CN103573815B - 微动台及气浮轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微动台及气浮轴承，该微动台采用支瓦型静压气浮轴承对微动台上的硅片或玻璃基片进行高精度的支撑及导向工作，采用驱动电机组对微动板进行Z、θx、θy、θz向微行程运动，该支瓦型静压气浮轴承包括轴承定轴及数个环绕定轴均匀布置的瓦块装置，在所述瓦块装置与所述轴承定轴之间通气形成气膜，所述瓦块装置能够随所述微动台一起运动，制造的气膜也能够随之倾斜以起到支撑和导向的作用。

Description

微动台及气浮轴承

技术领域

本发明涉及光刻工艺，尤其涉及一种微动台及气浮轴承。

背景技术

光刻机微动台主要是携带硅片或玻璃基板进行Z、θx、θy、θz微行程运动，并进行精确定位，从而实现对硅片或玻璃基板的实时调焦、调平功能。为了达到高定位精度，微动台采用气浮轴承进行硅片或玻璃基片的支撑、导向。

现有技术中微动台的气浮轴承，采用的是一维转动柔性件作为气浮导向，同时气流须经柔性件进入柔性件与圆环定子之间的间隙，形成气膜，气膜厚度不可调节，无法补偿制造、安装误差，并且这种气浮轴承只在径向具有一维转动柔性，无法满足四自由度的精确定位，而且由于气流通道经过不同的柔性件，因此会造成各个柔性件灵敏度的差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种微动台及气浮轴承，以支撑硅片或玻璃基片，并对其运动进行导向。

为解决上述技术问题，本发明提供一种气浮轴承，其设置于微动台的底座与微动板之间，所述微动板能够做Z、θx、θy、θz向微行程运动，所述气浮轴承包括轴承定轴和若干瓦块装置，所述轴承定轴固定设置于所述底座上，所述微动板上设有一开口，所述轴承定轴远离所述底座的一端穿过所述开口，所述若干瓦块装置周设于所述轴承定轴的外圆周外侧，所述若干瓦块装置均与所述微动板连接，所述气浮轴承产生的气膜的方向及厚度能够随所述微动板位置的改变而改变。

可选的，所述若干瓦块装置均包括瓦块、第一接头、支座、螺杆和固定座，所述瓦块靠近所述轴承定轴那一面的形状与所述轴承定轴的形状相匹配，所述第一接头设置于所述瓦块上，所述瓦块的远离轴承定轴的那一面与所述支座连接，所述螺杆穿设于所述支座中并与所述支座通过螺纹连接，所述固定座将所述螺杆固定于所述微动板上，所述螺杆在所述固定座上绕其自身的中心轴旋转带动所述瓦块沿所述中心轴方向移动，达到所述瓦块与轴承定轴之间所需的间隙后，将所述支座连接至所述微动板上。

进一步的，所述瓦块装置还包括锁紧螺钉，所述锁紧螺钉设置于所述支座中，用于阻止所述螺杆旋转。

进一步的，所述瓦块装置还包括铰链，所述瓦块通过所述铰链与所述支座连接。

进一步的，所述铰链为柔性铰链。

进一步的所述支座通过螺丝连接于所述微动板上，所述支座上设有腰型孔，所述螺丝置于所述腰型孔内，所述螺丝能够在所述腰型孔内移动。

可选的，所述若干瓦块装置均包括瓦块、第一接头、支座、固定块和螺杆，所述瓦块靠近所述轴承定轴的那一面的形状与所述轴承定轴的形状相匹配，所述第一接头设置于所述瓦块上，所述瓦块的远离轴承定轴的那一面与所述螺杆的一端连接，所述螺杆穿设于所述固定块中并与所述固定块通过螺纹连接，所述固定块设置于所述支座上，所述螺杆在所述固定座上绕其自身的中心轴旋转带动所述瓦块沿所述中心轴方向移动，达到所述瓦块与轴承定轴之间所需的间隙后，将所述支座连接至所述微动板上。

进一步的，所述瓦块装置还包括螺母，所述螺母用于锁紧所述螺杆。

进一步的，所述螺母的数量为两个，分别设置在所述固定块的两侧，通过两个所述螺母锁紧所述螺杆。

进一步的，所述螺杆靠近所述瓦块的一端设有球头，所述瓦块靠近所述螺杆的一侧设有与所述球头相匹配的内球面，所述球头置于所述内球面内，所述瓦块能够绕所述球头的圆心自由旋转而不脱离所述螺杆。

进一步的，所述瓦块装置还包括第二接头，所述第二接头设置于所述瓦块上，其与所述瓦块接触的一端与所述内球面相通。

进一步的，所述瓦块装置还包括压块，所述压块固定于所述瓦块上靠近球头的位置上，其用于限制所述球头的运动，防止所述瓦块脱离所述螺杆。

本发明还提供一种微动台，所述微动台包括上述气浮轴承、微动板、底座和驱动电机组，所述气浮轴承固定设置于所述底座上，所述微动板通过所述驱动电机组与所述底座连接，所述驱动电机组能够驱动所述微动板做Z、θx、θy、θz向微行程运动。

进一步的，所述驱动电机组包括Z向电机和θz电机，所述Z向电机和θz电机均设置于所述微动板与所述底座之间。

进一步的，所述驱动电机组还包括重力补偿器，所述重力补偿器设置于所述微动板与所述底座之间。

进一步的，所述Z向电机的数量为三个，所述θz电机的数量为两个，所述重力补偿器的数量为三个，所述θz电机对称布置于所述气浮轴承的两侧，所述三个Z向电机与三个重力补偿器均呈三角状对称布置于所述微动板与所述底座之间的两个角与对边上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种微动台及气浮轴承，该微动台采用支瓦型静压气浮轴承对微动台上的硅片或玻璃基片进行高精度的支撑及导向工作，采用驱动电机组对微动板进行Z、θx、θy、θz向微行程运动，该支瓦型静压气浮轴承包括轴承定轴及数个环绕定轴均匀布置的瓦块装置，在所述瓦块装置与所述轴承定轴之间通气形成气膜，所述瓦块装置能够随所述微动台一起运动，制造的气膜也能够随之倾斜以起到支撑和导向的作用。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例提供的微动台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的气浮轴承的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的气浮轴承中瓦块装置的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的气浮轴承中瓦块装置的剖视图；

图5为本发明实施例二提供的气浮轴承中瓦块装置的结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的气浮轴承中瓦块装置的剖视图。

在图1至图6中，

1：气浮轴承；11：轴承定轴；12：瓦块装置；121：瓦块；122：第一接头；123：支座；124：螺杆；125：固定座；126：螺丝；127：锁紧螺钉；128：铰链；129：腰型孔；121′：瓦块；122′：第一接头；123′：支座；124′：螺杆；125′：固定块；126′：螺丝；127′：螺母；128′：球头；129′：压块；2：微动板；21：开口；3：底座；4：驱动电机组；41：Z向电机；42：θz电机；43：重力补偿器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的微动台及气浮轴承作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种微动台及气浮轴承，该微动台采用支瓦型静压气浮轴承对微动台上的硅片或玻璃基片进行高精度的支撑及导向工作，采用驱动电机组对微动板进行Z、θx、θy、θz向微行程运动，该支瓦型静压气浮轴承包括轴承定轴及数个环绕定轴均匀布置的瓦块装置，在所述瓦块装置与所述轴承定轴之间通气形成气膜，所述瓦块装置能够随所述微动台一起运动，制造的气膜也能够随之倾斜以起到支撑和导向的作用。

请参考图1至图6，图1为本发明实施例提供的微动台的结构示意图；图2为本发明实施例提供的气浮轴承的结构示意图；图3为本发明实施例一提供的气浮轴承中瓦块装置的结构示意图；图4为本发明实施例一提供的气浮轴承中瓦块装置的剖视图；图5为本发明实施例二提供的气浮轴承中瓦块装置的结构示意图；图6为本发明实施例二提供的气浮轴承中瓦块装置的剖视图。

实施例一

请重点参考图1，如图1所示，本发明实施例提供一种微动台，所述微动台包括气浮轴承1、微动板2、底座3和驱动电机组4，所述气浮轴承1固定设置于所述底座3上，所述微动板2通过所述驱动电机组4与所述底座3连接，所述驱动电机组4能够驱动所述微动板2做Z、θx、θy、θz向微行程运动，所述气浮轴承1产生的气膜的方向及厚度能够随所述微动板2位置的改变而改变。

进一步的，所述驱动电机组4包括三个Z向电机41、三个重力补偿器43和两个θz电机42，所述Z向电机41、重力补偿器43和θz电机42均设置于所述微动板2与所述底座3之间，并与所述微动板2与所述底座3刚性连接，用于驱动微动板2及其上面的物体做Z、θx、θy、θz向微行程运动，所述θz电机42对称布置于所述气浮轴承1的两侧，所述三个Z向电机41与三个重力补偿器43均呈三角状对称布置于所述微动板2与所述底座3之间的两个角与对边上，所述三个Z向电机41与三个重力补偿器43用于驱动微动板2的一侧或整体沿Z向运动，使所述微动板2能够做Z、θx、θy向的运动，所述重力补偿器43还能够起到减震与缓冲的作用，延长该微动台的使用寿命，所述两个θz电机42在驱动时分别沿Y轴的两个相反的方向对微动板2施加力，使其沿θz方向运动。

请重点参考图2，如图2所示，本发明实施例还提供一种气浮轴承1，所述气浮轴承1包括轴承定轴11和若干瓦块装置12，所述轴承定轴11固定设置于所述底座3上，所述微动板2上设有一开口21，所述轴承定轴11远离所述底座3的一端穿过所述开口21，所述若干瓦块装置12周设于所述轴承定轴11的外圆周外侧，所述若干瓦块装置12均与所述微动板2连接，在所述瓦块装置12与所述轴承定轴11之间通气以形成气膜，该气膜能够支撑与导向微动台2上的物体。

请重点参考图3和图4，如图3和图4所示，所述若干瓦块装置12均包括瓦块121、第一接头122、支座123、螺杆124、固定座125和螺丝126，所述瓦块121靠近所述轴承定轴11的那一面的形状与所述对应位置的轴承定轴11的形状相匹配，所述第一接头122设置于所述瓦块121上，所述瓦块121的远离轴承定轴11的那一面与所述支座123连接，所述螺杆124穿设于所述支座123中并与所述支座123通过螺纹连接，所述固定座125将所述螺杆124固定于所述微动板2上，所述螺杆124能够在所述固定座125上绕其自身的中心轴旋转带动所述瓦块12沿所述中心轴方向移动，达到所述瓦块12与轴承定轴11之间所需的间隙后，将所述支座123通过螺丝126连接至所述微动板2上，所述螺丝126设置于所述支座123上，所述微动板2的对应位置上设有与所述螺丝126对应的螺纹孔。

进一步的，所述瓦块装置12还包括锁紧螺钉127，所述锁紧螺钉127设置于所述支座123中，其用于阻止所述螺杆124旋转。

进一步的，所述瓦块装置12还包括铰链128，所述瓦块121通过所述铰链128与所述支座123连接。

进一步的，所述铰链128为柔性铰链。

进一步的，所述支座123上设有腰型孔129，所述螺丝126置于所述腰型孔129内，所述螺丝126能够在所述腰型孔129内移动。

通过旋动调节螺杆124，使支座123沿径向移动，从而使瓦块121靠近轴承定轴11的那一面与轴承定轴11之间产生间隙至所需距离，用锁紧螺钉127锁紧调节螺杆，设置在支座123上的腰型孔129能够使螺丝126在其中移动，并使其移动到对应的螺纹孔处，然后再用将螺丝126旋入到微动板2上对应的螺纹孔中固定支座123。微动台工作时，启动各个Z向电机41及θz电机42，同时开启气路，压缩空气通过各瓦块装置12的第一接头122，进入瓦块121中，并在定轴11与瓦块121之间形成一定厚度的气膜，从而承受载荷。此时在各电机的驱动下，以支瓦型静压气浮轴承1为导向，微动板2作Z、θx、θy、θz向微行程运动，由于瓦块121与柔性铰链128柔性连接，在运动过程中，瓦块121随着载荷的变化而自由的倾斜，从而实现高精度的导向定位。当遇有突发断气情况时，松开螺丝126，卸去固定座125，旋转调节螺杆126，移出瓦块121，以避免损伤瓦块121的承载面。

实施例二

本发明实施例中提供的微动台及气浮轴承与实施例一中微动台及气浮轴承的区别点为：请重点参考图5和图6，如图5和图6所示，所述若干瓦块装置均包括瓦块121′、第一接头122′、支座123′、固定块125′、螺杆124′和螺丝126′，所述瓦块121′靠近所述轴承定轴11的那一面的形状与所述对应位置的轴承定轴11的形状相匹配，所述第一接头122′设置于所述瓦块121′上，所述瓦块121′的远离轴承定轴11的那一面与所述螺杆124′的一端连接，所述螺杆124′穿设于所述固定块125′中并与所述固定块125′通过螺纹连接，所述固定块125′设置于所述支座123′上，所述螺杆124′能够在所述固定座125′上绕其自身的中心轴旋转带动所述瓦块12沿所述中心轴方向移动，达到所述瓦块12与轴承定轴11之间所需的间隙后，将所述支座123′通过螺丝126′连接至所述微动板2上，所述螺丝126′设置于所述支座123′上，所述微动板2的对应位置上设有与所述螺丝126′对应的螺纹孔。

进一步的，所述瓦块装置12还包括两个螺母127′，所述固定块125′的两侧分别通过所述两个螺母127′锁紧所述螺杆124′。

进一步的，所述螺杆124′靠近所述瓦块121′的一端设有球头128′，所述瓦块121′靠近所述螺杆124′的一侧设有与所述球头128′相匹配的内球面，所述球头128′置于所述内球面内，所述瓦块121′能够绕所述球头128′的圆心自由旋转而不脱离所述螺杆124′。

进一步的，所述瓦块装置12还包括第二接头(图中未示)，所述第二接头设置于所述瓦块121′上，其与所述瓦块121接触的一端与所述内球面相通。

进一步的，所述瓦块装置12还包括压块129′，所述压块129′固定于所述瓦块121′上靠近球头128′的位置上，其用于限制所述球头128′的运动，防止所述瓦块121′脱离所述螺杆124′。

根据载荷大小，转动螺杆124′，利用螺杆124′的径向移动，带动瓦块121′一起沿径向移动，从而实现调节气膜厚度的目的，调节完成后，用螺母127′从固定块125′的两端锁紧螺杆124′，将螺丝126′旋入微动板2上对应的螺纹孔中，同时通过瓦块121′上的第二接头(图中未显示)压缩空气进入到瓦块121′与螺杆124′的球头128′与内球面之间，形成气膜，是瓦块121′能够以球头128′的圆心自由转动，以适应轴承定轴11的变形或同轴误差，实现高精度定位，且使瓦块121′在转动时不受摩擦力的影响，减少其摩擦损伤。工作时，启动各个Z向驱动41及θz电机42，同时开启气路，压缩空气通过各瓦块121′上的第一接头122′，进入瓦块装置12的瓦块121′中，在轴承定轴11与瓦块121′之间形成一定厚度的气膜，从而承受微动板2上的载荷。微动板2在各驱动电机的驱动下，做Z、θx、θy、θz向运动，微动板2上的硅片或玻璃基片便能够受该气浮轴承1的支撑与导向，使硅片或玻璃基片能够随微动板2一起运动。当遇有突发断气情况时，可旋出靠外的螺母127′，并旋转螺杆124′，将螺杆124′与瓦块121′一起移出支座123′与固定块125′组成的固定副，以避免损伤瓦块121′的承载面。

本发明实施例中提供的微动台及气浮轴承相对于实施例一中的微动台及气浮轴承在其他结构上均无变化，故在此便不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种气浮轴承，其设置于微动台的底座与微动板之间，所述微动板能够做Z、θx、θy、θz向微行程运动，其特征在于，包括轴承定轴和若干瓦块装置，所述轴承定轴固定设置于所述底座上，所述微动板上设有一开口，所述轴承定轴远离所述底座的一端穿过所述开口，所述若干瓦块装置周设于所述轴承定轴的外圆周外侧，所述若干瓦块装置均与所述微动板连接，所述瓦块装置能够随所述微动台一起运动，使得所述气浮轴承产生的气膜的方向及厚度随所述微动板位置的改变而改变；

所述若干瓦块装置均包括瓦块、第一接头、支座、螺杆和固定座，所述瓦块靠近所述轴承定轴那一面的形状与所述轴承定轴的形状相匹配，所述第一接头设置于所述瓦块上，所述瓦块的远离轴承定轴的那一面与所述支座连接，所述螺杆穿设于所述支座中并与所述支座通过螺纹连接，所述固定座将所述螺杆固定于所述微动板上，所述螺杆在所述固定座上绕其自身的中心轴旋转带动所述瓦块沿所述中心轴方向移动，达到所述瓦块与轴承定轴之间所需的间隙后，将所述支座连接至所述微动板上。

2.根据权利要求1所述气浮轴承，其特征在于，所述瓦块装置还包括锁紧螺钉，所述锁紧螺钉设置于所述支座中，用于阻止所述螺杆旋转。

3.根据权利要求1所述气浮轴承，其特征在于，所述瓦块装置还包括铰链，所述瓦块通过所述铰链与所述支座连接。

4.根据权利要求3所述气浮轴承，其特征在于，所述铰链为柔性铰链。

5.根据权利要求1所述气浮轴承，其特征在于，所述支座通过螺丝连接于所述微动板上，所述支座上设有腰型孔，所述螺丝置于所述腰型孔内，所述螺丝能够在所述腰型孔内移动。

6.一种气浮轴承，其设置于微动台的底座与微动板之间，所述微动板能够做Z、θx、θy、θz向微行程运动，其特征在于，包括轴承定轴和若干瓦块装置，所述轴承定轴固定设置于所述底座上，所述微动板上设有一开口，所述轴承定轴远离所述底座的一端穿过所述开口，所述若干瓦块装置周设于所述轴承定轴的外圆周外侧，所述若干瓦块装置均与所述微动板连接，所述瓦块装置能够随所述微动台一起运动，使得所述气浮轴承产生的气膜的方向及厚度随所述微动板位置的改变而改变；

所述若干瓦块装置均包括瓦块、第一接头、支座、固定块和螺杆，所述瓦块靠近所述轴承定轴的那一面的形状与所述轴承定轴的形状相匹配，所述第一接头设置于所述瓦块上，所述瓦块的远离轴承定轴的那一面与所述螺杆的一端连接，所述螺杆穿设于所述固定块中并与所述固定块通过螺纹连接，所述固定块设置于所述支座上，所述螺杆在所述固定块上绕其自身的中心轴旋转带动所述瓦块沿所述中心轴方向移动，达到所述瓦块与轴承定轴之间所需的间隙后，将所述支座连接至所述微动板上。

7.根据权利要求6所述气浮轴承，其特征在于，所述瓦块装置还包括螺母，所述螺母用于锁紧所述螺杆。

8.根据权利要求7所述气浮轴承，其特征在于，所述螺母的数量为两个，分别设置在所述固定块的两侧，通过两个所述螺母锁紧所述螺杆。

9.根据权利要求6所述的气浮轴承，其特征在于，所述螺杆靠近所述瓦块的一端设有球头，所述瓦块靠近所述螺杆的一侧设有与所述球头相匹配的内球面，所述球头置于所述内球面内，所述瓦块能够绕所述球头的圆心自由旋转而不脱离所述螺杆。

10.根据权利要求9所述的气浮轴承，其特征在于，所述瓦块装置还包括第二接头，所述第二接头设置于所述瓦块上，其与所述瓦块接触的一端与所述内球面相通。

11.根据权利要求9所述的气浮轴承，其特征在于，所述瓦块装置还包括压块，所述压块固定于所述瓦块上靠近球头的位置上，其用于限制所述球头的运动，防止所述瓦块脱离所述螺杆。

12.一种微动台，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述气浮轴承、微动板、底座和驱动电机组，所述气浮轴承固定设置于所述底座上，所述微动板通过所述驱动电机组与所述底座连接，所述驱动电机组能够驱动所述微动板做Z、θx、θy、θz向微行程运动。

13.根据权利要求12所述微动台，其特征在于，所述驱动电机组包括Z向电机和θz电机，所述Z向电机和θz电机均设置于所述微动板与所述底座之间。

14.根据权利要求13所述微动台，其特征在于，所述驱动电机组还包括重力补偿器，所述重力补偿器设置于所述微动板与所述底座之间。

15.根据权利要求14所述微动台，其特征在于，所述Z向电机的数量为三个，所述θz电机的数量为两个，所述重力补偿器的数量为三个，所述θz电机对称布置于所述气浮轴承的两侧，所述三个Z向电机与三个重力补偿器均呈三角状对称布置于所述微动板与所述底座之间的两个角与对边上。