CN208224713U - 一种气浮装置、工件台和光刻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气浮装置、工件台和光刻机，该气浮装置包括承载单元和气浮单元；所述承载单元固定连接于所述气浮单元的第一表面；所述气浮单元包括多个出气口，所述多个出气口在所述气浮单元的第二表面呈阵列分布；所述气浮单元的第二表面与第一表面相对设置。本实用新型的技术方案通过在气浮单元的第二表面设置呈阵列分布的出气口，使气浮装置的第二表面受力均匀，变形小，从而提高了气浮装置的气浮刚度。

Description

一种气浮装置、工件台和光刻机

技术领域

本实用新型涉及半导体器件加工技术领域，尤其涉及一种气浮装置、工件台和光刻机。

背景技术

气浮装置是为紧密运动台提供气浮轴承支撑、以保证运动台在气浮平台(一般为大理石气浮平台)上作无摩擦运动的关键部件，一般包括气浮单元和预紧力单元。现有的气浮装置通常为方形气浮装置，在气浮装置的底面四个顶角处设置气浮单元，中部为真空预紧力单元。气浮装置工作时，气浮单元中通入正压气体，在气浮装置与气浮平台之间形成气膜，使气浮装置受到气浮力的支撑作用，保证气浮装置在气浮平台上作无摩擦运动，而真空预紧力单元则通入负压气体，使气浮装置受到与气浮力大小相等、方向相反的真空预紧力作用，从而保证气浮装置受力平衡。通过调节气浮力与真空预紧力的大小，即可调节气浮装置的气浮刚度。

此时，若要提高气浮装置的气浮刚度，需要同时增加气浮力和真空预紧力，而随着真空预紧力的增加，气浮装置底面中部会产生弯曲，从而使气浮装置与气浮平台之间的距离变小。由于气浮装置与气浮平台之间的气膜厚度通常只有几微米到十几微米，因此，当气浮装置底面中部的弯曲量过大、与气浮平台接触时，气浮装置与气浮平台之间将产生机械摩擦，导致气浮装置失去作用。

实用新型内容

本实用新型提供一种气浮装置、工件台和光刻机，以使气浮单元受力均匀，变形小，从而提高气浮刚度。

第一方面，本实用新型实施例提出一种气浮装置，该气浮装置包括：承载单元和气浮单元；

所述承载单元固定连接于所述气浮单元的第一表面；

所述气浮单元包括多个出气口，所述多个出气口在所述气浮单元的第二表面呈阵列分布；

所述气浮单元的第二表面与第一表面相对设置。

进一步地，所述气浮单元还包括至少一个进气口，以及连通所述至少一个进气口与所述多个出气口的气路；

其中，所述至少一个进气口位于所述气浮单元的第三表面，所述第三表面连接所述第一表面与所述第二表面。

进一步地，还包括多个出气孔道，所述气路包括交叉连通的第一气路与第二气路；

每个所述出气孔道的第一开口形成一所述出气口，所述出气孔道的第二开口与所述第一气路和所述第二气路连通，所述出气孔道的第二开口设置于所述第一气路与所述第二气路的连通处。

进一步地，还包括多个堵头接口；

所述多个堵头接口设置于所述第一气路位于所述气浮单元的第三表面的开口处，以及所述第二气路位于所述气浮单元的第三表面的开口处；

在所述第一气路和所述第二气路在所述第三表面的开口，未设置所述堵头接口的开口构成所述进气口。

进一步地，还包括多个密封结构；

所述密封结构用于密封所述堵头接口；

所述密封结构的数量等于所述堵头接口的数量。

进一步地，还包括均压机构；

所述均压机构位于所述气浮单元的第二表面；

所述均压机构连接至少部分所述出气口。

进一步地，所述均压机构包括第一均压槽和第二均压槽；

所述第一均压槽沿第一方向连接所述出气口；

所述第二均压槽沿第二方向连接所述出气口。

进一步地，所述第一均压槽和所述第二均压槽均由所述气浮单元的第二表面向第一表面凹陷，所述第一均压槽的宽度A1的取值范围为0.2mm≤A1≤0.6mm，深度B1的取值范围为0.05mm≤B1≤0.1mm；所述第二均压槽的宽度A2 的取值范围为0.2mm≤A2≤0.6mm，深度B2的取值范围为0.05mm≤B1≤0.1mm。

进一步地，所述出气口的形状为圆形，所述圆形的出气口的直径D的取值范围为0.03mm≤D≤0.08mm。

进一步地，相邻所述出气口之间的距离E的取值范围为80mm≤E≤160mm。

进一步地，还包括节流嘴；

所述节流嘴位于所述出气孔道内部，与所述出气孔道固定连接。

进一步地，所述出气口在所述气浮单元的第二表面呈m行n列的阵列分布；

其中，m和n均为等于或大于2的整数。

进一步地，所述承载单元包括支承板和外部框架；

所述支承板与所述外部框架固定连接，包围所述气浮单元的第一表面和第三表面；

所述外部框架上设置有与所述气浮单元的进气口相对应的辅助进气口。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种工件台，该工件台包括第一方面提供的气浮装置载物平台及气浮平台；

其中，所述气浮装置用于支撑所述载物平台在所述气浮平台上作无摩擦运动。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种光刻机，该光刻机包括第二方面提供的工件台。

本实用新型提供了一种气浮装置，在气浮单元的第二表面设置呈阵列分布的出气口，使气浮装置的第二表面受力均匀，变形小，从而提高了气浮装置的气浮刚度，解决了现有气浮装置中采用真空预紧力结构，当提高气浮刚度时，由于气浮装置变形较大、气浮装置与气浮平台接触产生机械摩擦，导致气浮装置失去作用的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术的气浮装置的结构示意图；

图2是现有技术的气浮装置的工作原理示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种气浮装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种气浮单元的第二表面的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种气浮单元的结构示意图；

图6是沿图5中OO’的剖面结构示意图；

图7是沿图5中PP’的剖面结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的另一种气浮装置的结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的一种工件台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是现有技术的气浮装置的结构示意图。参见图1，气浮装置10是一种方形气浮装置，其底面(第二表面)四个角设置气浮单元101、102、103和104，底面中心为真空预紧力单元105。图2是现有技术的气浮装置的工作原理示意图。结合图1和图2，气浮装置10工作时，气浮单元101、102、103和104通入正压气体，在气浮装置10与气浮平台20之间形成气膜，使气浮装置10受到气浮力N的支撑作用；而真空预紧力单元105则通入负压气体，使气浮装置10 受到与气浮力N大小相等、方向相反的真空预紧力F的作用，从而保证气浮装置10受力平衡，气浮装置10在气浮平台20上作无摩擦运动。通过调节气浮力N与真空预紧力F的大小，即可调节气浮装置10的气浮刚度。图1示出的气浮装置10，若要提高气浮装置10的气浮刚度，需要同时增加气浮力N和真空预紧力F，由于气浮力N和真空预紧力F方向相反，随着其取值的增加，气浮装置10底面中部会向气浮平台20弯曲，从而使气浮装置10与气浮平台20之间的距离变小。示例性的，气浮装置10与气浮平台20之间的气膜厚度T2通常为几微米到十几微米，气浮装置10的弯曲量T1过大，达到气膜厚度T2的取值大小时，气浮装置10与气浮平台20接触，会产生机械摩擦，导致气浮装置10失去作用。

本实用新型实施例针对上述问题，提供一种气浮装置。

图3是本实用新型实施例提供的一种气浮装置的结构示意图，图4是本实用新型实施例提供的一种气浮单元的第二表面的结构示意图。参见图3和图4，气浮装置03包括承载单元40和气浮单元30；承载单元30固定连接于气浮单元40的第一表面30A；气浮单元30包括多个出气口301，多个出气口301在气浮单元30的第二表面30B呈阵列分布；气浮单元30的第二表面30B与第一表面30A相对设置。

其中，承载单元40可用于承载与之相连的其他结构或负载，气浮单元30 用于产生气浮力。气浮装置03只包括气浮单元30，而不包括真空预紧力单元，其预载方式可采用负载重力预载方式。由于减少了真空预紧力单元，从而可使气浮装置03的结构以及气浮单元30内部的气路设计更加简单，降低了气浮装置03的加工工艺难度，也即气浮装置03的加工工艺性更好。同时，气浮单元 30的第二表面30B可称为气浮面，其通过出气口出气，形成气膜，使气浮装置 03受到气浮力的作用，此气浮力与气浮装置03的重力预载力相平衡，由于出气口301在第二表面30B呈阵列分布，可使整个第二表面30B受气浮力作用均匀，气浮力增大时第二表面30B变形小，从而可实现气浮装置03具有较高的负载能力以及较高的气浮刚度。

可选的，多个出气口301在气浮单元30的第二表面30B等间距排列。

示例性的，沿第一方向X相邻的两个出气口301之间的距离E1与沿第二方向Y相邻的两个出气口301之间的距离E2相等。由此，可使气浮单元30的第二表面30B的各个位置受到的气浮力更均匀，即整个第二表面30B的各个位置的气浮刚度更均衡，从而提高气浮装置03的气浮刚度的稳定性。

需要说明的是，图4仅示例性的示出了气浮单元30的第二表面30B的形状为方形，但并非对本实用新型提供的气浮单元的限定。在其他实施方式中，气浮单元30的第二表面30B的形状还可以为圆形，或者为三角形、五边形等其他多边形。

可选的，图5是本实用新型实施例提供的一种气浮单元的结构示意图。参见图4和图5，气浮单元30还包括至少一个进气口302，以及连通至少一个进气口302与多个出气口301的气路303；其中，至少一个进气口302位于气浮单元30的第三表面30C，第三表面30C连接第一表面30A与第二表面30B。

其中，气路303为正压气路。由于重力预载力的方向竖直向下，为保证气浮装置03正常工作，需向进气口302通入正压气体，使气浮力的方向竖直向上，由此，重力预载力与气浮力相平衡。

其中，进气口302的数量可以为一个或多个。

示例性的，进气口302的数量为一个，从而只需要与一处外部正压气源连通，连接方式简单。

此外，如此设置还有如下效果，一方面，不将进气口302设置于气浮单元 30的第二表面30B，可使第二表面30B仅设置出气口301，从而保证了第二表面30B受力均匀，避免了进气口302对气浮力的分布的影响。另一方面，不将进气口302设置于气浮单元30的第一表面30A，可使第一表面30A较平整，便于承载负载或连接其他结构。

需要说明的是，根据气浮单元30的形状的不同，第三侧面30C的形状不尽相同，本实用新型实施例对此不作限定。此外，本实用新型实施例对进气口302 的数量不作限定。

可选的，图6是沿图5中OO’的剖面结构示意图。参见图5和图6，气浮单元30还包括多个出气孔道304，气路303包括交叉连通的第一气路3031与第二气路3032；每个出气孔道304的第一开口形成一出气口301，出气孔道的第二开口与第一气路3031和第二气路3032连通，出气孔道304的第二开口设置于第一气路3031与第二气路3032的连通处。

其中，多个出气孔道304的轴向方向相一致，示例性的，可为垂直于气浮单元30的第二表面30B的方向。由此，一方面可降低出气孔道304的加工工艺难度；另一方面，气路303中通入的正压气体沿出气孔道304的轴向方向吹出，各处气流方向一致，均垂直于气浮单元30的第二表面30B，从而可使气流量一定时，气浮力较大，从而气浮刚度较大。

需要说明的是，图5中仅示例性的示出了第一气路3031与第二气路3032 垂直交叉，但并非对本实用新型提供的气浮装置的限定。在其他实施方式中，第一气路3031与第二气路3032的交叉角度可根据气浮装置的实际需求设定。

可选的，继续参见图5和图6，气浮单元30还包括多个堵头接口305；多个堵头接口305设置于第一气路3031位于气浮单元30的第三表面30C的开口处，以及第二气路3032位于气浮单元30的第三表面30C的开口处；在第一气路3031和第二气路3032在第三表面30C的开口，未设置堵头接口305的开口构成进气口302。

示例性的，第一气路3031位于气浮单元30的第三表面30C的开口均为堵头接口305；第二气路3032位于气浮单元30的第三表面30C的开口处，有一开口为进气口302，其余各开口为堵头接口305。从而，气路303(包括第一气路3031和第二气路3032)在气浮单元30的第三表面30C的开口的总数量为堵头接口305的数量与进气口302的数量之和。

需要说明的是，图5中仅示例性的示出了第二气路3032位于气浮单元30 的第三表面30C的一开口处为进气口302，但并非对本实用新型的限定。在其他实施方式中，可设置任意一个或几个气路303位于气浮单元30的第三表面 30C的开口处为进气口302。

可选的，继续参见图5或图6，气浮单元30还包括多个密封结构306，密封结构306用于密封堵头接口305，密封结构306的数量等于堵头接口305的数量。

其中，密封结构306可通过胶黏连接、螺旋紧固或卡扣连接的方式密封堵头接口305。其中，胶黏连接的方式可使密封结构306与堵头接口305之间的密封性更好；螺旋紧固或者卡扣连接的方式可使密封结构306便于安装与拆卸，便于后续气浮装置03使用过程中检修与维护。

可选的，继续参见图4和图6，气浮单元30还包括均压机构307，均压机构307位于气浮单元30的第二表面30B，均压机构307连接至少部分出气口301。

可选的，均压机构307包括第一均压槽3071和第二均压槽3072，第一均压槽3071沿第一方向X连接出气口301，第二均压槽3072沿第二方向Y连接出气口301。

其中，均压机构307可为环状或矩形状，通过采用均压机构307将出气孔301节流和第二表面30B节流结合起来，可以提高气浮装置03的负载能力以及气浮刚度。

示例性的，均压机构307设置于气浮单元30的第二表面30B，也就是气浮面，与出气孔301节流的出气孔道304相连通。正压气体从均压机构307的侧边流入气膜，正压气流在均压机构307内所受气流阻抗与正压气流在气膜内所受气流阻抗不同，因此产生二次表面节流效应，从而提高气浮装置03的气浮刚度，进而提高气浮装置03的负载能力。

需要说明的是，图4仅示例性的示出了第一均压槽3071和第二均压槽3072 的位置，并未示出其尺寸。

可选的，图7是沿图4中PP’的剖面结构示意图。结合图4和图7，第一均压槽3071和第二均压槽3072均由气浮单元30的第二表面30B向第一表面 30A凹陷，第一均压槽3071的宽度A1的取值范围为0.2mm≤A1≤0.6mm，深度 B1的取值范围为0.05mm≤B1≤0.1mm；第二均压槽3072的宽度A2的取值范围为0.2mm≤A2≤0.6mm，深度B2的取值范围为0.05mm≤B1≤0.1mm。

需要说明的是，第一均压槽3071的宽度A1的取值与第二均压槽3072的宽度A2的取值可以相同，也可以不同；第一均压槽3071的深度B1的取值与第二均压槽3072的深度B2的取值可以相同，也可以不同，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，继续参见图4，出气口301的形状为圆形，圆形的出气口301的直径D的取值范围为0.03mm≤D≤0.08mm。从而可使气浮装置03在气流量一定时，获得较高的气浮刚度。

可选的，继续参见图4，相邻出气口301之间的距离E(图4中示例性的以 E1、E2示出相邻出气口301之间的距离)的取值范围为80mm≤E≤160mm。从而可在保证较高的气浮刚度的前提下设置数量较少的出气孔301，从而减少气浮单元30的加工时间。

可选的，继续参见图6，气浮单元30还包括节流嘴308；节流嘴308位于出气孔道304内部，与出气孔道304固定连接.

其中，节流嘴308可由红宝石加工而成，并嵌套在出气孔道304靠近第一开口的一端。

可选的，继续参见图4，出气口301在气浮单元30的第二表面30B呈m行 n列的阵列分布；其中，m和n均为等于或大于2的整数。

其中，出气孔301的行数和列数可以根据气浮单元30的尺寸设置。

示例性的，出气孔301的布局可为2行2列、3行3列、3行4列、5行5 列等阵列布局分布。

需要说明的是，图4仅示例性的示出了3行3列的出气孔301，仅为对本实用新型实施例的解释说明，并非限定。

示例性的，继续参照图4和图7，9个出气口301的直径D的取值均为 0.045mm；第一均压槽3071的宽度A1与第二均压槽3072的宽度A2的取值均为0.4mm，第一均压槽3071的深度B1与第二均压槽3072的深度B2的取值均为 0.08mm；沿第一方向X相邻的两个出气口301之间的距离E1的取值为110mm，沿第二方向Y相邻的两个出气口301之间的距离E2的取值为140mm。上述参数对应的气浮装置03的气浮特性如表1所示。

表1气浮装置的气浮特性表

其中，气压为通入的正压气体的气压，空载是指负载为0的情况。

根据表格中的数据估算负载为95kg时气浮装置03的气浮刚度，气浮刚度可由重力预载力的差值与气膜间隙的差值进行除法运算得到，即：

可选的，图8是本实用新型实施例提供的另一种气浮装置的结构示意图。参见图8，承载单元40包括支承板401和外部框架402；支承板401与外部框架402固定连接，包围气浮单元30的第一表面30A和第三表面30C；外部框架 402上设置有与气浮单元30的进气口302相对应的辅助进气口403。

其中，承载单元40还对气浮单元30起到保护作用。同时，辅助进气口403 与进气口302对应设置，可简化气浮装置03中气浮单元30与承载单元40之间的气路设计。

本实用新型实施例还提供一种工件台，图9是本实用新型实施例提供的一种工件台的结构示意图。参照图9，该工件台包括上述实施方式提供的气浮装置03、载物平台04及气浮平台05；其中，气浮装置03用于支撑载物平台04 在气浮平台05上作无摩擦运动。

其中，气浮平台05可以为气浮导轨。

此时，气浮力N与重力预载力G相平衡，重力预载力G为气浮装置03的重力与载物平台04的重力之和。

本实用新型实施例还提供一种光刻机，该光刻机包括上述实施方式提供的工件台。

本实用新型实施例提供的光刻机以及工件台包括上述气浮装置，因此包括上述气浮装置所具有的有益效果，在此不再赘述。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (15)

1.一种气浮装置，其特征在于，包括承载单元和气浮单元；

所述承载单元固定连接于所述气浮单元的第一表面；

所述气浮单元包括多个出气口，所述多个出气口在所述气浮单元的第二表面呈阵列分布；

所述气浮单元的第二表面与第一表面相对设置。

2.根据权利要求1所述的气浮装置，其特征在于，所述气浮单元还包括至少一个进气口，以及连通所述至少一个进气口与所述多个出气口的气路；

其中，所述至少一个进气口位于所述气浮单元的第三表面，所述第三表面连接所述第一表面与所述第二表面。

3.根据权利要求2所述的气浮装置，其特征在于，还包括多个出气孔道，所述气路包括交叉连通的第一气路与第二气路；

每个所述出气孔道的第一开口形成一所述出气口，所述出气孔道的第二开口与所述第一气路和所述第二气路连通，所述出气孔道的第二开口设置于所述第一气路与所述第二气路的连通处。

4.根据权利要求3所述的气浮装置，其特征在于，还包括多个堵头接口；

所述多个堵头接口设置于所述第一气路位于所述气浮单元的第三表面的开口处，以及所述第二气路位于所述气浮单元的第三表面的开口处；

在所述第一气路和所述第二气路在所述第三表面的开口，未设置所述堵头接口的开口构成所述进气口。

5.根据权利要求4所述的气浮装置，其特征在于，还包括多个密封结构；

所述密封结构用于密封所述堵头接口；

所述密封结构的数量等于所述堵头接口的数量。

6.根据权利要求3所述的气浮装置，其特征在于，还包括均压机构；

所述均压机构位于所述气浮单元的第二表面；

所述均压机构连接至少部分所述出气口。

7.根据权利要求6所述的气浮装置，其特征在于，所述均压机构包括第一均压槽和第二均压槽；

所述第一均压槽沿第一方向连接所述出气口；

所述第二均压槽沿第二方向连接所述出气口。

8.根据权利要求7所述的气浮装置，其特征在于，所述第一均压槽和所述第二均压槽均由所述气浮单元的第二表面向第一表面凹陷，所述第一均压槽的宽度A1的取值范围为0.2mm≤A1≤0.6mm，深度B1的取值范围为0.05mm≤B1≤0.1mm；所述第二均压槽的宽度A2的取值范围为0.2mm≤A2≤0.6mm，深度B2的取值范围为0.05mm≤B1≤0.1mm。

9.根据权利要求1所述的气浮装置，其特征在于，所述出气口的形状为圆形，所述圆形的出气口的直径D的取值范围为0.03mm≤D≤0.08mm。

10.根据权利要求1所述的气浮装置，其特征在于，相邻所述出气口之间的距离E的取值范围为80mm≤E≤160mm。

11.根据权利要求3所述的气浮装置，其特征在于，还包括节流嘴；

所述节流嘴位于所述出气孔道内部，与所述出气孔道固定连接。

12.根据权利要求1所述的气浮装置，其特征在于，所述出气口在所述气浮单元的第二表面呈m行n列的阵列分布；

其中，m和n均为等于或大于2的整数。

13.根据权利要求1所述的气浮装置，其特征在于，所述承载单元包括支承板和外部框架；

所述支承板与所述外部框架固定连接，包围所述气浮单元的第一表面和第三表面；

所述外部框架上设置有与所述气浮单元的进气口相对应的辅助进气口。

14.一种工件台，其特征在于，包括权利要求1-13任一项所述的气浮装置、载物平台及气浮平台；

其中，所述气浮装置用于支撑所述载物平台在所述气浮平台上作无摩擦运动。

15.一种光刻机，其特征在于，包括权利要求14所述的工件台。