CN112051715A - 带精密测量的可控升降装置以及包含其的光刻设备 - Google Patents

带精密测量的可控升降装置以及包含其的光刻设备 Download PDF

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CN112051715A CN202011040473.6A CN202011040473A CN112051715A CN 112051715 A CN112051715 A CN 112051715A CN 202011040473 A CN202011040473 A CN 202011040473A CN 112051715 A CN112051715 A CN 112051715A
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Abstract

本发明公开一种带精密测量的可控升降装置及光刻设备，装置包括固定基座、导向座、移动组件、驱动组件，固定基座与导向座固定连接，固定基座上有轴线竖向的导向套，移动组件包括升降头、导向杆、磁钢，导向杆上端有安装孔，导向杆穿过导向套，导向杆与导向套以及固定基座、导向座之间形成气浮接触面；磁钢、升降头依次装入导向杆的安装孔，使升降头伸出导向套的上端部，驱动组件包括电机线圈和铁芯，铁芯设置在导向杆与导向套之间的环形空间内，电机线圈缠绕在铁芯上，移动组件中心有气孔，固定基座通过导向杆的气道向气孔提供正压或负压气体。本发明采用气浮接触面导向减少零部件之间的摩擦，避免颗粒产生，并提高运动精度，减少电机驱动力要求。

Description

带精密测量的可控升降装置以及包含其的光刻设备
技术领域
本发明涉及光刻技术领域，具体地说，涉及一种带精密测量的可控升降装置以及包含其的光刻设备。
背景技术
光刻设备的硅片交接装置配合传输机械手，可实现硅片的交接功能。光刻设备中用来对硅片进行可控升降的装置通常称为E-pin。E-pin被安装在承片台上，光刻设备在工作时需要对硅片进行上片和下片操作。上片时，硅片被机械手传输至设定的位置，E-pin的pin杆伸出从机械手上取下硅片，然后pin杆缩回，将硅片放置在承片台上。下片时，pin杆伸出将硅片从承片台上抬起至设定高度，然后被机械手取走。因此，E-pin既需要可伸缩功能，用于举升和下降硅片；又需要有位置测量的功能，防止硅片升降不到位造成硅片及零部件的损坏。
发明人发现，在将硅片取放到吸盘上，采用目前的滑动和滚动传动结构会引入颗粒污染，采用滑动导向，导向杆与导向套采用硬度较高且耐磨材料，虽然可降低颗粒的数量，但是还是会引入颗粒污染；采用滚动导向，是导向杆与导向套或者固定座、导向基座之间采用滚轮导向，这样会引入油脂，造成颗粒污染，破坏光刻环境。
为此应采用可导向而又不污染光刻环境的结构，而截至目前，暂未有较好的解决方案。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种带精密测量的可控升降装置，包括固定基座、导向座、移动组件、驱动组件，
其中，固定基座与导向座固定连接，在固定基座上安装有轴线竖向的导向套，
其中，移动组件包括：
升降头，
导向杆，上端具有与导向套同轴的安装孔，导向杆同轴穿过导向套，并且，导向杆上部与导向套，导向杆下部与固定基座、导向座之间都形成气浮接触面；
磁钢，磁钢、升降头依次装入导向杆的安装孔，使得升降头伸出导向套的上端部，
其中，驱动组件包括：
电机线圈和铁芯，铁芯同轴设置在导向杆与导向套之间的环形空间内，电机线圈缠绕在铁芯上，
其中，在移动组件中心同轴开设有穿透至升降头上端的气孔，在导向杆上设置有进气孔以及连通所述进气孔与所述气孔的气道，在固定基座上开设有气源孔和出气孔，所述气源孔与气源连通，所述出气孔通过软管与导向杆上的所述进气孔连通，通过气源孔向所述气孔提供正压或负压气体。
优选地，移动组件还包括第一橡胶圈、支撑杆和固定套，所述固定套、支撑杆、第一橡胶圈、升降头依次连接装入到导向杆的安装孔中。
优选地，在固定基座上开设有用于冷却所述电机线圈的冷却水槽，冷却水固定套围绕在固定基座的***密封所述冷却水槽，在所述固定基座上设置有与冷却水槽连通的进水口和出水口。
优选地，固定基座上设置有穿透固定基座至导向杆的光栅尺读数头安装孔，光栅尺读数头通过所述光栅尺读数头安装孔安装在固定基座上，在所述导向杆上设置有光栅尺。
优选地，在导向杆上设置有竖向的限位槽，在所述固定基座上设置有限位杆安装孔，限位杆穿过所述限位杆安装孔并通过螺纹连接固定在导向座上，限位杆穿出导向座的端部***在所述限位槽内，并且，限位杆穿出导向座的端部套设有第二橡胶圈。
优选地，在导向杆上设置有两个进气孔以及由各进气孔分别与所述气孔连通的气道，在固定基座上开设有两个气源孔，一个气源孔与正压气源连通，另一个气源孔与负压气源连通，固定基座上还设置有两个出气孔，两个出气孔分别通过软管与导向杆上对应的进气孔连通。
优选地，所述磁钢的上下两端分别设置有铁芯盘，并且，在上端的铁芯盘与固定套之间还设置有调整垫。
优选地，所述导向杆包括圆柱体以及同轴连接于圆柱体下方的方块体，所述圆柱体的上部与导向套之间形成气浮接触面，所述方块体的相对的两侧面中的一侧是通过突出的相互平行的多个第一竖向平面与导向座之间形成气浮接触面，所述方块体的相对的两侧面中的另一侧是通过两个相对倾斜延伸的第二竖向平面与固定基座之间形成气浮接触面。
优选地，固定基座上延伸出至少三个定位支杆，所有定位支杆的端部形成有共面的定位平面，且在定位平面上都设置有定位销孔。
本发明还提供一种光刻设备，包括承载硅片的承片台，还包括如上所述的带精密测量的可控升降装置，所述可控升降装置安装在所述承片台上。
本发明的带精密测量的可控升降装置以及包含其的光刻设备具有以下技术效果：
(1)采用气浮接触面导向仅保留导向杆在竖向的自由度，可以减少零部件之间的摩擦，避免颗粒的产生，并可以提高运动精度，减少了电机驱动力的要求；
(2)通过限位槽和限位杆的配合，防止出现特殊情况下，硅片超出行程范围，损坏硅片及其它光刻设备零部件，如叉片机械手、物镜等；
(3)第一橡胶圈使硅片避免直接与pin脚产生刚性接触，防止硅片接触刚度较大结构件时出现硅片的损坏，并可实现Rx、Ry、Z向(竖向为Z轴的直角坐标系)自由度的微小调整。
(4)可以实时监测硅片的上升和下降，精准控制硅片位置。
(5)升降头的上下运动是依靠电磁的相互作用，既节省空间，又满足硅片上下平稳、可靠的传输的需求。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的带精密测量的可控升降装置的正向剖视图；
图2是表示本发明实施例的带精密测量的可控升降装置的侧向剖视图；
图3是表示本发明实施例的升降头与第一橡胶圈、支撑杆连接的结构示意图；
图4是表示本发明实施例的气孔、气道的示意图；
图5是表示本发明实施例的固定基座的立体示意图；
图6是表示本发明实施例的移动组件的立体示意图；
图7是表示本发明实施例的带精密测量的可控升降装置的仰视图。
图中包括：升降头1、第一橡胶圈2、支撑杆3、固定套4、E-pin导向杆5、导向套6、调整垫7、铁芯盘8、磁钢9、冷却水固定套10、冷却水密封圈11、线圈铁芯12、电机线圈13、固定基座14、光栅尺读数头15、光栅尺16、导向座17、限位杆18、限位杆第二橡胶圈19、柔性气管20、气管接头21、螺钉22、限位槽23、气孔400、进气孔51、气道52、出气孔141，螺钉孔142、限位杆安装孔143、圆柱体55、方块体56、第一竖向平面300、第二竖向平面200、连接竖面561、定位平面147、定位支杆146、定位销孔148。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的带精密测量的可控升降装置以及包含其的光刻设备的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
如图1所示，带精密测量的可控升降装置包括固定基座14、导向座17、移动组件、驱动组件，其中，固定基座14与导向座17固定连接，图5是固定基座的立体示意图，其中，在固定基座14上加工有螺钉孔142，所述导向座17通过螺钉孔142与固定基座14固定连接。在固定基座14上安装有轴线竖向的导向套6。其中，移动组件包括升降头1、导向杆5、磁钢9，所述导向杆5的上端具有与导向套6同轴的安装孔，导向杆5同轴穿过导向套6，穿入到固定基座14、导向座17围成的空间内。在导向套6与导向杆5之间形成有环形空间。并且，导向杆5与导向套6以及固定基座14、导向座17之间形成有气浮接触，用以限制导向杆5在五个方向的自由度，保留其在竖向的自由度。所述气浮接触是指两个接触面之间具有一定的间隙，在间隙之间具有空气，这使得两个接触面之间既具有一定的导向作用，又具有摩擦系数小，滑动顺畅的特点。当然，间隙也不宜过大，否则也起不到导向的作用。
磁钢9、升降头1依次装入导向杆5的安装孔，使得升降头1伸出导向套6的上端部，优选地，移动组件还包括第一橡胶圈2、支撑杆3、固定套4，如图3、图4所示，升降头1与第一橡胶圈2连接，第一橡胶圈2与支撑杆3连接，支撑杆3与下方的固定套4连接，然后再把固定套4安装在导向杆5的安装孔中。第一橡胶圈2的作用是保证升降头1可以在Rx、Ry和Z方向有一定的柔性。另外，所述磁钢9的上下两端都设置有铁芯盘8，铁芯盘8的作用是优化磁钢9自身的磁场，使磁钢9中的磁感线形成闭环。一个铁芯盘8装入安装孔，然后装入磁钢9，然后再装入铁芯盘8，还可以在铁芯盘8上方设置调整垫7，调整垫7是为了调整整体高度。然后再将固定套4、支撑杆3、第一橡胶圈2、升降头1依次装入到安装孔中。
其中，驱动组件包括电机线圈13和线圈铁芯12，所述导向套6具有环形内台肩，使得导向杆5与导向套6之间形成间隙不同的环形空间，其上部的环形空间间隙相对较小，导向杆5与导向套之间为气浮接触面，下部的环形空间间隙较大，线圈铁芯12同轴设置在下部的环形空间内，电机线圈13缠绕在线圈铁芯12上。在导向套和固定基座上设置有供电机线圈13两端穿出与电源连接的穿线孔。
其中，如图4所示，在移动组件中心同轴开设有气孔400，也就是说，气孔400穿透升降头1、第一橡胶圈2、支撑杆3、固定套4、调整垫7、铁芯盘8、磁钢9进入导向杆5，在导向杆5的下端将该气孔封闭，如图1所示，通过螺栓旋合在气孔400的底端将该气孔下端封闭。在导向杆5上设置有进气孔51以及连通所述进气孔51与所述气孔400的气道52，在固定基座14上开设有气源孔，所述气源孔与气源连通，固定基座上还设置有出气孔141，所述出气孔141通过柔性气管20、气管接头21与导向杆5上的进气孔51连通，通过气源孔向所述气孔400提供正压或负压气体。
优选地，在导向杆5上设置有两个进气孔以及由各进气孔分别与所述气孔连通的气道，在固定基座上开设有两个气源孔，一个气源孔与正压气源连通，另一个气源孔与负压气源连通，固定基座上还设置有两个出气孔，两个出气孔通过软管分别与导向杆5上的进气孔连通。气源孔可以加工在固定基座14底部，分别用来实现对硅片的真空抽取及背吹功能。
进一步地，在固定基座14上开设有用于冷却所述电机线圈的冷却水槽，冷却水固定套10围绕在固定基座的***密封所述冷却水槽。如图2所示，冷却水固定套10通过螺钉22与固定基座14连接，在固定基座14上设置有与冷却水槽连通的进水口和出水口，冷却水固定套10与固定基座14间上下两侧装有冷却水密封圈11，用以密封冷却水。
进一步地，在固定基座14上设置有光栅尺读数头安装孔，光栅尺读数头15通过所述光栅尺读数头安装孔安装在固定基座14上，在所述导向杆5的外圆周上设置有竖向的光栅尺，在所述导向杆5上下移动的过程中，所述光栅尺读数头15可以读取光栅尺16的读数。
进一步地，在导向杆5上设置有竖向的限位槽23，在所述固定基座14上设置有限位杆安装孔143，限位杆18穿过所述限位杆安装孔143并通过螺纹连接固定在导向座17上，限位杆18穿出导向座17的端部***在所述限位槽23内，并且，限位杆18穿出导向座17的端部套设有限位杆第二橡胶圈19，避免限位杆18与导向杆的限位槽23的直接刚性接触，同时起对导向杆的限位作用。
进一步地，如图6所示，所述导向杆5包括圆柱体55以及同轴连接于圆柱体下方的方块体56，所述圆柱体55的上部与导向套6之间形成气浮接触面，所述方块体56的相对的两侧中的一侧是通过突出的多个相互平行的第一竖向平面300与导向座17之间形成气浮接触面，图6中采用两个第一竖向平面300。当然本实施例不限制第一竖向平面300的数量，也可以是一个。所述方块体56的相对的两侧中的另一侧是通过两个相对倾斜延伸的第二竖向平面200与固定基座之间形成气浮接触面。两个第二竖向平面200也可以是倾斜角度不同的竖向切面。圆柱体55与导向套之间的气浮接触面可以是仅在圆柱体上设置一部分外径与导向套之间为气浮接触，而其他部分的外径则可以相对减小，以使得滑动顺畅。例如图6中，环形凸台100的外径比圆柱体55的外径大，环形凸台100与导向套6之间为气浮接触。
所述第二竖向平面200可以是对称的从该侧的水平两端以一定倾斜角度竖向切得的两个竖向平面，如图6中是分别从该侧的水平两端向中间倾斜切得的竖向平面，在两个第二竖向平面200之间形成有凹陷的连接竖面561，光栅尺16安装在该连接竖面561上，可以保护光栅尺在上下移动的过程中碰撞损坏。本实施例并不用于限制该汽浮接触面的数量。
进一步地，在固定基座14上延伸出至少三个定位支杆146，所有定位支杆146的端部形成有共面的定位平面147，且在定位平面147上设置有定位销孔148。通过所述定位平面147，将固定基座14安装在基准面上。
本发明还提供一种光刻设备，包括承载硅片的承片台，还包括如上所述的带精密测量的可控升降装置，所述可控升降装置安装在所述承片台上。
下面说明一下该带精密测量的可控升降装置的工作过程：
工作之前，将装配后的可控升降装置通过固定基座14上的定位面147固定在基准面上，并用定位销通过固定基座14上加工的定位销孔148将其位置固定。
工作时，当需要从叉片机械手上取下硅片时，为了防止硅片的滑落，升降头1提供背部真空吸力，让硅片吸附在升降头1上，当硅片吸附在升降头1上时，通过控制电机线圈13，电机线圈13与磁钢9的磁力相互作用，使带有升降头1的导向杆5的部分整体下移，通过光栅尺读数头15与光栅尺16的作用，来实时监测硅片的下降高度，当达到指定位置时，关闭提供真空环境的气源，给升降头1提供背吹气体，使硅片脱离升降头1，脱离的硅片此时会落在吸盘上，进行后续操作。
当加工完成的硅片需要脱离吸盘时，升降头1内的气孔重新提供背部真空吸力，将硅片吸附在升降头上，然后通过电机线圈13和磁钢9的相互作用，使升降1带动硅片向上移动，达到指定位置后，当需要叉片机械手取走硅片时，停止提供背部真空吸力，硅片就可以被取走。
整个移动过程中，该装置中提供了气浮导向结构，冷却水冷却结构、限位结构及实时位置检测，保证硅片从叉片机械手到吸盘或者从吸盘到叉片机械手的过程中能平稳安全的运行。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带精密测量的可控升降装置，其特征在于，包括固定基座、导向座、移动组件、驱动组件，
其中，固定基座与导向座固定连接，在固定基座上安装有轴线竖向的导向套，
其中，移动组件包括：
升降头，
导向杆，上端具有与导向套同轴的安装孔，导向杆同轴穿过导向套，并且，导向杆上部与导向套，导向杆下部与固定基座、导向座之间都形成气浮接触面；
磁钢，磁钢、升降头依次装入导向杆的安装孔，使得升降头伸出导向套的上端部，
其中，驱动组件包括：
电机线圈和铁芯，铁芯同轴设置在导向杆与导向套之间的环形空间内，电机线圈缠绕在铁芯上，
其中，在移动组件中心同轴开设有穿透至升降头上端的气孔，在导向杆上设置有进气孔以及连通所述进气孔与所述气孔的气道，在固定基座上开设有气源孔和出气孔，所述气源孔与气源连通，所述出气孔通过软管与导向杆上的所述进气孔连通，通过气源孔向所述气孔提供正压或负压气体。
2.根据权利要求1所述的带精密测量的可控升降装置，其特征在于，移动组件还包括第一橡胶圈、支撑杆和固定套，所述固定套、支撑杆、第一橡胶圈、升降头依次连接装入到导向杆的安装孔中。
3.根据权利要求1所述的带精密测量的可控升降装置，其特征在于，在固定基座上开设有用于冷却所述电机线圈的冷却水槽，冷却水固定套围绕在固定基座的***密封所述冷却水槽，在所述固定基座上设置有与冷却水槽连通的进水口和出水口。
4.根据权利要求1所述的一种带精密测量的可控升降装置，其特征在于，固定基座上设置有穿透固定基座至导向杆的光栅尺读数头安装孔，光栅尺读数头通过所述光栅尺读数头安装孔安装在固定基座上，在所述导向杆上设置有光栅尺。
5.根据权利要求1所述的一种带精密测量的可控升降装置，其特征在于，在导向杆上设置有竖向的限位槽，在所述固定基座上设置有限位杆安装孔，限位杆穿过所述限位杆安装孔并通过螺纹连接固定在导向座上，限位杆穿出导向座的端部***在所述限位槽内，并且，限位杆穿出导向座的端部套设有第二橡胶圈。
6.根据权利要求1所述的一种带精密测量的可控升降装置，其特征在于，在导向杆上设置有两个进气孔以及由各进气孔分别与所述气孔连通的气道，在固定基座上开设有两个气源孔，一个气源孔与正压气源连通，另一个气源孔与负压气源连通，固定基座上还设置有两个出气孔，两个出气孔分别通过软管与导向杆上对应的进气孔连通。
7.根据权利要求2所述的一种带精密测量的可控升降装置，其特征在于，所述磁钢的上下两端分别设置有铁芯盘，并且，在上端的铁芯盘与固定套之间还设置有调整垫。
8.根据权利要求1所述的一种带精密测量的可控升降装置，其特征在于，所述导向杆包括圆柱体以及同轴连接于圆柱体下方的方块体，所述圆柱体的上部与导向套之间形成气浮接触面，所述方块体的相对的两侧面中的一侧是通过突出的相互平行的多个第一竖向平面与导向座之间形成气浮接触面，所述方块体的相对的两侧面中的另一侧是通过两个相对倾斜延伸的第二竖向平面与固定基座之间形成气浮接触面。
9.根据权利要求1所述的一种带精密测量的可控升降装置，其特征在于，固定基座上延伸出至少三个定位支杆，所有定位支杆的端部形成有共面的定位平面，且在定位平面上都设置有定位销孔。
10.一种光刻设备，包括承载硅片的承片台，其特征在于，还包括如权利要求1至9中任一项所述的带精密测量的可控升降装置，所述可控升降装置安装在所述承片台上。
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