[发明专利]一种无线缆式双向扫描装置

说明书

本发明公开一种无线缆式双向扫描装置；通过串行线圈驱动阵列磁钢模块进行往复直线运动，消除了现有技术中线缆力对运动及定位精度的影响，同时通过设置相应气浮结构对直线运动进行支承和导向，并最终通过结合反馈控制，达到双向扫描的目的。本发明可建立一种高速、高频、高精度的双向扫描装置。

技术领域

本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别涉及一种无线缆式双向扫描装置。

背景技术

近年来，随着先进芯片制造业逐渐朝向功能集成化和体积微小化发展，气体静压直线运动基准以其高速度和高精度等显著优点而成为尖端光刻机中的关键部件之一；光刻机曝光系统中光阑片的高速、高加速以及高运动精度需求，对气体静压直线运动基准中的气体静压导轨提出了高承载能力、高转动刚度的要求；为避免直线运动机构遮挡光路或触碰光学器件，光阑片安装在直线运动基准的悬臂端，因此需要提高气体静压导轨的转动刚度，来抵抗光阑片高加速运动时产生的转动力矩；而光刻机曝光系统复杂而精密，其气体静压直线运动机构需要小型化，因此提高单位面积上的转动刚度，成为制约气体静压导轨在光刻机曝光系统中应用的主要技术难题。

2008年，荷兰ASML公司所研发的Twinscan XT 1950i型光刻机，可以实现38nm芯片激光刻蚀。其曝光系统中的直线运动基准采用机械导轨结构，并达到了40m/s²的加速度运动(Y.B.Patrick Kwan,Erik L.Loopstra.Nullifying Acceleration Forces in Nano-Positioning Stages for Sub-0.1mm Lithography Tool for 300mm Wafers[J].proceeding of SPIC：Optical Microlithography,2010,4346：544-557)；但随着芯片制造业的发展，传统的滑动/滚动导轨难以满足高加速度运动以及工作温度稳定性的要求。

专利CN201310436356“气浮悬挂式三维展开实验装置”提出一种定位精度高响应速度快的三维运动装置，主要包括十几个气浮运动机构空间上对应分布，并借助滑轮、吊绳、配重等机构安装在支承框架内部；但是该装置虽然可以满足一定的运动精度，但是由于运动环节较多，在高频运动状态下，在输出端不能够确保快速而准确的位移响应，且结构不够紧凑。

专利CN201410839808“一种双气浮导轨式光栅刻划刀架驱动装置”提出一种小型的一维运动装置，主要包括平行安装的两组气浮导轨，并通过固连气浮滑套的方式来提高刻划刀架的运动稳定性；该装置可以实现高速、高频运动，但是相比与该装置的位移输出端，如刀架转接板及刻画刀架，其气浮导轨过于庞大，因此单位面积上的转动刚度较差，且需要刀架配重块来保持平衡。

一系列专利CN201610023016、CN201610023017、CN201610023018、CN201610023019和CN201610023020提出的“气磁结合气浮双工件台矢量圆弧换台方法及装置”，解决了现有换台方案节拍多、轨迹长、起停环节多、稳定时间长等问题，减少换台环节，缩短了换台时间，提高了光刻机的产率。但是由于台体过于沉重，无法用于悬挂式的运动场合，且对于光刻机曝光系统来说，体积过于庞大。

上述发明的共同之处是均不能将小型的气浮导轨应用在高速、高加速、高频运动状况，因为在光刻机曝光系统的有限空间中，线缆力对光阑片的运动精度运动的影响不容忽视，严重限制了光刻机曝光系统的运行速度和精度；因此，通过串行线圈的结构设计，优化了驱动电机的性能，消除了现有技术中线缆力对运动及定位精度的影响，进而提高曝光系统的运行速度和精度。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的问题，提出一种无线缆式双向扫描装置，通过串行线圈驱动阵列磁钢模块进行往复直线运动，消除了现有技术中线缆力对运动及定位精度的影响，同时通过设置相应气浮结构对直线运动进行支承和导向，并最终通过结合反馈控制，达到双向扫描的目的。

上述目的通过以下的技术方案实现：