CN103048886A - 球形气动找平机构 - Google Patents

Abstract

一种球形气动找平机构，包括支座与上板。支座的球形凹面上均布若干个出气口，出气口上固接与球形凹面一致的带有节流孔的节流盖。节流孔气流出口端处在支座与上板之间处，入口端处在支座内部通气道出口处。一个节流盖对应一条支座通气道。通气道汇总后既与压缩空气源相通又与真空源相通。上板的吸盘以及承片台的环形槽均与真空气源相通。支座与上板之间通入压缩空气形成气膜将上板浮起。上板真空吸附承片台，承片台真空吸附基片。上板被气膜浮起后可容易的进行基片找平且找平力还很小；上板和支座的摩损小，增大了两者的使用寿命。压缩空气切换成真空，上板连同基片被锁紧，基片不会产生X、Y方向的位移，减少了基片的损坏率。

Description

球形气动找平机构

技术领域

本发明涉及一种接触接近式光刻机对准工作台的找平机构，特别是涉及一种接触接近式光刻机对准工作台的球形气动找平机构。

背景技术

找平机构是接触接近式光刻机对准工作台部件中的关键装置，也是瓶颈技术，该装置直接体现接触接近式光刻机的研制、生产、制造、装配等技术水平。由于基片上下表面的不平行，在基片吸附固定后与掩膜版表面接触时二者之间会形成一个楔形角，找平机构就是为了消除这个楔形误差，使基片与掩膜版完全接触，接触面达到平行状态。国外接触接近式光刻机的找平机构都是自行研制的，属于核心技术受到保护。国内接触接近式光刻机目前配置的找平机构，普遍采用半球形找平技术， 找平时由于凸凹两个半球面直接相互接触相对运动频繁、磨损快，磨损后无法维修，只能进行更换；且找平力大，易造成掩膜版变形从而影响基片曝光质量，特别对于薄基片容易造成碎片。因此，从社会效益和经济效益两方面考虑，研制开发易于找平、找平力小的球形气动找平机构是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是针对已有接触接近式光刻机找平技术的不足，提供一种接触接近式光刻机能够实现基片与掩膜版找平时易于找平、锁紧时X及Y方向无漂移、找平力小、维护方便的球形气动找平机构。

本发明的目的是能够实现的。本发明的球形气动找平机构是在已有技术的基础上进行改进得以实现的，本发明的球形气动找平机构包括互为呈球形结构且上板2坐落在支座1球形凹面中的支座1与上板2，本发明的球形气动找平机构的特征在于:所述支座1的球形凹面上均布对称设有若干个出气口1’，所述每个出气口1’上均通过螺钉固接一个与支座1球形凹面一致的节流盖3，所述节流盖3与支座1结合部之间设有密封胶圈5，所述节流盖3上设有节流孔，所述节流盖3的节流孔外侧出口端处在所述支座1与上板2之间形成的空间处，内侧入口端处在支座1内部设有的支座通气道出口处，所述一个节流盖3对应一条支座通气道，所述支座1外部设有一个支座进气嘴10，所述若干条支座通气道的进气端汇总与所述支座进气嘴10连通，所述支座进气嘴10与气动系统的调速阀13的出口连接，所述调速阀13的进口通过串联的两个电磁阀16既与真空泵15管路连接，又通过减压阀19与压缩空气泵14管路连接，所述节流盖3与所述支座1之间形成的空间经过支座进气嘴10通过两个电磁阀16或者与压缩空气泵14连通或者与真空泵15连通。

所述上板2四个角部各设有一个吸盘4，所述每个吸盘4的气孔下面均与设置在上板2内部的一条上板通气道连通，四个上板通气道的进口汇总与设置在上板2上的上板进气嘴11连通，所述上板进气嘴11通过一个电磁阀17与真空泵15管路连接，

所述上板2上面置有一个平板状承片台6，所述承片台6上开有若干同心圆的环形槽，每个所述环形槽均互为联通，所述互为联通的环形槽下面通过承片台6内部设置的承片台通气道与安装在所述承片台6上的承片台进气嘴12连通，所述承片台进气嘴12通过一个电磁阀18与真空泵15管路连接。

本发明球形气动找平机构，其中各条所述支座通气道的长度相等，内径相同。

本发明球形气动找平机构，其中所述节流盖3的节流孔孔径为0.5～1mm。

本发明球形气动找平机构，其中所述支座进气嘴10前面经压缩空气泵14输入的气压力为0.4MPa，支座进气嘴10、上板进气嘴11以及承片台进气嘴12前面经真空泵15制造的负压为-0.08MPa。

本发明球形气动找平机构与现有技术不同之处在于本发明球形气动找平机构的支座上设有三个节流盖，节流盖上的节流孔既与压缩气源相通又与真空气源相通；上板设置的吸盘以及承片台设置的环形槽均与真空气源相通。支座与上板之间通入压缩空气时形成气膜，气膜将上板浮起；上板的吸盘通过真空泵将承片台吸附固定，承片台也通过真空泵将基片吸附固定，固定了基片的上板被气膜浮起后，既可通过版架十分便利的对上板找平且找平力还很小，另外找平时也减弱了支座与上板间的摩擦力，使得支座和上板不易出现摩损，增大了上板和支座的使用寿命。上板找平后，将支座与上板之间的压缩空气切换成由真空泵制造的真空状态，使支座与上板之间形成真空负压的吸附状态，上板连同其上的基片则会被锁紧，锁紧过程中，上板连同基片不会相对支座产生X、Y方向的位移，保持找平后的工作状态，从而极大地减少了基片被找平时的损坏率。本发明球形气动找平机构是一种理想的基片找平设备。

下面结合附图对本发明的球形气动找平机构作进一步说明。

附图说明

图1是球形气动找平机构结构未装承片台时的立体结构示意图。

图2是球形气动找平机构结构吸附了承片台时的立体结构示意图。

图3是球形气动找平机构未装承片台时的结构主视示意图。

图4是图3中的A局部放大视图。

图5是球形气动找平机构中支座的俯视图。

图6是球形气动找平机构工作示意图。

图7是球形气动找平机构中的气动系统原理图。

图中：1支座 、1’出气口、2上板 、3节流盖 、4吸盘 、5密封圈 、6承片台 、7基片 、8掩膜版 、9版架、10支座进气嘴、11上板进气嘴、12承片台进气嘴、13调压阀、14压缩空气泵、15真空泵、16电磁阀、17电磁阀、18电磁阀、19减压器。

具体实施方式

如图1、图3、图4、图5、图7所示，本发明的球形气动找平机构是在已有技术的基础上进行改进得以实现的，本发明的球形气动找平机构包括互为呈球形结构且上板2坐落在支座1球形凹面中的支座1与上板2。

本发明球形气动找平机构的支座1的球形凹面上按120°角均布设有三个出气口1’，每个出气口1’上均通过螺钉固接一个与支座1球形凹面一致的节流盖3，节流盖3与支座1结合部之间设有密封胶圈5，密封胶圈5用于防止漏气造成气膜不均。节流盖3上设有节流孔。节流盖3的节流孔外侧出口端处在支座1与上板2之间形成的空间处，内侧入口端处在支座1内部设有的支座通气道出口处。一个节流盖3对应一条支座通气道。支座1外部设有一个支座进气嘴10。若干条支座通气道的进气端汇总与支座进气嘴10连通。支座进气嘴10与气动系统的调速阀13的出口连接，调速阀13的进口通过串联的两个电磁阀16既与真空泵15管路连接，又通过减压阀19与压缩空气泵14管路连接。节流盖3与支座1之间形成的空间经过支座进气嘴10通过两个电磁阀16或者与压缩空气泵14连通或者与真空泵15连通。

如图1所示，上板2四个角部各设有一个吸盘4，每个吸盘4的气孔下面均与设置在上板2内部的一条上板通气道连通，四个上板通气道的进口汇总与设置在上板2上的上板进气嘴11连通。如图7所示，上板进气嘴11通过一个电磁阀17与真空泵15管路连接。

如图2、图6所示，上板2上面置有一个平板状承片台6。承片台6上开有若干同心圆的环形槽，各个环形槽均互为联通。互为联通的环形槽下面通过承片台6内部设置的承片台通气道与安装在承片台6上的承片台进气嘴12连通。如图7所示，承片台进气嘴12通过一个电磁阀18与真空泵15管路连接。

本发明球形气动找平机构中，各条支座通气道的长度相等，内径相同。节流盖3的节流孔孔径为0.5mm。支座进气嘴10前面经压缩空气泵14输入的气压力为0.4MPa，支座进气嘴10、上板进气嘴11以及承片台进气嘴12前面经真空泵15制造的负压为-0.08MPa。

本发明工作原理如下：

如图5所示，找平开始前，启动真空泵15，用-0.08MPa的真空度将前承片台6吸附固定在吸盘4上；将基片7吸附固定在承片台6上。将掩膜版8固定在版架9上，版架9可通过外部升降机构做Z向上下运动，此时开始找平工作。

支座1上的节流盖3按 120°角均匀分布三个，用以克服了气压不稳引起的气膜分布不均对找平效果的影响。将0.4MPa压缩空气通过支座进气嘴10接入支座1，通过支座通气道进入节流盖3，再通过节流盖3上的节流孔在支座1和上板2的球面之间形成有一定刚度的气膜，气膜使上板2处于稳定的悬浮状态。找平时，上板2四角的吸盘4通过真空负压（-0.08MPa）吸附固定承片台6，将基片7与掩膜版8的找平力传递到上板2上，上板2又将其找平力传递到与之接触的气膜上，因此基片7与掩膜版8接触瞬间就将找平力传递到了气膜上。气膜吸收找平力实现基片7与掩膜版8软接触，减小了找平力，薄基片7则不会损坏。此时，外部的升降机构通过版架9带动掩膜版8向下运动，使掩膜版8逐渐与基片7接触完成找平过程。在基片7与掩膜版8接触时，它们之间存在一个楔形角，这个楔形角角度很小，并且形成的楔形角是随机的，当高点接触时，吸附承片台6的吸盘4将找平力通过上板2传递到气膜上，气膜厚度发生微量的变形吸收找平力，同时对上板2施加反作用力，直至楔形角消除，基片7与掩膜版8完全接触，由于气膜发生微量的变形使找平力变小，随着掩膜版8继续向下运动，当基片7与掩膜版8完全接触时，上板2与支座1球面之间的气膜间隙减小，根据帕斯卡定理和牛顿定理，气膜的压力重新平衡，对上板2的反作用力使基片7与掩膜版8紧密接触，此时基片7与掩膜版8已经完成找平。这时再将支座1中通入的压缩空气切换为真空负压（-0.08MPa），匀速的将压缩空气抽出，使支座1和上板2间的气膜消失直到二者紧密接触，即锁紧了刚才已经找平的位置，记忆了找平状态。

由于三个节流盖3均匀分布，上板2处于稳定的悬浮状态，因此找平时与上板2吸附固定的承片台6与版架9之间无平面的X、Y向相对运动，不会对基片7及掩膜版8表面造成损伤。

支座1和上板2球面之间的气膜，使上板在找平时运动柔和；避免了找平时两个半球面直接接触造成的干摩擦，摩擦粉被真空电磁阀16吸入，会加剧阀体里密封件、阀芯的磨损，产生真空泄漏，无法保持找平状态。

节流盖3是球形气动找平机构中的关键零件。节流盖3的数量可选择三个至六个且均匀分布，以形成均匀的气膜。节流孔孔径是决定气膜刚度的重要因素之一，选择小节流孔通常可以获得更高的气膜刚度，另外还可以大幅降低耗气量；节流孔孔径的选择还与找平力大小、零部件质量有关；如果节流孔过小，很容易造成小孔堵塞，失去了可靠性。本发明中采用的节流孔径为0.5mm，即达到了预期的效果。实践中节流孔可为0.5～1mm。实施过程中根据找平力要求、零件质量等因素的改变，可改变节流盖的数量及节流孔径的大小。

找平机构气路原理如图6所示，球形气动找平机构气路中气源分别由压缩空气泵14和真空泵15提供，气路的通断及切换均由电磁阀控制，电磁阀共4个。其中承片台6吸附基片7所用的真空由电磁阀18控制；吸盘4吸附承片台6所用的真空由电磁阀17控制；上板2通过节流盖3形成的气膜找平，找平后将压缩空气切换为真空用于锁紧找平状态，压缩空气和真空的通断及切换用两个电磁阀16同时控制组合完成，通入的压缩空气由一个减压阀19调节气体压力，并由一个调速阀13调节压缩空气及真空流量以控制气流速度。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种球形气动找平机构，包括互为呈球形结构且上板2坐落在支座1球形凹面中的支座1与上板2，其特征在于：所述支座1的球形凹面上均布对称设有若干个出气口1’，所述每个出气口1’上均通过螺钉固接一个与支座1球形凹面一致的节流盖3，所述节流盖3与支座1结合部之间设有密封胶圈5，所述节流盖3上设有节流孔，所述节流盖3的节流孔外侧出口端处在所述支座1与上板2之间形成的空间处，内侧入口端处在支座1内部设有的支座通气道出口处，所述一个节流盖3对应一条支座通气道，所述支座1外部设有一个支座进气嘴10，所述若干条支座通气道的进气端汇总与所述支座进气嘴10连通，所述支座进气嘴10与气动系统的调速阀13的出口连接，所述调速阀13的进口通过串联的两个电磁阀16既与真空泵15管路连接，又通过减压阀19与压缩空气泵14管路连接，所述节流盖3与所述支座1之间形成的空间经过支座进气嘴10通过两个电磁阀16或者与压缩空气泵14连通或者与真空泵15连通；

所述上板2四个角部各设有一个吸盘4，所述每个吸盘4的气孔下面均与设置在上板2内部的一条上板通气道连通，四个上板通气道的进口汇总与设置在上板2上的上板进气嘴11连通，所述上板进气嘴11通过一个电磁阀17与真空泵15管路连接，

所述上板2上面置有一个平板状承片台6，所述承片台6上开有若干同心圆的环形槽，每个所述环形槽均互为联通，所述互为联通的环形槽下面通过承片台6内部设置的承片台通气道与安装在所述承片台6上的承片台进气嘴12连通，所述承片台进气嘴12通过一个电磁阀18与真空泵15管路连接。

2.根据权利要求1所述的球形气动找平机构，其特征在于：各条所述支座通气道的长度相等，内径相同。

3.根据权利要求1所述的球形气动找平机构，其特征在于：所述节流盖3的节流孔孔径为0.5～1mm。

4.根据权利要求1或3所述的球形气动找平机构，其特征在于：所述支座进气嘴10前面经压缩空气泵14输入的气压力为0.4MPa，支座进气嘴10、上板进气嘴11以及承片台进气嘴12前面经真空泵15制造的负压为-0.08MPa。

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