CN102129175A - 一种气浮支撑的旋转台 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种气浮支撑的旋转台，所述旋转台包括工作台、基板、垂向气浮支撑机构、旋转中心定位机构及驱动机构。所述垂向气浮支撑机构将工作台支撑在基板上。所述旋转中心定位机构使工作台沿竖直方向做旋转运动，并确定旋转中心。所述驱动机构把直线电机的直线运动转化成旋转运动。本发明提供的旋转台中间环节少，响应速度快，定位精度高，同时所述垂向气浮支撑机构可以消除类似滚轮之类的导向机构的非线性误差，进一步提高系统定位精度。

Description

一种气浮支撑的旋转台

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，尤其涉及一种用于光刻过程中承载硅片的气浮支撑的旋转台。

背景技术

微电子技术的发展促进了计算机技术、通信技术和其它电子信息技术的更新换代，在信息产业革命中起着重要的先导和基础作用。生产设备在整个微电子行业中扮演着举足轻重的角色，而在微电子器件的制造设备中，投资最大、作用最关键的是光刻设备。随着集成电路集成度的提高，光刻机的定位精度要求越来越高，而在光刻机的定位机构中，旋转台起着非常关键的作用。2008年8月13日公开的“可补偿Z向位置的六自由度精密定位台”(公开号为CN101241314A的中国专利)揭示了一种旋转台结构，其结构形式为旋转电机加丝杠机构驱动吸附硅片的吸盘绕一个铰链转动。但是该结构采用旋转电机加丝杠机构驱动，中间环节多，影响精度，并且该旋转台的垂向支撑通常采用轴承或类似轴承的滚动体来做支撑，这种支撑结构运动不平稳，给系统引入了非线性误差。随着光刻机定位精度的提高，这类旋转台已经远不能满足现代控制系统的要求。

因此，如何提供一种响应速度快、精度高的旋转台已成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气浮支撑的旋转台，以解决光刻过程中旋转电机加丝杠机构驱动的旋转台中间环节多、响应速度慢、定位精度低、支撑结构运动不平稳，引入非线性误差的问题。

为解决上述问题，本发明提出一种气浮支撑的旋转台，所述气浮支撑的旋转台包括基板、垂向气浮支撑机构、通过垂向气浮支撑机构支撑在所述基板上的工作台、旋转中心定位机构及驱动机构，所述旋转中心定位机构连接所述基板和工作台，并使工作台绕所述旋转中心定位机构的中心做旋转运动，所述驱动机构包括直线电机，并将直线电机的直线运动转化为工作台的旋转运动。

可选的，所述垂向气浮支撑机构包括气浮垫及竖直预紧件，所述气浮垫的顶部通过固定件固定在工作台上，所述气浮垫的底部为一气膜，所述竖直预紧件在所述基板及工作台之间产生一预紧力，所述预紧力使所述气膜接触基板。

可选的，所述气浮垫与所述固定件之间通过球面接触方式耦合。

可选的，所述气浮垫与所述固定件之间的接触面法向与水平面有一夹角θ。

可选的，所述夹角θ的范围在10°～20°之间。

可选的，所述竖直预紧件为竖直预紧拉簧，所述竖直预紧拉簧的一端固定在所述基板上，另一端固定在所述工作台上。

可选的，所述竖直预紧件为环形磁铁加不锈铁件，所述环形磁铁设置在所述气浮垫周围的工作台上，所述不锈铁件设置在与所述环形磁铁对应位置的基板上。

可选的，所述垂向支撑机构的数量为三套。

可选的，所述旋转中心定位机构由竖直簧片和位于竖直簧片上面的圆簧片组成，所述旋转中心定位机构的顶部固定在工作台上，底部固定在基板上。

可选的，所述竖直簧片的数量为四个，所述四个竖直簧片按十字形式布置，当所述工作台沿竖直方向旋转时，所述竖直簧片发生扭转，确定旋转中心，同时产生垂直方向的微位移，该微位移由所述圆簧片补偿。

可选的，所述驱动机构还包括凸轮随动器和推板，所述凸轮随动器与所述推板相耦合，所述推板与所述工作台连接，所述凸轮随动器在直线电机的驱动下使推板运动，并带动所述工作台绕旋转中心定位机构的中心做旋转运动。

可选的，所述凸轮随动器与所述推板通过一水平预紧拉簧耦合在一起。

可选的，所述驱动机构还包括一导轨，所述直线电机包括动子和定子，所述定子和所述导轨安装在所述基板上，所述动子经过一动子转接板安装到所述导轨上，所述凸轮随动器安装到所述动子上，并随动子一起沿所述导轨作直线运动。

可选的，所述气浮支撑的旋转台还包括一测量机构，所述测量机构为工作台竖直旋转方向测量光栅尺，所述测量光栅尺的刻度尺部分安装在工作台上，其读头部分安装到基板上。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、通过凸轮随动器、弹簧和导轨直接把直线电机的直线运动转化成旋转运动，中间环节少，响应速度快；

2、采用垂向气浮支撑机构在竖直方向上导向，可以消除类似滚轮之类的导向机构的非线性误差，进一步提高系统定位精度；

3、旋转中心定位机构是由柔性机构做成的，因此没有间隙，位移线性好，可以实现高精度的微位移。

附图说明

图1A为本发明提供的气浮支撑的旋转台的立体图；

图1B为本发明提供的气浮支撑的旋转台的工作原理图；

图2A为本发明提供的气浮垫加竖直预紧拉簧形式的垂向气浮支撑机构的结构图；

图2B为本发明提供的气浮垫加磁铁形式的垂向气浮支撑机构的结构图；

图3为本发明提供的气浮支撑的旋转台的旋转中心定位机构的结构图；

图4为本发明提供的气浮支撑的旋转台的驱动机构的结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的气浮支撑的旋转台作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种气浮支撑的旋转台，该旋转台通过将凸轮随动器与推板耦合，推板与工作台相连，通过凸轮随动器把直线电机的直线运动转化成旋转运动，从而减少中间环节，提高响应速度，同时其旋转中心定位机构是由柔性机构做成的，因此没有间隙，位移线性好，可以实现高精度的微位移，提高定位精度，并且其竖直方向上采用垂向气浮支撑机构导向，可以消除类似滚轮之类的导向机构的非线性误差，进一步提高系统定位精度。

请参考图1A和图1B，其中，图1A为本发明提供的气浮支撑的旋转台的立体图，图1B为本发明提供的气浮支撑的旋转台的工作原理图，如图1A所示，该气浮支撑的旋转台包括基板100，工作台101，垂向气浮支撑机构200，旋转中心定位机构300，驱动机构400及测量机构500，所述基板100设置在该旋转台的最下层，所述工作台101设置在该气浮支撑的旋转台的最上层，所述工作台101通过三套垂向气浮支撑机构200支撑在基板100上，所述旋转中心定位机构300使工作台101只能绕所述旋转中心定位机构300的中心做旋转运动，所述驱动机构400提供动力，所述测量机构500反馈位置信号。如图1B所示，所述驱动机构400包括一直线电机401，所述驱动机构400将直线电机401的直线运动转换为工作台的旋转运动。

下面将详细描述垂向气浮支撑机构200，旋转中心定位机构300及驱动机构400的结构，从而使本发明的原理更为清晰。

请参考图2A和图2B，其中，图2A为本发明提供的气浮垫加竖直预紧拉簧形式的垂向气浮支撑机构的结构图，图2B为本发明提供的气浮垫加磁铁形式的垂向气浮支撑机构的结构图，如图2A所示，该垂向气浮支撑机构200包括气浮垫202及竖直预紧件，所述竖直预紧件为竖直预紧拉簧207，所述竖直预紧拉簧207的一端固定在所述基板100上，另一端固定在所述工作台101上。所述气浮垫202的顶部通过螺柱204固定在工作台101上，并通过锁母203锁紧，所述气浮垫202的底部为一气膜201，所述竖直预紧件在所述基板100及工作台101之间产生一预紧力，所述预紧力使所述气膜201接触基板100。所述气浮垫202及气膜201通过压缩空气充气，所述压缩空气通过压缩空气气管205供给。

所述气浮垫202和螺柱204之间采用球面接触方式耦合，因此气浮垫202可以作一定量的角度调整，两者组合起来，可以实现高度和角度的适量调整，保证三个气浮垫202的气浮面在同一个面上，基板100上的气浮面通过加工保证在一个面上。气浮垫202和螺柱204之间的接触面的法向206与水平面有一个夹角θ，该θ的范围在10°～20°之间，优选地，该θ在15°左右，因此在竖直预紧拉簧207的作用下气浮垫202可以获得水平向和垂向的预紧力，从而可以保证气浮垫202与基板100及气浮垫202与工作台101在水平向和垂向的可靠连接，并且使用该气浮结构可以获得没有摩擦的平面运动。采用这种结构在竖直方向上导向，可以消除类似滚轮之类的导向机构的非线性误差，进一步提高系统定位精度。

如图2B所示，所述竖直预紧件还可以采用环形磁铁208加不锈铁件209的形式，所述环形磁铁208设置在所述气浮垫202周围的工作台101上，所述不锈铁件209设置在与所述环形磁铁208对应位置的基板100上。所述环形磁铁208与所述不锈铁件209之间产生吸附力，从而实现预紧作用。采用这种方式，磁铁吸附力不会在水平向上产生分力，使系统环路中减少一个震荡环节，从而使系统稳定性更高。

请继续参考图3，图3为本发明提供的气浮支撑的旋转台的旋转中心定位机构的结构图，如图3所示，旋转中心定位机构300由竖直簧片301和圆簧片302组成，所述圆簧片302位于所述竖直簧片301的上方，所述竖直簧片301的下端固定在基板100上，其上端与所述圆簧片一起固定在工作台101上。其中竖直簧片301的数量为4个，这4个竖直簧片301均匀地布置在所述圆簧片302的下方，可以小角度扭转，同时又保证水平向具有较高刚性。圆簧片302可以在垂向有微位移，水平向高刚性。当工作台绕竖直方向旋转时，竖直簧片301扭转，确定旋转中心，同时竖直簧片301端头产生垂直方向的微位移，该微位移由圆簧片302补偿。该旋转中心定位机构是由柔性机构做成，因此没有间隙，位移线性好，可以实现高精度的微位移。

请继续参考图4，图4为本发明提供的气浮支撑的旋转台的驱动机构的结构图，如图4所示，该驱动机构400主要包括直线电机401、导轨403、凸轮随动器404、水平预紧拉簧405及推板406，所述直线电机401的定子安装在基板100上，所述直线电机401的动子经动子转接板402安装到所述导轨403上，所述导轨403安装到基板100上。所述凸轮随动器404通过中间件安装到直线电机401的动子上，并且所述凸轮随动器404通过水平预紧拉簧405的弹力与推板406耦合在一起，所述推板406与工作台101相连，这样就使得凸轮随动器404在直线电机401的驱动下使推板406运动，并带动所述工作台101绕旋转中心定位机构300的中心做旋转运动。另外，凸轮随动器404内外圈之间是滚动摩擦，因此不会有附加摩擦力产生。

此外，如图4所示，所述气浮支撑的旋转台上还安装了一测量机构500，所述测量机构500为工作台竖直旋转方向上的测量光栅尺501，所述测量光栅尺501的刻度尺部分安装在工作台101上，读头部分安装到基板100上，因此直接测量出工作台101绕竖直方向旋转的旋转弧长，从而测量出旋转角度，实现位置反馈。

综上所述，本发明提供了一气浮支撑的旋转台，所述旋转台的工作台通过三套如图2A或图2B所示的垂向气浮支撑机构在竖直方向上支撑在基板上，通过如图3所示的旋转中心定位机构限制工作台只能绕其中心做旋转运动，同时通过如图4所示的驱动装置将直线电机的直线运动转换为工作台的旋转运动。所述旋转台的中间环节少，响应速度快，定位精度高。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种气浮支撑的旋转台，其特征在于，包括基板、垂向气浮支撑机构、通过垂向气浮支撑机构支撑在所述基板上的工作台、旋转中心定位机构及驱动机构，所述旋转中心定位机构连接所述基板和工作台，并使工作台绕所述旋转中心定位机构的中心做旋转运动，所述驱动机构包括直线电机，并将直线电机的直线运动转化为工作台的旋转运动。

2.如权利要求1所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述垂向气浮支撑机构包括气浮垫及竖直预紧件，所述气浮垫的顶部通过固定件固定在工作台上，所述气浮垫的底部设有气膜，所述竖直预紧件在所述基板及工作台之间产生预紧力，所述预紧力使所述气膜接触基板。

3.如权利要求2所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述气浮垫与所述固定件之间通过球面接触方式耦合。

4.如权利要求3所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述气浮垫与所述固定件之间的接触面法向与水平面有一夹角θ。

5.如权利要求4所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述夹角θ的范围在10°～20°之间。

6.如权利要求2所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述竖直预紧件为竖直预紧拉簧，所述竖直预紧拉簧的一端固定在所述基板上，另一端固定在所述工作台上。

7.如权利要求2所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述竖直预紧件为环形磁铁加不锈铁件，所述环形磁铁设置在所述气浮垫周围的工作台上，所述不锈铁件设置在与所述环形磁铁对应位置的基板上。

8.如权利要求2所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述垂向气浮支撑机构的数量为三套。

9.如权利要求1所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述旋转中心定位机构由竖直簧片和位于竖直簧片上面的圆簧片组成，所述旋转中心定位机构的顶部固定在工作台上，底部固定在基板上。

10.如权利要求9所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述竖直簧片的数量为四个，所述四个竖直簧片按十字形式布置，当所述工作台绕竖直方向旋转时，所述竖直簧片发生扭转，同时产生垂直方向的微位移，该微位移由所述圆簧片补偿。

11.如权利要求1所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述驱动机构还包括凸轮随动器和推板，所述凸轮随动器与所述推板相耦合，所述推板与所述工作台连接，所述凸轮随动器在直线电机的驱动下使推板运动，并带动所述工作台绕旋转中心定位机构的中心做旋转运动。

12.如权利要求11所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述凸轮随动器与所述推板通过一水平预紧拉簧耦合在一起。

13.如权利要求11所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，所述驱动机构还包括一导轨，所述直线电机包括动子和定子，所述定子和所述导轨安装在所述基板上，所述动子经过一动子转接板安装到所述导轨上，所述凸轮随动器安装到所述动子上，并随动子一起沿所述导轨作直线运动。

14.如权利要求1所述的气浮支撑的旋转台，其特征在于，还包括一测量机构，所述测量机构为工作台竖直旋转方向测量光栅尺，所述测量光栅尺的刻度尺部分安装在工作台上，其读头部分安装到基板上。

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