CN102016722B - 用于真空应用的机器人 - Google Patents

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Abstract

一种在光刻设备的真空室内定位工件的机器人。机器人的第一部件位于真空室内用以沿平移轴线定位工件。轴支撑第一部件，使得轴的对称轴线垂直于平移轴线，并且第二部件围绕对称轴线平移轴并沿平行于对称轴线的方向移动轴。第二部件包括：气体轴承，配置成沿轴的圆周表面引入气体；和除气轴承，配置成排空由所述第二部件气体轴承引入的气体。机器人基本上减少或消除碳氢化合物分子的脱气至0～200a.m.u.的范围，从而使得机器人适于用在极紫外(EUV)光学光刻设备中。

Description

用于真空应用的机器人
技术领域
本发明涉及一种用于光刻设备的真空室中的机器人。
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底或衬底的一部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在平板显示器、集成电路(ICs)以及包含精细结构的其他装置的制造中。在传统的设备中，光被引导到图案形成装置，图案形成装置可以指的是掩模、掩模版、单独可编程阵列或可控元件阵列(无掩模)或其他装置。图案形成装置可以用于生成与IC、平板显示器或其他装置的单层对应的电路图案。通过成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(例如，抗蚀剂)的层可以将该图案转移到整个衬底(例如玻璃板、晶片等等)或衬底的一部分上。所述成像包括操作光通过包括例如反射镜、透镜、分束器等光学部件的投影系统。光刻设备中可以存在其他部件或装置，所述其他部件或装置也可以包括光学部件，例如多场中继器(MFR)，其包含光学部件以在图案化之前将辐射束分成多个单个的束。
许多传统的光刻设备，例如那些用在极紫外(EUV)光学光刻应用中的设备，它们在真空室中定位各种部件，包括图案形成装置、衬底或晶片以及附加的光学部件(例如数值孔径)。在这种情形中，机器人可以放置或设置在真空室内以在真空环境中运送或移动这些部件。
通常，适于应用于大气压下的光刻设备中的传统的机器人是不适于用在真空环境中的。这些传统的机器人通常的特征是使用用碳氢化合物润滑的轴承组件。在使得这些机器人更适于真空应用的过程中，轴承组件通常用特殊的“真空润滑脂”润滑，其配方形成为最小化分子的脱气而达到0～100原子质量单位(a.m.u.)。而且，传统的用于真空的机器人通常的特征为特流体密封(ferro-fluidic seals)，其也脱气碳氢化合物分子进入真空环境中。
不幸的是，EUV光学光刻应用和一些其他应用需要最小化润滑剂分子的脱气到0～200a.m.u.，因为这些分子会凝聚到敏感EUV光学元件上，严重地限制了这些光学元件的使用寿命。对于这种应用，由于大量的润滑剂分子脱气(尤其是100a.m.u.阈值以上)，传统的使用“真空润滑脂”和铁流体密封的机器人不适于用在真空中。
发明内容
因此，需要一种用于真空应用的机器人，理想地，其不使用碳氢化合物润滑剂，或基本上减小在真空环境中的碳氢化合物润滑剂的脱气，从而基本上消除传统的系统的缺点。
在一个实施中，提供一种用于在真空中定位工件的机器人，包括第一部件，至少部分地位于真空室内并配置成沿平移轴线定位放置在真空室内的工件。机器人还包括轴，配置成支撑第一部件、使得所述轴的对称轴线垂直于所述平移轴线。此外，第二部件定位在真空室的外部并且配置成围绕所述对称轴线旋转所述轴和沿平行于所述对称轴线的方向移动所述轴。第二部件包括：气体轴承，其配置成沿所述轴的圆周表面引入气体；和除气密封件，配置成排空由所述气体轴承引入的气体。
在另一实施例中，提供一种光刻设备，包括：配置成产生辐射束的照射系统；设置在真空室中并配置成图案化辐射束的图案形成装置；以及投影系统，配置成将图案化的束投影到真空室内的衬底的目标部分上。光刻设备还包括用于在真空室内定位工件的机器人。机器人包括：第一部件，至少部分地位于真空室内并配置成沿平移轴线定位位于所述真空内的工件。机器人还包括轴，配置成支撑第一部件、使得所述轴的对称轴线垂直于所述平移轴线。此外，第二部件定位在真空室的外部并且配置成围绕所述对称轴线旋转所述轴和沿平行于所述对称轴线的方向移动所述轴。第二部件包括：配置成沿所述轴的圆周表面引入气体的气体轴承；和除气密封将，配置成排空由所述气体轴承引入的气体。
本发明更多的实施例、特征以及优点，以及本发明的不同实施例的结构和操作将在下面参照附图详细地描述。
附图说明
这里附图并入说明书并且形成说明书的一部分，其示出本发明并且与说明书一起进一步用来说明本发明的原理，以允许本领域技术人员能够实施和使用本发明。
图1A和1B示意地示出根据本发明的实施例的光刻设备。
图2示意地示出根据本发明的一个实施例的用于在真空中定位工件的示例性机器人；
图3A和3B示出根据本发明的一个实施例的在图2中示出的示例性机器人的其他特征；
图4示意地示出根据本发明的一个实施例的用于在真空中定位工件的示例性机器人；
图5A和5B示意地示出根据本发明的一个实施例的图4中的示例性机器人的其他特征；
图6是根据本发明的一个实施例的用于在真空中定位工件的示例性机器人；
图7A和7B示意地示出了根据本发明的一个实施例的用于在真空中定位工件的示例性机器人；
图8示出了根据本发明的一个实施例的图7A和7B中的示例性机器人的其他特征；
图9A-9D示意地示出根据本发明的一个实施例的可以并入到用于在真空中定位工件的机器人中的示例性滑块和导向装置组件的特征；
图10示意地示出了根据本发明的一个实施例的可以并入到用于在真空中定位工件的机器人中的示例性气体轴承组件；
图11A、11B以及12示意地示出了根据本发明的一个实施例的用于在真空中定位工件的机器人的示例部分。
图13示意地示出了根据本发明的一个实施例的可以并入到用于在真空中定位工件的机器人中的示例性除气密封件。
下面将参照附图描述本发明的一个或更多个实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的元件。
具体实施例
本说明书公开一个或更多个包含或并入本发明特征的实施例。所公开的实施例仅给出本发明的示例。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由这里附上的权利要求限定。
所述的实施例和在说明书提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是，每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这些段落不必指的是同一个实施例。此外，当特定特征、结构或特性与实施例结合进行描述时，应该理解，无论是否明确描述，实现将这些特征、结构或特性与其他实施例结合是在本领域技术人员的知识范围内。
示例性光刻设备
图1A示意地示出了根据本发明的一个实施例的光刻设备1。所述设备1包括：照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如紫外(UV)辐射或极紫外(EUV)辐射)。支撑结构MT(例如掩模台)配置用于支撑图案形成装置MA(例如掩模)，并与根据特定参数精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连。衬底台WT(例如晶片台)配置用于保持衬底W(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)，并与根据特定参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连。投影系统(例如反射式投影透镜系统)PS配置成将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。
照射系统可以包括各种类型的光学部件，包括但不限于折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。
支撑结构MT承载图案形成装置的重量。此外，支撑结构MT以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。支撑结构MT可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置。支撑结构MT可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。支撑结构MT可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。
图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括但不限于掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模，也称为掩模版，在光刻术中是公知的，并且包括二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括但不限于折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
如这里所示的，设备1是反射型的(例如，采用反射式掩模)。替代地，设备1可以是透射型的(例如，采用透射式掩模)。
所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。
所述光刻设备还可以是这种类型，其中衬底的至少一部分可以由具有相对高的折射率的液体覆盖(例如水)，以便填满投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以施加到光刻设备的其他空间中，例如掩模和投影系统之间的空间。浸没技术在本领域是熟知的用于提高投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”并不意味着必须将结构(例如衬底)浸入到液体中，而仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和该衬底之间。
参照图1A，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源SO和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源考虑成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其他的实施例中，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果存在时设置的所述束传递系统BD一起称作“辐射系统”。
在一个实施例中，所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器。通常，可以对所述照射器IL的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如积分器和聚光器。在这种实施方式中，可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。
所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的所述图案形成装置(例如，掩模MA)上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF2(例如，干涉仪器件、线性编码器、或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器IF1(例如，干涉仪器件、线性编码器、或电容传感器)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位掩模MA。
通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩模台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩模MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。
衬底台WT、位置传感器IF、第二定位装置PW和支撑结构的其他部件可以位于真空室内。在这种情况下，真空内机器人IVR可以放置在真空室内、以传送或移动与晶片W类似的晶片。如果掩模台MT和图案形成装置MA也在真空室内，还可以使用附加的真空内机器人IVR以移动类似于图案形成装置MA的图案形成装置(例如掩模)，使其进入真空室或离开真空室。替换地，当掩模台MT和图案形成装置MA在真空室外，与真空内机器人IVR类似，真空外机器人可以用于不同的传送操作。真空内和真空外机器人需要被校准用于平滑地传送任何有效载荷(例如掩模或晶片)到传送站的固定的运动支架。
用于真空内机器人IVR的控制器，例如由美国加利福尼亚州的Genmark Automation of Milpitas制造的那些机器人，是熟知的，并且本领域技术人员将可以认识到。
可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中：
1.在步进模式中，在将掩模台MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，在对掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。
3.在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的掩模台MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。
在还一实施例中，光刻设备1包括极紫外(EUV)源，其配置成产生用于EUV光刻的极紫外辐射束。通常，极紫外源配置在辐射系统内(见下文)，并且相应的照射系统配置成调节极紫外源的极紫外辐射束。
图1B示意地示出根据本发明的一个实施例的示例性极紫外光刻设备。在图1中，投影设备1包括辐射系统42、照射光学系统单元44以及投影系统PS。辐射系统42包括可以由放电等离子体形成的辐射源SO。在一个实施例中，EUV辐射可以由气体或蒸汽形成，例如氙气、锂蒸汽或锡蒸汽，其中产生极高温等离子体以发射在电磁光谱的EUV范围内的辐射。通过例如放电引起至少部分电离的等离子体，由此产生所述极高温等离子体。为了充分产生辐射需要例如10Pa分压的氙、锂、锡蒸汽或任何其他合适的气体或蒸汽。由辐射源SO发射的辐射由源室47经由定位在源室47中的开口内或后面的气体阻挡件或污染物阱49而传递进入收集器室48。在一个实施例中，气体阻挡件49可以包括通道结构(channel structure)。
收集器室48包括辐射收集器50(也称为收集器反射镜或收集器)，其可以由掠入射收集器形成。辐射收集器50具有上游辐射收集器侧50a和下游辐射收集器侧50b，并且通过收集器50的辐射可以由光栅光谱滤光器51反射，以在位于收集器室48的孔处的虚源点52内聚焦。辐射收集器50在现有技术中是已知的。
离开收集器室48，辐射束56在照射光学系统单元44内经由正入射反射器53、54反射到定位在掩模版或掩模台MT上的掩模版或掩模MA。形成图案化的束57，其在投影系统PS内经由反射元件58、59成像到晶片台或衬底台WT上。在不同的实施例中，照射光学系统单元44和投影系统PS可以包括比图1B中示出的元件多(或少)的元件。例如，光栅光谱滤光器51可以是可选的，这依赖于光刻设备的类型。此外，在一个实施例中，照射光学系统单元44和投影系统PS可以包括比图1B中示出的更多的反射镜。例如，投影系统PS可以结合除了反射元件58、59以外的另外1-4个反射元件。在图1B中，附图标记180表示两个反射器之间的间隔，例如反射器142和143之间的间隔。
在一个实施例中，收集器反射镜50还可以包括位于合适位置的正入射收集器，或除了掠入射反射镜之外另外设置的正入射收集器。此外，虽然这里参照具有反射器142、142以及146的巢状收集器进行了描述，但是收集器反射镜50在这里还可以用作收集器的示例。因而，在可应用的情形中，作为掠入射收集器的收集器反射镜50还可以解释为一般意义的收集器，并且在一个实施例中还可以作为正入射收集器。
此外，代替光栅51，如图1B中示意地示出的，可以应用透射滤光器。对极紫外(EUV)透射且对紫外(UV)辐射不太透射或甚至基本上吸收紫外(UV)辐射的滤光器在本领域是公知的。因此，“光栅光谱纯度滤光器”在这里还表示为“光谱纯度滤光器”，其包括光栅或透射滤光器。虽然在图1B中未示出，但是EUV透射滤光器也可以被包括作为可选的光学元件，例如配置在收集器反射镜50、或照射单元44中的光学EUV透射滤光器和/或投影系统PS的上游。
术语“上游”和“下游”，对光学元件来说，分别表示一个或更多个附加的光学元件的“光学上游”和“光学下游”处的一个或更多个光学元件的位置。在图1B中，辐射束B通过光刻设备1。沿着辐射束B横过光刻设备1的光路，较第二光学元件靠近源SO的第一光学元件配置在第二光学元件的上游；第二光学元件配置在第一光学元件的下游。例如，收集器反射镜50配置在光谱滤光器51的上游，而光学元件53配置在光谱滤光器51的下游。
图1B中示出的所有的光学元件(以及在该实施例的示意图中未示出的附加的光学元件)容易受到源SO产生的污染物(例如锡Sn)的沉积的影响。对于辐射收集器50是这样，并且如果存在，对于光谱纯度滤光器51是这样。因此，可以采用清洁装置清洁一个或更多个这些光学元件，并对这些光学元件应用清洁方法，而且对于正入射反射器53和54以及反射元件58和59或其他光学元件，例如附加的反射镜、光栅等也是这样。
辐射收集器50可以是掠入射收集器，并且在这种实施例中，收集器50沿光轴O对准。源SO或其图像位于光轴O上。辐射收集器50可以包括反射器142、143以及146(也已知为“壳”或包括几个沃特型反射器的沃特型反射器)。反射器142、143以及146可以是巢状的并且关于光轴O是旋转对称的。在图1B中，内反射器用附图标记142表示，中间反射器用附图标记143表示，外反射器用附图标记146表示。辐射收集器50包围一定的容积或体积，即在外反射器146内的体积。通常，外反射器146内的体积圆周地闭合，但是可以存在小的开口。
反射器142、143以及146分别包括表面，所述表面的至少一部分表示反射层或多个反射层。因此，反射器142、143和146(或在具有多于三个反射器的辐射收集器或壳的实施例中的附加的反射器)至少部分地设计用于反射并收集来自源SO的极紫外辐射，并且反射器142、143和146的至少一部分可以不设计用于反射并收集极紫外辐射。例如，反射器的后侧的至少一部分可以不设计用以反射并收集极紫外辐射。在这些反射层的表面上，可以附加地存在用于保护的盖层或作为设置在反射层的表面的至少一部分上的光学滤光器。
辐射收集器50可以放置在源SO或源SO的图像的附近。每个反射器142、143和146可以包括至少两个邻近的反射表面，这些反射表面与较靠近源SO的反射表面相比，与光轴O以较小的角度放置远离源SO。在这种方式中，掠入射收集器50配置成产生(极)紫外辐射束，其沿光轴O传播。至少两个反射器可以基本上同轴地设置并且关于光轴O基本上旋转对称地延伸。应该认识到，辐射收集器50可以还具有在外反射器146的外表面上的特征或围绕外反射器146的其他特征，例如保护性保持装置、加热器等。
在这里所述的实施例中，在允许的情况下，术语“透镜”可以表示不同类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的以及静电的光学部件。
此外，这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外(UV)辐射(例如具有约365、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV或软X射线)辐射(例如具有5-20nm范围的波长，例如13.5nm)，以及粒子束，例如离子束或电子束。通常，具有大约780-3000nm(或更大)之间波长的辐射被认为是红外辐射。紫外指的是具有大约100-400nm波长的辐射。在光刻技术中，通常应用可以由汞放电灯产生的波长：G-线436nm；H-线405nm；和/或I-线365nm。真空紫外或VUV(即被空气吸收的紫外)指的是具有大约100-200nm波长的辐射。深紫外(DUV)通常指的是具有从126nm到428nm范围波长的辐射，并且在一实施例中，用在光刻设备内的深紫外辐射可以由受激激光器产生。应该认识到，具有在例如5-20nm范围波长的辐射涉及具有至少部分位于5-20nm范围内的特定波长带的辐射。
用于真空内用途的示例性机器人
图2示出根据本发明的一个实施例的用于在真空内定位工件的示例性机器人200。机器人200包括第一部件202，其在真空室290内沿平移轴线292定位工件204。轴206支撑第一部件202，且轴206刚性地连接到第一部件202，使得轴206的对称轴线294垂直于平移轴线292。在图2的实施例中，第一部件202和工件204都位于真空室290内，但是在可选的实施例中，仅第一部件202的一部分位于真空室内。
第一部件202包围致动器220，致动器220接合细长构件208的第一端208a。细长构件208的第二端208b刚性连接至支撑工件204的夹具210。在图2的实施例中，致动器220沿平移轴线292驱动细长构件208，从而在真空室290内定位工件204。工件204可以是图案形成装置，包括但不限于掩模版，或者在替换的实施例中，工件204可以是衬底或晶片。在附加的实施例中，工件204可以是光机装置，包括但不限于数值孔径。
在多个实施例中，致动器220可以是线性马达，配置成驱动带的旋转马达，或本领域技术人员认识到的任何其他致动器。附加地，致动器220可以包括一个或更多个润滑的轴承，其支撑一个或更多个致动器部件。这种润滑的轴承会使碳氢化合物分子脱气进入第一部件20的内部202a。为了显著地减少或消除从致动器220的碳氢化合物润滑剂的脱气，第一部件202可以是密封外壳，第一部件202的内部体积202a可以被抽气到接近真空条件。在附加的实施方式中，致动器220仅包括无润滑脂的部件，包括但不限于气体轴承、线性马达以及无润滑脂传感器(例如光学编码器)。
在图2中，第一部件轴承212被定位成当细长构件208沿平移轴线292移动时作用细长构件208的表面。在图2的实施例中，第一部件轴承212是气体轴承，其沿细长构件的表面引入例如氮气(N2)等气体，以在轴承表面和细长构件208的表面之间形成间隙(未示出)。
然而，由第一部件轴承212引入的气体从细长构件208的表面泄露进入真空室290，由此使真空环境变差，增大保持真空压力水平的难度，并且潜在地损坏容纳在真空室290内的光学部件。为了消除(或最小化)从气体轴承212泄露气体，除气密封件240，也称为压差密封件(differentialseal)或压差抽气密封件(differentially-pumped seal)，被定位在气体轴承212和真空室290之间以排空由轴承212引入的气体。在图2的实施例中，除气密封件240包括三个分开的排气凹槽240a、240b和240c，它们排空由轴承212引入的气体。此外，在附加的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，除气密封件240可以并入任意数量的排气凹槽。例如，排气凹槽240a、240b以及240c可以被抽气到不同的真空水平，排气凹槽240c具有最高的真空水平，因为其靠近真空室290的内部。因此，除气密封件240的效果是消除或排空由第一部件轴承212引入的气体和抑制或最小化进入到真空室290内的气体的泄露。
在图2中，轴206通过真空室290，而第二部件(通常用230表示)被定位在真空室290的外侧并且配置成接合轴206。虽然在图2中未示出，第二部件230还可以包括一个或更多个致动器和围绕轴线294旋转轴206并沿平行于轴线294的方向驱动轴206的线性台。在该实施例中，机器人200结合轴围绕轴线294的旋转、轴平行于轴线294的运动以及工件204沿平移轴线292的运动，以在三维真空室内定位工件204。
在图2的实施例中，第二部件气体轴承232在围绕轴线294旋转和沿轴线294移动期间支撑轴206。在一个实施例中，气体轴承232沿轴206的圆周表面206a引入清洁气体，例如氮气(N2)，由此在气体轴承232的表面和轴206之间形成间隙(未示出)。
然而，沿圆周表面220a引入气体会导致引入到真空室290的气体的泄露。在消除或最小化这种泄露的努力中，沿轴220定位除气(或压差(differential))密封件236、以排空由第二部件气体轴承232引入的气体。在图2的实施例中，除气密封件236定位在第二部件气体轴承232和真空室290之间，并且除气密封件236的对称轴定位成平行轴线294。此外，除气密封件236包括三个分开的排气凹槽236a、236b和236c，它们共同地作用圆周表面220a以排空由第二部件气体轴承232引入的气体。因此，除气密封件236的效果是消除或排空由轴承232引入的气体，从而抑制进入真空室290的气体的任何泄露，同时允许轴206围绕轴线294的自由旋转和轴206沿轴线294的移动。
在图2的实施例中，根据三个分开的排气凹槽236a、236b以及236c(和排气凹槽240a、240b以及240c)描述了除气密封件236(和除气密封件240)。然而，本发明的实施方式不限于这些结构，并且在附加的实施方式中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，除气密封件236可以并入任何数量的排气凹槽。此外，在图2的实施例中，除气密封件236配置成作用轴206的圆周表面206a。在附加的实施例中，正如对于本领域技术人员显而易见的，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，除气密封件236可以被定向成作用垂直于轴206的圆周表面206a的表面，或轴206的任何附加的表面。
在图2的实施例中，通过细长构件208的运动沿平移轴线292定位工件204。然而，本发明不限于特征为单个细长构件的机器人，图3A和3B分别是根据本发明的实施例的示例性机器人300的透视图，其使用两个细长构件定位工件。正如上面参照图2所述，机器人300包括配置成沿平移轴线392定位工件304的第一部件302。然而，在图3A和3B的实施例中，机器人300包括沿平移轴线392分别由致动器(通常以320表示)驱动的细长构件308和309。细长构件308和309刚性连接至支撑工件304的夹具310。正如上面所述，示例性的工件包括但不限于图案形成装置，例如掩模版、衬底或晶片，和光机装置(例如数值孔径)。
在图3A的实施例中，致动器320是线性马达，其包括用于确定各个致动器的位移的绝对线性编码器和包括但不限于移动线圈和移动读头的伺服回路。在附加的实施例中，致动器320的线圈和读头可以是固定的。然而，本发明不限于这种致动器，在附加的实施例中，致动器320可以包括由旋转马达驱动的齿带或任何附加的本领域技术人员认识到的致动器。
在图3A中，在沿平移轴线392运动期间，每个细长构件的运动由引入例如氮气(N2)等气体的气体轴承沿细长构件的表面支撑。为了抑制引入的气体泄露进入真空室，除气密封件可以定位在轴承和真空室之间以排空引入的气体。图3B是图3A的区域391的放大的透视图，其示出分别与细长构件308和309相关的气体轴承和相应的除气密封件。
在图3B中，第一部件气体轴承312围绕细长构件308的表面引入气体(例如氮气(N2))，以在轴承312的表面和细长构件308的表面之间形成间隙。虽然在图3B中没有示出，类似定位的气体轴承通过细长构件309的表面引入气体，由此在轴承的表面和细长构件309的表面之间形成间隙。
为了消除由轴承312引入到真空室390的气体的泄露，除气密封件340被定位在轴承312和第一部件302的壁之间，例如在夹具310连接至细长构件308和309的位置。正如上面参照图2描述的那样，除气密封件340可以包括三个排气凹槽340a、340b以及340c，它们分别地且共同地排空由轴承312引入的气体。虽然在图3B中没有示出，类似的除气密封件可以围绕细长构件309定位以排空由其相应的气体轴承引入的气体。
在附加的实施例中，图2的第一部件轴承可以包括传统的具有碳氢化合物润滑剂的润滑轴承。图4示出根据本发明的一个实施例的这种示例性机器人400，其并入传统的润滑的轴承。正如上面所述，第一部件402位于真空室490内并配置成沿平移轴线492定位工件404。轴406支撑第一部件402，并且轴406刚性地连接至第一部件402使得轴406的对称轴线494垂直于平移轴线492。
第一部件402包围在第一端408a处接合细长构件408的致动器420。细长构件408的第二端408b刚性连接至支撑工件404的夹具410。在图4的实施例中，致动器420沿平移轴线492驱动细长构件408，由此在真空室内部定位工件404。工件404可以是图案形成装置，包括但不限于掩模版，或者在替换的实施例中，工件404可以是衬底或晶片。在附加的实施例中，工件404可以是光机装置，包括但不限于数值孔径。
此外，第一部件轴承412被定位成在细长构件沿平移轴线492运动期间支撑细长构件408的一个或更多个表面。然而，与图2中的实施例对比，第一部件轴承412是传统的使用碳氢化合物润滑剂的润滑轴承(例如但不限于润滑球轴承组件)。在这样的实施方式中，碳氢化合物分子可以从润滑的轴承组件脱气到第一部件402的内部402a。为了最小化这种碳氢化合物分子的脱气，第一部件402被密封并且内部402a可以被抽气到近真空水平。在图4中，内部402a与轴406的内部406b流体连通，并且内部402a可以通过与非真空环境流体连通的内部406b进行抽气。
然而，尽管进行了这些防备，但是与第一部件轴承412相关的碳氢化合物润滑剂会从轴承412脱气并且污染真空内的敏感光学部件，尤其是在细长构件408沿平移轴线492移动的时候。为了消除或显著地减小这种污染，在细长构件408在真空内运动期间挠性波纹管414包围细长构件408以试图捕获从轴承412脱气的碳氢化合物分子。在图4的实施例中，挠性波纹管414可以密封地安装到第一部件402和夹具410，使得在细长构件从第一位置移动到完全伸长位置期间细长构件408被挠性波纹管414包围。在这种实施方式中，在细长构件408运动期间挠性波纹管414捕获任何从第一部件轴承脱气的碳氢化合物分子，由此显著地减小或消除了由于脱气的碳氢化合物分子带来的敏感光学部件的污染。
正如参照图2描述的那样，轴406通过真空室490并且第二部件(通常用430表示)被定位在真空室490的外部并配置成接合轴406。虽然图4中未示出，第二部件430还可以包括围绕轴线494旋转轴406并沿平行于轴线494的方向的轴线494驱动轴406的一个或更多个致动器和线性台。在这样的实施例中，机器人400结合轴围绕轴线494的旋转、轴平行于轴线494的运动以及工件404沿平移轴线492的运动，以在三维的真空室内定位工件404。
在图4中，第二部件气体轴承432在围绕轴线492旋转并沿轴线492移动期间支撑轴406。在一个实施中，气体轴承432沿轴406的圆周表面406a引入清洁气体(例如氮气(N2))，由此在气体轴承432的表面和轴406之间产生间隙434。
然而，沿圆周表面406a的气体的引入会导致引入的气体泄露进入真空室490。在消除或显著地减小这种泄露的努力中，除气(或压差)密封件436沿轴406定位以排空由第二部件气体轴承432引入的气体。在图4的实施例中，除气密封件436被设置在第二部件气体轴承432和真空室490之间，并且除气密封件436的对称轴线平行于轴线494。此外，除气密封件436包括两个分开的排气凹槽436a和436b，它们共同作用到圆周表面406a以排空由第二部件气体轴承432引入的气体。在一个实施例中，排气凹槽436a和436b分别被抽气到环境和高真空之间的任何压力，以排空由气体轴承432引入的气体。在附加的实施例中，排气凹槽436a和436b可以分别抽气到大约1mbar和1×10-3mbar的气压。因此，除气密封件436消除或排空由轴承432引入的气体并抑制或最小化进入真空室490的气体的泄露。
在图4的实施例中，除气密封件436包括两个分开的排气凹槽436a和436b。然而，本发明不限于这种结构，并且在附加的实施例中，除气密封件436可以并入任意数量的排气凹槽，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。此外，在图4的实施例中，除气密封件436配置成作用于轴420的圆周表面406a。在附加的实施例中，除气密封件436可以取向成作用于垂直轴406的圆周表面406a的表面，或轴406的任何附加的表面，这在不脱离本发明的精神或范围的情况下对本领域技术人员来说是显而易见的。
图5A和5B示出图4中的示例性机器人的附加的特征。在图5A和5B中，第一部件502包围在第一端508a连接细长构件508的致动器520。细长构件508的第二端508b刚性连接至支撑工件504的夹具510。第一部件502由轴506支撑使得轴506的对称轴线594垂直于平移轴线592。在不同的实施例中，工件504包括但不限于图案形成装置，例如掩模版、晶片或衬底、或光机装置，例如数值孔径。
在图5A和5B中，致动器520包括刚性连接至细长构件508的末端508a的滑块520a，但是在附加的实施例中，滑块520a沿空间上脱离夹具510的细长构件508在任何位置处连接至细长构件508。滑块520a沿线性导向装置520b通过齿带520c的移动而被驱动，齿带520c的移动依次通过旋转马达(未示出)驱动。此外，轴承520d定位在滑块520a和线性导向装置520b之间，在不同的实施例中，轴承520b可以是润滑轴承、气体轴承或任何其他的轴承，这对本领域技术人员来说是显而易见的。沿线性导向装置520b连接至细长构件508的滑块520a的运动导致细长构件508沿平移轴线592的运动。
在图5A和5B中，在细长构件508沿平移轴线592的运动期间第一部件轴承(未示出)支撑细长构件508的一个或更多个表面。在图5A的实施例中，第一部件轴承是使用碳氢化合物润滑剂的润滑轴承，包括但不限于球轴承组件或任何数量的附加的润滑轴承，这对本领域技术人员是显而易见的。正如上面参照图4描述的那样，挠性波纹管514包围细长构件508和第一部件轴承，由此消除了碳氢化合物润滑剂的进入真空室的脱气。
在图5A中，细长构件508设置在未致动位置，在该位置处滑块520a停留在沿线性导向装置520b的初始位置。相反，图5B示出处于完全致动位置的图5A的示例性机器人500。一旦被致动，齿带520c以顺时针的方式前进以沿线性导向装置520b驱动滑块520a，由此沿平移轴线592在真空室590内前移细长构件508和工件504。此外，当细长构件508沿平移轴线592前进时，波纹管514扩展以保持其细长构件508和第一部件轴承512的包围，由此显著地减小或消除在细长构件508运动的整个范围期间的碳氢化合物分子的脱气。
在一个实施例中，工件504沿平移轴线592的最大位移可以从大约500mm到830mm。例如，光机装置(例如数值孔径)的最大位移可以是大约500mm，同时机器人500可以沿平移轴线592移置衬底达到大约600mm和沿平移轴线移置掩模版达到大约830mm。在附加的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，最大的工件位移可以超过这些示例的值，或替换地，小于这些示例的值。
在图5A和5B的实施例中，致动器520包括齿带520c，齿带接合并沿导向装置520b驱动滑块520a。然而，本发明不限于这种致动器。在附加的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，细长构件508可以使用多种附加的致动器驱动，例如上面参照图2描述的线性马达。
在上面的实施例中，在沿平移轴线运动期间单个波纹管包围单个细长构件。然而，本发明不限于这种实施方式，图6是根据本发明的一个实施例的示例性机器人600的透视图，其使用多个由多个挠性波纹管包围的细长构件定位工件。在图6中，细长构件608和609通过夹具支撑装置611a和611b分别刚性连接至夹具610。
在图6中，致动器620和621沿平移轴线692使用线性马达分别驱动细长构件608和609。例如，致动器620的线性马达沿线性导向装置620b驱动连接至细长构件608的滑块620a。滑块620a沿线性导向装置620b的运动沿平移轴线692驱动细长构件608。细长构件608的运动与由致动器621产生的细长构件609的类似运动耦合在真空(未示出)内沿平移轴线692定位工件604。与第一壳602围绕支撑第一部件602的轴606的对称轴线694的转动以及第一部件602沿轴线694的运动耦合的这种运动允许机器人600在真空环境内沿三维定位工件604。
正如上面所述，第一部件轴承612和613分别作用于细长构件608和609的表面，并且在图6的实施例中，第一部件轴承是使用碳氢化合物润滑剂的润滑轴承。同样，在细长构件608和609的运动的整个范围上挠性波纹管614和615分别包围细长构件608和609，以显著地减少碳氢化合物分子进入真空环境的脱气。
在上面所述的实施例中，机器人的第一部件被密封，并且第一部件的内部被抽气到近真空水平以显著地减少来自第一部件内部的污染物传递到真空中。然而，在附加的实施例中，机器人的第一部件可以不密封并且暴露到真空环境中，如图7A和7B所示。
图7A和7B示出根据本发明的一个实施例的用于在真空中定位工件704的示例性机器人700。在图7A中，机器人700包括定位在真空室790内并配置成在真空内沿平移轴线792定位工件704的第一部件702。轴706刚性连接至第一部件702，使得轴706的对称轴线794垂直于平移轴线792。此外，虽然图7A和图7B中未示出，机器人700还包括定位在真空室外以接合轴720的第二部件。在一个实施例中，第二部件可以包括多个附加的致动器和线性台，以围绕轴线794旋转轴706且沿平行于轴线794的方向沿轴线794移动轴706。因此，机器人700可以结合轴围绕轴线794的旋转、轴平行于轴线794的运动以及工件704沿平移轴线792的运动，以在三维真空室内定位工件704。
第一部件702容纳致动器720，其在第一端708a处接合细长构件708。细长构件708的第二端708b刚性连接至支撑工件704的夹具710。在图7A和图7B的实施例中，致动器720沿方向798沿平移轴线792驱动细长构件708，由此在真空室790内定位工件704。在不同的实施例中，工件704可以是图案形成装置(例如掩模版)、衬底或晶片、或光机装置(例如数值孔径)。
在图7A和图7B的实施例中，致动器720是具有滑块720a的线性马达，滑块720a沿气体轴承通道720b被驱动并且通过伺服回路720c连接至外部控制器(未示出)。细长构件708在末端708a处连接至滑块720a，并且同样，滑块720a沿气体轴承通道720b的运动驱动细长构件708沿平移轴线792定位工件704。在附加的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，滑块720a沿空间上脱离第二端708b的细长构件708在任何位置连接到细长构件708。
致动器720还包括气体轴承720d，其作用到气体轴承通道720b的表面。在一个实施例中，气体轴承704d沿气体轴承通道720b的表面引入清洁气体(例如氮气(N2))，以在气体轴承通道720b和气体轴承720d之间形成间隙(未示出)。然而，气体轴承720d不限于使用这种气体，在附加的实施例中，气体轴承720d可以引入任何合适的气体，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。此外，致动器720包括线性编码器720f和读头720e，它们共同地跟随滑块720a沿气体轴承通道720b的运动。
与上述实施例不同，第一壳702不是密封的，因而致动器720暴露到真空室的环境。为了基本上减少或消除气体从气体轴承720d泄露进入真空室，气体轴承720d定位在除气密封件740和741之间，它们分别排空由气体轴承720d沿导向装置720b的表面引入的气体。虽然在图7A中未示出，但是除气密封件740和741可以分别具有两个或更多个排气凹槽，它们被抽气到不同的真空水平以便排空由气体轴承720d引入的气体，正如图2所述的那样。
图7B示意地示出处于完全致动配置的机器人700。在图7B中，线性马达720被驱动以驱动滑块720a从如图7A所示的第一位置到图7B中797示出的完全致动位置。滑块720a沿气体轴承通道720b的运动同样驱动细长构件708，由此在真空室790内沿平移轴线792定位工件704。在图7A和7B的实施例中，工件704沿平移方向的位移(基本上在793处示出)可以大于由类似的具有容纳在密封包围内的致动器的机器人(例如在图2和5中示出的那些)实现的可比的平移位移。在没有对应的细长构件708尺寸的增大的情况下，工件704的这种平移位移可以实现，因为支撑伸长臂的移动的轴承结构完全容纳在第一部件702的内部并且不受除气密封件和/或邻近第一壳702安装的波纹管的限制。
图8是图7A和7B中的示例性机器人处于完全致动位置的透视图。在图8中，第一部件802位于真空室内(未示出)并配置成沿平移轴线892定位工件(未示出)。细长构件808刚性连接至配置成支撑工件的夹具810。此外，在图8的实施例中，轴806刚性连接至第一部件802，使得轴806的对称轴线894垂直于平移轴线892。
如上所述，致动器820暴露到真空。如上所述，致动器820是配置成沿多个气体轴承通道前移滑块(未示出)的线性马达，并且一个或更多个气体轴承靠近滑块定位以作用到气体轴承通道的表面(或多个表面)上。例如，滑块沿气体轴承通道820b被驱动，并且气体轴承820d会沿导向装置820b的表面引入清洁气体(例如氮气(N2))。如上所述，除气密封件840和841分别邻近气体轴承820d定位以排空由气体轴承820d引入的气体。在一个实施例中，除气密封件840和841分别包括两个排气凹槽，例如除气密封件840的排气凹槽840a和820d，它们排空由气体轴承820d引入的气体，由此基本上减少所引入的气体到真空的任何泄露。
如图8所示，致动器820沿平移轴线892驱动细长构件808以在真空内定位工件。虽然在图8中未示出，第二部件可以包括多个附加的致动器和线性台，以围绕轴线894转动轴806和沿平行于轴线894的方向沿轴线894移动轴806。
图9A和9B分别是可以并入到图8的示例性机器人中的滑块和导向装置组件900的横截面图和俯视图。在图9A和9B的实施例中，滑块902关于气体轴承通道904被定位并配置成由例如图8中的致动器820等致动器组件沿气体轴承通道904驱动。
在图9A中，导向装置904的横截面图形成等腰梯形，例如具有一分为二为一对相对边的对称线的四边形，但是在附加的实施例中，气体轴承通道904可以具有任何数量的横截面形状，这对本领域技术人员是显而易见的。此外，正如图9A示出的，滑块902包围气体轴承通道904，并且气体轴承920、922、924和926定位在滑块902上以分别引入气体到气体轴承通道904的表面上。在一个实施例中，气体轴承920、922、924和926引入清洁气体(例如氮气(N2))到气体轴承通道904的表面上。然而，本发明不限于这种气体，并且气体轴承920、922、924和926可以使用任何数量的气体，这对本领域技术人员将是显而易见的。
例如，在图9A中，气体轴承924定位成使得气体轴承924的表面平行于气体轴承通道904的表面914，并且沿表面914引入气体以在表面914和气体轴承924之间建立间隙934。类似地，气体轴承926的表面平行于气体轴承通道904的表面916，并且气体轴承926沿表面916引入气体以在表面916和气体轴承936之间建立间隙936。
气体轴承920和922分别加载到弹簧920a和922a上并且被定位成使得气体轴承920和922的表面分别沿气体轴承通道904的表面910引入气体。分别由气体轴承920和922引入的气体在气体轴承930和932的表面和气体轴承通道904的表面910之间建立间隙930和932。
正如上面所述，气体轴承920、922、924和926容纳在开放的包围内，因此暴露到真空室的环境。同样，从气体轴承920、922、924和926的气体泄露必须被基本上减小以最小化对真空室内的敏感光学部件的污染。虽然在图9A中未示出，除气密封件(例如在图7A和7B中示出的那些)被关于各个气体轴承920、922、924和926的表面的外周的一部分定位，以排空由这些轴承引入的气体，并且基本上减小或消除气体泄露进入真空室。
图9B示出图9A中示出的示例性的导向装置组件900和滑块的俯视图。正如上面所述，滑块902被关于气体轴承通道904定位并且配置成沿气体轴承通道904被驱动。在一个实施例中，气体轴承920、922、924和926被靠近滑块902的第一边缘定位，并且附加的气体轴承940、942、944和946的组被靠近滑块902的与第一边缘相对的边缘定位。正如上面所述，气体轴承通道904的横截面形成多边形，并且气体轴承920、922、924和926和附加的气体轴承940、942、944和946可以关于上面参照图9A所述的气体轴承通道904的表面进行排列以提供相反的作用力。虽然在图9B中未示出，除气密封件(例如在图7A和7B中描述的那些)可以关于各个气体轴承920、922、924和926和各个附加的气体轴承940、942、944和946的表面的外周的一部分定位，以排空由这些轴承引入的气体，并且基本上减小或消除气体泄露进入真空室。
图9C和9D示出线性气体轴承的横截面图和俯视图，其可以并入到图9A和9B中示出的导向装置组件和滑块中。在图9C中，气体轴承960被定位成使得气体轴承960的表面961平行于气体轴承通道(例如图9A中的气体轴承通道904)的表面914。清洁气体(例如氮气(N2))通过气体轴承960的中央口962引入并且所引入的气体沿表面961和表面914之间的路径996a和996b行进，由此在表面961和表面914之间建立间隙934。在一个实施例中，如图9D所示，气体流过中央口962并且通过形成在表面961中的一个或更多个分配凹槽沿表面961分布。
如上所述，气体轴承960暴露到真空环境，并且同样，除气密封件，基本上由970表示，配置成排空由轴承960引入的气体，由此基本上减小或消除气体泄露进入真空室。在图9C中，除气密封件970包括形成在表面961中并且沿表面961的外周定位的环形排气凹槽972。除气密封件970还包括与排气凹槽972流体连通并配置成将排气凹槽472抽气到高的真空水平(例如在1mbar到1×10-3mbar之间的值)的真空孔口974。
在图9C的实施例中，通过中央口962引入的气体从中央口962沿路径996a和996b行进朝向气体轴承960的边缘960a和960b。排气凹槽972通过真空孔口974被抽气到高真空水平，并且通过中央口962引入的气体随后通过凹槽972排出并通过排气口974排出轴承960以消除或基本上减小气体泄露进入真空环境。
图9D示出在图9C中示出的气体轴承960的表面961的俯视图。在图9D中，气体轴承964的表面461具有矩形的覆盖区，其具有由边缘960a、960b、960c和960d限定的外周。中央口962穿透轴承960并与分配凹槽964a、964b、964c和964d流体连通。这些凹槽分配通过中央口962沿表面961引入的气体，以在表面961和气体轴承通道的表面之间建立间隙，如图9C所示。
在图9D的实施例中，分配凹槽964a、964b、964c和964d分别源自中央口962并从中央口962朝向气体轴承964的边缘辐射。然而，在附加的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，轴承960的表面961可以并入任何数量或布置的与中央口962流体连通的分配凹槽。
正如上面所述，排气凹槽972沿由边缘960a、960b、960c和960d限定的表面961的外周定位，并且排气凹槽972形成与真空孔口974流体连通的回路。通过将排气凹槽972抽气到高的真空水平，由轴承960的中央口962引入的气体通过凹槽972和真空孔口974排除。
在图9C和9D的实施例中，气体轴承960是具有由边缘960a、960b、960c和960d限定的矩形覆盖区的线性轴承。然而，气体轴承960不限于这种轴承，并且在附加的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，气体轴承960可以是具有圆形覆盖区、椭圆覆盖区、多边形覆盖区或任何其他对本领域技术人员显而易见的覆盖区的线性轴承。
此外，在图9C和9D中，排气凹槽972设置在边缘960a、960b、960c和960d附近。然而，在附加的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，排气凹槽972可以设置或定位在形成围绕中央口962和分配凹槽964a、964b、964c和964d的完整回路的任何配置中。此外，在附加的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，排气凹槽972可以形成围绕中央口962和分配凹槽964a、964b、964c和964d的任何圆形、椭圆或多边形回路。
图10是根据本发明的实施例的并入到用于在真空中定位工件的示例性机器人的矩形气体轴承组件1000的透视图。在图10的实施例中，组件1000设置在密封壳(未示出)中，例如图2中的第一部件202和图4中的第一部件402，其整体或部分地定位在真空室内。
在图10中，气体轴承台1002支撑托架1004，细长构件1008和1009在其各自第一端连接到托架1004。例如，细长构件1008的第一端1008a刚性连接至托架1004。在图10的实施例中，线性马达沿轴承通道1002驱动托架1004，从而沿平移轴线1092驱动细长构件1008和1009。为了提供这种运动，马达绕组1020a固定到托架1004，并且通过外部控制器(未示出)的驱动，沿磁导向装置1020b驱动马达绕组，由此，沿平移轴线1092驱动托架1004和细长构件。在一个实施例中，磁导向装置1020b可以是空气芯无刷直流(DC)线性马达的永久磁性U形沟槽。当细长构件的各个第二端刚性连接至依次支撑工件的夹具，细长构件(例如细长构件1008)沿平移轴线1092的运动在真空中定位工件，如上面参照图2和4所述。此外，托架1004沿轴承台1002的位置通过线性编码器1020e和固定至托架1004的读头1020f监测。在不同的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，线性编码器1020e可以是绝对编码器或增量编码器，并且读头1020f可以是磁读头或光学读头。
气体轴承台1002引入例如氮气(N2)等清洁气体到托架1004的表面，由此在轴承台1002和托架1004之间形成间隙(未示出)。在图10的实施例中，沿轴承台1002引入的气体被排放到密封壳的环境中。为了消除从这些细长构件1008和1009通过该壳的点或位置引入的气体的泄露，除气密封件1040和1041被分别围绕细长构件1008和1009定位并固定到该壳的细长构件1008和1009分别通过该壳的这些点或位置处的壁。
例如，除气密封件1040被取向成作用在细长构件1008的表面上，如上面参照图2所述的，并且除气密封件1040固定到该壳(未示出)的细长构件1008和1009通过该壳的这些点或位置处的壁。在图10的实施例中，除气密封件1040和1041不承载夹具和工件的负载，而是漂浮在各个细长构件的表面上面。此外，正如参照图2描述的那样，除气密封件1040和1041可以并入任何数量的排气凹槽以排出通过轴承台1002引入到壳中的气体。
图11A和11B示出根据本发明的一个实施例的用于在真空内定位工件的示例性的机器人的下部1100。下部1100接合轴1106，轴1106支撑机器人的第一部件，例如图2中的第一部件202。在图11A和11B中的实施例中，下部1100包括第一气体轴承1132和第二气体轴承1133，它们一起沿轴1106的圆周表面1106a引入气体以分别在圆周表面1106a和第一和第二气体轴承1132和1133的表面之间建立间隙1134。在一个实施例中，第一和第二气体轴承1132和1133可以沿圆周表面1106a引入例如氮气(N2)等清洁气体。然而，在附加的实施例中，第一和第二气体轴承1132和1133可以采用任何数量的附加的或替换的对本领域技术人员是显而易见的清洁气体或惰性气体。
正如上面所述，除气密封件1136定位在气体轴承1132和1133和真空室的壁(未示出)之间，除气密封件1136的对称轴线取向成平行于轴1106的对称轴线1194。在图11A和11B的实施例中，除气密封件1136包括第一排气凹槽1136a和第二排气凹槽1136b，它们共同地并分别地排空通过第一和第二气体轴承1132和1133引入的气体。例如，第一排气凹槽1136a被抽气到大约1mbar的压力以排空气体，并且第二排气凹槽1136b被抽气到大约1×10-3mbar的压力以排空多余的气体，从而消除或基本上减小任何引入的气体泄露进入真空室。
此外，轴1106可以包括中空部，例如图4的部分406a，其与机器人的第一部件的内部(例如图4的第一部件402的内部402a)流体连通。在这种实施方式中，孔1135被用于将密封壳的内部抽气到近真空条件，由此基本上减小来自暴露在该壳内部的部件的任何脱气，如参照图4描述的那样。
在图11A和11B的实施例中，马达1140接合轴1106并通过外部控制器(未示出)的驱动围绕轴线1194旋转轴1106，从而旋转机器人的第一部件。在图11A和11B的实施例中，第一和第二气体轴承1132和1133在轴1106围绕轴线1194旋转时为轴1106提供旋转支撑。此外，在图11A中，在围绕轴线1194运动期间推力轴承1160轴向地支撑轴1106。在一个实施例中，如图11A所示，推力轴承1160是气体轴承，其沿设置成垂直于轴1106的圆周表面1106a的轴承板1162的表面引入气体。此外，轴1106的旋转运动由连接至外部控制器的绝对编码器1142跟踪。
在图11A的实施例中，下部1100在平行于轴线1194的方向上使用线性驱动台1150定位轴1106和机器人连接至轴1106的第一部分。线性驱动台1150包括刚性连接至容纳除气密封件1136和第一和第二气体轴承的下部1100的固定部1152、绝对编码器(未示出)以及通过刚性连接1156刚性连接至马达1140和轴承1160的可移动部1154。
在附加的实施例中，推力轴承1160可以包括传统的润滑的旋转轴承，其包括但不限于润滑球轴承或润滑针轴承。在这样的实施方式中，如图11B所示，润滑旋转轴承1161在围绕轴线1194运动期间轴向支撑轴1106，并且可移动部1154通过挠性连接1157柔性连接至马达1140和旋转轴承1161。在一个实施例中，挠性连接1157满足沿轴线1194和平移轴线(例如图2中的平移轴线292)的移动的特定要求，以及沿这些轴线的张力和/或压力的特定要求。正如图11A所述，下部1100在平行于轴线1194的方向上使用线性驱动台1150定位轴1106和连接轴1106的机器人的第一部分。
响应于外部控制器，图11A和图11B中示出的线性台1150沿平行于轴线1194的方向激励并移动可移动部1154，由此在真空内移动轴1106和第一部件。在一个实施例中，最大位移可以在大约20mm到大约75mm之间。在附加的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，最大位移可以超过，或替换地，可以落入这些示例性的值内。因此，与马达1140结合的线性台1150允许机器人在真空内沿三个维度(例如围绕轴线1194的旋转运动、平行于轴线1194的轴向运动以及沿例如图2的轴线292等平移轴线的平移运动)定位工件。
在上述实施例中，由气体轴承沿轴或细长构件的表面引入的气体通过取向成作用于轴或细长构件的圆周表面的除气密封件排空。例如，图11A和图11B中的除气密封件1136作用于第一和第二气体轴承1132和1133沿其引入气体的轴1106的圆周表面。然而，本发明不限于这种除气密封件，并且在附加的实施例中，与图13中示出的那些类似，除气密封件可以定位成作用于垂直于轴的圆周表面并因而垂直于轴的对称轴线的表面。
此外，在上述实施例中，通过支撑工件的细长构件的运动在真空中沿平移轴线定位工件。然而，本发明不限于这种运动，在附加的实施例中，在真空内，不仅沿平移轴线，还可以在包括平移轴线的平面内的点或位置处定位工件，如图12所示。
图12示出根据本发明的一个实施例的用于在真空内定位工件的机器人的示例性的第一部件1200。图12包括通过接头1220连接至第一臂1204的致动器1202。在图12中，致动器1202配置成围绕接头1202的轴线1222旋转第一臂1204。第二接头1230连接第一臂1204和第二臂1206，由此允许第二臂1204相对于第一臂1202围绕接头1230的轴线1232旋转。此外，第三接头1240连接第二臂1204与夹具1208，因此允许第二臂1204和夹具1206围绕接头1240的轴线1242相对旋转移动。虽然在图12中未示出，夹具1206可以支撑工件，包括但不限于掩模版、衬底或晶片以及光机装置(例如数值孔径)。此外，虽然在图12中未示出，第一部件1200可以整体地或部分地定位在诸如图2中的真空室290等真空室内。
在一个实施例中，第一臂1204和第二臂1206可以设置有各自的内部致动组件，其响应于致动器1202驱动第一臂相对于第二臂的旋转以及替换地或附加地，驱动第二臂相对于夹具的旋转。例如，第一臂1204内的带组件可以通过致动器1202的轴被驱动，并且相对于第一臂1204的旋转围绕轴线1222旋转第二臂1206。此外，例如，第二臂1206内的带组件可以相对于第二臂1204和第一臂1202的旋转围绕轴线1242旋转夹具1206。同样，第一臂1204围绕轴线1222的旋转运动、第二臂1204围绕轴线1232的相对旋转运动以及夹具1206的相对旋转运动共同地结合以在真空室内沿与轴线1222、1232以及1242相互垂直的平面定位工件。
在附加的实施例中，未在图12中示出，第一部件1200可以由具有平行于轴线1222、1232和1242的对称轴线的轴支撑。这样的轴可以通过第二部件(例如图2中的第二部件1230)接合，第二部件可以围绕对称轴线旋转轴和第一部件1200，并且可以沿平行于对称轴线的方向驱动轴和第一部件1200。
图13示出并入到图12的机器人的接头中的示例性除气密封件1300。在一个实施例中，接头1220、1230以及1240分别暴露到真空室的环境中。同样，诸如参照图4所述的那些传统的润滑轴承不能用于这些接头，因为润滑轴承会脱气碳氢化合物分子到真空环境中，由此污染敏感的光学设备。此外，传统的气体轴承在这种环境下会泄露并引入气体进入到真空环境中，也会损坏敏感光学设备。
在图13中，第一部件1302(例如图12的第一臂1204)配置在平行于第二部件1312(例如图12的第二臂1206)的平面上。第一部件1302通过轴1320结合到第二部件1312，由此形成允许部件相对于彼此围绕轴1320旋转的部件之间的接头1330。在图13的实施例中，第一部件1302容纳第一滑轮1304，第一滑轮围绕轴1320安装并通过第一带1306驱动。滑轮1306的旋转运动被应用到轴1320，因此滑轮的旋转运动通过轴1320被转移到容纳在第二部件1312内的第二滑轮1314。在图13的实施例中，第二滑轮1314通过安装轴1315固定至轴1320。此外，第二带1316可以将第二滑轮1314的旋转运动转移到附加的部件(未示出)。同样，第一部件1302和第二部件1312内的滑轮的运动带来第一和第二部件之间关于轴1320的相对旋转移动。
在图13中，一组旋转轴承1308支撑第一滑轮1304的旋转运动，一组类似的旋转轴承1318支撑第二滑轮1314的旋转运动。在不同的实施例中，旋转轴承1308和1318可以是脱气碳氢化合物分子进入到部件内部的传统的润滑轴承，或替换地，是可以泄露例如氮气(N2)等清洁气体到部件的内部的气体轴承。同样，即使各个部件的内部被抽气到近真空条件，碳氢化合物分子或润滑气体会从这些部件泄露进入到真空环境中，由此损坏敏感光学设备。
因此，除气密封件1300被定位在第一部件1302和第二部件1312之间，以便于第一部件1302和第二部件1304分别围绕轴1320的旋转，同时排空从第一部件1302和第二部件1304内部泄露的脱气碳氢化合物分子或润滑气体。在图13的实施例中，除气密封件1300的对称轴线1394定位成平行于轴1320的对称轴线，如图13所示。同样，除气密封件1300的表面不作用到轴的圆周表面上(例如如图2中所示的)，但是作用到与轴线1394相互垂直的第一和第二部件1302和1312的表面上。
除气密封件1300包括靠近第二部件1312的表面1322设置的第一密封板1310、设置在第一部件1302的表面1324上的第二密封板1318以及刚性连接至第一密封板1310和第二密封板1318的挠性波纹管1330。第一密封板1310还包括流动通道1314和抽气通道1312。
在图13的实施例中，例如氮气(N2)等气体以近真空压力被引入到流动通道1314中，以在第一密封板1310的表面和表面1322之间建立间隙。因而，引入的气体通过抽气通道1312排空并排到非真空环境中。在表面1322和第一密封板1310之间形成粘性层最小化了引入的气体到真空环境中的泄露。在一个实施例中，气体进入500mbar压力的流动通道1314并且通过26mbar压力的抽气通道1312排到非真空环境中，这导致间隙1350的间隙厚度接近20微米。
在不同的实施例中，除气密封件1300作用于垂直于轴1320的轴线1394的表面1322的取向具备超过图11的作用于轴的圆周表面的实施例中示出的除气密封件的优点。通过在垂直于轴1320的表面上操作，除气密封件1300可以作用在一个基本上较大的表面面积，由此提高了密封的效率，并允许比在取向成作用到轴的圆周表面的除气密封件中实现的压力(例如图11中排气凹槽1136a和1136b分别约为1mbar和1×10-3mbar)大的抽气通道压力(例如图13的抽气通道1312中的大约26mbar)。
在上述实施例中，气体轴承和除气密封件沿包括但不限于轴的圆周表面、垂直于轴的表面的表面以及细长构件的表面等表面引入(例如氮气(N2))清洁气体。然而，本发明不限于使用氮气(N2)作为润滑气体。在附加的实施例中，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本发明的气体轴承和除气密封件可以使用任何数量的对本领域技术人员是显而易见的合适的清洁气体。
虽然上面详述了本发明的实施例在光学光刻中的应用，应该注意到，本发明可以有其它的应用，例如压印光刻，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。
结论
虽然上面描述了本发明的多个实施例，但是应该理解，上面描述的内容是例证性的，而不是限定的。因而，应该认识到，本领域的技术人员在不脱离以下所述权利要求的范围的情况下，可以对上述本发明进行更改。因而，本发明的宽度和范围应该不受到上面所述示例性的实施例的任一个的限制，而应该由权利要求及等价物限定。
应该知道，是具体实施方式而不是发明内容和摘要部分用来说明和解释权利要求。发明内容和摘要部分可以给出一个或更多个、但不是本发明想要说明的本发明的全部示例性实施例，因而不能限制本发明和未决的权利要求。

Claims (13)

1.一种用于在真空中定位工件的机器人，包括：
第一部件，至少部分地位于真空室内并配置成沿平移轴线定位工件，所述工件位于真空内；
轴，配置成支撑第一部件使得所述轴的对称轴线垂直于所述平移轴线；和
第二部件，定位在真空室的外部并且配置成（i）围绕所述对称轴线旋转所述轴和（ii）沿平行于所述对称轴线的方向移动所述轴，
其中所述第二部件包括：
第二部件气体轴承，配置成沿所述轴的圆周表面引入气体；和
除气密封件，配置成排空由所述第二部件气体轴承引入的气体，其中所述第一部件包括：
细长构件，配置成在第一端上支撑工件；
致动器，配置成沿所述平移轴线驱动所述细长构件以定位所述工件；和
第一部件轴承，配置成在沿所述平移轴线移动期间作用到所述细长构件的表面上，所述第一部件轴承是润滑轴承，其中所述第一部件还包括包围所述细长构件的挠性波纹管、以基本上减少进入到真空室内的所述润滑轴承的脱气。
2.根据权利要求1所述的机器人，其中所述致动器配置成在从所述第一端空间上地移开的位置处接合所述细长构件。
3.根据权利要求1所述的机器人，其中所述第一部件轴承是配置成沿所述细长构件的表面引入气体的气体轴承。
4.根据权利要求3所述的机器人，其中所述第一部件还包括配置成排空由所述气体轴承引入的气体的除气密封件。
5.根据权利要求3所述的机器人，其中所述第一部件还包括第一除气密封件和第二除气密封件，其中所述第一和第二除气密封件分别定位在所述气体轴承的相对侧上、以便排空由所述气体轴承引入的气体。
6.根据权利要求1所述的机器人，其中：
所述致动器和所述第一部件轴承设置在密封壳中；和
所述密封壳被抽气、以基本上减少进入到真空室的脱气。
7.根据权利要求1所述的机器人，其中：
所述除气密封件的对称轴线定位成平行于所述轴的对称轴线；和
所述除气密封件设置在第二部件气体轴承和所述真空室之间。
8.根据权利要求7所述的机器人，其中所述除气密封件配置成作用到所述轴的圆周表面上。
9.根据权利要求7所述的机器人，其中所述除气密封件配置成作用到垂直于所述轴的表面的表面上。
10.一种光刻设备，包括：
照射系统，配置成产生辐射束；
图案形成装置，设置在真空室内并配置成图案化辐射束；
投影系统，配置成将图案化的束投影到真空室内的衬底的目标部分上；和
用于在真空室内定位工件的机器人，包括：
第一部件，至少部分地位于真空室内并配置成沿平移轴线定位工件，所述工件位于所述真空内；
轴，配置成支撑第一部件使得所述轴的对称轴线垂直于所述平移轴线；和
第二部件，定位在真空室的外部并且配置成（i）围绕所述对称轴线旋转所述轴和（ii）沿平行于所述对称轴线的方向移动所述轴，
其中所述第二部件包括：
第二部件气体轴承，配置成沿所述轴的圆周表面引入气体；和
除气密封件，配置成排空由所述第二部件气体轴承引入的气体，其中所述第一部件包括：
细长构件，配置成在第一端上支撑工件；
致动器，配置成沿所述平移轴线驱动所述细长构件以定位所述工件；和
第一部件轴承，配置成在沿所述平移轴线移动期间作用到所述细长构件的表面上，所述第一部件轴承是润滑轴承，其中所述第一部件还包括包围所述细长构件的挠性波纹管、以基本上减少进入到真空室内的所述润滑轴承的脱气。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述致动器配置成在从所述第一端空间上地移开的位置处接合所述细长构件。
12.根据权利要求10所述的设备，其中：
所述致动器和所述第一部件轴承设置在密封壳中；和
所述密封壳被抽气、以基本上减少进入到真空室的脱气。
13.根据权利要求10所述的设备，其中：
所述除气密封件的对称轴线定位成平行于所述轴的对称轴线；和
所述除气密封件设置在第二部件气体轴承和所述真空室之间。
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