CN113917798B - 一种用于工作台z轴方向宏动的运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置，包括：工作台；四个校正模块，所述校正模块与所述工作台相连接，所述校正模块包括可发生柔性形变的柔性结构；以及四个驱动模块，所述驱动模块的顶部与所述校正模块一一对应连接，各所述驱动模块底部与宏动台相连接；其中，四个所述驱动模块的投影的连线构成四边形，各所述驱动模块驱动对应的所述校正模块沿Z轴方向移动；当任意两个所述驱动模块驱动对应的所述校正模块沿Z轴方向移动时，所述柔性结构发生柔性形变，实现所述工作台的位置调整。

Description

一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置

技术领域

本发明涉及精密仪器的技术领域，特别是涉及一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置。

背景技术

芯片产业是各国先进技术集智集优的结晶。在芯片生产中，半导体材料的生产技术在我国仍然处于初级阶段，对该领域的研究从未停止。光刻机是用于集成电路和微型电子器件制造的超精密加工设备，制造和维护需要高度的光学和电子工业基础，我国目前应用于制造设计光刻机的能力仍然处于落后阶段，随着半导体技术和电子产业的不断发展，相关企业对光刻机的要求也越来越高。

光刻机的工作台分系统是光刻机的关键分系统之一，几乎所有的应用场景都涉及到工作台的应用。工作台分系统包括运动台系统、测量系统、控制系统以及和其他光刻机之间的接口。工作台分系统包括长行程模块和短行程模块，长行程模块主要实现工作台的宏动功能，带动工作台在平面内实现X、Y、Rz方向的运动，与短行程模块(微动)共同完成晶圆的曝光，带动工作台进行曝光工位和晶圆交接工位的转换。短行程模块主要实现工作台的微动功能，包括Z、Rx、Ry方向的运动，与长行程模块共同完成晶圆的曝光，在晶圆交接工位与外部机械手完成晶圆的交接工作。

然而，现有的工作台在微动运动的过程中，存在当Z轴方向宏动补偿和长短行程模块装配时，无法同时保持的高精度和刚度的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置，用于解决现有的工作台在微动运动的过程中，存在当Z轴方向宏动补偿和长短行程模块装配时，无法同时保持的高精度和刚度的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用了如下技术方案：

本实施例提供了一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置，包括：

工作台；

四个校正模块，所述校正模块与所述工作台相连接，所述校正模块包括可发生柔性形变的柔性结构；以及

四个驱动模块，所述驱动模块的顶部与所述校正模块一一对应连接，各所述驱动模块的底部用于与宏动台相连接；

其中，四个所述驱动模块的投影的连线构成四边形，各所述驱动模块驱动对应的所述校正模块沿Z轴方向宏动，实现所述工作台的位置调整。

进一步地，四个所述驱动模块分为两组，两组所述驱动模块对称分布于所述宏动台的两个对立的侧壁面上。

进一步地，所述四边形为正方形，在宏动台的同一侧壁面上的两个所述驱动模块，沿该侧壁面的竖直方向轴对称分布。

进一步地，所述校正模块为柔性支架，所述柔性结构为所述柔性支架的一部分。

进一步地，其中两个位于所述正方形的一条对角线上的柔性支架为第一组柔性支架，所述第一组柔性支架同宏动台的X运动方向相配合，使得所述柔性结构的形变范围在Z-X平面内；

其余两个位于所述正方形的另一条对角线上的柔性支架为第二组柔性支架，所述第二组柔性支架与宏动台的Y运动方向相配合，使得所述柔性结构的形变范围在Z-Y平面内。

进一步地，还包括：

测量模块，所述测量模块安装在所述工作台与所述宏动台之间，用于测量工作台的Z轴方向运动位置。

进一步地，所述测量模块包括：

绝对式直线光栅尺，所述绝对式直线光栅尺安装在所述工作台的底部；

绝对式直线光栅读数头，所述绝对值直线光栅尺可相对所述绝对式直线光栅读数头移动，所述绝对式直线光栅读数头用于识别读取所述绝对式直线光栅尺的数值。

进一步地，还包括：

限位模块，所述限位模块安装在所述工作台的上表面上，用于将所述工作台的Z轴方向运动限定在预置范围内。

进一步地，所述限位模块包括：

连接盘，所述连接盘安装在所述工作台上；

底板，所述底板的顶部和所述连接盘的底部相连接；

导向杆，所述导向杆穿设在所述底板和所述连接盘上，且随所述连接盘和底板移动；

顶板，所述导向杆可相对所述顶板移动，所述顶板用于所述将所述工作台的Z轴方向运动限定在预置范围内。

进一步地，所述限位模块为三个，三个所述限位模块围绕所述工作台的几何中心排布设置。

相比于现有技术，本发明的实施例的有益效果在于：

本发明的实施例的一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置，包括工作台、四个校正模块和四个驱动模块，通过四个所述驱动模块分别驱动对应的校正模块沿Z轴方向宏动，四个所述校正模块同步带动所述工作台沿Z轴宏动，其中，当任意两个所述驱动模块驱动对应的所述校正模块沿Z轴方向宏动时，所述柔性结构发生柔性形变，实现所述工作台1的位置调整；从而通过柔性形变提高了工作台装配时的装配精度，同时也保证了整体结构的刚度要求，进而有效地解决了现有的工作台在微动运动的过程中，当Z轴方向宏动补偿和长短行程模块装配时，无法同时保持的高精度和刚度的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置的仰视图；

图3是本发明实施例提供的一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置的俯视图；

图4是本发明实施例提供的一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置的驱动模块和校正模块的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置的限位模块的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置的限位模块的另一结构示意图；

其中：

1、工作台；2、驱动模块；3、测量模块；4、校正模块；401、柔性结构；5、限位模块；51、顶板；52、连接盘；53、底板；54、导向杆。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置的结构示意图。

如图1-6所示，本发明的实施例提供了一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置，包括：

工作台1；

四个校正模块4，所述校正模块4与所述工作台1相连接，所述校正模块4包括可发生柔性形变的柔性结构41；以及

四个驱动模块2，所述驱动模块2的顶部与所述校正模块4一一对应连接，各所述驱动模块2的底部用于与宏动台相连接；

其中，四个所述驱动模块2的投影的连线构成四边形，各所述驱动模块2驱动对应的所述校正模块4沿Z轴方向移动；

当任意两个所述驱动模块2驱动对应的所述校正模块4沿Z轴方向移动时，所述柔性结构41发生柔性形变，以调整所述工作台1的位置。

在本实施例中，所述驱动模块2为LT40系列型号的尺蠖电机；从而充分考虑Z轴方向上运动的性能需求指标，相较其他类型电机具有运行速度快、响应时间快、精度高、定位无漂移的优势；

所述宏动台为位于所述驱动模块2的下方，所述驱动模块2通过螺栓或者是焊接等方式安装在所述宏动台上；

所述工作台1为光刻机的工作台或称光刻机的微动台，所述工作台1为本实施例的所述运动装置中的被控对象；

所述驱动模块2和所述校正模块4可以通过焊接或者是螺纹连接等方式连接在一起，所述校正模块4通过螺纹连接焊接等方式与所述工作台1的底部相连接。

工作台分系统包括长行程模块和短行程模块，长行程模块主要实现工作台的宏动功能，所述驱动模块2和所述校正模块4带动工作台1在平面内实现X、Y、Rz方向的运动，与短行程模块(微动)共同完成晶圆的曝光，带动工作台进行曝光工位和晶圆交接工位的转换。短行程模块主要实现工作台的微动功能，包括Z、Rx、Ry方向的运动，与长行程模块共同完成晶圆的曝光，在晶圆交接工位与外部机械手完成晶圆的交接工作。其中四个驱动模块2主要承担垂直方向上的运动，四个驱动模块2同时驱动所述校正模块4带动所述工作台1垂向运动，调节工作台1高度，可以控制限制在5mm的Z轴方向行程，从而配合其他模块，共同完成整个工作台的晶圆交接和曝光过程。

本发明的实施例的所述用于工作台Z轴方向宏动的运动装置，包括工作台1、四个校正模块4和四个驱动模块2，通过四个所述驱动模块2分别驱动对应的校正模块4沿Z轴方向移动，四个所述校正模块4同步带动所述工作台1沿Z轴方向移动，从而充分考虑Z轴方向上宏运动的性能需求指标，当驱动模块选用的电机为尺蠖电机时，相较其他类型电机具有运行速度快、响应时间快、精度高、定位无漂移的优势；其中，当任意两个所述驱动模块2驱动对应的所述校正模块4沿Z轴方向移动时，所述柔性结构41发生柔性形变，实现所述工作台1的位置调整；从而通过柔性形变提高了工作台1装配时的装配精度，同时也保证了整体结构的刚度要求，进而有效地解决了现有的工作台在微动运动的过程中，当Z轴方向宏动补偿和长短行程模块装配时，无法同时保持的高精度和刚度的技术问题。使光刻机工作台与晶圆至曝光区域的运动更加精准高效。

进一步地，四个所述驱动模块2分为两组，两组所述驱动模块2对称分布于所述宏动台的两个对立的侧壁面上。

两个所述驱动模块2通过螺钉安装在宏动台的第一侧壁上，其余两个所述驱动模块2通过螺钉安装在所述宏动台的第二侧壁上，所述第一侧壁和所述第二侧壁是相对的侧壁，而非相邻的侧壁，通过调整柔性形变进而更好地提高工作台的装配精度。

进一步地，所述四边形为正方形，在宏动台的同一侧壁面上的两个所述驱动模块2，沿该侧壁面的竖直方向轴对称分布。

所述驱动模块2位于所述正方形的四个角上，其在作用在对应的所述校正模块4上，能够使得所述工作台1在进行调整的时候，能够更加精确和稳定。

进一步地，所述校正模块4为柔性支架，所述柔性结构41为所述柔性支架的一部分。

所述柔性结构41位于所述柔性支架的顶部，其中，柔性结构41为顶部横截面和下部横截面都大于中部的横截面的结构，使得中部能够发生柔性形变。

所述柔性支架的顶部为板状，便于与所述工作台1相连接，其中，所述柔性支架的顶部通过螺钉与所述工作台1的底部相连接；所述柔性支架的底部具有凹槽，所述凹槽与所述尺蠖电机的传动条连接，四个所述尺蠖电机和所述柔性支架连接，在工作台1进行Z轴方向宏动时，保证了运动装置整体的刚度，同时在运动装置装配时，实现装配误差的精密调整。

进一步地，其中两个位于所述正方形的一条对角线上的柔性支架为第一组柔性支架，所述第一组柔性支架同宏动台的X轴运动方向相配合，使得所述柔性结构41的形变范围在Z-X平面内；

其余两个位于所述正方形的另一条对角线上的柔性支架为第二组柔性支架，所述第二组柔性支架与宏动台的Y轴运动方向相配合，使得所述柔性结构41的形变范围在Z-Y平面内。

在装配时，通过调整校正模块4中两组柔性支架在X轴方向和其余两组柔性支架在Y轴方向的柔性形变，抵消工作台的装配误差，同时提高整个工作台1的底部支撑结构的刚度，使满足性能需求，在静态时满足光刻机高精度的装配精度，驱动模块2和校正模块4在空间上的错位布置，从而提高了工作台1和宏动台及两者间连接时的刚度强度。

其中，四台尺蠖电机与四个柔性支架沿Z轴竖直方向安装，进一步地实现工作台装配误差的调整。

进一步地，还包括：

测量模块3，所述测量模块安装在所述工作台与所述宏动台之间，用于测量工作台的Z轴方向运动位置；

控制系统，所述反馈控制系统电连接所述测量模块3和各所述驱动模块2，用于根据所述测量模块3测得的数据，控制各所述驱动模块2实现对所述工作台1的调整。

所述测量模块3可以为直接通过角度测量仪或者是光栅测量装置来直接对准所述工作台1，来测得工作台1相对于水平面或者是根据预置要求设置的预置平面之间的数据，所述数据可以为角度或者是数值；所述控制系统通常为控制器或者是处理器，根据接收到的所述测量模块3测得的数据，根据所述数值来控制各所述驱动模块2对所述工作台1进行调节，使其达到目标所要达到的位置。

通过所述测量模块3测得三个单自由度的工作台Z轴方向上短行程模块相对于预置平面或者是水平面的相对位置关系，同时引入实时测量和反馈的控制系统，大大提高了系统的稳定性，而且能够使得所述运动装置形成闭环控制，实现自动智能化的调整。

具体地，所述测量模块3包括：

绝对式直线光栅尺，所述绝对式直线光栅尺安装在所述工作台1的底部；

绝对式直线光栅读数头，所述绝对式直线光栅读数头与所述控制系统电连接，所述绝对值直线光栅尺可相对所述绝对式直线光栅读数头移动，所述绝对式直线光栅读数头用于识别读取所述绝对式直线光栅尺的数值。

所述绝对式直线光栅尺通过螺纹、焊接、粘接或者是卡接等方式安装在所述工作台1的底部，安装在其他不会与所述工作台1同步运动的机架上，且所述绝对式直线光栅读数头正对所述绝对式直线光栅尺，通过所述绝对式直线光栅读数头和所述绝对式直线光栅尺，对所述工作台的Z轴方向的运动位置进行测量并向控制系统提供反馈，从而形成闭环的运动控制。通过对所述工作台的Z轴方向的运动位置进行实时测量和反馈，使得所述工作台1的运动逐渐趋于稳定状态，定位精度达到预期值，保证了运行速度、响应时间，同时获得了高精度、无漂移定位。

进一步地，还包括：

限位模块5，所述限位模块5安装在所述工作台1的上表面上，用于将所述工作台1的Z轴方向运动限定在预置范围内。

所述限位模块5能够将所述工作台1的Z轴方向的运动限制在预置范围内，本实施例的所述阈值范围为5mm之内，保证了运动的安全范围。所述限位模块5大大提高了工作台运动的安全性，将工作台Z轴方向的宏动限制在运动最优区域。

其中，所述限位模块5包括：

连接盘52，所述连接盘52安装在所述工作台1上；

底板53，所述底板53的顶部和所述连接盘52的底部相连接；

导向杆54，所述导向杆54穿设在所述底板53和所述连接盘52上，所述导向杆固定在所述宏动台上；

顶板51，所述顶板与所述工作台相连接，所述导向杆54可相对所述顶板51移动，所述顶板51用于所述将所述工作台1的Z轴方向运动限定在预置范围内。

在本实施例中，所述顶板51是安装固定在所述工作台的上表面上的，所述顶板51随所述工作台1上下移动，所述导向杆54、连接盘52和底板53固定安装在工作台下表面上，都是随所述工作台1上下移动的；所述导向杆贯穿所述工作台，与所述宏动台相连接，所述顶板51在所述导向杆54的顶部，在所述工作调整的过程中的，所述导向杆的顶部碰触到所述顶板51而无法向上移动，从而使得所述工作台1被限制在预置范围内。

进一步地，所述限位模块5为三个，三个所述限位模块5围绕所述工作台1的几何中心排布设置。

其中两个限位模块5通过两个螺钉固定在工作台上，另一个限位模块5通过4个螺钉固定在工作台1上，螺钉都是通过连接盘52和底板53在工作台1上表面固定。

工作过程：

静态装配误差调整过程：

本实施例的驱动模块2、校正模块4和工作台依次连接。在装配时，通过调整校正模块4中两组柔性支架在X轴方向和其余两组柔性支架在Y轴方向的柔性形变，抵消工作台的装配误差，同时提高整个底部支撑结构的刚度，使满足性能需求，在静态时满足光刻机高精度的装配精度，校正模块4的柔性机构空间上的错位布置同时提高了微动和宏动结构连接时的刚度性能。

动态运动控制过程：

在运动状态下，尺蠖电机在电源电压的驱动下，传动条带动校正模块4和工作台沿Z轴方向进行直线运动，在运动时测量模块3的绝对式直线光栅读数头和绝对式直线光栅尺对工作台1进行实时位置进行测量，并向控制系统提供反馈，形成闭环控制系统。在运动过程中，限位模块5的导向杆54在Z轴方向的运动方向上运动，上端的限位模块5对工作台的Z轴方向运动进行机械方式的限制，从而使运动范围限制在5mm之内，保证了运动的安全范围。通过对Z轴方向运动进行实时测量和反馈，运动逐渐趋于稳定状态，定位精度达到预期值，保证了运行速度、响应时间，同时获得了高精度、无漂移定位。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种用于工作台Z轴方向宏动的运动装置，其特征在于，包括：

工作台；

四个校正模块，所述校正模块与所述工作台相连接，所述校正模块包括可发生柔性形变的柔性结构；以及

四个驱动模块，所述驱动模块的顶部与所述校正模块一一对应连接，各所述驱动模块的底部与宏动台相连接；

其中，四个所述驱动模块的投影的连线构成四边形，各所述驱动模块驱动对应的所述校正模块沿Z轴方向宏动；

当任意两个所述驱动模块驱动对应的所述校正模块沿Z轴方向宏动时，所述柔性结构发生柔性形变，实现所述工作台的位置调整；

其中，柔性结构为顶部横截面和下部横截面都大于中部的横截面的结构，使得中部能够发生柔性形变；

四个所述驱动模块分为两组，两组所述驱动模块对称分布于所述宏动台的两个对立的侧壁面上；

所述四边形为正方形，在宏动台的同一侧壁面上的两个所述驱动模块，沿该侧壁面的竖直方向轴对称分布；

所述校正模块为柔性支架，所述柔性结构为所述柔性支架的一部分；

其中两个位于所述正方形的一条对角线上的柔性支架为第一组柔性支架，所述第一组柔性支架同宏动台的X轴运动方向相配合，使得所述柔性结构的形变范围在Z-X平面内；

其余两个位于所述正方形的另一条对角线上的柔性支架为第二组柔性支架，所述第二组柔性支架与宏动台的Y轴运动方向相配合，使得所述柔性结构的形变范围在Z-Y平面内；

还包括：

限位模块，所述限位模块安装在所述工作台的上表面上，用于将所述工作台的Z轴方向运动限定在预置范围内；

所述限位模块包括：

连接盘，所述连接盘安装在所述工作台上；

底板，所述底板的顶部和所述连接盘的底部相连接；

导向杆，所述导向杆穿设在所述底板和所述连接盘上，所述导向杆固定在所述宏动台上；

顶板，所述顶板与所述工作台相连接，所述导向杆可相对所述顶板移动，所述顶板用于所述将所述工作台的Z轴方向运动限定在预置范围内；

所述限位模块为三个，三个所述限位模块围绕所述工作台的几何中心排布设置。

2.根据权利要求1所述的用于工作台Z轴方向宏动的运动装置，其特征在于，还包括：

测量模块，所述测量模块安装在所述工作台与所述宏动台之间，用于测量工作台的Z轴方向运动位置；

控制系统，所述控制系统电连接所述测量模块和各所述驱动模块，用于根据所述测量模块测得的数据，控制各所述驱动模块实现对所述工作台的调整。

3.根据权利要求2所述的用于工作台Z轴方向宏动的运动装置，其特征在于，所述测量模块包括：

绝对式直线光栅尺，所述绝对式直线光栅尺安装在所述工作台的底部；

绝对式直线光栅读数头，所述绝对式直线光栅读数头与所述控制系统电连接，所述绝对式直线光栅尺可相对所述绝对式直线光栅读数头移动，所述绝对式直线光栅读数头用于识别读取所述绝对式直线光栅尺的数值。

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