CN103375652A - 气浮管接头组件及应用其的六自由度气浮管接头和掩模台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种气浮管接头组件及应用其的六自由度气浮管接头和掩模台，所述六自由度气浮接头，主要由X、Y、Z向气浮轴杆以及X、Y、Z向气浮轴套组成，真空、正压气体通过固定在粗动台(或者线缆台)上的进气块给运动台微动台供气，在X/Y/Z/Rx/Ry/Rz六个自由度方向上均有一定无摩擦的运动行程，完全解决了气体输送的六自由度耦合问题，可以有效降低由于软管自身的刚度阻尼对微动台运动性能的扰动。本发明提出的气浮管接头组件及应用其的六自由度气浮管接头和掩模台，具有真空、正压气路混合转接功能，并在六自由度方向具有一定无摩擦的运行行程。

Description

气浮管接头组件及应用其的六自由度气浮管接头和掩模台

技术领域

本发明涉及集成电路制造中的光刻装置领域，且特别涉及一种气浮管接头组件及应用该气浮管接头组件的六自由度气浮管接头和掩模台。

背景技术

现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或平板显示领域以及其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置大体上分为两类，一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像。另一类是步进扫描光刻装置，在上述过程中，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像。在掩模图案成像过程中，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。在上述的光刻设备中，需具有相应的装置作为掩模版和硅片的载体，装载有掩模版/硅片的载体产生精确的相互运动来满足光刻需要。上述掩模版的载体被称之为承版台，硅片/基板的载体被称之为承片台。

在运动台101(包括工件台、掩模台)的运动过程中，线缆104(含电气线缆、气路管道)会跟随运动台作同步往复运动。随着对光刻机的特征线宽指标要求的不断提升，对运动台精度要求也在不断提高，线缆对运动台(包括粗动台102和微动台103)产生的扰动就不可忽略。为了提高降低线缆对运动台的定位精度的扰动误差，业界提出一种主动驱动线缆装置技术方案，如图1所示。通过主动同步驱动线缆，来实时消除线缆对运动台的拉力，降低线缆对运动台精度的扰动误差。但主动驱动线缆装置与运动台微动台103之间的连接还是只能通过固定方式连接，电气线缆可以通过柔性PCB等技术方案降低主动线缆台与微动台103之间的扰动，但气路管道还是会因为气管自身的刚度阻尼对微动台103产生扰动，影响微动台103的运动性能，并无法消除。

另外，为消除线缆对运动台精度的扰动，业界还提出另外一种解决方案，即无缆线工件台技术。但目前该技术还处于概念设计阶段，并未实现工程化。

发明内容

本发明提出一种气浮管接头组件及应用其的六自由度气浮管接头和掩模台，具有真空、正压气路混合转接功能，并在六自由度方向具有一定无摩擦的运行行程。

为了达到上述目的，本发明提出一种气浮管接头组件，包括：

气浮轴杆，其上贯穿开设有第一导气通道，气浮轴杆的侧壁上设置有连接所述第一导气通道的气浮道孔；

气浮轴套，其上对应设置有连接所述第一导气通道的第二导气通道，所述气浮轴套可相对运动地套设于所述气浮轴杆外；

外部真空或正压气体进入所述第一导气通道后，一部分进入第二导气通道，一部分经气浮轴杆上的气浮道孔输出，在气浮轴杆和气浮轴套之间形成气膜。

进一步的，所述第二导气通道垂直设置于气浮轴套侧壁外，所述第二导气通道的一端是设置于气浮轴套侧壁上的开孔，第二导气通道的另一端设置有一管道接口或出气块或进气块，所述管道接口连接另一气浮轴杆的第一导气通道的进气端，所述出气块连接外部用气机构，所述进气块连接外部真空或正压气体。

进一步的，所述气浮轴套与气浮轴杆之间的相对运动包括沿轴向直线运动和绕轴向旋转运动。

进一步的，所述气浮轴杆的一端面上设置有连接第一导气通道一端的进气孔或进气块或出气块，所述进气孔连接另一气浮轴套的第二导气通道的出气端，所述进气块连接外部真空或正压气体，所述出气块连接外部用气机构。

进一步的，所述气浮轴杆的侧壁上设置有连接第一导气通道另一端的转接气孔。

进一步的，所述转接气孔包括供气孔和设置于供气孔外缘的供气槽，所述供气槽沿气浮轴杆的直线运动和旋转运动方向设置，所述真空或正压气体通过所述供气孔进入供气槽，并进入后续气路管道。

进一步的，所述转接气孔设置于气浮轴杆侧壁中部呈环形的转接面上，气浮轴杆侧壁上所述转接面的两侧为轴杆气浮面，所述转接面的高度略高于所述轴杆气浮面，所述轴杆气浮面上均匀开设有气浮道孔。

进一步的，所述气浮轴杆的侧壁上设置有泄气槽，所述气浮轴套侧壁上对应设置有泄气孔，所述泄气槽经泄气孔将气浮轴杆和气浮轴套之间的部分气体排出，形成气浮压力稳定的气浮气膜。

进一步的，所述气浮轴杆侧壁的气浮道孔是连通第一导气通道的节流孔或多孔介质层。

进一步的，所述第一导气通道和第二导气通道分别对应设置有多条气道。

为了达到上述目的，本发明还提出一种六自由度气浮管接头，包括：

进气块、出气块以及三组如上述结构的气浮管接头组件，所述三组气浮管接头组件包括沿Z向设置的Z向气浮轴杆、Z向气浮轴套，沿X向设置的X向气浮轴杆、X向气浮轴套，以及沿Y向设置的Y向气浮轴杆、Y向气浮轴套，其中，

所述Z向气浮轴杆与所述进气块固定连接，提供Z向进气管路，并和Z向气浮轴套组成Z/Rz两方向的导向结构；

所述X向气浮轴杆与所述Z向气浮轴套固定连接，提供X向进气管路，并和所述X向气浮轴套组成X/Rx两方向的导向结构；

所述Y向气浮轴杆与所述X向气浮轴套固定连接，提供Y向进气管路，并和所述Y向气浮轴套组成Y/Ry两方向的导向结构，所述Y向气浮轴套与所述出气块固定连接，输出气体。

进一步的，所述进气块固定在一运动台中的粗动台上或者线缆台上，通过一管接头将真空或正压气体接入气浮管接头组件，所述出气块连接运动台中的微动台气浮轴承，为微动台气浮轴承供气。

为了达到上述目的，本发明还提出一种气浮管接头组件的掩模台，包括：承版台、承版台气浮轴承、承版台进气块、驱动机构，粗动导轨、粗动滑块、气浮管接头组件；所述承版台固定连接粗动滑块，承版台上设置承版台气浮轴承和为承版台气浮轴承供气的承版台进气块，所述粗动导轨沿Y向设置，所述驱动机构驱动滑块沿粗动导轨扫描运动、驱动承版台沿X、Y向微动，所述气浮管接头组件包括沿X向设置的第一气浮轴杆和第一气浮轴套，所述第一气浮轴套固定设置于滑块上，并随滑块沿粗动导轨运动，外部真空或正压气体通过第一气浮轴杆、第一气浮轴套输送到承版台进气块，向承版台气浮轴承供气。

进一步的，所述气浮管接头组件的出气端固定连接一万向管接头，通过万向管接头连接所述承版台进气块。

进一步的，所述气浮管接头组件还包括沿Y向设置的第二气浮轴杆和第二气浮轴套，所述第二气浮轴套固定设置于滑块上，第二气浮轴杆的出气端连接第一气浮轴套的进气端。

本发明涉及的六自由度气浮接头，主要由X、Y、Z向气浮轴杆以及X、Y、Z向气浮轴套组成，真空、正压气体通过固定在粗动台(或者线缆台)上的进气块给运动台微动台供气，在X/Y/Z/Rx/Ry/Rz六个自由度方向上均有一定无摩擦的运动行程，完全解决了气体输送的六自由度耦合问题，可以有效降低由于软管自身的刚度阻尼对微动台运动性能的扰动。

附图说明

图1所示为现有技术中扫描运动装置结构示意图。

图2所示为本发明较佳实施例的六自由度气浮管接头原理示意图。

图3所示为本发明较佳实施例的六自由度气浮管接头结构示意图。

图4所示为本发明较佳实施例的Y向气浮管接头组件结构示意图。

图5所示为本发明较佳实施例的Y向气浮管接头组件组合示意图。

图6所示为图5中A-A剖面的结构示意图。

图7所示为图5中B-B剖面的结构示意图。

图8所示为本发明较佳实施例的气浮轴杆上转接气孔的结构示意图。

图9所示为本发明另一较佳实施例的掩模台气浮管接头结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

本发明提供一种六自由度气浮接头，具有真空、正压气路混合转接功能，并在六自由度方向具有一定的运行行程。

请参考图2图2所示为本发明较佳实施例的六自由度气浮管接头原理示意图。从图2中可以看出，该管接头主要由Z向气浮轴承201(包括201a和201b)、Z向气路管道202、X向气浮轴承203(包括203a和203b)、X向气路管道204、Y向气浮轴承205(包括205a和205b)、Y向气路管道206组成。真空、正压气体通过X、Y、Z向气浮管道204、206、202供给微动台，而X、Y、Z向气浮轴承203、205、201为气路管道的承载件提供六自由度气浮支撑和导向功能，并在X/Y/Z/Rx/Ry/Rz六个自由度方向上均有一定无摩擦的运动行程，完全解决了气体输送的六自由度耦合问题，可以有效降低由于气管自身刚度阻尼对微动台运动性能的扰动。

再请参考图3，图3所示为本发明较佳实施例的六自由度气浮管接头结构示意图。本发明提出一种六自由度气浮管接头，包括：进气块301、出气块308以及X、Y、Z三组气浮结构，所述三组气浮结构分别包括：Z向气浮轴杆302、Z向气浮轴套303、X向气浮轴杆304、X向气浮轴套305、Y向气浮轴杆306、Y向气浮轴套307，其中，所述Z向气浮轴杆302与所述进气块301固定连接，为真空或者正压气体提供Z向进气管路，并和Z向气浮轴套303组成Z/Rz两方向的导向结构；所述X向气浮轴杆304与所述Z向气浮轴套303固定连接，提供X向进气管路，并和所述X向气浮轴套305组成X/Rx两方向的导向结构；所述Y向气浮轴杆306与所述X向气浮轴套305固定连接，提供Y向进气管路，并和所述Y向气浮轴套307组成Y/Ry两方向的导向结构。

所述进气块301固定在运动台粗动台上或者线缆台上，通过标准管接头将真空、正压气体接入本发明气浮管接头，为微动台供气。

从图2、图3可以看出，X、Y、Z三组气浮结构类似，为了更好的说明本发明实施例的技术方案，本发明单独将Y向气浮管接头组件结构结合图4～图8进行详细说明，如图4、图5所示。该气浮结构由轴杆气浮面401(包括401a和401b)、泄气槽402(包括402a和402b)、第一转接气道403、第二转接气道404、第一进气道405、第二进气道406、第三进气道407、堵头408、泄气孔409(包括409a和409b)、轴套气浮面410、第一出气道411、第二出气道412、第三出气道413等组成。在气浮轴杆306的两端设计有轴杆气浮面401，和气浮轴套307的两端内圆配合在气浮轴杆306的两端形成具有一定刚度的微量气膜，构成Ry旋转气浮轴承，具有Y/Ry向气浮支撑和导向功能，并具有Y/Ry向运动行程。在气浮面401的两侧设计有泄气槽402，通过气浮轴套307上的泄气孔409将部分压缩空气排出，形成气浮压力稳定的气浮结构。

第一转接气道403和第二转接气道404均设计气浮轴杆306上，并和相应的进进气道相通，为真空或者正压提供输送管路。第一气道405为真空/正压提供供气管路，并通过和第一进气槽403的相通，将真空输送给固定在气浮轴套307上的第一出气道411。第二气道406为真空/正压提供供气管路，并通过和第二进气槽404的相通，将真空/正压输送给固定在气浮轴套307上的第二出气道412。第三气道407为真空/正压提供供气管路，并通过和另一侧的第一进气槽403(图中未画)的相通，将真空/正压输送给固定在气浮轴套307上的第三出气道413。通过这种管路设计和气浮结构设计，可以将真空和正压无摩擦的输送给微动台。

图6更加详细的说明了进气道、转接气道、出气道的连接关系。第一、第二转接气道403、404以及第一、第二、第三进气道405、406、407均设置在气浮轴杆306上，第一、第二、第三出气道410、411、412设置在气浮轴套307上，为气体输送提供管路。从图中可以看出，正压/真空气体分别通过进气道405、406、407进入相应转接气道403(两侧)、404，再进入相应出气道411、412、413中，从而正压/真空气体可以被输送至下一个管路中。

图7是气浮结构A-A剖视图，更加详细的揭示了气浮轴承的气浮结构组成。本实施例中，四个节流孔702设置在气浮轴杆306中，位于轴杆气浮面401上，正压气体从第二进气道406进入节流孔702中，从而在轴杆气浮面401、轴套气浮面410之间形成有一定刚度的微量气膜701。节流孔直径为Φ，根据具体刚度需求进行设计，优选可采用0.08mm-0.3mm。微量气膜701有一定的厚度t，且气膜在径向上具有一定刚度，为气浮轴套307在Y/Ry向运动提供无摩擦气浮导向。真空/正压气体从气浮轴杆306的进气道被输送到气浮轴套307的出气道，气体会通过微量气膜，真空气体通过该气膜时，会存在一定的流量泄露ΔP和压降，故微量气膜701的气膜厚度t需根据终端所需真空压力值和流量值进行设计。

在本实施例中，所述轴杆气浮面401上的节流孔为均匀开设，本领域技术人员根据应用需要可以改变节流孔的排布方式，或者直接采用多孔材料制成多孔介质层形成轴杆气浮面401上的气膜。另外，轴杆气浮面401上的气浮气膜也可以引自其他进气道或转接气道，气浮轴杆306的内部节流分配气道可以根据实际需要进行设计。

从图4可以看出，第一转接气道403和第二转接气道404的结构类似，为了更好的揭示本发明实施例1转接气道403、404的技术方案，本发明单独将第一转接气道403进行详细说明，如图8所示。从图中可以看出，转接气道403的转接气孔主要由供气孔801和供气槽802组成，并形成左右对称结构形式。真空/正压气体通过供气孔801进入供气槽802，为后续气道提供真空/正压气体。供气孔801具有直径Θ，根据所需通气流量进行设计。供气槽802在特征尺寸上具有宽度S和长度L，宽度S需要根据Ry向旋转的角度大小进行设计，长度L需要根据Y向运动的行程大小进行设计。

在本实施例中，所述供气孔801和供气槽802设置于气浮轴杆侧壁中部一转接面上，气浮轴杆侧壁上所述转接面的两侧为轴杆气浮面401，所述转接面的高度略高于所述轴杆气浮面401，这样能够有效避免轴杆气浮面401上的气膜701气流与转接面上转接气道403输出的正压/真空气体之间发生相互影响。

综上所述，本发明提出一种六自由度气浮接头，主要由X、Y、Z向气浮轴承以及X、Y、Z向气浮轴套组成，真空、正压气体通过固定在粗动台(或者线缆台)上的进气块给运动台微动台供气，在X/Y/Z/Rx/Ry/Rz六个自由度方向上均有一定无摩擦的运动行程，完全解决了气体输送的六自由度耦合问题，可以有效降低由于气管自身刚度阻尼对微动台运动性能的扰动。

在上述本发明实施例中，通过三组气浮管接头组件组成六自由度气浮管接头，完全解决了工件台中气体输送的六自由度耦合问题，可以有效降低由于软管自身刚度阻尼对微动台运动性能的扰动。除此之外，完全可以将其中一组或两组气浮管接头组件应用在掩模台中，从而解决掩模台的线缆扰动问题，掩模台方案可参见中国专利申请201110120112.5。

图9为本发明第二实施例的结构示意图。掩模台主要包括：承版台901、承版台气浮轴承902、Y向电机903、X向电机904、驱动臂905、进气块906、粗动滑块907、X向气浮轴杆908、X向气浮轴套909、万向管接头910、分流块911。其中X向气浮轴杆908、X向气浮轴套909结构原理和图4中气浮轴杆306、气浮轴套307类似，万向管接头910和X向气浮轴杆908固定连接，X向气浮轴套909和粗动滑块907固定连接，并随之进行Y向扫描运动。真空/正压气体通过X向气浮轴杆908、X向气浮轴套909输送到万向管接头910中，再通过分流块911和进气块906以及管道将气体输送到承版台901中的两侧气浮轴承902中。万向管接头采用现有商用接头，具有Rz、Rx、Ry旋转功能。在承版台901进行垂向微动以及Rz方向旋转时，可降低Rz、Rx、Ry三个方向线缆力的扰动。当承版台901进行X向微动时，X向气浮轴承908和万向管接头910通过分流块911与万向接头之间的管道一并随承版台901进行X向进行无摩擦运动，这样就消除了X向的线缆扰动。

在本实施例中，掩模台上仅设置了一组X向气浮轴杆908、X向气浮轴套909来消除承版台901沿X向微动时的供气线缆扰动，而Y向微动的扰动通过万向管接头910来降低。当然，作为可选择的方案，还可以增设一组Y向气浮轴杆和Y向气浮轴套来消除Y向的线缆扰动，将Y向气浮轴套固定设置于滑块上，Y向气浮轴杆的出气端连接第一气浮轴套的进气端，随承版台901进行Y向进行无摩擦运动。

通过在掩模台中采用本发明的气浮管接头组件，可以有效降低气体管路线缆力对承版台的扰动，提高掩模台的运动精度。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (15)

1.一种气浮管接头组件，其特征在于，包括：

气浮轴杆，其上贯穿开设有第一导气通道，气浮轴杆的侧壁上设置有连接所述第一导气通道的气浮道孔；

气浮轴套，其上对应设置有连接所述第一导气通道的第二导气通道，所述气浮轴套可相对运动地套设于所述气浮轴杆外；

外部真空或正压气体进入所述第一导气通道后，一部分进入第二导气通道，一部分经气浮轴杆上的气浮道孔输出，在气浮轴杆和气浮轴套之间形成气膜。

2.根据权利要求1所述的气浮管接头组件，其特征在于，所述第二导气通道垂直设置于气浮轴套侧壁外，所述第二导气通道的一端是设置于气浮轴套侧壁上的开孔，第二导气通道的另一端设置有一管道接口或出气块或进气块，所述管道接口连接另一气浮轴杆的第一导气通道的进气端，所述出气块连接外部用气机构，所述进气块连接外部真空或正压气体。

3.根据权利要求1所述的气浮管接头组件，其特征在于，所述气浮轴套与气浮轴杆之间的相对运动包括沿轴向直线运动和绕轴向旋转运动。

4.根据权利要求1所述的气浮管接头组件，其特征在于，所述气浮轴杆的一端面上设置有连接第一导气通道一端的进气孔或进气块或出气块，所述进气孔连接另一气浮轴套的第二导气通道的出气端，所述进气块连接外部真空或正压气体，所述出气块连接外部用气机构。

5.根据权利要求4所述的气浮管接头组件，其特征在于，所述气浮轴杆的侧壁上设置有连接第一导气通道另一端的转接气孔。

6.根据权利要求5所述的气浮管接头组件，其特征在于，所述转接气孔包括供气孔和设置于供气孔外缘的供气槽，所述供气槽沿气浮轴杆的直线运动和旋转运动方向设置，所述真空或正压气体通过所述供气孔进入供气槽，并进入后续气路管道。

7.根据权利要求5或6所述的气浮管接头组件，其特征在于，所述转接气孔设置于气浮轴杆侧壁中部呈环形的转接面上，气浮轴杆侧壁上所述转接面的两侧为轴杆气浮面，所述转接面的高度略高于所述轴杆气浮面，所述轴杆气浮面上均匀开设有气浮道孔。

8.根据权利要求1所述的气浮管接头组件，其特征在于，所述气浮轴杆的侧壁上设置有泄气槽，所述气浮轴套侧壁上对应设置有泄气孔，所述泄气槽经泄气孔将气浮轴杆和气浮轴套之间的部分气体排出，形成气浮压力稳定的气浮气膜。

9.根据权利要求1所述的气浮管接头组件，其特征在于，所述气浮轴杆侧壁的气浮道孔是连通第一导气通道的节流孔或多孔介质层。

10.根据权利要求1所述的气浮管接头组件，其特征在于，所述第一导气通道和第二导气通道分别对应设置有多条气道。

11.一种六自由度气浮管接头，其特征在于，包括：

进气块、出气块以及三组如权利要求1-10中任意一项所述的气浮管接头组件，所述三组气浮管接头组件包括沿Z向设置的Z向气浮轴杆、Z向气浮轴套，沿X向设置的X向气浮轴杆、X向气浮轴套，以及沿Y向设置的Y向气浮轴杆、Y向气浮轴套，其中，

所述Z向气浮轴杆与所述进气块固定连接，提供Z向进气管路，并和Z向气浮轴套组成Z/Rz两方向的导向结构；

所述X向气浮轴杆与所述Z向气浮轴套固定连接，提供X向进气管路，并和所述X向气浮轴套组成X/Rx两方向的导向结构；

所述Y向气浮轴杆与所述X向气浮轴套固定连接，提供Y向进气管路，并和所述Y向气浮轴套组成Y/Ry两方向的导向结构，所述Y向气浮轴套与所述出气块固定连接，输出气体。

12.根据权利要求11所述的六自由度气浮管接头，其特征在于，所述进气块固定在一运动台中的粗动台上或者线缆台上，通过一管接头将真空或正压气体接入气浮管接头组件，所述出气块连接运动台中的微动台气浮轴承，为微动台气浮轴承供气。

13.一种应用如权利要求1-10中任意一项所述的气浮管接头组件的掩模台，其特征在于，包括：承版台、承版台气浮轴承、承版台进气块、驱动机构，粗动导轨、粗动滑块、气浮管接头组件；所述承版台固定连接粗动滑块，承版台上设置承版台气浮轴承和为承版台气浮轴承供气的承版台进气块，所述粗动导轨沿Y向设置，所述驱动机构驱动滑块沿粗动导轨扫描运动、驱动承版台沿X、Y向微动，所述气浮管接头组件包括沿X向设置的第一气浮轴杆和第一气浮轴套，所述第一气浮轴套固定设置于滑块上，并随滑块沿粗动导轨运动，外部真空或正压气体通过第一气浮轴杆、第一气浮轴套输送到承版台进气块，向承版台气浮轴承供气。

14.根据权利要求13所述的掩模台，其特征在于，所述气浮管接头组件的出气端固定连接一万向管接头，通过万向管接头连接所述承版台进气块。

15.根据权利要求13所述的掩模台，其特征在于，所述气浮管接头组件还包括沿Y向设置的第二气浮轴杆和第二气浮轴套，所述第二气浮轴套固定设置于滑块上，第二气浮轴杆的出气端连接第一气浮轴套的进气端。

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