擦運動。另外，光刻機運動平臺還利用了位移測量裝置的反饋信號來校正兩側Y向直線電機之間的不同步性，可確保定位精度。針對工件從傳輸系統轉移到承載件上時產生的旋轉誤差，可通過真空塊與氣浮塊的相互配合來校正。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟知此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種徑向氣浮導向模塊，設置於微動臺，其特徵在於，所述徑向氣浮導向模塊包括 圓環定子，具有氣浮導向部，所述微動臺以所述氣浮導向部為導向運動；以及多個柔性鉸鏈，均勻地固定於所述微動臺，每一個所述柔性鉸鏈分別具有固定部、柔性部以及氣浮部，所述固定部固定於所述微動臺，所述柔性部連接所述固定部與所述氣浮部， 所述氣浮部面對所述氣浮導向部，且所述氣浮部與所述氣浮導向部之間能夠形成均勻的壓縮空氣層。
2.根據權利要求1所述的徑向氣浮導向模塊，其特徵在於，所述微動臺具有通孔，所述圓環定子位於所述通孔內，所述多個柔性鉸鏈均勻地分布於所述通孔的四周，且所述氣浮部位於所述氣浮導向部與所述通孔的內壁之間。
3.一種光刻機運動平臺，用於帶動工件運動，其特徵在於，所述光刻機運動平臺包括 微動臺，用於承載所述工件；Z向驅動裝置，連接於所述微動臺，所述Z向驅動裝置用於驅動所述微動臺運動；以及徑向氣浮導向模塊，設置於所述微動臺，所述徑向氣浮導向模塊包括 圓環定子，具有氣浮導向部，所述微動臺在所述Z向驅動裝置的驅動下以所述氣浮導向部為導向運動；以及多個柔性鉸鏈，均勻地固定於所述微動臺，每一個所述柔性鉸鏈分別具有固定部、柔性部以及氣浮部，所述固定部固定於所述微動臺，所述柔性部連接所述固定部與所述氣浮部， 所述氣浮部面對所述氣浮導向部，且所述氣浮部與所述氣浮導向部之間能夠形成均勻的壓縮空氣層。
4.根據權利要求3所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述微動臺具有通孔，所述圓環定子位於所述通孔內，所述多個柔性鉸鏈均勻地分布於所述通孔的四周，且所述氣浮部位於所述氣浮導向部與所述通孔的內壁之間。
5.根據權利要求3所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述Z向驅動裝置包括Z向直線電機與Z軸旋轉電機。
6.根據權利要求3所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述光刻機運動平臺還包括重力補償單元，連接於所述微動臺。
7.根據權利要求3所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述光刻機運動平臺還包括基座，所述微動臺位於所述基座的上方。
8.根據權利要求7所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述光刻機運動平臺還包括支撐件，支撐所述Z向驅動裝置，所述支撐件能夠懸浮於所述基座上方。
9.根據權利要求3所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述光刻機運動平臺還包括 X嚮導軌，所述微動臺沿X向可滑動地設置於所述X嚮導軌；以及X向直線電機，用於驅動所述微動臺沿所述X嚮導軌滑動。
10.根據權利要求3所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述光刻機運動平臺還包括兩個Y嚮導軌，位於所述微動臺的兩側；兩個氣浮滑座，分別連接於所述微動臺，所述兩個氣浮滑座與對應的所述Y嚮導軌之間能夠分別形成均勻的壓縮空氣層；以及兩個Y向直線電機，分別連接於所述兩個氣浮滑座，所述兩個Y向直線電機用於驅動所述微動臺沿所述兩個Y嚮導軌滑動。
11.根據權利要求10所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述光刻機運動平臺還包括兩個滑梭，分別連接於對應的所述Y向直線電機與所述氣浮滑座之間。
12.根據權利要求10所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述光刻機運動平臺還包括兩個位移測量裝置，分別測量兩個Y向電機的運動位移，並利用其產生的反饋信號計算對應的所述Y向電機的運動位置偏差，並進行實時校正。
13.根據權利要求3所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述光刻機運動平臺還包括承載件與粗動圓環，所述承載件用於承載所述工件並設置於所述粗動圓環的上表面，所述粗動圓環設置於所述微動臺的上表面。
14.根據權利要求13所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述承載件下表面具有真空槽，所述承載件通過所述真空槽吸附於所述粗動圓環的上表面。
15.根據權利要求13所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述光刻機運動平臺還包括真空塊，設置於所述微動臺的上表面，所述粗動圓環通過所述真空塊吸附於所述微動臺的上表面。
16.根據權利要求15所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，所述光刻機運動平臺還包括氣浮塊與旋轉電機，所述氣浮塊設置於所述微動臺的上表面，所述旋轉電機連接於所述粗動圓環。
17.根據權利要求16所述的光刻機運動平臺，其特徵在於，當所述工件從傳輸系統轉移到所述承載件上時，同時開啟所述真空塊與所述氣浮塊，以使所述粗動圓環、所述承載件以及所述工件處於懸浮狀態，再由所述旋轉電機帶動所述粗動圓環旋轉，以初步校正所述工件的偏轉，接著關閉所述氣浮塊。
全文摘要
本發明提供一種徑向氣浮導向模塊及應用其的光刻機運動平臺。徑向氣浮導向模塊設置於微動臺，包括圓環定子與多個柔性鉸鏈。圓環定子具有氣浮導向部，微動臺以氣浮導向部為導向運動。多個柔性鉸鏈均勻地固定於微動臺，每一個柔性鉸鏈分別具有固定部、柔性部以及氣浮部。固定部固定於微動臺，柔性部連接固定部與氣浮部，氣浮部面對氣浮導向部，且氣浮部與氣浮導向部之間能夠形成均勻的壓縮空氣層。本發明提供的徑向氣浮導向模塊中，利用柔性鉸鏈來實現徑向氣浮導向，既保證了徑向氣浮導向模塊在水平方向的剛度，又有利於降低徑向氣浮導向模塊的設計、加工以及其裝配的難度。
文檔編號G03F7/20GK102537049SQ20101061837
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者朱嶽彬, 秦磊 申請人:上海微電子裝備有限公司