一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台的制作方法
【专利摘要】一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台，该线缆台所述的线缆台含有从平面电机引出的线缆束、一个柔性关节、一个Y方向直线气浮导轨滑块机构、一个X方向直线导轨滑块机构和一个X方向直线电机。所述的线缆台与平面电机动子没有硬连接，在X方向由大行程直线电机负责扫描方向驱动，另外在y方向则为一种直线电机加气浮轴承结构进行导向驱动。线缆台的沿X方向和沿Y方向的大行程测量采用线性光栅，精密测量采用两个光电位置探测器进行测量。该线缆台在沿X轴、沿Y轴和沿Z轴转动的三个自由度设置成自由的连接结构，避免了线缆束对平面电机动子运动的干扰，在满足了高运动精度和定位精度的要求同时，又简化了线缆台结构。
【专利说明】一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光刻机硅片台线缆台，该系统主要应用于半导体光刻机中，属于半导体制造设备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]为了满足硅片台大行程和高速、高精度的苛刻要求，传统的线缆台通常采用工程塑料拖链正交叠层的结构。随着磁浮硅片台技术的发展，硅片台平面电机动子厚度逐渐变薄，电缆数量增加，采用工程塑料拖链正交叠层结构的线缆台在厚度上和宽度上逐渐到达极限，无法突破；另外，随着线缆数量的增加，线缆的重量也随之增加，对于硅片台平面电机动子的运动也造成了干扰，限制了硅片台平面电机动子的运动速度和精度，妨碍了其加速度的提高。
实用新型内容
[0003]为了降低线缆对硅片台运动的干扰，从而提高光刻机硅片台平面电机动子的速度、加速度和定位精度，进而促进光刻机的生产率、套刻精度和分辨率，本实用新型提供一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台。
[0004]本实用新型的技术方案如下:一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台，其特征在于:所述的线缆台含有从平面电机引出的线缆束、柔性关节、Y方向直线气浮导轨滑块机构、X方向直线导轨滑块机构和X方向直线电机；所述的线缆束与所述的X方向直线导轨滑块机构的滑块连接，所述的X方向直线电机驱动X方向直线导轨滑块机构的滑块沿着X方向运动；所述的柔性关节含有第一滚珠轴承、第二滚珠轴承和一个沿X方向布置的微型直线导轨滑块机构；所述的第一滚珠轴承沿Y方向布置，第一滚珠轴承的转轴与微型直线导轨滑块机构的导轨连接，第一滚珠轴承的轴套和所述的第二滚珠轴承的轴套通过一个连接块固定在一起；所述的微型直线导轨滑块机构的滑块通过一个T形连接块与平面电机的动子连接在一起；第二滚珠轴承沿Z轴方向布置，第二滚珠轴承的转轴与所述的Y方向直线气浮导轨滑块机构的滑块连接在一起；所述的Y方向直线气浮导轨滑块机构是通过一个L型连接板与X方向直线导轨滑块机构的滑块连接在一起。
[0005]本实用新型的另一技术特征在于:在所述的柔性关节上安装有两个光电位置探测器，两个光电位置探测器对称布置在第二滚珠轴承的两侧；每个光电位置探测器包括一个光电位置传感器和一个激光准直器，两个激光准直器分别固定在一个V型连接板上，而该V型连接板则与所述的Y方向气浮直线导轨滑块机构的滑块固定在一起，两个光电位置传感器则位于T形连接块上，并分别对应于一个激光准直器，并保证每个激光准直器垂直于光电位置传感器的感光面。
[0006]本实用新型的又一技术特征是:在所述的Y方向直线气浮导轨滑块机构和X方向直线导轨滑块机构上分别安装有线性光栅尺。
[0007]本实用新型的技术方案中，所述的线缆束采用扁平的线缆排管。[0008]本实用新型具有以下优点及突出性技术效果:通过安装的柔性关节使得线缆台可以绕X轴、绕Y轴和绕Z轴三个自由度的自由转动，避免了线缆束对平面电机动子运动的干扰，进而降低了线缆束对三自由度工作台的响应速度和其运动过程中的速度、加速度和运动定位精度的影响。
[0009]图附说明
[0010]图1是本实用新型所述的一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台的结构示意图。
[0011]图2是本实用新型中X方向直线导轨滑块机构和X方向直线电机的连接结构示意图。
[0012]图3是本实用新型中柔性关节和Y方向气浮直线导轨滑块机构的连接结构示意图。
[0013]图4是本实用新型所述的一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台的Y方向线性光栅尺组件的结构示意图。
[0014]图中:1 一平面电机动子；2—平面电机定子；4一基座；5 —X方向直线导轨滑块机构；6—Y方向气浮直线导轨滑块机构；7—柔性关节；8—线缆束；9一X方向直线电机；10—连接块；11一第一滚珠轴承；12—第二滚珠轴承；13—微型直线导轨滑块机构；14一直线滑块安装架；16—T形连接块；17—V型连接板；18—L型连接板；21—X方向线性光栅尺组件；22—Y方向线性光栅尺组件；31—激光准直器；32—光电位置传感器。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型的具体结构、原理和工作过程作进一步的说明。
[0016]图1是本实用新型所述的一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台的结构示意图，在本实施例中，该工件台包括平面电机，线缆台和基座4，所述的平面电机包含一个平面电机动子I和一个平面电机定子2。线缆台含有从平面电机引出的线缆束8、一个柔性关节7、一个Y方向直线气浮导轨滑块机构6、一个X方向直线导轨滑块机构5和一个X方向直线电机9。
[0017]所述的柔性关节7含有第一滚珠轴承11、第二滚珠轴承12和一个沿X轴方向布置的微型直线导轨滑块机构13 ;第一滚珠轴承11沿Y方向布置，第一滚珠轴承11的转轴与微型直线导轨滑块机构13的导轨连接；第一滚珠轴承11的轴套和第二滚珠轴承12的轴套通过一个连接块10固定在一起，所述的微型直线导轨滑块机构13的滑块通过一个T形连接块16与平面电机动子I连接在一起；第二滚珠轴承12沿Z方向布置，第二滚珠轴承12的转轴与所述的Y方向直线气浮导轨滑块机构6的滑块连接在一起；所述的Y方向直线气浮导轨滑块机构6是通过一个L型连接板18与X方向直线导轨滑块机构5的滑块连接在一起。
[0018]另外，在所述的柔性关节7上安装有两个光电位置探测器，两个光电位置探测器对称布置在第二滚珠轴承12的两侧；每个光电位置探测器包括一个光电位置传感器31和一个激光准直器32，所述的两个激光准直器分别固定在一个V型连接板17上，而该V型连接板17则与所述的Y方向气浮直线导轨滑块机构6的滑块固定在一起，所述的两个光电位置传感器32则位于T形连接块16上，并分别对应于一个激光准直器31，并保证每个激光准直器31垂直于光电位置传感器32的感光面。
[0019]图2是本发明中X方向直线导轨滑块机构和X方向直线电机的连接结构示意图，所述的Y方向直线气浮导轨滑块机构6是通过一个L型连接板18与X方向直线导轨滑块机构5的滑块连接在一起的。当负载较大时，X方向直线导轨滑块机构5可以采用一个以上的滑块，本实施例中采用了三个滑块和一条X方向直线导轨，三个滑块安装在直线滑块安装架14上，X方向直线导轨滑块机构的导轨安装在基座4的一个侧面，并保证三个滑块与X方向直线导轨滑块机构5的导轨对应布置(参见图1、图2)。
[0020]所述的X方向直线电机9包括一个X方向直线电机9的动子和一个X方向直线电机9的定子，X方向直线电机9安装在基座4的下方；所述的X方向直线电机9的动子与直线滑块安装架14连接在一起，所述的X方向直线电机9的定子则直接安装在基座4下方的相对应位置，使得X方向直线电机9的动子位于X方向直线电机9的定子的磁场中间。
[0021]在沿X方向直线导轨滑块机构5的旁边，还装有一组X方向线性光栅尺组21。该X方向线性光栅尺组21包含有一个X方向线性光栅尺和一个X方向线性光栅尺的光栅读数头；该X方向线性光栅尺的光栅读数头安装在所述的直线滑块安装架14上，并位于X方向直线导轨滑块机构5的下方，X方向线性光栅尺则对应于X方向线性光栅尺的光栅读数头，并且平行于X方向直线导轨滑块机构5的导轨。
[0022]图3是本实用新型中柔性关节和Y方向气浮直线导轨滑块机构的连接结构示意图。所述的Y方向气浮直线导轨滑块机构6含有一个Y方向气浮直线导轨滑块机构6的滑块和一条Y方向气浮直线导轨滑块机构6的轨道；所述的Y方向气浮直线导轨滑块机构6是通过一个连接块10与所述的直线滑块安装架14正交连接在一起的，Y方向气浮直线导轨滑块机构6是沿Y方向位于所述的平面电机动子I的一侧；所述的Y方向气浮直线导轨滑块机构6的滑块为双侧气浮面，跨在Y方向气浮直线导轨滑块机构6的轨道上，Y方向气浮直线导轨滑块机构6的轨道与连接块10连接在一起；Y方向气浮直线导轨滑块机构的滑块6则与所述的柔性关节7连接，并保证Y方向气浮直线导轨滑块机构6的滑块与Y方向气浮直线导轨滑块机构6的轨道对应布置。
[0023]沿Y方向气浮直线导轨滑块机构6旁边还装有一组Y方向线性光栅尺组件22，该Y方向线性光栅尺组22包含有一个Y方向线性光栅尺和一个Y方向线性光栅尺的光栅读数头；该Y方向线性光栅尺的光栅读数头安装在Y方向气浮直线导轨滑块机构6的滑块上，平行于Y方向气浮直线导轨滑块机构6，并且使得Y方向线性光栅尺和一个Y方向线性光栅尺的光栅读数头相对应。
[0024]本实用新型的工作原理如下:在光刻机工件台系统上电启动之后，工件台的平面电机上电，首先找到平面电机动子I相对于平面电机定子2的相对位置，在这个过程中，线缆台就要跟随平面电机动子I在平面电机定子2所在的水平面内运动:当平面电机动子I在平面电机定子2所在的水平面内沿X方向平移，则线缆台在沿X方向直线电机9的驱动之下，跟随平面电机动子I沿X方向平移，而线缆台3与平面电机动子I沿X方向之间的间距由柔性关节7上的两个光电位置探测器来做测量，光电位置探测器是一种二维位移测量传感器，并反馈给X方向直线电机9的驱动器，使之保持一定间隙。
[0025]当平面电机动子I在平面电机定子2所在的水平面内沿Y方向平移，则线缆台可沿Y方向气浮直线导轨滑块机构6跟随平面电机动子I沿Y方向平移，而线缆台3与平面电机动子I沿Y方向之间固定有线缆束8，平面电机动子I与线缆束8两者之间无相对运动，线缆束8可跟随平面电机动子I沿Y方向自由滚动，无需限制。
[0026]当平面电机动子I在平面电机定子2所在的水平面内沿Z轴方向发生小幅转动时，则线缆台通过柔性关节7上的沿Z轴方向的第二滚珠轴承12来将其转动产生的扭矩释放开；同理地，当平面电机动子I沿Y轴方向发生小幅转动时，则线缆台通过柔性关节7上的沿Y轴方向的第一滚珠轴承11来将其转动产生的扭矩释放开；当线缆台沿Y轴和Z轴方向发生旋转时，用微型直线导轨13来补偿平面电机动子I所产生的沿X方向的小量位移。
[0027]当平面电机动子I沿X轴方向发生小幅转动时，则线缆台通过Y方向气浮直线导轨滑块机构6来将其转动产生的扭矩释放开，这是因为Y方向气浮直线导轨滑块机构6的滑块为双侧气浮面，就是在滑块与导轨相接触的两个竖直的侧面是气浮面，Y方向气浮直线导轨滑块机构6的滑块跨在Y方向气浮直线导轨滑块机构6的轨道上，如图4所示，Y方向气浮直线导轨滑块机构6的滑块可在Y方向气浮直线导轨滑块机构6的轨道上沿X轴方向发生小幅转动，将其转动产生的扭矩释放开。
[0028]在停止阶段，当平面电机低速运动静止工位上方，然后所有驱动装置配合减速停放在静止工位上。
[0029]本实用新型所述的一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台具有以下优点及突出性效果:通过安装的柔性关节使得线缆台可以绕X轴、绕Y轴和绕Z轴三个自由度的自由转动，避免了线缆束对平面电机动子运动的干扰，进而降低了线缆束对三自由度工作台的响应速度和其运动过程中的速度，加速度和运动定位精度的影响。
【权利要求】
1.一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台，其特征在于:所述的线缆台含有从平面电机引出的线缆束(8)、柔性关节(7)、Y方向直线气浮导轨滑块机构(6)、X方向直线导轨滑块机构(5)和X方向直线电机(9);所述的线缆束(8)与所述的X方向直线导轨滑块机构(5)的滑块连接，所述的X方向直线电机(9)驱动X方向直线导轨滑块机构(5)的滑块沿着X方向运动；所述的柔性关节(7)含有第一滚珠轴承(11)、第二滚珠轴承(12)和一个沿X方向布置的微型直线导轨滑块机构(13);所述的第一滚珠轴承(11)沿Y方向布置，第一滚珠轴承的转轴与微型直线导轨滑块机构(13)的导轨连接，第一滚珠轴承的轴套和所述的第二滚珠轴承(12)的轴套通过一个连接块(10)固定在一起；所述的微型直线导轨滑块机构(13)的滑块通过一个T形连接块(16)与平面电机的动子连接在一起；第二滚珠轴承(12)沿Z轴方向布置，第二滚珠轴承(12)的转轴与所述的Y方向直线气浮导轨滑块机构(6)的滑块连接在一起；所述的Y方向直线气浮导轨滑块机构(6)是通过一个L型连接板(18)与X方向直线导轨滑块机构(5)的滑块连接在一起。
2.按照权利要求1所述的一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台，其特征在于:在所述的柔性关节(7)上安装有两个光电位置探测器(30)，两个光电位置探测器对称布置在第二滚珠轴承(12)的两侧；每个光电位置探测器(30)包括一个光电位置传感器(31)和一个激光准直器(32);两个激光准直器分别固定在一个V型连接板(17)上，而该V型连接板(17)则与所述的Y方向气浮直线导轨滑块机构(6)的滑块固定在一起；两个光电位置传感器(32 )则位于T形连接块(16 )上，并分别对应于一个激光准直器(31)，并保证每个激光准直器(31)垂直于光电位置传感器(32 )的感光面。
3.按照权利要求1所述的一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台，其特征在于:在所述的Y方向直线气浮导轨滑块机构(6)和X方向直线导轨滑块机构(5)上分别安装有线性光栅尺。
4.按照权利要求1所述的一种用于光刻机工件台的具有柔性关节的线缆台，其特征在于:所述的线缆束(8)采用扁平的线缆排管。
【文档编号】G03F7/20GK203465517SQ201320538935
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】朱煜, 张鸣, 成荣, 刘召, 杨开明, 徐登峰, 张利, 秦慧超, 赵彦坡, 胡清平, 田丽, 叶伟楠, 张金, 尹文生, 穆海华, 胡金春 申请人:清华大学, 北京华卓精科科技有限公司