CN114660899A - 一种柔性支撑平台系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性支撑平台系统，其属于光刻技术领域，包括基体、承载台、气浮支撑件和柔性解耦件，承载台用于承载掩模板或者硅片，承载台能够相对于基体沿设定方向移动；气浮支撑件设置于基体与承载台之间；柔性解耦件设置于所述气浮支撑件与所述承载台之间，所述柔性解耦件上开设有间隙，所述间隙将所述柔性解耦件分割为刚性支撑部和柔性解耦部，所述柔性解耦部能够在外部的力和热的作用下变形以实现解耦。由于间隙的存在，柔性解耦部能够在外部的力和热的作用下变形以实现解耦，当柔性解耦部发生变形时，间隙为形变提供空间，使得外部的力和热不会作用于承载台，即变形不会传递至承载台，进而保证承载台沿设定方向的移动精度。

Description

一种柔性支撑平台系统

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，尤其涉及一种柔性支撑平台系统。

背景技术

光刻机是用于将图案印在硅片或者集成电路板上的设备。无论是步进光刻机还是扫描光刻机都是通过放大掩模板将图案印在硅片上的。因此，光刻机会通过气压、磁力、电力、电磁力或几种组合方式为掩模板和硅片提供一个承载平台。

现有的承载平台，有通过直梁式柔性铰链和气浮配合实现支撑和导向的，但是运动行程受到很大的限制，只能实现沿一个方向微小幅度的转动。有通过圆弧式柔性铰链和气浮配合实现支撑和导向的，但是圆弧式柔性铰链的转动范围较大，转动中心在转动过程中有明显的偏转，运动精度较差。

通常掩模板和硅片的位置精度要求是纳米级的。在保证承载平台图纸设计和制造工艺质量的前提下，高速度高加速的动态性能导致的机械变形会使设计合格的平台位置精度超差，进而影响掩模板和硅片的位置精度，影响套刻精度和产品良率。通过进一步提高设计精度和装配精度，可以提高掩模板和硅片的位置精度，同时带来设计成本的大幅增加和装配集成效率的降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性支撑平台系统，以在低成本的情况下保证较高的位置精度。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种柔性支撑平台系统，包括：

基体；

承载台，用于承载掩模板或者硅片，所述承载台能够相对于所述基体沿设定方向移动；

气浮支撑件，设置于所述基体与所述承载台之间；

柔性解耦件，设置于所述气浮支撑件与所述承载台之间，所述柔性解耦件上开设有间隙，所述间隙将所述柔性解耦件分割为刚性支撑部和柔性解耦部，所述柔性解耦部能够在外部的力和热的作用下变形以实现解耦。

其中，所述间隙设置有多个，多个所述间隙关于所述柔性解耦件的中心均匀排布，所述柔性解耦部相对于所述刚性支撑部对称设置。

其中，所述间隙的一端开设于所述柔性解耦件的外周面上，所述间隙的另一端位于所述刚性支撑部与所述柔性解耦部的交接处，所述间隙呈平面延伸或者曲面延伸。

其中，所述柔性解耦件呈长方体，所述间隙设置有四个，第一间隙与第二间隙关于第一方向对称，第三间隙与第四间隙关于第二方向对称，所述第一方向与所述第二方向垂直。

其中，所述间隙包括平面部分和弧面部分，所述平面部分与所述长方体的表面平行，所述弧面部分向远离所述柔性解耦部的一侧延伸。

其中，所述柔性解耦件呈球体，所述间隙绕所述球体的直径所在的周向呈间断的环形。

其中，每一圈所述间隙分为间断的两段或者四段。

其中，所述柔性解耦件的扭转刚度低于所述气浮支撑件的气膜刚度，所述柔性解耦件的垂直刚度高于所述气浮支撑件的气膜刚度。

其中，所述承载台和所述气浮支撑件的刚度都大于所述柔性解耦部的刚度。

其中，所述柔性解耦件的数量不少于所述气浮支撑件的数量。

本发明的有益效果：

本发明提出的一种柔性支撑平台系统，由于间隙的存在，使得柔性解耦部具有弹性，刚性支撑部为柔性解耦部提供支撑作用，柔性解耦部能够在外部的力和热的作用下变形以实现解耦，当柔性解耦部发生变形时，间隙为形变提供空间，通过柔性解耦部对外部的力和热进行平衡与补偿，使得外部的力和热不会作用于承载台，即变形不会传递至承载台，进而保证承载台沿设定方向的移动精度。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的柔性支撑平台系统的俯视图；

图2是图1中提供的柔性支撑平台系统的侧视图；

图3是本发明实施例一提供的柔性解耦件的结构示意图；

图4是图3提供的柔性解耦件的结构分析图；

图5是图3提供的柔性解耦件的解耦原理图；

图6是本发明实施例二提供的一种柔性解耦件的结构示意图；

图7是本发明实施例二提供的另一种柔性解耦件的结构示意图；

图8是图7提供的柔性解耦件的解耦原理图。

图中：

1、基体；

2、承载台；

3、气浮支撑件；31、第一气浮支撑件；32、第二气浮支撑件；

4、柔性解耦件；

41、间隙；411、第一间隙；412、第二间隙；413、第三间隙；414、第四间隙；

42、刚性支撑部；421、主体部；

43、柔性解耦部；431、第一解耦结构；432、第二解耦结构；433、第三解耦结构；434、第四解耦结构。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

参见图1和图2，本发明实施例提供一种柔性支撑平台系统，包括基体1、承载台2、气浮支撑件3和柔性解耦件4，承载台2用于承载掩模板或者硅片，承载台2能够相对于基体1沿设定方向移动，气浮支撑件3设置于基体1与承载台2之间；柔性解耦件4设置于气浮支撑件3与承载台2之间，柔性解耦件4上开设有间隙41，间隙41将柔性解耦件4分割为刚性支撑部42和柔性解耦部43，柔性解耦部43能够在外部的力和热的作用下变形以实现解耦。

由于间隙41的存在，使得柔性解耦部43具有弹性，刚性支撑部42为柔性解耦部43提供支撑作用，柔性解耦部43能够在外部的力和热的作用下变形以实现解耦，当柔性解耦部43发生变形时，间隙41为形变提供空间，通过柔性解耦部43对外部的力和热进行平衡与补偿，使得外部的力和热不会作用于承载台2，即变形不会传递至承载台2，进而保证承载台2沿设定方向的移动精度。

由于气浮支撑件3与柔性解耦件4配合，无机械摩擦、运动灵活、自回复性好、谐振频率小、动态温度变化小，进而保证承载台2的运动精度，使得承载台2的稳定性更好，获得的掩膜板或者硅片的位置更精确，产品的良率更高。

气浮支撑件3是用于支撑承载台2的，承载台2的底面与基体1相对，承载台2的顶面用于承载掩模板或者硅片，在本实施例中，以硅片为例介绍。气浮支撑件3可以只设置在承载台2的底面，也可以既设置于承载台2的底面也设置于承载台2的侧面。可根据实际需要设置气浮支撑件3的数量和位置，以根据实际情况限制承载台2的自由度。

在本实施例中，气浮支撑件3包括第一气浮支撑件31和第二气浮支撑件32，第一气浮支撑件31设置于承载台2的底面，第二气浮支撑件32设置于承载台2的侧面。柔性解耦件4包括第一柔性解耦件和第二柔性解耦件，第一柔性解耦件设置于承载台2的底面且位于第一气浮支撑件31与承载台2之间，第二柔性解耦件设置于承载台2的侧面且位于第二气浮支撑件32与承载台2之间。

为了对承载台2的周向提供均匀支撑，第一气浮支撑件31可以绕承载台2的周向间隔设置有多个，第一气浮支撑件31的数量可根据实际需要设置。在本实施例中，以承载台2为方形为例，第一气浮支撑件31设置有四个，分布于承载台2的四个角上。第二气浮支撑件32可以沿承载台2的移动方向间隔设置有多个，第二气浮支撑件32的数量可根据实际需要设置。

图1和图2中示出了X、Y、Z三个方向，第一气浮支撑件31能够限制承载台2沿Z方向的移动、绕Y轴的转动Ry和绕X轴的转动Rx，即第一气浮支撑件31限制了承载台2的三个自由度。第二气浮支撑件32能够限制承载台2沿X方向的移动和绕Z轴的转动Rz，即第二气浮支撑件32限制了承载台2的二个自由度。

综上，本实施例中的气浮支撑件3限制了承载台2的五个自由度，使得承载台2只能沿Y方向直线移动。其中，气浮支撑件3可以由现有的磁浮支撑件代替。气浮支撑件3和磁浮支撑件的工作原理为现有技术，在此不再赘述。

柔性解耦件4的设置，是在承载台2的各个方向受到外力和热时，柔性解耦部43相对于刚性支撑部42发生变形，以平衡外力和热，使得变形不会传递至承载台2，进而保证承载台2沿Y方向的移动精度。

柔性解耦件4设置于承载台2与气浮支撑件3之间，柔性解耦件4的数量不少于气浮支撑件3的数量。柔性解耦件4能够为气浮支撑件3和承载台2提供界面接口，还能够为气浮支撑件3提供动态固定方式，在高速高加速下，减少甚至消除柔性支撑平台系统的机械变形，以保证承载台2的稳定性，提高掩模板或者硅片的位置精度。

柔性解耦件4的扭转刚度低于气浮支撑件3的气膜刚度，柔性解耦件4的垂直刚度高于气浮支撑件3的气膜刚度，才能达到解耦的目的，以满足性能要求。

每一个柔性解耦件4可以具有六个自由度的解耦能力，也可以根据工况，舍弃某些方向的刚度或解耦能力。

间隙41设置有多个，多个间隙41关于柔性解耦件4的中心均匀排布，柔性解耦部43相对于刚性支撑部42对称设置。以使得柔性解耦部43能够承受各个方向的外力，以产生相应的变形，避免外力作用于承载台2。

当然，如果在实际情况中，只需要柔性解耦部43解耦某几个方向的自由度，可以根据实际需要对间隙41进行布局。

间隙41的一端开设于柔性解耦件4的外周面上，间隙41的另一端位于刚性支撑部42与柔性解耦部43的交接处，间隙41呈平面延伸或者曲面延伸。通过间隙41将柔性解耦件4分割为刚性支撑部42和柔性解耦部43，间隙41的延伸方向或者间隙41的截面改变，都会改变柔性解耦部43的刚度。可以局部设置变间隙41以带来变截面，实现不同位置的自由度不一样。

参见图3至图5，在本实施例中，解耦件为长方体，间隙41设置有四个，第一间隙411与第二间隙412关于第一方向对称，第三间隙413与第四间隙414关于第二方向对称，第一方向与第二方向垂直。使得间隙41均匀排布于长方体上，以具有六个自由度的解耦能力。

具体地，柔性解耦件4具有相对的上表面和下表面以及连接上表面和下表面的四个棱，四个间隙41分别开设于四个棱上。在本实施例中，间隙41呈三角形，但不限于三角形，此间隙41包含基于相同原理的几何形状，也可以是球形、椭球形等。

间隙41包括平面部分和弧形部分，平面部分与长方体的表面平行，弧面部分向远离柔性解耦部43的一侧延伸。弧面部分的设置，更利于柔性解耦部43向刚性支撑部42的方向变形，增强柔性解耦部43的弹性，以提高解耦能力。

以其中一个柔性解耦件4和气浮支撑件3为例，气浮支撑件3与柔性解耦件4之间的结构连接和自由度确定的原理如下：

柔性解耦件4上设置有四个间隙41，四个间隙41将柔性解耦件4分为四个柔性解耦部43，连接四个柔性解耦部43的中间部分为刚性支撑部42。为了便于描述，四个柔性解耦部43分别为第一解耦结构431、第二解耦结构432、第三解耦结构433和第四解耦结构434。

刚性支撑部42包括主体部421、第一刚性支撑、第二刚性支撑和第三刚性支撑，第一刚性支撑沿Y方向，第一刚性支撑的一侧为第一解耦结构431，另一侧为第二解耦结构432；第二刚性支撑沿X方向，第二刚性支撑的一侧为第三解耦结构433，另一侧为第四解耦结构434；第三刚性支撑沿Z方向。

第一解耦结构431与主体部421之间的空间成为第一间隙411，第二解耦结构432与主体部421之间的空间成为第二间隙412，第三解耦结构433与主体部421之间的空间成为第三间隙413，第四解耦结构434与主体部421之间的空间成为第四间隙414。

承载台2和气浮支撑件3的刚度都大于柔性解耦部43的刚度，在外力作用下，柔性解耦件4优先产生变形，以达到解耦的效果，防止承载台2的位置发生偏移。

平台系统的所有组件的刚度均大于柔性解耦部43的刚度。在高速高加速情况下，当承载台2和气浮支撑件3因动态性能、设计误差或装配误差承受额外载荷或力时，承载台2和气浮支撑件3有机械变形或热变形或振动趋势，此时柔性解耦件4的柔性解耦部43会优先发生局部变形，补偿其他组件状态由于力而发生改变的趋势，从而保证平台系统的位置精度和稳定性。

由于间隙41的存在，解耦结构的截面刚度可变，且小于主体部421的刚度，也小于承载台2和气浮支撑件3的刚度，并将主体部421分为球形区域G1和球形区域G2。球形区域G1和球形区域G2均为椭球型。

第三刚性支撑的两侧形成空间P，空间P将柔性解耦件4分为三层，上层由第一解耦结构431、第二解耦结构432和第一刚性支撑组成，下层由第三解耦结构433、第四解耦结构434和第二刚性支撑组成，中层由第三刚性支撑、主体部421、球形区域G1和球形区域G2组成。

第三刚性支撑提供一个自由度的支撑，如Z向；第一刚性支撑提供一个自由度的支撑，如Y向；第二刚性支撑提供一个自由度的支撑，如X向。所以，单个柔性解耦件4与承载台2建立了稳定的支撑关系。多个柔性解耦件4可以与承载台2建立不同自由度的稳定支撑关系。

因为空间P的存在，使得不同的刚性支撑之间既相互连接又具有一定的解耦空间。又因为，不同解耦结构的刚度比平台系统其他组件和结构的刚度要低，当平台系统需要静态、动态或热解耦时，不同层可以提供不同方向的解耦能力。

例如，图1中的承载台2因为底部(假设承载台2的顶面垂直于Z轴)和单侧(假设为X侧)因为柔性解耦件4和气浮支撑件3的存在，承载台2的Z、X、Rx、Ry、Rz被限制，只具有Y向的移动自由度。当承载台2因为静态力、动态的变载荷、热(电机)等扰动时，因为柔性解耦件4的特殊结构，所有的力和热通过柔性解耦件4的内部局部变形实现解耦。

其中，因为柔性解耦件4的上层只具有第一刚性支撑方向的刚度，所以上层具有绕第一刚性支撑方向的解耦能力(Ry)，沿第一解耦结构431和第二解耦结构432的第一间隙411和第二间隙412方向的解耦能力(X、Y)；下层和中层的解耦方式与上层类似，所以柔性解耦件4具有六自由度的解耦能力。

实施例二

图6至图8示出了实施例二，其中与实施例一相同或相应的零部件采用与实施例一相应的附图标记。为简便起见，仅描述实施例二与实施例一的区别点。区别之处在于，柔性解耦件4呈球体，间隙41绕球体的直径所在的周向呈间断的环形，断开的部分即刚性支撑部42，从而实现间隙41将球体分割为刚性支撑部42和柔性解耦部43。当然，每一个柔性解耦部43上还可以继续开设间隙41，以将柔性解耦部43分成多个小部分，提高灵敏度。

参见图6，间隙41设置有三圈，每一圈间隙41分为间断的四段。此时，刚性支撑部42包括主体部421、第一刚性支撑、第二刚性支撑和第三刚性支撑。

参见图7，间隙41设置有两圈，每一圈间隙41分为间断的两段。即将其中一个刚性支撑两侧的间隙41连通。可增大刚性支撑方向的移动自由度。可用于承载台2的粗动模块，也可用于承载台2的微动模块及其他需要相同解耦能力的高精度柔性支撑平台系统。

可选地，可以改变间隙41的布局或相对于轴的角度、改变间隙41为椭圆型、抛物线型、L型、X型等，在此不作限制。

以图7中所示的柔性解耦件4为例，间隙41将柔性解耦件4分为四个柔性解耦部43，连接四个柔性解耦部43的中间部分为刚性支撑部42。为了便于描述，四个柔性解耦部43分别为第一解耦结构431、第二解耦结构432、第三解耦结构433和第四解耦结构434。刚性支撑部42包括主体部421、第一刚性支撑和第二刚性支撑。

其中，主体部421、球形区域G和空间P与外形结构融合在一起，沿不同刚度方向的间隙41使柔性解耦件4具有沿X、Y、Z方向的局部移动自由度，沿同一轴两侧的间隙41使柔性解耦件4具有Rx、Ry、Rz的局部转动自由度。

相似地，图8中，左侧使柔性解耦件4具有Rz、X、Y的局部自由度和Z向的刚度，右侧使柔性解耦件4具有Ry、X、Z的局部自由度和Y向的刚度。因为柔性解耦件4没有第三刚性支撑，所以中部具有六自由度。

当图7中的柔性解耦件4与图4中的柔性解耦件4具有相同的几何参数时，图7中的柔性解耦件4在L3方向上的局部自由度较图4中的柔性解耦件4大很多。当柔性解耦件4的几何参数较小时或第一刚性支撑和第二刚性支撑的距离较近时，图7中的柔性解耦件4在L3方向上的局部自由度可以与图4中的柔性解耦件4一样甚至更小。当单方向或多方向的几何尺寸受限时，可以考虑图7中的柔性解耦件4的结构方式，如微动模块。

综上，对柔性解耦件4的形状不作限制，由于间隙41的设置，使得柔性解耦件4被分割为刚度不同的刚性支撑部42和柔性解耦部43。在高速高加速情况下，当承载台2和气浮支撑件3因动态性能、设计误差或装配误差承受额外载荷或力时，承载台2和气浮支撑件3有机械变形或热变形或振动趋势，此时柔性解耦部43会优先发生局部变形，补偿其他组件状态由于力而发生改变的趋势，从而保证平台系统的位置精度和稳定性。

在原理上，柔性解耦件4是直梁型和椭球型的结合，因此既具有直梁结构热误差、热应力低和谐振频率幅值低、应力分散的优点，椭球型结构适当的长短轴之比ε≧1，可以使转动刚度沿三角形区域逐级变化，应力集中系数也随ε增加而有所减小。在提高位置精度的同时提高了自身的疲劳寿命极限和结构稳定性。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种柔性支撑平台系统，其特征在于，包括：

基体(1)；

承载台(2)，用于承载掩模板或者硅片，所述承载台(2)能够相对于所述基体(1)沿设定方向移动；

气浮支撑件(3)，设置于所述基体(1)与所述承载台(2)之间；

柔性解耦件(4)，设置于所述气浮支撑件(3)与所述承载台(2)之间，所述柔性解耦件(4)上开设有间隙(41)，所述间隙(41)将所述柔性解耦件(4)分割为刚性支撑部(42)和柔性解耦部(43)，所述柔性解耦部(43)能够在外部的力和热的作用下变形以实现解耦。

2.根据权利要求1所述的柔性支撑平台系统，其特征在于，所述间隙(41)设置有多个，多个所述间隙(41)关于所述柔性解耦件(4)的中心均匀排布，所述柔性解耦部(43)相对于所述刚性支撑部(42)对称设置。

3.根据权利要求1所述的柔性支撑平台系统，其特征在于，所述间隙(41)的一端开设于所述柔性解耦件(4)的外周面上，所述间隙(41)的另一端位于所述刚性支撑部(42)与所述柔性解耦部(43)的交接处，所述间隙(41)呈平面延伸或者曲面延伸。

4.根据权利要求1所述的柔性支撑平台系统，其特征在于，所述柔性解耦件(4)呈长方体，所述间隙(41)设置有四个，第一间隙(411)与第二间隙(412)关于第一方向对称，第三间隙(413)与第四间隙(414)关于第二方向对称，所述第一方向与所述第二方向垂直。

5.根据权利要求4所述的柔性支撑平台系统，其特征在于，所述间隙(41)包括平面部分和弧面部分，所述平面部分与所述长方体的表面平行，所述弧面部分向远离所述柔性解耦部(43)的一侧延伸。

6.根据权利要求1所述的柔性支撑平台系统，其特征在于，所述柔性解耦件(4)呈球体，所述间隙(41)绕所述球体的直径所在的周向呈间断的环形。

7.根据权利要求6所述的柔性支撑平台系统，其特征在于，每一圈所述间隙(41)分为间断的两段或者四段。

8.根据权利要求1所述的柔性支撑平台系统，其特征在于，所述柔性解耦件(4)的扭转刚度低于所述气浮支撑件(3)的气膜刚度，所述柔性解耦件(4)的垂直刚度高于所述气浮支撑件(3)的气膜刚度。

9.根据权利要求1所述的柔性支撑平台系统，其特征在于，所述承载台(2)和所述气浮支撑件(3)的刚度都大于所述柔性解耦部(43)的刚度。

10.根据权利要求1所述的柔性支撑平台系统，其特征在于，所述柔性解耦件(4)的数量不少于所述气浮支撑件(3)的数量。

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