專(zhuān)利名稱：工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于光刻機(jī)中的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，特別是具有 重力補(bǔ)償及垂向精密定位裝置的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻是指將一 系列掩模版上的芯片圖形通過(guò)曝光系統(tǒng)依次轉(zhuǎn)印到硅片相應(yīng)
層上的復(fù)雜的工藝過(guò)程。整個(gè)光刻過(guò)程大約消耗芯片前道制造時(shí)間的60%，占 有整個(gè)芯片制造的近40%的成本。而這一系列復(fù)雜、昂貴、耗時(shí)的光刻工藝過(guò) 程集中在芯片前道生產(chǎn)線對(duì)應(yīng)的一組光刻機(jī)上完成，因此光刻機(jī)的光刻精度和 產(chǎn)率高低直接影響著芯片的集成度和制造成本。
與直徑200mm的硅片相比，直徑300mm硅片表面的有效光刻面積一般提 高1.2 1.7倍，這將使芯片的制造成本下降30%左右，且直徑300mm硅片的制 造工藝已趨于成熟，基于這些因素，目前光刻直徑為300mm的硅片已經(jīng)成為前 道光刻領(lǐng)域的主流技術(shù)。隨著直徑300mm硅片業(yè)成為光刻領(lǐng)域的主流技術(shù)，傳 統(tǒng)的光刻直徑200mm硅片的框架系統(tǒng)^j部減振布局已經(jīng)不能滿足提高系統(tǒng)產(chǎn) 率和曝光質(zhì)量的要求。其主要體現(xiàn)在工件臺(tái)高加速度起停時(shí)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)反力 即使引出至外部框架，如不加以處理，對(duì)光刻系統(tǒng)的影響已不容忽視；工件臺(tái) 高速運(yùn)動(dòng)時(shí)引起系統(tǒng)重心的頻繁變化所帶來(lái)光刻系統(tǒng)的無(wú)序振動(dòng)也不容忽視。 針對(duì)光刻大直徑硅片的工件臺(tái)，為了提高硅片的產(chǎn)率，要求光刻機(jī)掃描速度不 斷提升，這勢(shì)必要不斷提高掃描運(yùn)動(dòng)的加速度，所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)反力和工件臺(tái)系 統(tǒng)重心的頻繁變化所引起的振動(dòng)問(wèn)題如不加以解決，必定惡化曝光質(zhì)量，取得 適得其反的結(jié)果。
平衡質(zhì)量技術(shù)正是在這種條件下出現(xiàn)的。通過(guò)平衡質(zhì)量技術(shù)，工件臺(tái)傳遞 給基礎(chǔ)框架的作用力會(huì)大幅降低，這在很大程度上減少了光刻機(jī)系統(tǒng)的減振難 度，避免了運(yùn)動(dòng)反力對(duì)系統(tǒng)曝光的干擾。
一種傳統(tǒng)的工件臺(tái)質(zhì)量定位系統(tǒng)采用了反力外引加主動(dòng)阻尼抵消運(yùn)動(dòng)反力 的方式，并實(shí)時(shí)補(bǔ)償因重心變化產(chǎn)生的偏心力矩的負(fù)面影響，以抵消長(zhǎng)行程模 塊的運(yùn)動(dòng)反力，并使工件臺(tái)系統(tǒng)的重心在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持不變。但是這種在原 有機(jī)型框架基礎(chǔ)上采用的主動(dòng)抵消和補(bǔ)償反力的方式受光刻技術(shù)發(fā)展瓶頸所 限，只是權(quán)宜之計(jì)。
另一種傳統(tǒng)的工件臺(tái)質(zhì)量定位系統(tǒng)具有雙層的平衡質(zhì)量塊用于抵消運(yùn)動(dòng)反 力，即在工件臺(tái)步進(jìn)掃描兩個(gè)方向上均引入相當(dāng)于平衡質(zhì)量的機(jī)構(gòu)，用以抵消 步進(jìn)和掃描方向上的運(yùn)動(dòng)反力對(duì)光刻系統(tǒng)的影響，同時(shí)，在整個(gè)曝光過(guò)程中工 件臺(tái)系統(tǒng)的重心保持不變，但由于增加部件，因而價(jià)格相對(duì)偏高。
因此，如何克服上述先前技術(shù)的缺失，進(jìn)而于使平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，使其運(yùn)動(dòng)完全解耦，并且易于制定跟蹤控制策略，是目前亟待解決的課 題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述習(xí)知技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的主要目的是提供一種平衡質(zhì)量定位系 統(tǒng)，針對(duì)光刻大直徑硅片的曝光系統(tǒng)，以減小和消除運(yùn)動(dòng)反力以及系統(tǒng)重心變 化對(duì)曝光系統(tǒng)造成的不利影響。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明即提供一種工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，應(yīng)用于光刻 機(jī)中對(duì)系統(tǒng)工件臺(tái)的減振，其包括系統(tǒng)框架、基礎(chǔ)框架、硅片承載臺(tái)、氣浮系 統(tǒng)、及運(yùn)動(dòng)限位裝置，該系統(tǒng)框架通過(guò)該氣浮系統(tǒng)相對(duì)該基礎(chǔ)框架運(yùn)動(dòng)，該運(yùn) 動(dòng)限位裝置位于該系統(tǒng)框架的四個(gè)角點(diǎn)位置用以圏定該定位系統(tǒng)在該基礎(chǔ)框架
上作平面運(yùn)動(dòng)的極限位置，其一步包括
X向和Y向長(zhǎng)行程模塊，以實(shí)現(xiàn)上述硅片承載臺(tái)相對(duì)于上述系統(tǒng)框在X、 Y兩 個(gè)方向上的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)；
糾偏和防漂裝置，用于補(bǔ)償平衡質(zhì)量系統(tǒng)框架在X向、Y向和Rz向的位置漂移； 及垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝置，安裝在上述X向和Y向長(zhǎng)行程模塊上與該承載微 動(dòng)臺(tái)之間，用以支撐硅片承載微動(dòng)臺(tái)幾乎全部的靜態(tài)重量，并兼有z、 Rx、 Ry 三方向自由度的微調(diào)整功能。
上述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括該X向和Y向長(zhǎng)行程模
塊包括Y向長(zhǎng)行程電才幾和X向長(zhǎng)行程電機(jī)。
上述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)中，該Y向長(zhǎng)行程電機(jī)和該X向長(zhǎng)行程電 機(jī)進(jìn)一步包括Yl向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子、Yl向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)子、X向長(zhǎng) 行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子、Y2向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)子、Y2向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子， 該X向長(zhǎng)行程電機(jī)的該等定子與該Y向兩組長(zhǎng)行程電機(jī)的該等動(dòng)子安裝在一 起。
上述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)中，該Y向長(zhǎng)行程電機(jī)的個(gè)數(shù)為2個(gè)，該 X向長(zhǎng)行程電機(jī)的個(gè)數(shù)為1個(gè)。
上述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)中，該等垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝置包括重 力補(bǔ)償器及垂向執(zhí)行器，該重力補(bǔ)償器用于支撐該承載微動(dòng)臺(tái)的靜態(tài)重量，該 垂向執(zhí)行器作為z向微動(dòng)補(bǔ)償器，用以實(shí)現(xiàn)該承載微動(dòng)臺(tái)的z向微補(bǔ)償及精密定 位。
上述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)中，該垂向執(zhí)行器進(jìn)一步包括聯(lián)結(jié)在該承 載微動(dòng)臺(tái)一側(cè)的音圏電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)該硅片承載微動(dòng)臺(tái)在水平方向x、 y、 Rz三自 由度的微調(diào)整。
上述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括該垂向執(zhí)行器進(jìn)一步包 括在水平向具有自適應(yīng)的調(diào)整功能的支撐簧片，以實(shí)現(xiàn)垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝 置在垂向作微小位移時(shí)運(yùn)動(dòng)的完全解耦。
上述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)中，該重力補(bǔ)償器進(jìn)一步包括環(huán)狀氣浮， 其與支撐簧片 一起用以補(bǔ)償該微動(dòng)臺(tái)的水平移動(dòng)以及該音圈電機(jī)的垂向運(yùn)動(dòng)。
上述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)中，該重力補(bǔ)償器進(jìn)一步包括簧片支撐機(jī) 構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)微動(dòng)臺(tái)位姿微調(diào)時(shí)水平向和垂向運(yùn)動(dòng)的完全解耦。
上述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)中，該等垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝置的個(gè)數(shù) 為3個(gè)。
綜上所述，本發(fā)明的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，本發(fā)明針對(duì)光刻大直徑硅 片的曝光系統(tǒng)，在工件臺(tái)中釆用平衡質(zhì)量方式，以減小和消除運(yùn)動(dòng)反力以及系 統(tǒng)重心變化對(duì)曝光系統(tǒng)造成的不利影響。其工件臺(tái)系統(tǒng)的硅片承載微動(dòng)臺(tái)采用 獨(dú)立的減振隔振方式，同時(shí)具有z、 Rx、 Ry、 x、 y、 Rz六個(gè)方向自由度的微調(diào) 整功能，用以精確的位置控制。


圖1為本發(fā)明的一種工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)的主一見(jiàn)圖。
圖2為本發(fā)明的一種工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)的硅片承載臺(tái)的橫截面剖視圖。
圖3為本發(fā)明的一種工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)的重力補(bǔ)償和垂向^:調(diào)裝置 的剖面示意圖。
圖4為本發(fā)明的一種工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)的重力補(bǔ)償器的供氣回路示 意圖。
圖5為本發(fā)明的一種工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)的重力補(bǔ)償和垂向^f效調(diào)裝置 的控制回路示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下由特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，該領(lǐng)域技術(shù)人員可由本 說(shuō)明書(shū)所揭示的內(nèi)容輕易了解本發(fā)明其它優(yōu)點(diǎn)及功效。
為了大幅度降低工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)施加給曝光系統(tǒng)的反作用力，可以采用平衡 質(zhì)量的方式來(lái)降低和抵消運(yùn)動(dòng)反力。本發(fā)明的工件臺(tái)平衡質(zhì)量系統(tǒng)屬于單層平 衡質(zhì)量精密定位系統(tǒng)。以下將對(duì)照各附圖對(duì)本發(fā)明的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng) 的各組成部分進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
如圖l及2所示，該工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)包括平衡質(zhì)量系統(tǒng)框架1、基 礎(chǔ)框架4、 X向和Y向長(zhǎng)行程模塊(圖中未標(biāo)注圖號(hào))、硅片承載臺(tái)7、四個(gè)氣 浮系統(tǒng)2、 9、 13、 20、四個(gè)運(yùn)動(dòng)限位裝置3、 8、 14、 19、三組糾偏與防漂裝置 11、 15、 18及三組具有相同結(jié)構(gòu)形式的垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝置22。
上述系統(tǒng)框架l,以用來(lái)平衡該X、 Y向長(zhǎng)行程電4幾施加給該定子5、 12、 17的反作用力。
上述^5出框架4具有調(diào)平能力，為上述系統(tǒng)框架1提供了一個(gè)牢固可靠的 工作平臺(tái)。該基礎(chǔ)框架4的上方具有一鋪面10 (可為大理石原料)用以設(shè)置上 述支撐氣浮系統(tǒng)2、 9、 13、 20。該系統(tǒng)框架1通過(guò)該支撐氣浮系統(tǒng)2、 9、 13、 20支撐在該鋪面10上。該系統(tǒng)框架1相對(duì)該^i^出框架4〗故平面運(yùn)動(dòng)。
上述長(zhǎng)行程模塊用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在X、 Y向的大行程運(yùn)動(dòng)，主要包括2個(gè)Y
向長(zhǎng)行程電機(jī)和1個(gè)X向長(zhǎng)行程電機(jī)，具體為Yl向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子5、 Yl向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)子6、 X向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子12、 Y2向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電 機(jī)動(dòng)子16、 Y2向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子17。上述2個(gè)Y向電機(jī)運(yùn)動(dòng)需要同步等 速運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)Y向運(yùn)動(dòng)。上述X向長(zhǎng)行程電機(jī)的該等定子12與上述Y向兩組 長(zhǎng)行程電機(jī)的該等動(dòng)子6、 16安裝在一起，該滑塊與其運(yùn)行導(dǎo)軌之間用氣浮軸 承連接。
上述Y向兩組長(zhǎng)行程電才幾的該等定子5、 17固設(shè)在上述系統(tǒng)框架1上。
上述X向長(zhǎng)行程電才幾的該等定子12固設(shè)在上述Yl、 Y2直線電機(jī)的該等動(dòng) 子6、 16上并實(shí)現(xiàn)剛性連接，這樣，上述長(zhǎng)行程模塊只可以實(shí)現(xiàn)上述硅片承載 臺(tái)7相對(duì)于上述系統(tǒng)框架1在X、 Y兩個(gè)方向上的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。
上述四組運(yùn)動(dòng)限位裝置3、 8、 14、 19固設(shè)在上述基礎(chǔ)框架4上，位于上述 系統(tǒng)框架1初始化的四個(gè)角點(diǎn)位置，用以圈定該平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)在上述基礎(chǔ) 框架4上作平面運(yùn)動(dòng)的極限位置，不允許其超出其圏定的運(yùn)動(dòng)范圍。
上述糾偏和防漂裝置ll、 15、 18,分別用于補(bǔ)償平銜二質(zhì)量系統(tǒng)框架1在X 向、Y向和Rz向的位置漂移。
該等垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝置22以該硅片承載微動(dòng)平臺(tái)7的幾何中心為中 心，呈120。等角度布置在工件臺(tái)長(zhǎng)行程基座23上與該承栽微動(dòng)臺(tái)7之間，用以 支撐硅片承載微動(dòng)臺(tái)7幾乎全部的靜態(tài)重量，并兼有z、 Rx、 Ry三方向自由度 的微調(diào)整功能。該等垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝置22包括重力補(bǔ)償器(圖中未標(biāo)圖 號(hào))及垂向執(zhí)行器(圖中未標(biāo)圖號(hào))。該重力補(bǔ)償器用于支撐該承載微動(dòng)臺(tái)10 的靜態(tài)重量。該垂向執(zhí)行器作為z向微動(dòng)補(bǔ)償器，用以實(shí)現(xiàn)該承載微動(dòng)臺(tái)7的z 向微補(bǔ)償及精密定位。
如圖3所示，該重力補(bǔ)償器包括推桿頂端氣浮出氣口 32、位于垂向微調(diào)及 重力補(bǔ)償裝置22中心處的氣浮擋頭33、氣浮擋頭支撐處的柔性鉸鏈^L構(gòu)34、 推桿頂部環(huán)狀氣浮35、簧片支撐機(jī)構(gòu)41、恒壓室進(jìn)氣口 42、恒壓室43、重力 補(bǔ)償器器壁體44、周向氣浮45、周向氣浮進(jìn)氣口 46、氣體通道47、周向氣浮 排氣口 48和推桿49。該垂向執(zhí)行器包括安裝在該定子支撐蓋37頂部的三組等 圓周布置的支撐簧片31、垂向微調(diào)整音圈電機(jī)24的定子36、垂向微調(diào)整音圈 電機(jī)24的定子支撐蓋37、垂向微調(diào)整音圈電機(jī)24的動(dòng)子線圏38、垂向微調(diào)整
音圈電機(jī)24的動(dòng)子線圏支撐架39和動(dòng)子線圈支撐架固定機(jī)構(gòu)40。該承載微動(dòng) 臺(tái)7在水平方向通過(guò)布置在水平面的該等三組微調(diào)的音圏電機(jī)24與工件臺(tái)微動(dòng) 臺(tái)承載框架21實(shí)現(xiàn)物理連接，該音圈電機(jī)24的動(dòng)子29通過(guò)柔性簧片27聯(lián)結(jié) 在該承載微動(dòng)臺(tái)7—側(cè)，以實(shí)現(xiàn)該硅片承載微動(dòng)臺(tái)7在水平方向x、 y、 Rz三自 由度的微調(diào)整。該音圈電機(jī)24的定子28均安裝在微動(dòng)臺(tái)水平向微調(diào)電機(jī)支撐 體30上，該支撐體再安裝在該工件臺(tái)微動(dòng)臺(tái)承載框架21上。該承載微動(dòng)臺(tái)的 承載框架21與通過(guò)氣浮25支撐在該鋪面10上的工件臺(tái)長(zhǎng)行程基座23聯(lián)結(jié)。 因而，該承載微動(dòng)臺(tái)7可以獨(dú)立減振隔振，并兼具6自由度的微調(diào)整能力。
該支撐簧片31與該氣浮擋頭33 —起粘結(jié)在該硅片承載微動(dòng)平臺(tái)7的底平 面上，共同支撐著該承載微動(dòng)平臺(tái)7的全部重量。該支撐簧片31在水平向具有 自適應(yīng)的調(diào)整功能，以實(shí)現(xiàn)三組垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝置在垂向作微小位移時(shí) 運(yùn)動(dòng)的完全解耦。該氣浮擋頭33與該環(huán)狀氣浮35支撐著該承載微動(dòng)平臺(tái)7幾 乎全部的靜態(tài)重量，該環(huán)狀氣浮35允許該氣浮擋頭33與該推桿49間在水平向 和垂向有一定的微小位移，用以補(bǔ)償該支撐簧片31的水平移動(dòng)以及音圈電機(jī)的 垂向運(yùn)動(dòng)。
上述三組垂向微調(diào)整音圈電機(jī)24實(shí)現(xiàn)該承載微動(dòng)臺(tái)7的垂向精密調(diào)整定位 時(shí)，對(duì)應(yīng)的支撐簧片31通過(guò)側(cè)向的微小形變實(shí)現(xiàn)水平向的自適應(yīng)調(diào)整功能，這 會(huì)導(dǎo)致音圏電機(jī)24固定在該定子支撐蓋37上的定子7lcf茲體36與該動(dòng)子線圈38 間發(fā)生微小的錯(cuò)動(dòng)。 一般情況下，電機(jī)定動(dòng)子的間隙可以補(bǔ)償。但當(dāng)該承載微 動(dòng)臺(tái)7水平向(x、 y、 Rz)的微調(diào)音圈電機(jī)24三組聯(lián)合動(dòng)作時(shí)，應(yīng)保證該承載 微動(dòng)臺(tái)7在水平向微調(diào)不會(huì)影響到垂向的微調(diào)，即需要實(shí)現(xiàn)水平向和垂向在控 制上的完全解耦。因此，在本較佳實(shí)施例中，重力補(bǔ)償器的器壁體44對(duì)應(yīng)垂向 微調(diào)整音圈電機(jī)的動(dòng)子線圏支撐架39安裝的位置處具有特別設(shè)計(jì)的該簧片支撐 機(jī)構(gòu)41,允許垂向執(zhí)行器對(duì)應(yīng)的該支撐簧片31、該垂向微調(diào)整音圈電機(jī)的定子 36、該垂向微調(diào)整音圈電機(jī)的定子支撐蓋37、該垂向微調(diào)整音圈電機(jī)的動(dòng)子線 圏38、該垂向孩t調(diào)整音圈電機(jī)的動(dòng)子線圈支撐架39部分相對(duì)于重力補(bǔ)償器推桿 允許在水平x、 y向有0.5mm的位移，從而實(shí)現(xiàn)微動(dòng)臺(tái)位姿微調(diào)時(shí)水平向和垂向 運(yùn)動(dòng)的完全解耦。推桿側(cè)壁的周向氣浮45其氣浮間隙約為10 16^m。
該器壁體44是整個(gè)重力補(bǔ)償器的主體外殼和支撐安裝部分。恒壓室43維
持一個(gè)恒定的壓力，承載微動(dòng)臺(tái)7幾乎全部的重量，因壓力基本維持不變，該 恒壓室對(duì)承載微動(dòng)臺(tái)7因振動(dòng)等因素發(fā)生重量變化的剛度幾乎為零，可以將高 頻振動(dòng)過(guò)濾為超低頻振動(dòng)，大幅消除工件臺(tái)內(nèi)部和外部振動(dòng)對(duì)承載微動(dòng)臺(tái)7的 影響。該器壁體44直接固定安裝在工件臺(tái)長(zhǎng)行程基座23上，恒壓室43的壓力 通過(guò)推桿49，推桿頂部氣浮擋頭33支撐著承載微動(dòng)臺(tái)7。因活塞推桿49與側(cè) 壁44以及推桿49頂部與氣浮擋頭33間均有周向氣浮45和推桿頂部的環(huán)狀氣 浮35分布，因此推桿49上下運(yùn)動(dòng)的摩擦力可以消除。恒壓補(bǔ)償氣口42用以接 通保持恒壓室43壓力穩(wěn)定不變的可控氣源。
Z向補(bǔ)償電機(jī)為微動(dòng)的該音圈電機(jī)24，響應(yīng)速度快，定位精度高?？紤]到 電機(jī)工作時(shí)線圏發(fā)熱對(duì)微動(dòng)臺(tái)7的不利影響，將其永i茲體定子部分36安裝在垂 向微調(diào)整音圈電機(jī)的定子支撐蓋37上，支撐蓋37與承載微動(dòng)臺(tái)7直接機(jī)械連 接。其動(dòng)子線圈部分38通過(guò)垂向微調(diào)整音圈電機(jī)的動(dòng)子線圈支撐架39安裝在 器壁體44上。
安裝調(diào)整后，需要確保柔性支撐簧片31的頂部平面與重力補(bǔ)償器氣浮擋頭 33頂部平面共面。音圈電機(jī)定子36和動(dòng)子38要求精確組合安裝成一體并形成 一直線微動(dòng)電機(jī)。其重要功能是根據(jù)振動(dòng)信號(hào)，實(shí)時(shí)微補(bǔ)償硅片承載微動(dòng)臺(tái)7 在Z向的位置，并能瞬間支撐該承載微動(dòng)臺(tái)7的全部重量，其主要作用相當(dāng)于 一個(gè)磁力阻尼器、微補(bǔ)償器和精密定位執(zhí)行器。磁力阻尼用以消除振動(dòng)對(duì)微動(dòng) 平臺(tái)7的影響，微補(bǔ)償器和精密定位執(zhí)行器用以調(diào)整微動(dòng)平臺(tái)7的z向高度并 實(shí)現(xiàn)精確定位。
如圖4所示，配合參照?qǐng)D3，維持重力補(bǔ)償器的恒壓室43以及側(cè)壁氣浮44 和頂部氣浮35的供應(yīng)氣源50是一個(gè)具有較大容積的容器，用以避免氣源供應(yīng) 泵體波動(dòng)對(duì)重力補(bǔ)償器工作造成的影響。調(diào)節(jié)閥51是一個(gè)可自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)的 閥體，用以保持供應(yīng)氣源壓力的穩(wěn)定，盡量減小因氣體流動(dòng)引起壓力的波動(dòng)。 為了進(jìn)一步控制氣壓，使其穩(wěn)定，在調(diào)節(jié)閥51下安裝有一個(gè)體積更大氣體容器 室52，以保持供應(yīng)重力補(bǔ)償器壓力的穩(wěn)定。氣路54直接接通重力補(bǔ)償器的恒壓 室43,并通過(guò)控制閥53接通恒壓室進(jìn)氣口 42?？刂崎y53用以控制調(diào)整進(jìn)氣口 ， 當(dāng)恒壓室43的壓力與氣體容器室52壓力不一致時(shí)，控制閥53調(diào)整進(jìn)氣孔大小， 在允許的時(shí)間內(nèi)使其壓力降為零。因此，當(dāng)推桿49因硅片承載微動(dòng)臺(tái)7加速度
不同，發(fā)生向上和向下運(yùn)動(dòng)，恒壓室43內(nèi)有氣體流入或流出，這都會(huì)在控制器 59上引起一個(gè)壓力降，控制問(wèn)53調(diào)整進(jìn)氣孔大小，在允許的時(shí)間內(nèi)使其壓力降 為零，使推桿49承受微動(dòng)臺(tái)7的幾乎全部的靜態(tài)重量，減小音圏電機(jī)組件發(fā)熱 量。當(dāng)音圏電機(jī)穩(wěn)定調(diào)整到控制位置后，恒壓室43內(nèi)的壓力會(huì)逐漸恢復(fù)到原先 的恒壓，并可持續(xù)穩(wěn)定并保持在該恒壓下自適應(yīng)穩(wěn)定的工作。
如圖5所示，重力補(bǔ)償及垂向執(zhí)行裝置的控制回路由垂向音圈電機(jī)控制器 55、承載硅片微動(dòng)臺(tái)位置傳感器56、重力補(bǔ)償器57、恒壓室氣源控制閥58、重 力補(bǔ)償控制器59以及兩個(gè)比較環(huán)節(jié)和一個(gè)反饋環(huán)節(jié)組成。Z-Setpoint為硅片承 載微動(dòng)臺(tái)7的控制器設(shè)置值，Z-Position為差分傳感器測(cè)量得到的硅片承載微動(dòng)
臺(tái)IO的實(shí)際位置值，F(xiàn)v。icec。u為音圈電機(jī)控制器55控制音圈電機(jī)垂向電磁驅(qū)動(dòng) 力的輸出值，F(xiàn)Air為重力補(bǔ)償器推桿49的氣體推力輸出值。通過(guò)比較環(huán)節(jié)，使 系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別是否達(dá)到所需重力，并通過(guò)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，控制重力合適度，以確保 其垂向精密定位。
本發(fā)明的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，具有重力補(bǔ)償及垂向精密定位裝置， 用以實(shí)現(xiàn)工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和初始化回零。相較于習(xí)知技術(shù)， 本發(fā)明針對(duì)光刻大直徑硅片，在不影響系統(tǒng)曝光質(zhì)量的前提下如何提高系統(tǒng)產(chǎn) 率的問(wèn)題，本發(fā)明工件臺(tái)布局方式，結(jié)合平衡質(zhì)量體和微動(dòng)臺(tái)特殊的6自由度 微調(diào)整和定位結(jié)構(gòu)，從而消除了大行程運(yùn)動(dòng)基座加減速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)反力， 系統(tǒng)重心在整個(gè)曝光過(guò)程中保持不變，硅片承載微動(dòng)臺(tái)形成獨(dú)立隔振減振和精 密定位單元，并能夠?qū)崿F(xiàn)納米級(jí)的位姿調(diào)整和定位功能。
上述實(shí)施例僅為例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明， 亦即，本發(fā)明事實(shí)上仍可作其它改變。因此，熟知本領(lǐng)域的技術(shù)人員均可在不 違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此本發(fā)明的權(quán)利保護(hù) 范圍，應(yīng)如后述的申請(qǐng)專(zhuān)利范圍之所列。
權(quán)利要求
1.一種工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，應(yīng)用于光刻機(jī)中對(duì)系統(tǒng)工件臺(tái)的減振，其包括系統(tǒng)框架、基礎(chǔ)框架、硅片承載臺(tái)、氣浮系統(tǒng)、及運(yùn)動(dòng)限位裝置，該系統(tǒng)框架通過(guò)該氣浮系統(tǒng)相對(duì)該基礎(chǔ)框架運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)限位裝置位于該系統(tǒng)框架的四個(gè)角點(diǎn)位置用以圈定該定位系統(tǒng)在該基礎(chǔ)框架上作平面運(yùn)動(dòng)的極限位置，其特征在于進(jìn)一步包括X向和Y向長(zhǎng)行程模塊，以實(shí)現(xiàn)上述硅片承載臺(tái)相對(duì)于上述系統(tǒng)框在X、Y兩個(gè)方向上的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)；糾偏和防漂裝置，用于補(bǔ)償平衡質(zhì)量系統(tǒng)框架在X向、Y向和Rz向的位置漂移；及垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝置，安裝在上述X向和Y向長(zhǎng)行程模塊上與該承載微動(dòng)臺(tái)之間，用以支撐硅片承載微動(dòng)臺(tái)幾乎全部的靜態(tài)重量，并兼有z、Rx、Ry三方向自由度的微調(diào)整功能。
2. 如權(quán)利要求1所述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其特征在于該X向和Y 向長(zhǎng)行程模塊包括Y向長(zhǎng)行程電機(jī)和X向長(zhǎng)行程電機(jī)。
3. 如權(quán)利要求2所述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其特征在于該Y向長(zhǎng)行 程電機(jī)和該X向長(zhǎng)行程電機(jī)進(jìn)一步包括Yl向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子、Yl向 長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)子、X向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子、Y2向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng) 子、Y2向長(zhǎng)行程驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子，該X向長(zhǎng)行程電機(jī)的該等定子與該Y向兩 組長(zhǎng)行程電^/L的該等動(dòng)子安裝在一起。
4. 如權(quán)利要求3所述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其特征在于該Y向長(zhǎng)行 程電機(jī)的個(gè)數(shù)為2個(gè)，該X向長(zhǎng)行程電機(jī)的個(gè)凄t為1個(gè)。
5. 如權(quán)利要求1所述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其特征在于該等垂向微調(diào) 及重力補(bǔ)償裝置包括重力補(bǔ)償器及垂向執(zhí)行器，該重力補(bǔ)償器用于支撐該承 載微動(dòng)臺(tái)的靜態(tài)重量，該垂向執(zhí)行器作為z向微動(dòng)補(bǔ)償器，用以實(shí)現(xiàn)該承載 微動(dòng)臺(tái)的z向微補(bǔ)償及精密定位。
6. 如權(quán)利要求5所述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其特征在于該垂向執(zhí)行器 進(jìn)一步包括聯(lián)結(jié)在該承載微動(dòng)臺(tái)一側(cè)的音圏電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)該硅片承載微動(dòng)臺(tái)在水平方向x、 y、 Rz三自由度的凝:調(diào)整。
7. 如權(quán)利要求6所述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其特征在于該垂向執(zhí)行器 進(jìn)一步包括在水平向具有自適應(yīng)的調(diào)整功能的支撐簧片，以實(shí)現(xiàn)垂向微調(diào)及 重力補(bǔ)償裝置在垂向作微小位移時(shí)運(yùn)動(dòng)的完全解耦。
8. 如權(quán)利要求7所述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其特征在于該重力補(bǔ)償器 進(jìn)一步包括環(huán)狀氣浮，其與支撐簧片 一起用以補(bǔ)償該微動(dòng)臺(tái)的水平移動(dòng)以及 該音圈電機(jī)的垂向運(yùn)動(dòng)。
9. 如權(quán)利要求8所述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其特征在于該重力補(bǔ)償器 進(jìn)一步包括簧片支撐機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)微動(dòng)臺(tái)位姿微調(diào)時(shí)水平向和垂向運(yùn)動(dòng)的完
10. 如權(quán)利要求1所述的工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，其特征在于該等垂向微調(diào) 及重力補(bǔ)償裝置的個(gè)數(shù)為3個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明為一種工件臺(tái)平衡質(zhì)量定位系統(tǒng)，用于光刻機(jī)中工件臺(tái)的減振，其包括X向和Y向長(zhǎng)行程模塊，以實(shí)現(xiàn)硅片承載臺(tái)相對(duì)于系統(tǒng)框架在X、Y兩個(gè)方向上的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)；糾偏和防漂裝置，用于補(bǔ)償平衡質(zhì)量系統(tǒng)框架在X、Y和Rz向的位置漂移；及垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝置，安裝在X向和Y向長(zhǎng)行程模塊上與承載微動(dòng)臺(tái)之間，用以支撐硅片承載微動(dòng)臺(tái)幾乎全部的靜態(tài)重量，并兼有z、Rx、Ry三方向自由度的微調(diào)整功能。本發(fā)明針對(duì)光刻大直徑硅片的曝光系統(tǒng)，在工件臺(tái)中采用平衡質(zhì)量方式，以減小和消除水平向的運(yùn)動(dòng)反力以及系統(tǒng)重心變化對(duì)曝光系統(tǒng)造成的不利影響；采用特殊設(shè)計(jì)的垂向微調(diào)及重力補(bǔ)償裝置，確保了硅片承載微動(dòng)臺(tái)的垂向減振隔振和精密定位功能。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101206410SQ200710172429
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者嚴(yán)天宏, 李志龍, 王天明, 蔡良斌, 袁志揚(yáng) 申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司;上海微高精密機(jī)械工程有限公司