CN114114845A - 基片交接单元及基片交接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基片交接单元及基片交接装置，基片交接单元包括定子及动子；所述定子包括线圈以及沿轴向设置的内腔，所述线圈围绕所述内腔周向设置；所述动子包括磁体及气浮轴承，所述磁体沿所述定子的轴向可活动地设置于所述内腔中；所述磁体用于在所述线圈的驱动下沿所述定子的轴向移动；所述磁体通过所述气浮轴承气浮连接于所述内腔中；所述气浮轴承至少包括上气浮面与下气浮面，所述上气浮面与所述下气浮面沿所述定子的轴向间隔分布，且所述上气浮面的延伸方向与所述下气浮面的延伸方向相同。如此配置，每个基片交接单元均独立包括定子和动子，能够各自独立地调整，减小集成的难度。气浮轴承的设置进一步提高基片交接单元的稳定性和可靠性。

Description

基片交接单元及基片交接装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种基片交接单元及基片交接装置。

背景技术

光刻设备中硅片的交接需要通过特殊的交接装置来实现硅片的吸附、直线传输和释放等功能，这一系列动作都需要在较短时间内快速完成并保持高度可靠性。随着光刻机的精度和产率的提高，对交接装置的设计也越来越高，以往的交接装置采用音圈电机和机械导轨的一体式交接装置，但是现有技术中存在一体式交接装置的多个固定头共用一个电机，其尺寸较大，不适用于狭小的空间。此外，现有的交接装置中，还存在表面温度或内部线圈温度太高、动子部分易受外部磁场干扰等问题，这些问题影响了交接装置的控制性能、音圈电机的寿命、交接精度和集成效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基片交接单元及基片交接装置，以解决现有技术中交接装置体积大、易受外部磁场干扰等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基片交接单元，其包括：定子及动子；

所述定子包括线圈以及沿轴向设置的内腔，所述线圈围绕所述内腔周向设置；

所述动子包括磁体及气浮轴承，所述磁体沿所述定子的轴向可活动地设置于所述内腔中；所述磁体用于在所述线圈的驱动下沿所述定子的轴向移动；所述磁体通过所述气浮轴承气浮连接于所述内腔中；所述气浮轴承至少包括上气浮面与下气浮面，所述上气浮面与所述下气浮面沿所述定子的轴向间隔分布，且所述上气浮面的延伸方向与所述下气浮面的延伸方向相同。

可选的，所述上气浮面为环形，所述下气浮面包括两个以上的子气浮面，所述两个以上的子气浮面在所述定子的径向上成角度地布置。

可选的，所述下气浮面包括多个子气浮面，至少三个所述子气浮面的内切圆的圆心位于所述上气浮面的轴线上。

可选的，所述动子包括进气口，所述进气口用于为所述气浮轴承供气，所述进气口通过软管与所述定子连接。

可选的，所述动子包括背铁，所述背铁沿所述定子的轴向设置于所述磁体的两端。

可选的，所述定子包括铁磁性套及底座，所述铁磁性套至少包裹所述线圈的外周，所述底座中开设有冷却液流道，所述冷却液流道至少部分沿所述定子的轴向与所述线圈重叠；所述铁磁性套与所述底座导热连接，所述线圈与所述铁磁性套导热连接。

可选的，所述动子包括固定头与抽气口，所述固定头用于吸附和支撑一基片，所述抽气口与所述固定头通过抽气管路连通，用于自所述固定头抽气，所述抽气口通过软管与所述定子连接。

可选的，所述基片交接单元还包括：机械限位组件，所述机械限位组件包括相对设置的两个限位件，所述两个限位件分别设置于所述定子与所述动子上，所述机械限位组件用于通过所述两个限位件的抵靠，限制所述动子的轴向行程。

可选的，所述基片交接单元还包括：光栅尺组件，所述光栅尺组件包括相对设置的尺带与读头，所述尺带设置于所述动子上，所述读头设置于所述定子上，所述光栅尺组件用于测量所述动子相对于所述定子的轴向位移量。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种基片交接装置，其包括：至少三个如上所述的基片交接单元，所述至少三个基片交接单元的设置方向相同，且被配置为同步运动。

综上所述，本发明提供的基片交接单元及基片交接装置中，基片交接单元包括定子及动子；所述定子包括线圈以及沿轴向设置的内腔，所述线圈围绕所述内腔周向设置；所述动子包括磁体及气浮轴承，所述磁体沿所述定子的轴向可活动地设置于所述内腔中；所述磁体用于在所述线圈的驱动下沿所述定子的轴向移动；所述磁体通过所述气浮轴承气浮连接于所述内腔中；所述气浮轴承至少包括上气浮面与下气浮面，所述上气浮面与所述下气浮面沿所述定子的轴向间隔分布，且所述上气浮面的延伸方向与所述下气浮面的延伸方向相同。基片交接装置包括至少三个设置方向相同且被配置为同步运动的基片交接单元。如此配置，每个基片交接单元均独立包括定子和动子，能够各自独立地调整，减小了集成的难度，提高了集成效率，进而减小了基片交接装置的整体尺寸，更利于组件结构布局，提高产品的稳定性和可靠性。此外，气浮轴承的设置能够限制动子的径向和周向的自由度，提高基片交接单元的驱动精度，进一步提高基片交接单元的稳定性和可靠性。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1是本发明一实施例提供的基片交接单元沿纵向的剖面示意图；

图2是本发明一实施例提供的基片交接单元的定子的示意图；

图3是本发明一实施例提供的基片交接单元的动子的示意图；

图4是本发明一实施例提供的基片交接单元的驱动原理的示意图；

图5是本发明一实施例提供的基片交接单元的管路连接示意图；

图6是本发明一实施例提供的动子的透视示意图；

图7是图6所示的动子沿纵向的剖面示意图；

图8是本发明一实施例提供的另一基片交接单元沿横向的剖面示意图；

图9是本发明一实施例提供的基片交接装置的示意图。

附图中：

10-基片交接单元；20-承片台；30-运动平台；40-基片；

100-定子；110-内腔；120-线圈；121-线圈支架；130-铁磁性套；140-冷却液流道；141-冷却液入口；142-冷却液出口；143-导热胶；150-底座；160-顶丝；200-动子；210-磁体；220-背铁；230-固定头；240-气浮轴；241-上气浮面；242-下气浮面；2421～2424-子气浮面；250-进气口；251-进气接头；260-抽气口；261-抽气接头；271-抽气管路；272-间隙；300-机械限位组件；311、312-限位件；321-上限接近开关；322-下限接近开关；400-光栅尺组件；411-尺带；412-读头。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。

本发明提供了一种基片交接单元及基片交接装置，以解决现有技术中交接装置体积大、易受外部磁场干扰等问题。

以下参考附图进行描述。

请参考图1至图9，其中，图1是本发明一实施例提供的基片交接单元沿纵向的剖面示意图，图2是本发明一实施例提供的基片交接单元的定子的示意图，图3是本发明一实施例提供的基片交接单元的动子的示意图，图4是本发明一实施例提供的基片交接单元的驱动原理的示意图，图5是本发明一实施例提供的基片交接单元的管路连接示意图，图6是本发明一实施例提供的动子的透视示意图，图7是图6所示的动子沿纵向的剖面示意图，图8是本发明一实施例提供的另一基片交接单元沿横向的剖面示意图；图9是本发明一实施例提供的基片交接装置的示意图。

如图1至图7所示，本发明一实施例提供一种基片交接单元，其包括：定子100及动子200；所述定子100包括线圈120以及沿轴向设置的内腔110，所述线圈120围绕所述内腔110周向设置；所述动子200包括磁体210及气浮轴承，所述磁体210沿所述定子100的轴向可活动地设置于所述内腔110中，所述磁体210用于在所述线圈120的驱动下沿所述定子100的轴向移动；所述磁体210通过所述气浮轴承气浮连接于所述内腔110中。如此配置，每个基片交接单元均独立包括定子100和动子200，能够各自独立地调整，减小了集成的难度，提高了集成效率，进而减小了基片交接装置的整体尺寸，更利于组件结构布局，提高产品的稳定性和可靠性。此外，气浮轴承的设置能够限制动子200的径向和周向的自由度，提高基片交接单元的驱动精度，进一步提高基片交接单元的稳定性和可靠性。

以下结合一示范性的实施例对本实施例提供的基片交接单元进行说明。

请参考图1，所述基片交接单元主要包括定子100和动子200，该基片交接单元主要用于沿Z向(如垂向)设置，定子100的内腔110亦优选沿Z向设置，动子200在装设于所述内腔110中后，能够沿Z向活动，但被限制沿X向与沿Y向的自由度。可选的，动子200大致呈圆柱体形，其顶端设有固定头230，固定头230用于吸附和支撑一基片，如硅片等。相适配的，定子100的内腔110亦为圆柱体形，磁体210和线圈120的横截面均呈环形。如图4所示，线圈120在切割磁力线时，当有如图4中所示方向的电流通过线圈120时，基片交接单元中的磁力线如图4中的虚线箭头方向所示，线圈120会对磁体210产生图4中向上的安培力F，从而驱动动子200运动。可以理解的，当线圈120中通过的电流方向相反时，驱动动子200沿相反的方向运动。进而通过动子200的运动，即可实现对基片位置的调整。

如图3所示，优选的，所述动子200包括背铁220，所述背铁220沿所述定子100的轴向设置于所述磁体210的两端。磁体210优选采用强永磁材料，如钕铁硼材料等，磁体210的充磁方向为Z向，即与动子200的运动方向相同。背铁220优选固定连接于磁体210沿Z向的两端，如可粘接于磁体210的上下两端，背铁220优选采用高饱和磁感应强度的材料，如铁钴钒软磁合金(1J22)等。在一些实施例中，动子200包括一气浮轴240，磁体210和背铁220可固定设置于气浮轴240上，如采用粘接等方式连接，从而在动子200的内部形成磁回路。背铁220的设置能够有效地提高动子200的驱动效率，减少外部磁场对动子200的干扰，进一步提高基片交接单元的稳定性和可靠性。

进一步的，所述气浮轴承至少包括上气浮面241与下气浮面242，所述上气浮面241与所述下气浮面242沿所述定子100的轴向间隔分布，且所述上气浮面241的延伸方向与所述下气浮面242的延伸方向相同(如均沿Z向延伸)。沿Z向间隔的两段式或多段式的气浮轴承，可以有效地对动子200的X向、Y向、Rx和Ry自由度进行约束，即至少限制了动子200围绕X轴、Y轴的转动自由度和沿X轴、Y轴的移动自由度。更进一步的，所述上气浮面241为环形，所述下气浮面242包括两个以上的子气浮面，所述两个以上的子气浮面在所述定子100的径向上成角度地布置。下气浮面242的子气浮面由于在定子100的径向上成角度，其可以限制动子200的Rz自由度，即限制了动子200围绕Z轴的转动自由度。由此，动子200被限制而仅具有Z向的自由度。

优选的，所述下气浮面242包括多个子气浮面，至少三个所述子气浮面的内切圆的圆心位于所述上气浮面241的轴线上。图3、图6和图7示范性地示出了一种动子200，其下气浮面242包括四个子气浮面2421～2424，该四个子气浮面均沿Z向延伸。其中，子气浮面2421和子气浮面2424之间的夹角为120°，子气浮面2422和子气浮面2423在同一平面上，优选的，子气浮面2421与子气浮面2422之间的夹角为150°。需要说明的，这里子气浮面之间的夹角仅为示意，而非对于子气浮面之间夹角的限定，本领域技术人员也可以采用其它的布置角度，如90°或60°等。当子气浮面的数量为三个时，其可以明确地限定一个内切圆，该内切圆的圆心被配置为位于所述上气浮面241的轴线上。需理解，这里子气浮面应理解为可以延展的平面，图3、图6和图7中，四个子气浮面所限定的内切圆可与子气浮面2422和子气浮面2423不直接相切，而与子气浮面2422和子气浮面2423的延伸面相切。当子气浮面的数量大于三个时，至少保证有三个子气浮面的内切圆的圆心位于所述上气浮面241的轴线上，而其它的子气浮面可以与所述内切圆相切，也可以不相切，这里不做限定。在一示范例中，上气浮面241以及下气浮面242之各个子气浮面的气膜厚度为10um～15um，上气浮面241具有6个气浮孔，该6个气浮孔优选围绕周向均匀分布。下气浮面242之各个子气浮面分别具有1个气浮孔。本领域技术人员也可以根据实际，对各个气浮面的气浮孔和气膜厚度进行配置。

请参考图5，结合图7，可选的，所述动子200包括进气口250与抽气口260，所述进气口250用于为所述气浮轴承供气，所述进气口250通过软管与所述定子100连接。所述抽气口260与所述固定头230通过抽气管路271连通，用于自所述固定头230抽气，所述抽气口260通过软管与所述定子100连接。在图7所示的示范例中，抽气管路271设置于动子200的内部，如包括不锈钢管，所述不锈钢管与磁体210和背铁220之间具有间隙272，该间隙272连通上气浮面241与进气口250，干燥压缩气体由进气口250经由该间隙272至上气浮面241的气浮孔排出，以形成气膜。进一步的，定子100上设有进气接头251和抽气接头261，分别用于与外部的供气端与抽气端连接。由于动子200需沿Z向运动，因此进气口250与抽气口260分别通过软管与定子100上相对应的接口连接，以分别与进气接头251和抽气接头261连通。

如图1和图2所示，优选的，所述定子100包括铁磁性套130，所述铁磁性套130至少包裹所述线圈120的外周。可选的，可选的，线圈120围绕定子100的轴线绕制于线圈支架121上，线圈支架121与铁磁性套130固定连接。铁磁性套130包裹线圈120的外周，因此具有磁屏蔽的作用，从而可以降低外部磁场对线圈120和磁体210的干扰，减小外部磁场对动子200的干扰。可选的，铁磁性套130的材料为2Cr13不锈钢，其具有较高的饱和磁感应强度。请参考图4，由于铁磁性套130和背铁220的设置，基片交接单元中的磁力线封闭，不易受到外界磁场的干扰。

可选的，所述定子100还包括顶丝160，顶丝160设置于底座150中，向内伸出并与铁磁性套130相抵靠。通过旋动顶丝160可以调整铁磁性套130相对于底座150的位置，从而可以调整动子200和定子100之间的轴线位置，保证气浮顺畅。优选的，定子100包括多个顶丝160，多个顶丝160围绕定子100的周向均匀分布。

请参考图4，进一步的，所述定子100包括冷却液流道140，所述冷却液流道140用于供冷却液流通，以对所述线圈120进行散热。优选的，所述定子100还包括一底座150，所述冷却液流道140开设于所述底座150中，且至少部分沿所述定子100的轴向与所述线圈120重叠；所述铁磁性套130与所述底座150导热连接，所述线圈120与所述铁磁性套130导热连接。冷却液如可为水，在线圈120的外部增加冷却液流道140并流通冷却液，可以有效地实现对线圈120的液冷散热，保证曝光台等高精密部件不受热变形或者温度漂移的影响，也可防止磁体210过热消磁而导致音圈电机出力不稳定，对提高光刻机的精度有重要意义。所述铁磁性套130与所述底座150，以及所述线圈120与所述铁磁性套130之间的导热连接如可采用导热胶143连接等，铁磁性套130与底座150还可以采用焊接等方式导热连接。如图5所示，定子100的底座150上可设置冷却液入口141和冷却液出口142，分别用于与外部的冷却液循环装置连接，以供冷却液流通。

可选的，所述基片交接单元还包括：机械限位组件300，所述机械限位组件300包括相对设置的两个限位件311、312，所述两个限位件311、312分别设置于所述定子100与所述动子200上，所述机械限位组件300用于通过所述两个限位件311、312的抵靠，限制所述动子200的轴向行程。请参考图1，在一个示范例中，限位件311设置于定子100上的底座150上，限位件312设置于动子200的气浮轴240上，具体的，限位件311为定位销，限位件312为凹槽，所述凹槽具有朝向定位销的限位面，当动子200到达轴向行程的极限位置时，凹槽的限位面与定位销相接触抵靠，定位销即限制了动子200继续运动，实现了对动子200的轴向行程的限制。当然，定位销-凹槽的组合仅为机械限位组件300的一个示例，本领域技术人员可根据实际选择其它的限位件，来实现对动子200的轴向行程进行机械限位。机械限位组件300的设置，有效地保护了动子200的运动不会超出预期的行程范围，提高了基片交接单元的可靠性。优选的，基片交接单元还包括两个VSO接近开关，分别为上限接近开关321和下限接近开关322，当动子200的轴向行程到达预设的限位位置时，两个VSO接近开关即动作，实现对动子200的轴向行程的限制，从而进一步提高了动子200的运动定位控制性能。

可选的，所述基片交接单元还包括：光栅尺组件400，所述光栅尺组件包括相对设置的尺带411与读头412，所述尺带411设置于所述动子200上，所述读头412设置于所述定子100上，所述光栅尺组件400用于测量所述动子200相对于所述定子100的轴向位移量。光栅尺组件400可以精确地对动子200的轴向位移量进行测量，进而定子100的线圈120可以根据读头412所反馈的测量值，驱动动子200，保证了定子100与动子200之间的精确定位。

请参考图8，其是本实施例另一基片交接单元沿横向的剖面示意图，其中，磁体210和线圈120的横截面均为方形，相适配的，铁磁性套130具有方形的内轮廓，以容纳线圈120。本领域技术人员可根据实际，对磁体210、线圈120和铁磁性套130的横截面进行不同的配置，本发明对此不限。

基于上述基片交接单元，本实施例还提供一种基片交接装置，其包括至少三个如上所述的基片交接单元，所述至少三个基片交接单元的设置方向相同，且被配置为同步运动。下面通过一个包括三个基片交接单元的基片交接装置的示范例，详细说明基片交接单元的同步运动的具体含义。

请参考图9，基片交接装置包括三个基片交接单元10(图9中由于为剖视图，仅示意两个)及运动平台30，三个基片交接单元10分别固定设置在运动平台30上，用于顶托和吸附一承片台20上承载的基片40。三个基片交接单元10的同步运动包括以下步骤：

为三个基片交接单元10设定一个参考零位：首先，将一基片40真空吸附到承片台20上，并将该基片40的底面设定为基片安装面；利用每个基片交接单元10的电机分别出力，顶到基片40的底面上，分别记录下光栅尺参考点到基片40的底面的距离；

之后，所述基片安装面即作为三个基片交接单元10的参考零位。在三个基片交接单元10的运动过程中，均相对参考零位保持相同的位移，这样就可以实现基片交接时三个基片交接单元10时刻保持同一个高度的同步运动。

优选的，至少三个基片交接单元均沿Z向设置。更优选的，所述基片交接单元围绕所述基片交接装置的中心轴周向均匀分布。在一个示范例中，基片交接装置包括三个基片交接单元，三个基片交接单元与基片交接装置的中心轴连线的夹角均为120°，且三个基片交接单元与基片交接装置的中心轴的距离相等。当然本领域技术人员可根据现有技术对基片交接装置进行适当的配置，如选择更多数量的基片交接单元或对基片交接单元进行不同的排布等。由于本实施例提供的基片交接装置包括如上所述的基片交接单元，其也具备由上述基片交接单元所带来的有益效果，这里对基片交接装置的其它模块的结构和原理不再赘述。

综上所述，本发明提供的基片交接单元及基片交接装置中，基片交接单元包括定子及动子；所述定子包括线圈以及沿轴向设置的内腔，所述线圈围绕所述内腔周向设置；所述动子包括磁体及气浮轴承，所述磁体沿所述定子的轴向可活动地设置于所述内腔中；所述磁体用于在所述线圈的驱动下沿所述定子的轴向移动；所述磁体通过所述气浮轴承气浮连接于所述内腔中；所述气浮轴承至少包括上气浮面与下气浮面，所述上气浮面与所述下气浮面沿所述定子的轴向间隔分布，且所述上气浮面的延伸方向与所述下气浮面的延伸方向相同。基片交接装置包括至少三个设置方向相同且被配置为同步运动的基片交接单元。如此配置，每个基片交接单元均独立包括定子和动子，能够各自独立地调整，减小了集成的难度，提高了集成效率，进而减小了基片交接装置的整体尺寸，更利于组件结构布局，提高产品的稳定性和可靠性。此外，气浮轴承的设置能够限制动子的径向和周向的自由度，提高基片交接单元的驱动精度，进一步提高基片交接单元的稳定性和可靠性。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种基片交接单元，其特征在于，包括：定子及动子；

所述定子包括线圈以及沿轴向设置的内腔，所述线圈围绕所述内腔周向设置；

所述动子包括磁体及气浮轴承，所述磁体沿所述定子的轴向可活动地设置于所述内腔中；所述磁体用于在所述线圈的驱动下沿所述定子的轴向移动；所述磁体通过所述气浮轴承气浮连接于所述内腔中；所述气浮轴承至少包括上气浮面与下气浮面，所述上气浮面与所述下气浮面沿所述定子的轴向间隔分布，且所述上气浮面的延伸方向与所述下气浮面的延伸方向相同。

2.根据权利要求1所述的基片交接单元，其特征在于，所述上气浮面为环形，所述下气浮面包括两个以上的子气浮面，所述两个以上的子气浮面在所述定子的径向上成角度地布置。

3.根据权利要求2所述的基片交接单元，其特征在于，所述下气浮面包括多个子气浮面，至少三个所述子气浮面的内切圆的圆心位于所述上气浮面的轴线上。

4.根据权利要求1所述的基片交接单元，其特征在于，所述动子包括进气口，所述进气口用于为所述气浮轴承供气，所述进气口通过软管与所述定子连接。

5.根据权利要求1所述的基片交接单元，其特征在于，所述动子包括背铁，所述背铁沿所述定子的轴向设置于所述磁体的两端。

6.根据权利要求1所述的基片交接单元，其特征在于，所述定子包括铁磁性套及底座，所述铁磁性套至少包裹所述线圈的外周，所述底座中开设有冷却液流道，所述冷却液流道至少部分沿所述定子的轴向与所述线圈重叠；所述铁磁性套与所述底座导热连接，所述线圈与所述铁磁性套导热连接。

7.根据权利要求1所述的基片交接单元，其特征在于，所述动子包括固定头与抽气口，所述固定头用于吸附和支撑一基片，所述抽气口与所述固定头通过抽气管路连通，用于自所述固定头抽气，所述抽气口通过软管与所述定子连接。

8.根据权利要求1所述的基片交接单元，其特征在于，所述基片交接单元还包括：机械限位组件，所述机械限位组件包括相对设置的两个限位件，所述两个限位件分别设置于所述定子与所述动子上，所述机械限位组件用于通过所述两个限位件的抵靠，限制所述动子的轴向行程。

9.根据权利要求1所述的基片交接单元，其特征在于，所述基片交接单元还包括：光栅尺组件，所述光栅尺组件包括相对设置的尺带与读头，所述尺带设置于所述动子上，所述读头设置于所述定子上，所述光栅尺组件用于测量所述动子相对于所述定子的轴向位移量。

10.一种基片交接装置，其特征在于，包括：至少三个根据权利要求1～9中任一项所述的基片交接单元，所述至少三个基片交接单元的设置方向相同，且被配置为同步运动。

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