光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)的制作方法

文檔序號：2727616閱讀：508來源：國知局

專利名稱：光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體前道工序中的光刻技術領域，涉及到帶有平衡塊的大行程精密定位系統(tǒng)，特別是應用于工件臺的平衡定位系統(tǒng)。
背景技術：
從光刻機的發(fā)展歷程來看，芯片制造商對線寬(CD)、套刻精度(Overlay) 及產(chǎn)率等的追求是光刻機技術不斷發(fā)展、創(chuàng)新的源泉。當光刻技術步入納米時代以后，解決整機系統(tǒng)中的振動問題已經(jīng)上升到了非常重要的高度。在光刻機系統(tǒng)中，工件臺系統(tǒng)和掩模臺系統(tǒng)的加速運動是引入振動的一個主要因素。
當硅片直徑不大于200腿，線寬不低于100nm，產(chǎn)率要求還不太高時，工件臺一般采用外力外引的原則(就是將長行程電機的反作用力傳遞到機器基礎上)，并借助一套主動減振系統(tǒng)對曝光單元進行減振，這足已保證系統(tǒng)的精度需求。但當硅片直徑從200隨增至300mm,產(chǎn)率也需大幅提升時，工件臺的負載質(zhì) 量、速度、加速度就必須相應提高。如果工件臺仍然釆用外力外引的原則，那么將會把更大的力傳遞給機器基礎，給減振工作帶來很大的難度，也就是說外力外引原則已經(jīng)不能再滿足光刻機系統(tǒng)對減振的需求。
平衡塊技術正是在這種條件下產(chǎn)生的。平衡塊技術就是利用動量守恒原理，將電機的定子安裝在質(zhì)量較大的平衡塊上，動子與平衡塊分別用氣浮軸承支撐，在動子與定子的相互作用下，動子和平衡塊便分別向相反的方向運動，并且運動狀態(tài)滿足下面的關系
VbxMb +VmxMm=0 (1)
其中Vb是平衡塊的運動速度；Vm是電機的運動速度；Mb是平衡塊與電機定子的質(zhì)量；Mm是電機動子和負載的質(zhì)量。
方程(1)兩邊以時間為變量進行積分，可得 SbxMb +SmxMm=0 (2)
其中Sb是平衡塊的運動距離；Sm是電機的運動距離。
通過平衡塊技術，工件臺傳遞給機器基礎的作用力會大幅降低，這在很大程度上減少了光刻機系統(tǒng)的減振難度。
從結構層次上劃分，當前的平衡塊技術主要包括單層和雙層兩種。單層平衡塊就是利用一層平衡塊來平衡長行程電機在X, Y, Rz (以Z方向為軸的旋轉(zhuǎn) 方向，以下同)三個方向上加速所產(chǎn)生的力。雙層平衡塊則是利用兩層平衡塊分別平衡長行程電機在X, Y， Rz三個方向上所產(chǎn)生的力；其中上層平衡塊用來平衡一個線性運動方向(X或者Y)和Rz向上所產(chǎn)生的力，下層平衡塊則用來平衡另一個線性運動方向上(Y或者X)所產(chǎn)生的力。
阿斯麥公司(ASML Nether land B. V. ， Veldhoven )的美國專利第 US7034920B2號公開了一種帶有單層平衡塊的工件臺定位系統(tǒng)。這種平衡定位系統(tǒng)結構上相對簡單，并能在X、 Y和Rz向起到相應的平衡作用，大大減少工件臺加速運動時施加給光刻機系統(tǒng)的作用力。但在X、 Y向的加速運動中，長行程電機的作用力產(chǎn)生的偏心力矩會導致平衡塊的往復擺動。由于長行程電機等運動元件都是搭建在平衡塊之上的，平衡塊的擺動自然也會引起曝光臺的偏轉(zhuǎn)。為保證曝光臺的正常工作，系統(tǒng)通過兩個Y向長行程電機補償其因平衡塊的擺動所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)。
平衡塊的擺動主要是因為X、 Y向加速時產(chǎn)生的偏心力距引起的，這部分運動屬于附加運動。為防止平衡塊的擺動幅度超出設定的行程和系統(tǒng)的補償能力，系統(tǒng)通過一套補償機構對平衡塊進行相應的糾偏控制。但由于系統(tǒng)在X、 Y向加速時都會引起平衡塊的轉(zhuǎn)動，并且兩種運動形式同時存在，使得作用力和力臂始終處于變化當中，因此這種平衡塊技術使得平衡塊的控制具有較大的難度。
尼康公司(Nikon Corporation)的美國專利第US6885430B2號公開了一種帶有雙層平衡塊的工件臺定位系統(tǒng)。與上述單層平衡塊技術相比，這種雙層平衡塊系統(tǒng)結構上比較復雜。理論上來說，系統(tǒng)僅在X (或者Y)向加速運動時，長行程電機的作用力產(chǎn)生的偏心力矩才會導致底層平衡塊的往復擺動。當系統(tǒng) 沿Y (或者X)和Rz向加速運動時，不會引起底層平衡塊的擺動。
工作中，雙層平衡塊定位系統(tǒng)的底層平衡塊帶動頂層平衡塊和長行程電機等也是在往復擺動的。為保證曝光臺的正確位置，系統(tǒng)也通過兩個Y向長行程
電機補償其因平衡塊的擺動產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)。同樣，為防止平衡塊的擺動幅度超出設定的行程和系統(tǒng)的補償能力，系統(tǒng)通過一套補償機構對平衡塊進行糾偏控制。
雙層平衡塊定位系統(tǒng)在Y向運動中和補償?shù)讓悠胶鈮K的轉(zhuǎn)動中都會引起頂層平衡塊的線性運動。工作中為了保證頂層平衡塊的線性運動不超出設定行程，系統(tǒng)需要通過另一套補償機構對頂層平衡塊進行糾偏控制。
與阿斯麥公司公開的單層平衡塊技術相比，尼康公司公開的雙層平衡塊技
術雖然避免了系統(tǒng)在Y向加速運動時產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩，但是其結構形式較為復雜，使用電機數(shù)量較多，這使得系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)增多，制造成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術問題在于提供一種具有較高定位精度的光刻機工件臺平 -斷定位系統(tǒng)。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種新的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其包括基礎框架、長行程模塊、平衡質(zhì)量系統(tǒng)、Y向平衡塊防漂系統(tǒng)、X向平衡塊防漂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，長行程模塊包括兩個Y向長行程電機和兩個X向長行程電機，長行程模塊建立在平衡質(zhì)量系統(tǒng)之上；所述平衡質(zhì)量系統(tǒng)包括兩個Y 向平衡塊和一個X向平衡塊，平衡質(zhì)量系統(tǒng)建立在勤出框架上；Y向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在Y向平衡塊與X向平衡塊之間，用于補償兩個Y向平衡塊相對X向平衡塊的漂移；X向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在X向平衡塊與基礎框架之間，用于補償X向平衡塊在X、 Y和Rz向的漂移；測量系統(tǒng)用于測量各長行程電機和平衡塊的位置、速度和加速度。
進一步地，所述長行程^t塊兩個Y向長行程電機運動相互獨立，等速運動時實現(xiàn)Y向運動，不等速運動時實現(xiàn)沿Rz向的旋轉(zhuǎn)，而兩個X向長行程電機運動同步，所述長行程電機均包括有動子和定子。
進一步地，所述長行程模塊包括兩個安裝在X向平衡塊上的Y向?qū)к壓鸵?個X向?qū)к?，其中兩個Y向?qū)к壟cX向?qū)к壋蒆型布局。
進一步地，所述長行程模塊包括兩個通過氣浮軸承連接于對應Y向?qū)к壍腨向滑塊和一個通過氣浮軸承連接于X向?qū)к壍腦向滑塊。
進一步地，所述長行程模塊的兩個Y向長行程電機的動子與對應的Y向滑
塊安裝在一起，定子與對應的Y向平衡塊安裝在一起；X向長行程電機的動子與 X向滑塊安裝在一起，定子與X向?qū)к壈惭b在一起。
進一步地，X向?qū)к壓蛢蓚€Y向滑塊之間通過兩個柔性塊連接，其中一柔性塊在Rz向的承載剛度比其它方向的承載剛度小，另一柔性塊在X和Rz向的承
載剛度比其它方向的承載剛度小。
進一步地，所述的平衡質(zhì)量系統(tǒng)中的Y向平衡塊用來平衡Y向長行程電機施加給其定子的反作用力，X向平衡塊與Y向平衡塊共同平衡X向長行程電機施加給其定子的反作用力。
進一步地，兩個Y向平衡塊位于X向平衡塊之上，并與X向平衡塊之間通過氣浮軸承連接，Y向平衡塊只能相對X向平衡塊做Y向運動。
進一步地，X向平衡塊與基礎框架之間通過氣浮軸承連接，X向平衡塊相對基礎4醫(yī)架{故平面運動。
進一步地，Y向平衡塊防漂系統(tǒng)由兩個直線電機組成，分別用于補償2個Y 向平衡塊相對X向平衡塊的漂移；兩個直線電機的動子通過安裝支架分別與兩個Y向平衡塊連接，定子通過安裝支架與X向平衡塊連接。
進一步地，X向平衡塊防漂系統(tǒng)由兩個雙曲柄五桿才幾構組成，每個雙曲柄五桿機構由兩個旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動，并有一個輸出軸，雙曲柄五桿機構能夠跟隨X向平衡塊做平面運動，并能補償X向平衡塊在X、 Y和Rz向的漂移。
進一步地，所述測量系統(tǒng)包括線形編碼器和角度編碼器，其中兩個Y向長行程電機、X向長行程電機和兩個Y向平衡塊均安裝有線性編碼器，兩個雙曲柄五桿機構上均安裝有角度編碼器，所述角度編碼器共同測得X向平衡塊的位置。
進一步地，Y向平衡塊防漂系統(tǒng)在一個芯片單元的周期內(nèi)，或者一行芯片單元的周期內(nèi)，或者一個硅片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的力來補償Y向平衡塊的漂移運動；X向平衡塊防漂系統(tǒng)在一個芯片單元的周期內(nèi)，或者一行芯片單元的周期內(nèi)，或者一個硅片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的力來補償X向平衡塊的漂移。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)采用新的平衡塊技術，大幅減少工件臺加速運動時反作用于光刻機基礎框架的作用力，從而降低系統(tǒng) 減振的難度，同時也在一定程度上避免現(xiàn)有平衡塊技術的缺陷，降低了環(huán)節(jié)的
控制，起到了提高光刻機曝光臺定位精度的有益效果。

圖1為本發(fā)明光刻機的工件臺平衡定位系統(tǒng)的立體圖。
圖2a-2b為本發(fā)明的正-見圖及俯#見圖。
圖3為本發(fā)明的長行程模塊的立體圖。
圖4為本發(fā)明的X向滑塊、電機及編碼器的組裝圖。
圖5為本發(fā)明的長行程電機及編碼器組裝圖。
圖6為本發(fā)明的Y向防漂系統(tǒng)的電才幾及編碼器組裝圖。
圖7為雙曲柄五桿機構的立體圖。
圖8為平衡塊的控制流程圖。
其中1-基礎框架；2-X向平衡塊；3-X向平衡塊2與基礎框架之間的氣浮軸承；4a、 4b-Y向平衡塊；5a-Y向平衡塊4a與X向平衡塊2之間的垂向氣浮軸承；5b-Y向平衡塊4b與X向平衡塊2之間的垂向氣浮軸承；6a-Y向平衡塊 4a與X向平衡塊2之間的側向氣浮軸承；6b-Y向平衡塊4b與X向平衡塊2之間的側向氣浮軸承；7-Y向長行程電機定子；8a、 8b-Y向?qū)к墸?a、 9b-Y向平衡塊防漂電機；10a、 10b-Y向滑塊；lla、 llb-Y向柔性塊；12-X向長行程電機定子；13-X向?qū)к墸?4a、 14b-雙曲柄五桿機構；15-曝光臺；16-X向滑塊； l7-長行程模塊；18-曝光臺的氣浮工作臺；20a、 20b-Y向長行程電機的線性編碼器；21a、 21b-Y向滑塊與Y向?qū)к壷g的側向氣浮軸承；22a、 22b-Y向滑塊與Y向?qū)к壷g的垂向氣浮軸承；23-Y向長行程電機動子；24-X向滑塊與X向導軌之間的垂向氣浮軸承；25-X向滑塊與X向?qū)к壷g的側向氣浮軸承；26-X 向長行程電機動子；27-X向滑塊的垂向氣浮面；28-X向滑塊的側向氣浮面；29-X 向長行程電機的線性編碼器；30-光柵尺尺體；31-光柵尺讀頭；32-讀頭支架； 33-光柵尺讀頭；34-光柵尺尺體；35-尺體支架；36a、 36b-Y向防漂電機的線性編碼器；37-讀頭支架；38-光柵尺讀頭；39-光柵尺尺體；40-尺體安裝支架； 41-動子支架；42-Y向防漂電機動子；43- Y向防漂電^L定子；44-定子支架； 45-雙曲柄五桿機構的輸出軸；46-旋轉(zhuǎn)電機；47-角度編碼器；48-外殼；49-控制系統(tǒng)；50-比4交器；51-控制器；52-批j亍器；53-測量系統(tǒng)；101、 102-Y向長
4亍禾呈電才幾；103-X向長4亍禾呈電才幾。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行描述，可以進一步理解本發(fā)明的目的、具體結構特征和優(yōu)點。
請參閱圖1、圖2a、 2b，本發(fā)明光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)包括基礎框架1、長行程模塊17、平衡質(zhì)量系統(tǒng)、Y向平衡塊防漂系統(tǒng)、X向平衡塊防漂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。
基礎框架1是光刻機的基礎，自身具有一定的調(diào)平能力，基礎框架1為平衡定位系統(tǒng)提供一個牢固可靠的工作平臺。
請參閱圖3，長行程模塊17用于實現(xiàn)系統(tǒng)在X、 Y向的大行程運動，在Rz (以Z方向為軸的旋轉(zhuǎn)方向，以下同)向的小行程運動。長行程模塊17主要由 Y向長4亍程電才幾101、 Y向長行程電機102和2個X向長4亍程電機103組成。Y 向長行程電機101、 102分別由動子23和定子7組成。X向長行程電機103由動子26(參閱圖4)和定子12組成。2個Y向長行程電才幾101、 102運動相互獨立，等速運動時實現(xiàn)沿Y向的運動，不等速運動時可實現(xiàn)沿Rz向的旋轉(zhuǎn)。2個X向長行程電機103運動同步，共同實現(xiàn)X向的運動。長行程模塊17還包括大致呈 H型布局的導軌，其有兩個Y向?qū)к?a、 8b與X向?qū)к?3組成。
Y向長行程電機101的動子23與Y向滑塊10a安裝在一起，Y向長行程電機102的動子23與Y向滑塊10b安裝在一起。Y向滑塊10a與Y向?qū)к?a之間經(jīng)側向氣浮軸承21a和垂向氣浮軸承22a連接，Y向滑塊10b與Y向?qū)к?b之間經(jīng)側向氣浮軸承21b和垂向氣浮軸承22b連接。Y向?qū)к?a、 8b安裝在X向平衡塊2上。兩個Y向定子7分別與Y向平衡塊4a、 4b (參閱圖1)安裝在一起。
請繼續(xù)參閱圖3并結合圖4,兩個X向動子26分別安裝在X向滑塊16上，兩個定子12安裝在X向?qū)к?3上，X向滑塊16與X向?qū)к?3經(jīng)垂向氣浮軸承 24、側向氣浮軸承25連接。X向?qū)к?3—端與Y向滑塊10a經(jīng)Y向柔性塊lla 連接，X向?qū)к?3另一端與Y向滑塊10b經(jīng)Y向柔性塊lib連接。
兩個Y向?qū)к?a、 8b與X向?qū)к?3呈H型布局。
Y向柔性塊lla在Rz向具有較小的剛度，在其它方向具有足夠的承載剛度。另一 Y向柔性塊lib在X和Rz向具有較小的剛度，在其它方向具有足夠的承載剛度。
請參閱圖l,平衡質(zhì)量系統(tǒng)分為上下兩層，上層為兩個Y向平衡塊4a、 4b, 下層為X向平衡塊2。
結合圖2a、 2b， Y向平衡塊4a與X向平衡塊2之間經(jīng)垂向氣浮軸承5a、側向氣浮軸承6a連接，Y向平衡塊4b與X向平衡塊2之間經(jīng)垂向氣浮軸承5b、側向氣浮軸承6b連接，X向平衡塊2與基礎框架1之間經(jīng)氣浮軸承3連接。Y 向平衡塊4a、 4b相對X向平衡塊2只能作Y向運動，X向平衡塊2相對基礎框架1能夠作平面運動(X、 Y平面)。
長行程模塊17帶動曝光臺15沿X、 Y和Rz向加速運動時，電機動子23、 26會施加給定子大小相等的反作用力。曝光臺15與X向平衡塊2之間設置氣浮工作臺18。采用平衡塊技術前，定子所承受的力會直接傳遞到基礎框架1上，采用平衡塊技術后，定子所承受的力傳遞給了平衡塊4a、 4b、 2，平衡塊4a、 4b、 2因受力相對基礎框架l發(fā)生運動，也就起到了相應的平衡作用。
Y向平衡塊4a、 4b用于平衡長行程模塊17帶動負載沿Y向和Rz向加速運動時產(chǎn)生的反作用力。Y向平衡塊4a、 4b采用密度為18g/mm3的鴒合金制造，質(zhì)量基本相等，兩者的質(zhì)量和一般為Y向運動質(zhì)量(主要包括Y向滑塊10a、 10b, 2個Y向長行程電機的動子23, X向?qū)к?3， X向滑塊16, 2個X向長行程電機 103和曝光臺15等)的4-10倍以上。
Y向平衡塊4a、 4b和X向平衡塊2共同用于平衡長行程模塊17帶動負載沿 X向加速運動時產(chǎn)生的反作用力。X向平衡塊2采用密度為7. 8g/誦3的普通鋼制造，Y向平衡塊4a、 4b和X向平衡塊2的總質(zhì)量為X向運動質(zhì)量(主要包括 X向滑塊16, 2個X向長行程電機動子26和曝光臺15等)的IO倍以上。
請參閱圖l、 2a、 2b并結合圖6， Y向平衡塊防漂系統(tǒng)由Y向防漂電機9a、 9b組成。Y向防漂電機9a、 9b分別由動子支架41、 Y向防漂電機動子42、 Y向防漂電機定子43、定子支架44組成。其中Y向防漂電機9a的動子支架41安裝在Y向平衡塊4a上，定子支架44安裝在X向平衡塊2上。Y向防漂電機9b的動子支架41安裝在Y向平衡塊4b上，定子支架44安裝在X向平衡塊2上。
Y向防漂電機9a用于補償Y向平衡塊4a相對X向平衡塊2的漂移，Y向防漂電機9b用于補償Y向平衡塊4b相對X向平衡塊2的漂移。
引起Y向平衡塊4a、 4b漂移運動的原因主要包括氣浮的擾動，空氣摩擦，管線的牽拉，Y向加速運動時因驅(qū)動質(zhì)量偏心引起的附加運動和Rz向加速運動引起的附加運動等。Y向平衡塊4a、 4b的漂移必須進行相應的補償，否則它們會超出規(guī)定的行程，導致系統(tǒng)不能連續(xù)正常工作。
引起附加運動的作用力較大，但作用時間較短；光刻機的控制系統(tǒng)49 (參閱圖8)可以在一個芯片單元(die)的周期內(nèi)，或者一行芯片的周期內(nèi)，或者一個硅片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的小力通過上述Y向防漂電機9a和9b 來補償平衡塊的漂移運動。
請參閱圖1、 2a、 2b并結合圖7、 8， X向平衡塊防漂系統(tǒng)由兩個雙曲柄五桿機構14a、 14b組成，用于補償X向平衡塊2在X、 Y和Rz向的漂移。雙曲柄五桿機構14a、 14b的輸出軸45與X向平衡塊2相連，并可跟隨X向平衡塊2 在其行程范圍內(nèi)做平面運動。雙曲柄五桿機構14a、 14b的外殼48安裝在基礎框架l上，角度編碼器47連接在旋轉(zhuǎn)電機46的底部，旋轉(zhuǎn)電機46安裝在外殼 48上，旋轉(zhuǎn)電機46的輸出軸與雙曲柄五桿機構的輸入軸通過連軸器連接。
引起X向平衡塊2沿Rz向漂移運動的原因主要包括氣浮的擾動，空氣摩擦，管線的牽拉，X、 Y向加速運動時因驅(qū)動質(zhì)量偏心引起的附加運動，Rz向加速運動引起的附加運動等。引起X向平衡塊2沿X、 Y向漂移運動的原因主要包括氣浮的擾動，空氣摩擦，管線的牽拉，X向平衡塊2沿X、 Y向的漂移運動較小。
同樣，X向平衡塊2的漂移也必須采耳^目應的控制方法。X向平衡塊的防漂系統(tǒng)可以補償X向平衡塊2在X、 Y和Rz向的漂移。引起附加運動的作用力較大，但作用時間較短；控制系統(tǒng)49可以在一個芯片的周期內(nèi)，或者一行芯片的周期內(nèi)，或者一個硅片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的小力通過上述防漂系統(tǒng) 14a和14b來補償平衡塊的漂移運動。
出于控制的需要，長行程電機101、 102、 103和平衡塊4a、 4b、 2都有測量系統(tǒng)53以進行位置數(shù)據(jù)反饋如編碼器等。同時，為使運動元件在整機坐標系中有一個固定的零點，長行程電機101、 102、 103和平衡塊4a、 4b、 2均設有有零位傳感器。
請參閱圖l、 2a、 2b并結合圖5.， Y向長行程電機101的位置數(shù)據(jù)由線性編碼器20a測得，Y向長行程電機102的位置數(shù)據(jù)由線性編碼器20b測得。線性編碼器20a和20b由讀頭支架32、光柵尺讀頭33、光柵尺尺體34、尺體支架35 組成。線性編碼器20a的光柵尺讀頭33通過讀頭支架32安裝在Y向滑塊10a 上，尺體34通過尺體支架35安裝在Y向?qū)к?a上。線性編碼器20b的光4冊尺讀頭33通過讀頭支架32安裝在Y向滑塊10b上，尺體34通過尺體支架35安裝在Y向?qū)к?b上。
請參閱圖1并結合圖3、 4,兩個X向長行程電機103的位置數(shù)據(jù)由線性編碼器29測得。線性編碼器29包括光柵尺讀頭30和光柵尺尺體31。光柵尺的讀頭30安裝在X向滑塊16上，光柵尺尺體31安裝在X向?qū)к?3上。
Y向平衡塊4a的位置數(shù)據(jù)由線性編碼器36a測得，Y向平衡塊4b的位置數(shù) 據(jù)由線性編碼器36b測得。線性編碼器36a和線性編碼器36b由讀頭支架37、光牙冊尺讀頭38、光柵尺尺體39、尺體安裝支架40組成。線性編碼器36a的讀頭38經(jīng)讀頭支架37安裝在Y向平衡塊4a上，光柵尺尺體39經(jīng)尺體安裝支架 40安裝在X向平衡塊2上。線性編碼器36b的讀頭38經(jīng)讀頭支架37安裝在Y 向平衡塊4b上，光柵尺尺體39經(jīng)尺體安裝支架40安裝在X向平衡塊2上。
X向平衡塊2的位置數(shù)據(jù)由雙曲柄五桿機構14a、 14b的角度編碼器47共同測得，其中該角度編碼器47可以是弧形光柵尺也可以是旋轉(zhuǎn)編碼器或其它類型的角度編碼器。
圖8為平衡塊的控制流程圖，其中光刻機控制系統(tǒng)49包括比較器50、控制器51、執(zhí)行器52和測量系統(tǒng)53,其中執(zhí)行器52與平衡塊2、 4a、 4b連接，控制平衡塊2、 4a、 4b的運動，與平衡塊2、 4a、 4b相連接的測量系統(tǒng)53測得其位置數(shù)據(jù)，并反饋給控制系統(tǒng)49 。
本發(fā)明能夠大幅減低工件臺加速運動時施加給光刻機系統(tǒng)的作用力，在很大程度上降低系統(tǒng)的減振難度。引用這項技術，長行程電機的加速度、速度和攜帶的負載質(zhì)量都可以獲得很大提高，這將使得300mm高產(chǎn)率的步進掃描光刻機(特征線寬100nm，套刻精度30nm)技術成為可能。
權利要求
1.一種光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其包括基礎框架、長行程模塊、平衡質(zhì)量系統(tǒng)、Y向平衡塊防漂系統(tǒng)、X向平衡塊防漂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，其特征在于長行程模塊包括兩個Y向長行程電機和兩個X向長行程電機，長行程模塊建立在平衡質(zhì)量系統(tǒng)之上；所述平衡質(zhì)量系統(tǒng)包括兩個Y向平衡塊和一個X向平衡塊，平衡質(zhì)量系統(tǒng)建立在基礎框架上；Y向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在Y向平衡塊與X向平衡塊之間，用于補償兩個Y向平衡塊相對X向平衡塊的漂移；X向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在X向平衡塊與基礎框架之間，用于補償X向平衡塊在X、Y和Rz向的漂移；測量系統(tǒng)用于測量各長行程電機和平衡塊的位置、速度和加速度。
2. 如權利要求1所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述長行程模塊的兩個Y向長行程電機運動相互獨立，等速運動時實現(xiàn)Y向運動，不等速運動時實現(xiàn)沿Rz向的旋轉(zhuǎn)，而兩個X向長行程電機運動同步，所述長行程電機均包括有動子和定子。
3. 如權利要求2所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述長行程模塊包括兩個安裝在X向平衡塊上的Y向?qū)к壓鸵粋€X向?qū)к?，其中兩個Y向導軌與X向?qū)к壋蒆型布局。
4. 如權利要求3所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述長行程模塊包括兩個通過氣浮軸承連接于對應Y向?qū)к壍腨向滑塊和一個通過氣浮軸承連接于X向?qū)к壍腦向滑塊。
5. 如權利要求4所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述長行程模塊的兩個Y向長行程電機的動子與對應的Y向滑塊安裝在一起，定子與對應的Y向平衡塊安裝在一起；X向長行程電機的動子與X向滑塊安裝在一起，定子與X向?qū)к壈惭b在一起。
6. 如權利要求4所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述長行程模塊的X向?qū)к壓蛢蓚€Y向滑塊之間通過兩個柔性塊連接，其中一柔性塊在Rz 向的剛度比其它方向的剛度小，另一柔性塊在X和Rz向的剛度比其它方向的剛度小。
7. 如權利要求2所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述的平衡質(zhì)量系統(tǒng)中的Y向平衡塊用來平衡Y向長行程電機施加給其定子的反作用力，X向平衡塊與Y向平衡塊共同平衡X向長行程電機施加給其定子的反作用力。
8. 如權利要求1所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述平衡質(zhì) 量系統(tǒng)中的兩個Y向平衡塊位于X向平衡塊之上，并與X向平衡塊之間通過氣浮軸承連接，Y向平衡塊只能相對X向平衡塊做Y向運動。
9. 如權利要求1所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述平衡質(zhì) 量系統(tǒng)中的X向平衡塊與基礎框架之間通過氣浮軸承連接，X向平衡塊相對基礎框架做平面運動。
10. 如權利要求1所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于Y向平衡塊防漂系統(tǒng)由兩個直線電^i且成，分別用于補償兩個Y向平衡塊相對X向平衡塊的漂移；兩個直線電機的動子通過安裝支架分別與兩個Y向平衡塊連接，定子通過安裝支架與X向平衡塊連接。
11. 如權利要求l所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于X向平衡塊防漂系統(tǒng)由兩個雙曲柄五桿機構組成，每個雙曲柄五桿才幾構由兩個旋轉(zhuǎn)電機驅(qū) 動，并有一個輸出軸，雙曲柄五桿機構能夠跟隨X向平衡塊做平面運動，并能補償X向平衡塊在X、 Y和Rz向的漂移。
12. 如權利要求1所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述測量系統(tǒng)包括線形編碼器和角度編碼器，其中兩個Y向長行程電機、X向長行程電機和兩個Y向平衡塊均安裝有線性編碼器，兩個雙曲柄五桿機構上均安裝有角度' 編碼器，所述角度編碼器共同測得X向平衡塊的位置。
13. 如權利要求1所述的光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于Y向平衡塊防漂系統(tǒng)在一個芯片單元的周期內(nèi)，或者一行芯片單元的周期內(nèi)，或者一個硅片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的力來補償Y向平衡塊的漂移運動；X向平衡塊防漂系統(tǒng)在一個芯片單元的周期內(nèi)，或者一行芯片單元的周期內(nèi)，或者一個硅片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的力來補償X向平tf塊的漂移。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光刻機工件臺平衡定位系統(tǒng)，其包括基礎框架、長行程模塊、平衡質(zhì)量系統(tǒng)、Y向平衡塊防漂系統(tǒng)、X向平衡塊防漂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，其中長行程模塊包括兩個Y向長行程電機和兩個X向長行程電機，長行程模塊建立在平衡質(zhì)量系統(tǒng)之上；所述平衡質(zhì)量系統(tǒng)包括兩個Y向平衡塊和一個X向平衡塊，平衡質(zhì)量系統(tǒng)建立在基礎框架上；Y向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在Y向平衡塊與X向平衡塊之間，用于補償兩個Y向平衡塊相對X向平衡塊的漂移；X向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在X向平衡塊與基礎框架之間，用于補償X向平衡塊在X、Y和Rz向的漂移；測量系統(tǒng)用于測量各長行程電機和平衡塊的位置、速度和加速度。與現(xiàn)有技術相比，通過平衡塊的平衡作用，可以提高系統(tǒng)的定位精度。
文檔編號G03F7/20GK101101447SQ20071004122
公開日2008年1月9日申請日期2007年5月25日優(yōu)先權日2007年5月25日
發(fā)明者嚴天宏, 王占祥, 袁志揚申請人:上海微電子裝備有限公司

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