一種平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺的制作方法
【專利摘要】一種平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺，該粗微動一體掩模臺包括粗微動一體掩模臺動臺、平衡質(zhì)量、驅(qū)動電動機(jī)、掩模板、基座、隔振系統(tǒng)及測量系統(tǒng)；隔振系統(tǒng)位于平衡質(zhì)量與基座之間，掩模板安裝在粗微動一體掩模臺動臺上；掩模臺動臺的驅(qū)動電動機(jī)為動鐵式平面電動機(jī)，該平面電動機(jī)動子為安裝在粗微動一體掩模臺動臺頂面的永磁體陣列，平面電動機(jī)定子為安裝在平衡質(zhì)量上的線圈陣列。本實(shí)用新型可降低掩模臺動臺驅(qū)動電動機(jī)的設(shè)計復(fù)雜性；與直線電動機(jī)相比，平面電動機(jī)能夠提供更多方向的推力，減少電動機(jī)的數(shù)量，使粗微動一體掩模臺動臺結(jié)構(gòu)更加緊湊，提高粗微動一體掩模臺動臺的固有頻率及控制帶寬，進(jìn)而提高控制精度。
【專利說明】—種平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺，尤其涉及動鐵式平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺，主要應(yīng)用于半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]過去的幾十年中，半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展一直受到摩爾定律的驅(qū)動。即當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。這要求芯片的特征尺寸越來越小。從技術(shù)的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯率也將呈指數(shù)增長，要求新一代光刻機(jī)的精度越來越高。
[0003]縮小光源波長、減小工藝因子和增大光學(xué)元件的數(shù)值孔徑可以提高光刻機(jī)的分別率。工藝因子和光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑的變化范圍很小，降低光源波長可以更大程度提高光刻機(jī)的分辨率，提高光刻機(jī)的精度。光刻機(jī)中光光源波長從365nm的紫外(UV)光發(fā)展到248nm和193nm的深紫外(DUV)光，每一階段都提高了光刻機(jī)的分辨率。下一代的光刻機(jī)將使用13.5nm波長的極紫外(EUV)光作為光源。
[0004]投影物鏡系統(tǒng)、對準(zhǔn)系統(tǒng)和超精密工件臺系統(tǒng)是光刻機(jī)的三大核心技術(shù)。其中，超精密工件臺系統(tǒng)包括承載掩模板的掩模臺系統(tǒng)和承載硅片的硅片臺系統(tǒng)兩部分。
[0005]EUV光子會被氣體所吸收，必須在真空腔室中對硅片進(jìn)行曝光。溫度的變化會引起光源波長的變化，影響精度。最小化系統(tǒng)功耗以保證穩(wěn)定的環(huán)境溫度，所有用于真空的元件必須采用放氣最少的材料。磁懸浮掩模臺是解決功耗和真空需求的最佳方案。磁懸浮支承具有以下優(yōu)點(diǎn):溫升小，極高速下無摩擦、磨損，極低速時無爬行，運(yùn)動精度高，振動小，無污染。
[0006]掩模臺系統(tǒng)由掩模臺動臺、平衡質(zhì)量、動臺的驅(qū)動電動機(jī)、掩模板、基座、隔振系統(tǒng)及測量系統(tǒng)等部分構(gòu)成。光刻機(jī)曝光工藝要求，掩模臺動臺攜帶掩模板在驅(qū)動電動機(jī)的驅(qū)動下沿掃描方向大行程(> 132mm)往復(fù)做“加速一勻速一減速”運(yùn)動，其他自由度微動(±2_)。根據(jù)掩模臺動臺結(jié)構(gòu)不同可以分為掩模臺動臺采用粗微動疊層結(jié)構(gòu)的掩模臺和掩模臺動臺采用粗微動一體結(jié)構(gòu)的掩模臺。對于粗微動疊層結(jié)構(gòu)的掩模臺，掩模臺動臺由大行程運(yùn)動的粗動臺和高精度微調(diào)的微動臺兩部分組成。對于粗微動一體結(jié)構(gòu)的掩模臺，大行程運(yùn)動和高精度微調(diào)由單獨(dú)的一個粗微動一體掩模臺動臺完成。
[0007]粗微動一體結(jié)構(gòu)的掩模臺動臺，具有質(zhì)量輕、少線纜擾動等特點(diǎn)，掩模臺工作過程中功耗小，對于電動機(jī)推力要求較低，理論模型更加準(zhǔn)確，一些學(xué)者對其展開了研究?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用直線電動機(jī)驅(qū)動磁懸浮粗微動一體掩模臺動臺的六自由度運(yùn)動，每個直線電動機(jī)能夠提供沿電動機(jī)動子運(yùn)動方向的推力和垂直于電動機(jī)動子運(yùn)動方向的推力。為控制粗微動一體掩模臺動臺的調(diào)平、調(diào)焦運(yùn)動，至少需要三個直線電動機(jī)提供豎直方向推力；為控制粗微動一體掩模臺動臺六自由度運(yùn)動，至少還需要另外兩個直線電動機(jī)，其提供的推力與前述的直線電動機(jī)提供的推力方向不同。由于結(jié)構(gòu)限制，這兩種電動機(jī)結(jié)構(gòu)一般不同，增加了粗微動一體掩模臺動臺驅(qū)動電動機(jī)的設(shè)計復(fù)雜度；兩種不同結(jié)構(gòu)的直線電動機(jī)并列排布在粗微動一體掩模臺動臺上，增加了粗微動一體掩模臺動臺的寬度，降低了粗微動一體掩模臺動臺的固有頻率及控制帶寬，進(jìn)而影響控制精度。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的是提供一種平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中因采用直線電機(jī)所帶來的掩模臺動臺驅(qū)動電動機(jī)設(shè)計的復(fù)雜性，導(dǎo)致粗微動一體掩模臺動臺的寬度增加，降低了粗微動一體掩模臺動臺的固有頻頻率和控制帶寬，進(jìn)而影響了控制精度。
[0009]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0010]本實(shí)用新型提供一種平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺，包括粗微動一體掩模臺動臺、平衡質(zhì)量、粗微動一體掩模臺動臺的驅(qū)動電動機(jī)、掩模板、基座、隔振系統(tǒng)及測量系統(tǒng)；隔振系統(tǒng)位于平衡質(zhì)量與基座之間，掩模板安裝在粗微動一體掩模臺動臺上，其特征在于:該粗微動一體掩模臺動臺的驅(qū)動電動機(jī)為動鐵式平面電動機(jī)；動鐵式平面電動機(jī)動子為安裝在粗微動一體掩模臺動臺頂面的永磁體陣列，動鐵式平面電動機(jī)定子為安裝在平衡質(zhì)量上的線圈陣列。
[0011]本實(shí)用新型所述的平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺，還包括提供補(bǔ)償粗微動一體掩模臺動臺重力的磁懸浮結(jié)構(gòu)，所述的磁懸浮結(jié)構(gòu)動子安裝在粗微動一體掩模臺動臺上，磁懸浮結(jié)構(gòu)定子安裝在平衡質(zhì)量上。
[0012]本實(shí)用新型所述的磁懸浮粗微動一體掩模臺，其驅(qū)動動鐵式平面電動機(jī)動子永磁體陣列排布形式為二維Halbach陣列；動鐵式平面電動機(jī)定子線圈陣列排布形式有兩種，一種為沿Y方向排布，另一種沿X方向排布。
[0013]本實(shí)用新型所述的磁懸浮粗微動一體掩模臺采用反射式掩模板，粗微動一體掩模臺動臺為實(shí)心式結(jié)構(gòu)；掩模板布置位置為粗微動一體掩模臺動臺的底部。
[0014]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性的技術(shù)效果:(I)本實(shí)用新型所述的磁懸浮粗微動一體掩模臺，使用單一結(jié)構(gòu)的動鐵式平面電動機(jī)驅(qū)動粗微動一體掩模臺動臺的六自由度運(yùn)動，降低粗微動一體掩模臺動臺電動機(jī)的設(shè)計復(fù)雜度；與直線電動機(jī)相比，平面電動機(jī)能夠提供更多方向的推力，減少電動機(jī)的數(shù)量，使粗微動一體掩模臺動臺結(jié)構(gòu)更加緊湊，提高粗微動一體掩模臺動臺的固有頻率及控制帶寬，進(jìn)而提高控制精度。
(2)磁懸浮的重力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)可以降低系統(tǒng)工作時的功耗，降低系統(tǒng)發(fā)熱對于環(huán)境及測量系統(tǒng)的影響，提高控制精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺結(jié)構(gòu)的等軸測圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺結(jié)構(gòu)的正視圖。
[0017]圖3是本實(shí)用新型動鐵式平面電動機(jī)動子永磁體陣列排布示意圖。
[0018]圖4是本實(shí)用新型動鐵式平面電動機(jī)定子線圈陣列排布示意圖。
[0019]圖5a是本實(shí)用新型平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺動臺結(jié)構(gòu)俯視圖。
[0020]圖5b是圖5a中A-A面的剖視圖。
[0021]圖中:100-粗微動一體掩模臺動臺；101-掩模板；200-平衡質(zhì)量；300-動鐵式平面電動機(jī)；301-動鐵式平面電動機(jī)動子；302_動鐵式平面電動機(jī)定子；400_磁懸浮結(jié)構(gòu)；401-磁懸浮結(jié)構(gòu)動子；402_磁懸浮結(jié)構(gòu)定子；500-隔振系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的原理、結(jié)構(gòu)和實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0023]圖1和圖2分別是本實(shí)用新型提供的平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺結(jié)構(gòu)的等軸測圖和正視圖。該平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺包括粗微動一體掩模臺動臺100、平衡質(zhì)量200、粗微動一體掩模臺動臺的驅(qū)動電動機(jī)、掩模板101、基座
001、隔振系統(tǒng)500及測量系統(tǒng)；隔振系統(tǒng)500位于平衡質(zhì)量200與基座001之間，掩模板101安裝在粗微動一體掩模臺動臺100上；該粗微動一體掩模臺動臺的驅(qū)動電動機(jī)采用動鐵式平面電動機(jī)300，動鐵式平面電動機(jī)動子301為安裝在粗微動一體掩模臺動臺100頂面的永磁體陣列，動鐵式平面電動機(jī)定子302為安裝在平衡質(zhì)量200上的線圈陣列。該粗微動一體掩模臺動臺100的六自由度運(yùn)動(粗微動一體掩模臺動臺Y方向的大行程運(yùn)動和其他五個自由度的微調(diào))由布置在粗微動一體掩模臺動臺頂面的動鐵式平面電動機(jī)300 (永磁體陣列)驅(qū)動。
[0024]本實(shí)用新型提供的粗微動一體掩膜臺還包括提供補(bǔ)償粗微動一體掩模臺動臺重力的磁懸浮結(jié)構(gòu)400，由磁懸浮結(jié)構(gòu)400提供的垂向力補(bǔ)償粗微動一體掩模臺動臺重力。所述的磁懸浮結(jié)構(gòu)動子401安裝在粗微動一體掩模臺動臺上，磁懸浮結(jié)構(gòu)定子402安裝在平衡質(zhì)量上:磁懸浮結(jié)構(gòu)定子402布置在粗微動一體掩模臺動臺100上方時，其為粗微動一體掩模臺動臺100提供豎直向上的引力；磁懸浮結(jié)構(gòu)定子402布置在粗微動一體掩模臺動臺100下方時，其提供豎直向上的斥力；磁懸浮結(jié)構(gòu)定子402布置在粗微動一體掩模臺動臺100上、下兩側(cè)時，其提供的合力方向豎直向上。
[0025]圖3是本實(shí)用新型所述動鐵式平面電動機(jī)的動子301，即為安裝在粗微動一體掩模臺動臺100上的永磁體陣列,其排布形式為二維Halbach陣列。
[0026]圖4是本實(shí)用新型所述動鐵式平面電動機(jī)的定子302，及為安裝在平衡質(zhì)量200上的線圈陣列，其排布形式有兩種，一種沿Y方向排布，另一種X方向排布。
[0027]圖5a是本實(shí)用新型平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺動臺100結(jié)構(gòu)俯視圖，圖5b是圖5a中A-A面的剖視圖。該粗微動一體掩模臺100采用反射式掩模板101，粗微動一體掩模臺動臺100為實(shí)心式結(jié)構(gòu)，掩模板101布置位置為粗微動一體掩模臺動臺100底部ο
【權(quán)利要求】
1.一種平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺，包括粗微動一體掩模臺動臺(100)、平衡質(zhì)量(200)、粗微動一體掩模臺動臺的驅(qū)動電動機(jī)、掩模板(101)、基座(001)、隔振系統(tǒng)(500)及測量系統(tǒng)；隔振系統(tǒng)位于平衡質(zhì)量與基座之間，掩模板安裝在粗微動一體掩模臺動臺上，其特征在于:該粗微動一體掩模臺動臺的驅(qū)動電動機(jī)為動鐵式平面電動機(jī)(300);動鐵式平面電動機(jī)動子(301)為安裝在粗微動一體掩模臺動臺頂面的永磁體陣列，動鐵式平面電動機(jī)定子(302)為安裝在平衡質(zhì)量上的線圈陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺，其特征在于:該粗微動一體掩膜臺還包括提供補(bǔ)償粗微動一體掩模臺動臺重力的磁懸浮結(jié)構(gòu)(400)，所述的磁懸浮結(jié)構(gòu)動子(401)安裝在粗微動一體掩模臺動臺上，磁懸浮結(jié)構(gòu)定子(402)安裝在平衡質(zhì)量上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺，其特征在于:動鐵式平面電動機(jī)動子的永磁體陣列排布形式為二維Halbach陣列；動鐵式平面電動機(jī)定子線圈陣列排布形式有兩種:一種為沿Y方向排布，另一種沿X方向排布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平面電動機(jī)驅(qū)動的磁懸浮粗微動一體掩模臺，其特征在于:所述的粗微動一體掩模臺的掩模板為反射式掩模板，粗微動一體掩模臺動臺為實(shí)心式結(jié)構(gòu)，掩模板布置位置為粗微動一體掩模臺動臺的底部。
【文檔編號】G03F7/20GK203838475SQ201420212085
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】張鳴, 朱煜, 支凡, 成榮, 楊開明, 劉召, 張利, 秦慧超, 趙彥坡, 田麗, 葉偉楠, 張金, 尹文生, 穆海華, 胡金春 申請人:清華大學(xué), 北京華卓精科科技有限公司