CN102692821B - 一种光刻机旋转台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光刻机旋转台，旋转中心定位机构的气浮导轨轴和气浮导轨衬套之间通入高压气体，使得气浮导轨轴和气浮导轨衬套之间形成具有一定刚度的气膜，使旋转中心定位机构的旋转刚度几乎为零，水平向刚度可以做到很高，且不会影响旋转刚度，从而可以有效降低旋转台机械静差；同时支撑机构采用第一支撑垫和第二支撑垫两个支撑垫进行面接触，减小接触点变形，从而减小摩擦力，有利于降低旋转台的机械静差；第一支撑垫中间具有两个方向柔性铰链，两个方向的柔性铰链可围绕柔性铰链的中心旋转，确保旋转台的多个支撑机构中第一支撑垫和同第二支撑垫始终保持面接触，提高旋转台稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造设备技术领域，特别涉及一种光刻机旋转台。
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。
专利200910200944.2揭露了一种旋转台，其旋转中心采用十字簧片，其支撑结构采用钢珠滚轮。请参看图1、图2和图3，图1为现有技术的旋转台的结构示意图；图2为现有技术的旋转台旋转轴的结构示意图；图3为现有技术的旋转台支撑机构的结构示意图。如图1、图2和图3所示，现有技术的旋转台转轴11采用十字簧片111，十字簧片111组合体底部安装在上平板14上，上部通过圆簧片112和吸盘座13连接。旋转台支撑机构12采用三组钢珠滚轮122和滚轮衬板121。
根据光刻机旋转台的需求，要求转轴的旋转刚度非常低，而水平向刚度尽可能高。而现有技术的旋转台采用十字簧片这种结构，不能兼顾两者，降低旋转刚度的同时也降低了水平向刚度。而水平向刚度太低时，旋转台的机械静差变大；旋转刚度太大时，需提高旋转台驱动电机功率。随着旋转台性能需求的提高，采用十字簧片结构不能满足需求。
同时现有技术的旋转台的支撑结构是三点接触，随着硅片尺寸要求越来越大，旋转台支撑的质量也越来越大，三点接触使接触部位变形过大，带来附加阻力，从而导致机械静差变大。
机械静差的产生机理：旋转台在随工件台做水平向加、减速运动时，旋转台和工件台之间存在相对位移，当工件台静止时，旋转台在旋转中心的水平力作用下回到初始位置。旋转台最终离初始位置的距离被称为机械静差。机械静差和旋转中心的水平刚度，以及旋转台所手的水平向摩擦力有关。旋转中心刚度越大，且水平向摩擦力越小，机械静差越小。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光刻机旋转台，以解决现有技术的旋转台机械静差大的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻机旋转台，包括：基板、工作台、支撑机构、旋转中心定位机构和驱动机构；所述工作台通过所述支撑机构支撑于所述基板上，所述旋转中心定位机构使所述工作台围绕所述旋转中心定位机构的中心做旋转运动；所述驱动机构为所述工作台的旋转提供动力，所述旋转中心定位机构包括：气浮导轨轴、气浮导轨衬套及连接簧片；所述气浮导轨衬套安装在所述基板上；所述气浮导轨轴设置在所述气浮导轨衬套内；所述连接簧片设置于所述气浮导轨轴及所述工作台上方；所述气浮导轨轴通过所述连接簧片与所述工作台连接。
可选的，所述气浮导轨衬套包括底座和中空套筒，所述中空套筒同所述底座垂直连接，所述底座嵌套固定于所述基板内，所述中空套筒穿过所述基板及所述工作台内部；所述气浮导轨轴套于所述气浮导轨衬套的中空套筒内。
可选的，所述气浮导轨轴及所述气浮导轨衬套的材质采用密度低且易于实现高精度加工的材料。
可选的，所述气浮导轨轴及所述气浮导轨衬套的材质为铝合金。
可选的，所述支撑机构的数量为两个以上。
可选的，支撑结构包括第一支撑垫和第二支撑垫，所述第一支撑垫设置在所述第二支撑垫上方，所述第一支撑垫固定于所述工作台下表面，所述第二支撑垫固定于所述基板上上表面。
可选的，所述第一支撑垫呈具有两个方向柔性的铰链状。
可选的，所述第一支撑垫及所述第二支撑垫的材质采用低摩擦系数的材料。
可选的，所述第一支撑垫及所述第二支撑垫的材质为聚四氟乙烯。
本发明的光刻机旋转台旋转中心定位机构的气浮导轨轴和气浮导轨衬套之间通入高压气体，使得气浮导轨轴和气浮导轨衬套之间形成具有一定刚度的气膜，使旋转中心定位机构的旋转刚度几乎为零，水平向刚度可以做到很高，可达30N/μm，且不会影响旋转刚度，从而可以有效降低旋转台机械静差；同时本发明的光刻机旋转台支撑机构采用第一支撑垫和第二支撑垫两个支撑垫进行面接触，减小接触点变形，从而减小摩擦力，有利于降低旋转台的机械静差；第一支撑垫中间具有两个方向柔性铰链，两个方向的柔性铰链可围绕柔性铰链的中心旋转，确保旋转台的多个支撑机构中第一支撑垫和同第二支撑垫始终保持面接触，提高旋转台稳定性；第一支撑垫和第二支撑垫均采用聚四氟乙烯材料，该材料摩擦系数低，且动、静摩擦系数基本一致，耐磨性能好。
附图说明
图1为现有技术的旋转台的俯视结构示意图；
图2为现有技术的旋转台旋转轴的结构示意图；
图3为现有技术的旋转台支撑机构的结构示意图；
图4为本发明的光刻机旋转台的俯视结构示意图；
图5为本发明的光刻机旋转台的旋转中心定位机构的立体结构示意图；
图6为本发明的光刻机旋转台的旋转中心定位机构的剖面结构示意图；
图7为本发明的光刻机旋转台的支撑机构的结构示意图；
图8为本发明的光刻机旋转台的支撑机构的第一支撑垫的立体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明所述的光刻机旋转台可利用多种替换方式实现，下面是通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑涵盖在本发明的保护范围内。
请参看图4，图4为本发明的光刻机旋转台的俯视结构示意图，如图4所示，本发明的光刻机旋转台包括：基板24、工作台23、支撑机构22、旋转中心定位机构21和驱动机构(图中未示)；所述工作台23通过所述支撑机构22支撑于所述基板24上，所述支撑机构22的数量为两个或两个以上，优选为3个；所述旋转中心定位机构21使所述工作台23围绕所述旋转中心定位机构的中心做旋转运动；所述驱动机构提供动力，所述驱动机构包括一直线电机，所述驱动机构将直线电机的直线运动转换为工作台的旋转运动。
请参看图5和图6，图5为本发明的光刻机旋转台的旋转中心定位机构的立体结构示意图，图6为本发明的光刻机旋转台的旋转中心定位机构的剖面结构示意图。如图5和图6所示，本发明的光刻机旋转台的旋转中心定位机构包括：气浮导轨轴211、气浮导轨衬套212及连接簧片213；所述气浮导轨衬套212包括底座和中空套筒，所述中空套筒同所述底座垂直连接，所述底座嵌套固定于所述基板24内，所述中空套筒穿过所述基板24及所述工作台23内部；所述气浮导轨轴211套于所述气浮导轨衬套212的中空套筒之内，所述连接簧片213置于所述气浮导轨轴211及所述工作台23之上，所述连接簧片213通过螺钉同所述气浮导轨轴211相连接，同时所述连接簧片213通过螺钉同所述工作台23相连接，从而实现气浮导轨轴211通过连接簧片213与工作台23连接。所述气浮导轨轴211及所述气浮导轨衬套212的材质优选采用密度低且易于实现高精度加工的材料，例如铝合金。
请参看图7，图7为本发明的光刻机旋转台的支撑机构的结构示意图。如图7所示，本发明的光刻机旋转台的支撑结构包括第一支撑垫221和第二支撑垫222，所述第一支撑垫221位于所述第二支撑垫222上方，所述第一支撑垫221连接于所述工作台23下表面，所述第二支撑垫222连接于所述基板24上表面，通过所述第一支撑垫221及所述第二支撑垫222的共同作用实现将所述工作台23支撑于所述基板24上。所述第一支撑垫221及所述第二支撑垫222的材质均优选采用低摩擦系数的材料，例如聚四氟乙烯。
请参看图8，图8为本发明的光刻机旋转台的支撑机构的第一支撑垫的立体结构示意图。如图8所示，本发明的光刻机旋转台的支撑机构的第一支撑垫221的中间部分具有两个相互交错、具有两个方向柔性的铰链状结构。本发明的光刻机旋转台的支撑机构的第二支撑垫222则是单纯的实体垫片结构。
本发明的光刻机旋转台在工作时，通过驱动机构将直线电机的直线运动转换为工作台的旋转运动，带动工作台围绕旋转中心定位机构的中心做旋转运动；旋转中心定位机构的气浮导轨轴和气浮导轨衬套之间通入高压气体，使得气浮导轨轴和气浮导轨衬套之间形成具有一定刚度的气膜，使旋转中心定位机构的旋转刚度几乎为零，水平向刚度可以做到很高，可达30N/μm，且不会影响旋转刚度，从而可以有效降低旋转台机械静差；同时本发明的光刻机旋转台支撑机构采用第一支撑垫和第二支撑垫两个支撑垫进行面接触，减小接触点变形，从而减小摩擦力，有利于降低旋转台的机械静差；第一支撑垫中间具有两个方向柔性铰链，两个方向的柔性铰链可围绕柔性铰链的中心旋转，确保旋转台的多个支撑机构中第一支撑垫和同第二支撑垫始终保持面接触，提高旋转台稳定性；第一支撑垫和第二支撑垫均采用聚四氟乙烯材料，该材料摩擦系数低，且动、静摩擦系数基本一致，耐磨性能好。
显然，本领域的技术人员可以对本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 (7)
1.一种光刻机旋转台，包括：基板、工作台、支撑机构、旋转中心定位机构和驱动机构；所述工作台通过所述支撑机构支撑于所述基板上，所述旋转中心定位机构使所述工作台围绕所述旋转中心定位机构的中心做旋转运动；所述驱动机构为所述工作台的旋转提供动力，其特征在于，所述旋转中心定位机构包括：气浮导轨轴、气浮导轨衬套及连接簧片；所述气浮导轨衬套安装在所述基板上；所述气浮导轨轴可转动的设置在所述气浮导轨衬套内，之间具有气膜；所述连接簧片设置于所述气浮导轨轴及所述工作台上方；所述气浮导轨轴通过所述连接簧片与所述工作台连接；所述支撑结构包括第一支撑垫和第二支撑垫，所述第一支撑垫设置在所述第二支撑垫上方，所述第一支撑垫固定于所述工作台下表面，所述第二支撑垫固定于所述基板上上表面；所述第一支撑垫呈具有两个方向柔性的铰链状。
2.如权利要求1所述的光刻机旋转台，其特征在于，所述气浮导轨衬套包括底座和中空套筒，所述中空套筒同所述底座垂直连接，所述底座嵌套固定于所述基板内，所述中空套筒穿过所述基板及所述工作台内部；所述气浮导轨轴套于所述气浮导轨衬套的中空套筒内。
3.如权利要求1或2所述的光刻机旋转台，其特征在于，所述气浮导轨轴及所述气浮导轨衬套的材质采用密度低且易于实现高精度加工的材料。
4.如权利要求3所述的光刻机旋转台，其特征在于，所述气浮导轨轴及所述气浮导轨衬套的材质为铝合金。
5.如权利要求1所述的光刻机旋转台，其特征在于，所述支撑机构的数量为两个以上。
6.如权利要求1所述的光刻机旋转台，其特征在于，所述第一支撑垫及所述第二支撑垫的材质采用低摩擦系数的材料。
7.如权利要求1或6所述的光刻机旋转台，其特征在于，所述第一支撑垫及所述第二支撑垫的材质为聚四氟乙烯。
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