本发明涉及半导体光刻设备领域， 尤其涉及一种工件台线缆装置。 背景技术

在半导体光刻设备中， 硅片台和掩模台等精密硅片台运动系统是极其 重 要的关键部件， 其定位精度直接影响光刻设备的性能， 其运行速度直接影响 光刻设备的生产效率。 随着超大规模集成电路器件集成度的不断提高 ， 光刻 分辨率的不断增强， 对光刻机的特征线宽指标要求也在不断提升， 对应的硅 片台的运行速度、 加速度以及精度要求也不断提高。

光刻机硅片台系统典型的结构形式为粗、 微动相结合的结构， 由于平面 电机具有出力密度高、 速度快、 可靠性高等特点， 且易于将其集成到被控对 象中， 具有响应速度快、 控制灵敏度高、 机械结构简单等优点， 目前已经被 应用于半导体光刻设备中， 实现硅片台的长行程粗动。 但由于采用平面电机 来实现长行程粗动的硅片台无 X、 Y 向导轨， 而用于给硅片台配套的各种通 信线缆、 功率线缆以及气管、 水管等管线设施需要跟随硅片台在 XY平面内 运动， 因此需要设置线缆支撑导向装置。 常见的硅片台线缆设施是被动跟随 硅片台在 XY平面内运动， 在硅片台进行高速运动和纳米级精确定位时 , 拖 动的管线设施对硅片台产生的扰动将不可忽略 。 线缆支撑导向装置主要包括一组通过一个转动 副连接在一起的 V 型连杆组 件， 连杆组件的一端通过转动副安装在滑台上， 另一端通过转动副安装在硅 片台上， 硅片台线缆设施从滑台沿连杆组件传送到硅片 台上， 并与连杆组件 一起在 Y向被动跟随硅片台运动。 该方案管线设施在垂向有支撑， 避免了下 垂时与工作台面摩擦， 但在 γ向被动跟随硅片台运动， 仍然会影响硅片台运 动定位精度。

还有一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的 线缆台， 该线缆台包含一 个控制装置和至少一个多关节机械手， 硅片台管线设施通过多关节机械手走 到硅片台上， 通过控制各关节驱动器的转角来保证管线设施 主动跟随硅片台 在 XY平面内运动， 避免了管线设施对硅片台运动定位精度的影响 。 但该线 缆台结构复杂， 线缆在高速运动过程中折弯次数过多影响线缆 的使用寿命； 机械手关节数较多导致使用的驱动器数量较多 ， 同时冗余自由度机械手控制 系统设计比较复杂， 开发成本相对较高。 发明内容

本发明提供一种工件台线缆装置， 以解决现有技术中线缆被动跟随硅片 台运动的问题。

为解决上述技术问题， 本发明提供一种工件台线缆装置， 包括： 工件台； 硅片台， 安装于所述工件台的上侧； 线缆连接台， 安装于所述工件台的下侧； 线缆设备， 其两端分别连接至所述硅片台和线缆连接台； X 向运动设备， 连 接至所述线缆连接台并带动线缆连接台跟随硅 片台沿 X向运动； 以及 Y向运 动设备， 连接至所述线缆连接台并带动线缆连接台跟随 硅片台沿 Y向运动， 其中， X向和 Y向是水平面内相互正交的两个方向。

较佳地， 所述线缆设备与所述硅片台之间安装有差分传 感器。

较佳地， 所述 Y向运动设备包括： 滑台， 沿 Y向固定于所述工件台底部 的一侧； 滑块， 能够沿所述滑台滑动； 以及导向装置， 所述导向装置沿 X方 向设置， 其一端安装于所述滑块上， 另一端安装于所述线缆连接台上， 使滑 块和线缆连接台的 Y向相对位置保持不变； 所述 X向运动设备包括： 运动机 构， 其一端安装于所述滑块上， 另一端安装于所述线缆连接台上； 以及控制 电机， 用于控制所述运动机构沿 X向的运动。

较佳地， 所述导向装置为导向杆， 所述导向杆的一端固定连接于所述线 缆连接台，所述导向杆的另一端穿设于所述滑 块内，并能够在所述滑块内沿 X 方向滑动。

较佳地， 所述导向杆为直线导向装置， 所述导向杆与所述滑块之间设有 机械轴承或气浮轴承或磁浮轴承。

较佳地， 所述运动机构为机械臂， 所述机械臂包括第一连杆和第二连杆， 所述第一连杆的第一端与所述控制电机相连， 所述的第一连杆的第二端与所 述第二连杆的第一端通过一旋转接点相连， 所述第二连杆的第二端与所述线 缆连接台铰接。

较佳地， 所述控制电机为旋转电机， 所述旋转电机控制所述第一连杆的 第一端的旋转。

较佳地， 所述旋转电机上还设有旋转编码器。

较佳地， 所述运动机构为直线滑轨， 所述直线滑轨包括 X向的轨道以及 沿所述轨道滑动的固定块， 所述轨道的一端固定连接至所述滑块， 所述线缆 连接台固定于所述固定块上。

较佳地， 所述控制电机为直线电机， 所述直线电机控制所述固定块沿所 述轨道做直线运动。

较佳地， 所述直线电机上还设有直线编码尺。

较佳地， 所述工件台底部设有第一磁钢阵列， 所述线缆连接台上设有与 所述第一磁钢阵列相对应的第二磁钢阵列。

较佳地， 所述工件台底部设有第一线圈阵列， 所述线缆连接台上设有与 所述第一线圈阵列相对应的第二线圈阵列。

较佳地， 所述硅片台内部设有霍尔传感器阵列， 所述线缆设备与所述硅 片台之间设有跟随传感器。

较佳地， 所述线缆设备包括线缆以及套设于所述线缆外 侧的线缆套， 所 述线缆套中设有隔层。

较佳地， 所述线缆采用柔性线缆。 较佳地， 所述线缆套采用高弹性模量、 高刚度、 低密度材料制成， 如碳 纤维、 陶瓷或碳化硅。

与现有技术相比， 本发明具有以下优点： 本发明提供的工件台线缆装置 具有如下优点：

1. 本发明可以有效支撑并驱动线缆设备同步跟随 硅片台运动， 线缆采用 高刚度、 高弹性模量、 低密度结构件进行封装， 运动时线缆与硅片台相对静 止， 线缆结构刚度及模态高， 将线缆设备运动过程中对硅片台产生的扰动降 低到最小， 进而提高硅片台的运动定位精度；

2. 机械结构及控制算法相对简单， 针对不同的光刻机工件台， 可以根据 硅片台在 X向的极限行程来灵活设计 X向运动设备的长度， 结构简单。 附图说明

图 1为本发明实施例 1的工件台线缆装置的结构示意图；

图 2为图 1的俯视图；

图 3和图 4分别为本发明实施例 1 中的线缆连接台处于最大行程和最小 行程时的布局图；

图 5为本发明的工件台线缆装置的线缆装置的结� �示意图；

图 6为图 5的剖面图；

图 7为本发明实施例 2的工件台线缆装置的结构示意图；

图 8为本发明实施例 3的工件台线缆装置的结构示意图；

图 9为图 8的俯视图。

图 1〜6中： 110-工件台、 120-硅片台、 130-线缆设备、 131-线缆、 132-线 缆套、 133-隔层、 140-线缆连接台、 151-滑台、 152-滑块、 153-导向杆、 161- 机械臂、 1611-连杆、 1612-旋转接点、 162-旋转电机；

图 7中： 210-工件台、 220-硅片台、 230-线缆设备、 240-线缆连接台、 251- 滑台、 252-滑块、 261-轨道、 262-固定块； 图 8〜9中： 310-工件台、 320-硅片台、 330-线缆设备、 340-线缆连接台、 350-第一磁钢阵列 （或第一线圈阵列）。 具体实施方式

为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图 对本发明的具体实施方式做详细的说明。 需说明的是， 本发明附图均采用简 化的形式且均使用非精准的比例， 仅用以方便、 明晰地辅助说明本发明实施 例的目的。

本发明提供的工件台线缆装置， 如图 1〜图 4所示， 包括工件台 110、 硅 片台 120、 线缆设备 130、 线缆连接台 140以及 X向运动设备和 Y向运动设 备， 所述硅片台 120与线缆连接台 140分别安装于所述工件台 110的上侧和 下侧，所述线缆设备 130的两端分别连接至所述硅片台 120和线缆连接台 140。 具体地， 所述线缆设备 130与所述硅片台 120为柔性连接， 以保证所述线缆 设备 130与硅片台 120之间的柔性解耦， 所述线缆设备 130与所述线缆连接 台 140刚性连接， 使所述线缆连接台 140在运动过程中带动线缆设备 130同 步运动，两者间无需如线缆设备 130和硅片台 120之间需要跟随控制。所述 X 向运动设备连接至所述线缆连接台 140并沿 X向运动， 所述 Y向运动设备连 接至所述线缆连接台 140并沿 Y向运动。 其中硅片台 120通过平面电机 (图 中未示出） 的动、 定子之间的作用力悬浮在所述工作台 110上， 所述硅片台 120通过平面电机实现空间内六自由度的运动和 定位，所述 X向运动设备和 Y 向运动设备带动所述线缆连接台 140跟随所述硅片台 120同步运动， 以减少 线缆设备 130对所述硅片台 120运动产生的扰动， 并减少线缆设备 130在硅 片台 120运动中的弯折次数， 增加线缆设备 130的使用寿命， 同时， 本发明 结构简单， 成本较低。 实施例 1 请继续参考图 1至图 4, 所述 Y向运动设备包括固定于所述工件台 110 底部边缘的滑台 151 , 能够沿所述滑台 151滑动的滑块 152, 以及沿 X方向设 置的导向装置 153 , 所述导向装置 153的一端安装于所述滑块 152上， 另一端 安装于所述线缆连接台 140上。所述 X向运动设备包括运动机构和控制电机， 所述运动机构的一端与控制电机相连， 另一端安装于所述线缆连接台 140上， 所述控制电机控制所述运动机构的 X向运动。 较佳地， 所述导向装置为导向 杆 153 , 较佳地， 所述导向杆 153为直线导向装置， 所述导向杆 153与所述滑 块 152之间设有机械轴承或气浮轴承或磁浮轴承。 所述导向杆 153的一端固 定连接于所述线缆连接台 140, 所述导向杆 153的另一端穿设于所述滑块 152 内， 并能够相对于所述滑块 152沿 X方向滑动， 与滑块 152在 Y方向保持同 步， 从而当滑块 152沿滑台 151在 Y向运动时， 导向杆 153带动线缆连接台 140跟随滑块 152在 Y向作同步运动； 较佳地， 所述运动机构为机械臂 161 , 所述机械臂 161包括两连杆分别为第一连杆 1611a和第二连杆 1611b以及连接 所述两连杆 1611a和 1611b的旋转接点 1612, 所述第一连杆 1611a的第一端 与所述控制电机相连，第一连杆 1611a的第二端与第二连杆 1611b的第一端通 过所述旋转接点 1612相连，第二连杆 1611b的第二端与线缆连接台 140铰接， 使线缆连接台 140在 Rz向解耦； 较佳地， 所述控制电机为旋转电机 162, 所 述旋转电机 162控制所述第一连杆 1611a的第一端旋转， 从而带动第二连杆 1611b及线缆连接台 140在 X向作相应的移动。 较佳地， 所述旋转电机 162 上还设有旋转编码器（图中未示出）， 用以测量所述机械臂 161的运动状态。 运动过程中只需通过旋转电机 162驱动机械臂 161并配合滑台 151在 Y向的 运动即可带动线缆连接台 140跟随硅片台 120在 XY平面进行主动跟随运动， 由于硅片台 120运动时，旋转电机 162带动两连杆 1611a和 1611b运动，机械 臂 161带动线缆连接台 140运动， 线缆设备 130一端和线缆连接台 140为刚 性连接， 故线缆连接台 140和线缆设备 130一起实现在 X、 Y方向的主动跟 随， 并能保证线缆设备 130与硅片台 120的运动轨迹、 速度、 加速度上的一 致性， 使硅片台 120、 线缆设备 130、 线缆连接台 140三者在运动时保持相对 静止。

较佳地，请继续参考图 1至图 4, 所述线缆设备 130与所述硅片台 120之 间安装有差分传感器（图中未示出）， 当硅片台 120在 X、 Y向运动时， 通过 所述差分传感器， 线缆设备 130跟随硅片台 120运动， 并始终保持两者的相 对位置不变， 并且在硅片台 120初始化时， 该位置上的差分传感器可以为硅 片台 120提供零位测量。

具体地， 请继续参考图 1至图 4, 所述硅片台 120的初始化过程为： 上电 之后， 所述滑台 151通过 Y向的光栅尺（图中未示出） 测量与工作台 110间 的位置关系， 由于线缆连接台 140与滑台 151相连， 所以线缆设备 130、 线缆 连接台 140以及滑台 151在初始化过程中可视为一体， 故三者的位置即为滑 台 151的位置； 线缆设备 130与硅片台 120之间设有差分传感器， 在初始化 时刻， 硅片台 120通过差分传感器测量到与线缆设备 130的相对位置， 从而 确定硅片台 120与滑台 151 间的位置关系， 这样， 通过相对测量即可确定硅 片台 120相对于工作台 110的位置关系， 以完成初始化。

请重点参考图 3和图 4, 当硅片台 120处于交接片位时， 硅片台 120会运 动到离工件台 110边缘较远的距离 （如图 3所示）， 此时， 通过机械臂 161的 带动， 线缆连接台 140可带动线缆设备 130跟随硅片台 120到达交接位， 并 且保持线缆设备 130 两端相对位置保持不变（双交接片工位情况则 无需考虑 此种工况）； 当硅片台 120处于交换位时， 两硅片台 120运动到工件台 110最 边缘极限位（如图 4所示）， 此时， 机械臂 161折弯后带动线缆连接台 140运 动到工件台 110X向的边缘位置， 跟随硅片台 120运动， 线缆设备 130通过机 械臂 161的冗余自由度可实现在 X向长短距离间的直线运动。

需要说明的是， 由于所述机械臂 161为悬臂结构， 在线缆连接台 140中 可预装磁铁及气浮垫， 工件台 110底部可安装硅钢板， 提供线缆连接台 140 在垂向的预载力， 从而提高机械臂 161和线缆连接台 140在垂向的刚度。 较佳地，请重点参考图 5和图 6, 所述线缆设备 130包括线缆 131以及套 设于所述线缆 131外侧的线缆套 132, 所述线缆套 132中设有隔层 133。 具体 地， 所述线缆 131采用柔性线缆； 所述线缆套 132采用碳纤维、 陶瓷或碳化 硅中的一种材料制成。 在硅片台 120中， 需要用到的线缆 131包括： 信号线、 功率线、 气管和水管， 本实施例中采用材质更轻， 线宽更小的柔性线缆代替 传统线缆。 柔性线缆的线宽一般在 0.2〜lmm, 远小于普通线缆宽度， 且封装 后质量更轻， 可有效降低线缆 131对硅片台 120运动产生的干扰。 线缆套 132 采用低密度， 高刚度， 高弹性模量的材料制作， 如碳纤维、 陶瓷、 碳化硅等， 对线缆 131起支撑及导向的作用， 同时提高线缆 131 的高度及结构模态， 并 消除了线缆 131在 U型弯一端产生晃动、 下垂等可能影响导轨运动的现象。 线缆套 132内设有隔层 133 , 将不同类型线缆 131单独放置， 防止各层管线之 间的相互干扰。

请继续参考图 5和图 6, 线缆 131布局时将水管、 气管等线宽较大的排管 作为单独一层（如图 6中的右半部分）， 线宽小的排线通过上下重叠为二至三 层， 并与水管、 气管等线宽较大的排管并排放置（如图 6中的左半部分）。 通 过线缆套 132内的隔层 133 , 将各层排线隔开， 减小排线间相互干扰。 线缆设 备 130采用排线横向并排布局， 减少线缆设备 130的整体厚度， 并且采用垂 向 U型打弯方式（见图 5 )可将线缆体积进一步减小。

本实施例采用线缆设备 130相对硅片台 120静止的运动方式， 该方案可 最大程度减小线缆设备 130在运动时给硅片台 120造成的扰动， 提高硅片台 拉扯等动作， 因此可有效延长线缆设备 130的使用寿命。 实施例 2

如图 7所示， 本实施例与实施例 1 的区别在于： 所述运动机构为直线滑 轨，所述直线滑轨包括 X向的轨道 261以及沿所述轨道 261滑动的固定块 262, 所述轨道 261的一端固定连接至所述滑块 252,所述线缆连接台 240固定于所 述固定块 262上； 所述控制电机为直线电机（图中未示出）， 所述直线电机控 制所述固定块 262沿所述轨道 261做直线运动， 较佳地， 所述直线电机上还 设有直线编码尺（图中未示出）。 也就是说， Y向运动设备与实施例 1相同， 包括固定于所述工件台 210底部边缘的滑台 251以及能够沿所述滑台 251滑 动的滑块 252; 而所述 X向运动设备中的运动机构则为直线滑轨， 如直线电 机、 丝杆、 旋转电机等； 控制电机则为直线电机， 导向装置则为轨道 261 , 这 样， 驱动设备（图中未示出）驱动所述滑块 252沿所述滑台 251运动， 带动 所述线缆连接台 240沿 Y方向运动， 所述直线电机控制所述直线滑轨中的固 定块 262沿所述轨道 261滑动， 带动所述线缆连接台 240沿 X方向运动， 从 而达到所述线缆设备 230与硅片台 220相对的静止， 以减小线缆设备 230在 运动时给硅片台 220造成的扰动， 提高硅片台 220的运动定位精度， 同时， 有效延长线缆设备 230的使用寿命。 实施例 3

本实施例与实施例 1和 2的区别在于： 所述 X向运动设备和 Y向运动设 备均由磁钢阵列或线圈阵列提供。

较佳地， 请参考图 8和图 9, 所述工件台 310底部设有第一磁钢阵列（或 第一线圈阵列） 350, 所述线缆连接台 340上设有与所述第一磁钢阵列 （或第 一线圈阵列 ) 350相对应的第二磁钢阵列 （或第二线圈阵列）。 所述第一磁钢 阵列 （或第一线圈阵列） 350与所述第二磁钢阵列 （或第二线圈阵列）组成平 面电机， 从而控制所述线缆连接台 340在 X、 Y方向上的相对运动。

较佳地，请继续参考图 8和图 9, 所述硅片台 320内部设有霍尔传感器阵 列 （图中未示出）， 所述线缆设备 330与所述硅片台 320之间设有跟随传感器 (图中未示出）， 用于测量所述线缆设备 330与所述硅片台 320之间的相对位 置。 具体地， 请继续参考图 8和图 9 , 所述硅片台 320的初始化过程为： 硅片 台 320内部设有霍尔传感器阵列， 所述线缆设备 330与所述硅片台 320之间 设有跟随传感器， 在工作台 310位置确定的情况下， 通过霍尔传感器阵列可 测得硅片台 320、 线缆连接台 340相对工作台 310的位置； 线缆设备 330与硅 片台 320连接的一端装有跟随传感器， 例如是跟随用的差分传感器， 此时该 差分传感器用以测量硅片台 320和线缆设备 330之间的位置关系， 并完成初 始化。

本实施例中， 当硅片台 320在 X、 Y方向运动时， 通过磁钢阵列或线圈 阵列组成的平面电机的控制， 底部的线缆连接台 340根据硅片台 320的轨迹， 同轨迹跟随并且带动线缆设备 330—起运动， 实现线缆设备 330在 X、 Y方 向的主动跟随。

综上所述， 本发明提供的工件台线缆装置， 包括工件台、 硅片台、 线缆 设备、 线缆连接台以及 X向运动设备和 Y向运动设备， 所述硅片台与线缆连 接台分别安装于所述工件台的上侧和下侧， 所述线缆设备的两端分别连接至 所述硅片台和线缆连接台， 所述 X向运动设备连接至所述线缆连接台并沿 X 向运动， 所述 Y向运动设备连接至所述线缆连接台并沿 Y向运动。 本发明利 用沿 X向运动的 X向运动设备和沿 Y向运动的 Y向运动设备带动所述线缆连 接台跟随所述硅片台在 XY向同步运动， 使得线缆设备跟随所述硅片台运动， 以减少线缆设备对所述硅片台运动产生的扰动 ， 并减少线缆设备在硅片台运 动中的弯折次数， 增加线缆设备的使用寿命， 同时， 本发明结构简单， 便于 实现。

显然， 本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和 变型而不脱离本发 明的精神和范围。 这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利 要求 及其等同技术的范围之内， 则本发明也意图包括这些改动和变型在内。