CN101533226B - 一种调平调焦机构及使用所述机构的微动台和工件台 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露了一种调平调焦机构及使用所述机构的微动台和工件台，调平调焦机构包括其上放置有曝光台的底板；与所述底板连接的水平向微调装置，其使得所述底板在水平方向上微调；与所述底板连接的垂向驱动装置，其使得所述底板在垂直方向上移动；及支撑部，支撑所述数所述底板、所述水平向微调装置及所述垂向驱动装置。所述垂向驱动装置位于所述水平向微调装置的下方。本发明的调平调焦机构的水平向微调机构和垂向驱动机构分开。这样该调平调焦机构水平向加速时对垂向机构的影响变得非常小，垂向机构就不会影响到水平向微动的行程。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成电路的制造设备，具体地说，涉及一种配合光刻机进行微电子电路制造所用的对硅片进行调平调焦的装置。
背景技术
光刻是指讲一系列掩膜版上的图形通过曝光系统依次转印至硅片相应层上的复杂工艺过程。在光刻设备中，工件台的紧密定位一般采用粗微定位方式，即大行程的粗动台驱动微动台而实现高速高加速度的长距粗定位，而由微动台最终完成精密定位。
在光刻机中，微动台的作用是承载硅片，并对硅片进行精确定位，这种精确定位包括水平向和垂向的六自由度精密调整和定位。微动台和粗动台结合可以实现大行程和微米级的精密定位。在曝光过程中，需要微调微动台以使硅片对应的曝光区域正好位于焦平面上，即所谓的调平调焦。因此，微动台实际上是通过其中的调平调焦机构来实现定位的。
美国专利US6442858B1公开了一个曝光台的六自由度调节原理及其电机布局。该台通过环状气浮结构支撑曝光台的重量。同时，这个特殊的结构也是可以对曝光台的运动导向。这种环状气浮结构在实际工作中，它的气浮间隙将直接影响到除了Z向位移以外的其他五个自由度方向的变化量，所以在水平向和垂向解耦时，会产生干扰。而且水平向运动时受垂向电机动定子间隙限制。
美国专利US6337484B1公开了重力补偿器在工件台上的布局和重力补偿器的结构。该重力补偿器有六个自由度，垂向和水平向解耦结构复杂，水平向运动时受垂向电机动定子间隙限制。另外重力补偿器在水平向加减速时对侧向气浮的刚度要求较高。
从对现有的工件台中的微动台中的调平调焦机构的分析来看，现有的调平调焦机构水平向的力就是通过重力补偿器中的活塞推杆的侧向气浮来实现。这 样就会对活塞推杆的侧向气浮刚度要求较高，而且会使得侧向气浮在加速时气膜厚度变形，会影响垂向导向。此外，由于侧向气浮轴承提供的力和调平调焦机构的质心距离较大，属于偏质心驱动，会引起干扰力矩，从而增大了控制难度。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种调平调焦机构，其垂向解耦和水平向解耦结构相对独立，解决垂向和水平向耦合产生干扰问题，由此水平向运动时不会受到垂向电机影响行程。
为实现上述目的，本发明提供了一种调平调焦机构，包括：水平向微调装置，垂向驱动装置及支撑部件；其中所述水平向微调装置由一调平调焦板及多个补偿电机组成所述补偿电机分别为设在调平调焦板一侧的X向电机和设在调平调焦板相邻另一侧的Y向电机；所述调平调焦板由所述补偿电机进行水平向驱动，并由所述垂向驱动装置进行Z向驱动。
进一步的，所述调平调焦板上通有真空和正压气体以形成真空区域和气浮区域。
进一步的，所述补偿电机为音圈电机。
进一步的，所述垂向驱动装置由3个重力补偿器以等腰三角形布置于支撑部件上。
进一步的，所述垂向驱动装置为重力补偿器，重力补偿器由垂向柔性铰链、音圈电机、活塞推杆及气腔底座组成。
进一步的，其特征在于：所述补偿电机为不少于3个。
进一步的，所述支撑部件包括水平延伸且相互平行的气足与气足连接板、以及垂直于水平面延伸的导轨滑块，其中所述导轨滑块连接所述气足与气足连接板。
为实现上述目的，本发明还提供了一种精密定位装置，包括：承物台，调平调焦机构及水平向驱动装置，所述水平向驱动装置驱动所述承物台在水平向上移动；其中所述调平调焦机构包括水平向微调装置，垂向驱动装置及支撑部件；所述水平向微调装置由一调平调焦板及多个补偿电机组成，所述补偿电机分别为设在调平调焦板一侧的X向电机和设在调平调焦板相邻另一侧的Y向电机；所述调平调焦板由所述补偿电机进行水平向驱动，并由所述垂向驱动装置进行Z向驱动；所述调平调焦板与承物台通过真空区域与气浮区域相连。
为实现上述目的，本发明还提供了一种大行程工件台，包括：精密定位装置，可沿XY向进行大行程的移动的粗动装置，及XY向导轨；其中所述精密定位装置包括：承物台，调平调焦机构及水平向驱动装置，所述水平向驱动装置驱动所述承物台在水平向上移动；所述调平调焦机构包括水平向微调装置，垂向驱动装置及支撑部件，所述补偿电机分别为设在调平调焦板一侧的X向电机和设在调平调焦板相邻另一侧的Y向电机；所述调平调焦板由所述补偿电机进行水平向驱动，并由所述垂向驱动装置进行Z向驱动；所述水平向微调装置由一调平调焦板及多个补偿电机组成；所述调平调焦板与承物台通过真空区域与气浮区域相连。
进一步的，所述XY向导轨为气浮导轨。
本发明的调平调焦机构的水平向微调机构和垂向驱动机构分开。这样该调平调焦机构水平向加速时对垂向机构的影响变得非常小，垂向机构就不会影响到水平向微动的行程。
此外，由于垂向机构不会影响到水平向微动的行程，这样就可以将水平向的行程做的大些。根据工件台的轨迹规划和粗微控制方法，微动台行程变大会使得粗动的加速度降低。这样工件台运动时产生的反力就会变小。这可以提高本发明工件台的性能。
结合附图，参考下文之以实例的方式阐述本发明主旨的描述，可明白本发明的其他方面与优点。
附图说明
参考下文较佳实施例的描述以及附图，可最佳地理解本发明及其目的与优点，其中：
图1为根据本发明的调平调焦机构的立体示意图；
图2为所述调平调焦机构的剖视图；
图3为所述调平调焦机构的俯视图；
图4为使用本发明的调平调焦机构的微动台；
图5为所述微动台的剖视图；
图6为使用所述微动台的工件台的立体示意图；
图7为示出本发明调平调焦机构中补偿电机的另一中排列方式的示意图；
图8为示出本发明调平调焦机构中补偿电机的再一中排列方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的调平调焦机构以及微动台和工件台作进一步的详细描述。
所有附图中，使用相同的标号来表示相同的元件。
如图1所示，本发明的调平调焦机构100包括气足106和承载曝光台的调平调焦板109。气足106位于调平调焦机构的底部，承载整个调平调焦机构。
气足106上设有三个重力补偿器105a、105b及105c，其呈等腰三角形布置，用以支撑放置其上的调平调焦板109。如图2所示，重力补偿器105由连接在一起的垂向柔性铰链1051、音圈电机1052、活塞推杆1053及气腔底座1054组成。柔性铰链1051与调平调焦板109连接，气腔底座1054与气足106连接。三个重力补偿器105a、105b及105c相配合而使得调平调焦板109可在Z、Rx、Ry三个方向自由度上进行微调整。重力补偿器为垂向驱动装置的一个实例。
气足106的中心处还设有垂直延伸的导轨滑块111以及通过所述导轨滑块111与气足106连接的水平向延伸的气足连接板104。由于调平调焦板109位于气足连接板104的上方，因此气足连接板104上设有通孔供重力补偿器105穿过而与调平调焦板109连接。
调平调焦板109的相邻两侧设有三个补偿电机102a、102b及102c，分两组安装在所述底板的相邻两侧。如图1所示，X向电机102a与102b设在调平调焦板109的一侧，另一个Y向电机102c设在相邻的另一侧。如图2所示，补偿电机102的动子与调平调焦板109连接，定子通过补偿电机支撑座103连接至气足连接板104。通过补偿电机102使得调平调焦板109相对与气足连接板104运动(运动范围很小在微米级别。主要是给109提供在水平向加速时的推力)。这样，补偿电机102使得调平调焦板109在水平方向微调，从而对在加速时的力进行补偿。本实施例中，所述补偿电机102为音圈电机。补偿电机102为水平向微调装置的一个实例。
如图3所示，调平调焦板109上布有多个真空孔和正压气体孔，通过外界气源(未示)在调平调焦板109上分别形成气浮区域301和真空区域302。
下文将根据图4及5描述使用本发明的调平调焦机构的微动台208。如图4所述，微动台208包括前述实施例中的调平调焦机构100。微动台208还包括曝光台101，其放置在调平调焦机构100之上，并且通过所述气浮区域301和真空 区域302与调平调焦机构100连接。这样，调平调焦机构100的气足106进一步承载曝光台101以及其上的硅片(未示)的重量。曝光台101的相邻两侧上分别设有一个X向微动电机108和两个Y向微动电机110a及110b。如图5所述，微动电机108和110的动子与曝光台101连接，定子通过微动电机座107连接到气足连接板104上。X向微动电机108和两个Y向微动电机110a及110b相配合而使得调平调焦机构100在X、Y、Rz三个方向自由度上进行微调整。
下文将根据图6描述使用本发明微动台208的工件台308。如图6所示，工件台308包括设在工件台大理石205上的粗动台209。粗动台209包括X向驱动结构和Y向驱动结构。所述X向驱动结构包括两个X向导轨滑块201a和201b、X向导轨204与两个X向直线电机203a及203b组成。导轨滑块201a通过气浮与X向导轨204连接，即，X向导轨为导轨201a提供侧向气浮。导轨滑块201a通过电机导轨连接板202与直线电机203a连接。由此，204X向直线电机203a及203b可使得X向导轨滑块201a和201b沿X向导轨204移动。所述Y向驱动结构包括一个Y向导轨207与二个Y向直线电机206a及206b组成。在Y向导轨207安装在X向导轨滑块201上。Y向电机206a及206b驱动安装在Y向导轨207的微动台208沿Y向导轨207移动。，并且微动台208安装在Y向导轨207上。这样，微动台通过所述X向驱动结构和Y向驱动结构而沿XY方向进行大行程的运动。
本发明的上述实施例具有如下优点：
(1)本发明的调平调焦机构的水平向微调机构和垂向驱动机构分开。这样该调平调焦机构水平向加速时对垂向机构的影响变得非常小，垂向机构就不会影响到水平向微动的行程。
(2)本发明的水平向微调机构位于垂向驱动机构的上方，因此可驱动调焦调平板的质心。
(3)垂向驱动机构引入气浮装置后，与垂向驱动机构相对独立，解决垂向和水平向耦合产生干扰问题。水平向运动时不会受到垂向电机影响行程。
(4)由于垂向机构不会影响到水平向微动的行程，这样就可以将水平向的行程做的大些。根据工件台的轨迹规划和粗微控制方法，微 动台行程变大会使得粗动的加速度降低。这样工件台运动时产生的反力就会变小。这可以提高本发明工件台的性能。
(5)本发明采用音圈电机，其比一般的直线电机行程短，加速度大，启动和停止更迅速，特别适合做短行程高频率反复运动。
本技术领域的技术人员应理解，本实用新型可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神与范围。具体的，应理解，本发明可以以下列形式实现。
本发明的补偿电机不限于三个。另一实施例中，补偿电机可为四个。如图7所示将四个补偿电机102布置在调焦调平板109的四周，三个重力补偿器105分布在调焦调平板的下面，呈等腰三角形布置。气浮区域301布置在真空区域302的外侧，呈环形。
本发明的补偿电机不限于设在调焦调平板109的侧面，而是可以设在下方。如图8所述，将三个个补偿电机102布置在调焦调平板109的下方，呈等腰三角形布置。三个重力补偿器105分布在调焦调平板的下面，呈等腰三角形布置。每两个补偿电机102中间都布置一个重力补偿器105，同时每两个重力补偿器105之间也都有一个补偿电机102。气浮区域301布置在真空区域302的外侧，呈环形。
综上所述，本说明书中所述的只是本实用新型的几种较佳具体实施例。凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的权利要求保护范围内。
Claims (10)
1.一种调平调焦机构，包括：水平向微调装置，垂向驱动装置及支撑部件；其特征在于：所述水平向微调装置由一调平调焦板及多个补偿电机组成，所述补偿电机分别为设在调平调焦板一侧的X向电机和设在调平调焦板相邻另一侧的Y向电机；所述调平调焦板由所述补偿电机进行水平向驱动，并由所述垂向驱动装置进行Z向驱动。
2.如权利要求1所述的调平调焦机构，其特征在于：所述调平调焦板上通有真空和正压气体以形成真空区域和气浮区域。
3.如权利要求1所述的调平调焦机构，其特征在于：所述补偿电机为音圈电机。
4.如权利要求1所述的调平调焦机构，其特征在于：所述垂向驱动装置由3个重力补偿器以等腰三角形布置于支撑部件上。
5.如权利要求1所述的调平调焦机构，其特征在于：所述垂向驱动装置为重力补偿器，重力补偿器由垂向柔性铰链、音圈电机、活塞推杆及气腔底座组成。
6.如权利要求1所述的调平调焦机构，其特征在于：其特征在于：所述补偿电机为不少于3个。
7.如权利要求1所述的调平调焦机构，其特征在于：所述支撑部件包括水平延伸且相互平行的气足与气足连接板、以及垂直于水平面延伸的导轨滑块，其中所述导轨滑块连接所述气足与气足连接板。
8.一种精密定位装置，包括：承物台，调平调焦机构及水平向驱动装置，所述水平向驱动装置驱动所述承物台在水平向上移动；其特征在于：所述调平调焦机构包括水平向微调装置，垂向驱动装置及支撑部件；所述水平向微调装置由一调平调焦板及多个补偿电机组成，所述补偿电机分别为设在调平调焦板一侧的X向电机和设在调平调焦板相邻另一侧的Y向电机；所述调平调焦板由所述补偿电机进行水平向驱动，并由所述垂向驱动装置进行Z向驱动；所述调平调焦板与承物台通过真空区域与气浮区域相连。
9.一种大行程工件台，包括：精密定位装置，可沿XY向进行大行程的移动的粗动装置，及XY向导轨；其特征在于所述精密定位装置包括：承物台，调平调焦机构及水平向驱动装置，所述水平向驱动装置驱动所述承物台在水平向上移动；所述调平调焦机构包括水平向微调装置，垂向驱动装置及支撑部件，所述补偿电机分别为设在调平调焦板一侧的X向电机和设在调平调焦板相邻另一侧的Y向电机；所述调平调焦板由所述补偿电机进行水平向驱动，并由所述垂向驱动装置进行Z向驱动；所述水平向微调装置由一调平调焦板及多个补偿电机组成；所述调平调焦板与承物台通过真空区域与气浮区域相连。
10.如权利要求9所述的大行程工件台，其特征在于：所述XY向导轨为气浮导轨。
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