一种无线缆式双向扫描装置的制作方法

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twinscanxt1950i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.patrickkwan,erikl.loopstra.nullifyingaccelerationforcesinnano-positioningstagesforsub-0.1mmlithographytoolfor300mmwafers[j].proceedingofspic：opticalmicrolithography,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。

技术实现要素：

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：

一种无线缆式双向扫描装置，包括基座、扫描运动部件和上盖，所述基座包括外壳、串行线圈和气浮工作台，外壳上加工有卡槽，串行线圈安装在卡槽的两侧，气浮工作台安装外壳上，在气浮工作台上安装有若干枚孔形节流器，各孔形节流器间加工有微型直槽；所述扫描运动部件包括扫描板、l型桥架和阵列磁钢模块，扫描板和阵列磁钢模块均固连在l型桥架上，阵列磁钢模块安装有光栅尺和阻尼器，l型桥架上安装有气浮滑板；所述上盖上安装有读数头，读数头的安装位置与光栅尺对应；

所述扫描运动部件可移动的装配在基座上，其中阵列磁钢模块装配在串行线圈和气浮工作台之间，l型桥架装配在气浮工作台上方；

所述串行线圈配合阵列磁钢模块驱动扫描运动部件进行往复直线运动，气浮工作台配合气浮滑板对扫描运动部件进行支承导向，读数头配合光栅尺对扫描运动部件进行位置测量。

所述扫描运动部件上安装有阵列磁钢模块形成电磁驱动，扫描运动部件上安装有气浮滑板形成气浮支承导向，不连接任何线缆结构。

基座上安装有2套扫描运动部件，并由串行线圈分别驱动，可进行双向扫描。

本发明具有以下特点及有益效果：

1、本发明装置包括2套扫描运动部件，并分别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，大幅提升了电磁直线电机的性能，拓展了电磁直线电机的应用范围。

2、本发明装置将串行动磁钢结构与气悬浮支承结构相结合，对直线扫描运动进行支承和导向，并结合位置反馈控制功能，最终达到高速、高频、高精度扫描的目的。

本发明装置用途广泛，尤其适用于光刻机曝光系统中小型直线运动机构的高速、高频、高精度扫描运动场合。

附图说明

图1为一种无线缆式双向扫描装置示意图。

图2为基座示意图。

图3为扫描运动部件示意图。

图中：1、基座；2、扫描运动部件；3、上盖；4、读数头；5、外壳；6、串行线圈；7、气浮工作台；8、孔形节流器；9、卡槽；10、微型直槽；11、扫描板；12、l型桥架；13、阵列磁钢模块；14、光栅尺；15、阻尼器；16、气浮滑板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。

参考图1，一种无线缆式双向扫描装置，包括基座1、扫描运动部件2和上盖3，所述上盖3上安装有读数头4，读数头4的安装位置与光栅尺14对应。

参考图2，所述基座1包括外壳5、串行线圈6和气浮工作台7，外壳5上加工有卡槽9，串行线圈6安装在卡槽9的两侧，气浮工作台7安装外壳5上，在气浮工作台7上安装有若干枚孔形节流器8，各孔形节流器8间加工有微型直槽10。

参考图3，所述扫描运动部件2包括扫描板11、l型桥架12和阵列磁钢模块13，扫描板11和阵列磁钢模块13均固连在l型桥架12上，阵列磁钢模块13安装有光栅尺14和阻尼器15，l型桥架12上安装有气浮滑板16。

参考图1-3，所述扫描运动部件2可移动的装配在基座1上，其中阵列磁钢模块13装配在串行线圈6和气浮工作台7之间，l型桥架12装配在气浮工作台7上方；扫描运动部件2上安装有阵列磁钢模块13形成浮动磁钢驱动，扫描运动部件2上安装有气浮滑板16形成气浮支承导向，不连接任何线缆结构。

该装置工作时，所述串行线圈6配合阵列磁钢模块13驱动扫描运动部件2进行往复直线运动，气浮工作台7配合气浮滑板16对扫描运动部件2进行支承导向，读数头4配合光栅尺14对扫描运动部件2进行位置测量，基座1上安装有2套扫描运动部件2，并由串行线圈6分别驱动，可进行双向扫描。