CN101571675B - 光刻机工件台平衡定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光刻机工件台平衡定位系统，本发明包括光刻机框架、底座、第一补偿模块、第一平衡质量块、两个第二补偿模块、第二平衡质量块、两个第二电机定子、两个第二电机动子、第一电机定子，以及至少一个放置于底座侧边的力矩消除器，本发明通过力矩消除器消除曝光台在加速时产生的反作用力矩，大幅度降低工件台系统在携带负载加速时对底座产生的冲击力。

Description

光刻机工件台平衡定位系统

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，且特别涉及一种光刻机工件台平衡定位系统。

背景技术

现有技术中的光刻装置，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。通过光刻装置，具有不同掩模图案的多层掩模在精确对准下依次成像在涂覆有光刻胶的晶片上，例如半导体晶片或LCD板。光刻装置大体上分为两类：一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在晶片的一个曝光区域，随后晶片相对于掩模移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在晶片的另一曝光区域，重复这一过程直到晶片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像；另一类是步进扫描光刻装置，在上述过程中，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像。在掩模图案成像过程中，掩模与晶片同时相对于投影系统和投影光束移动。

在光刻装置中起非常重要作用的是工件台系统，随着双台技术和浸没式技术的出现和发展，工件台系统一般都引入平衡定位技术来解决整机的减振问题。这里所谓的平衡技术就是将电机的动子固定在驱动元件上，定子固定在平衡块上，驱动元件、平衡块和框架之间分别用气浮轴承连接；在动子与定子的相互作用下，驱动元件和平衡块分别向相反的方向运动，并满足动量守恒。目前，光刻机工件台大多采用的平衡定位系统，是将X、Y向驱动机构和曝光台都建立在单层平衡块上，通过允许平衡块因系统沿X、Y向加速时产生的偏心力发生旋转来达到减振的效果。

其中一种典型的现有技术“光刻机工件台平衡定位系统”(CN 101075096A)，其技术方案是将长行程模块建立在平衡质量系统上，带动曝光台沿X、Y向运动，平衡质量系统建立在底座上，并包括主平衡质量和辅平衡质量，分别用于平衡曝光台在加速时产生的反作用力和反作用力矩，并通过平衡质量防漂系统来补偿平衡质量系统沿X、Y和Rz向的漂移。这种现有技术的缺点是为了平衡反作用力矩，增加了辅平衡质量系统，而为了补偿衡质量系统沿X、Y和Rz向的漂移，平衡定位系统增加了两机械臂，这增加了工件台平衡定位系统的复杂性，给平衡系统的控制带来了难度。

发明内容

为了克服已有技术中存在的缺点，本发明提供一种光刻机工件台平衡定位系统，可以降低系统的减振难度，提高系统的定位精度。

为了实现上述目的，本发明提出一种光刻机工件台平衡定位系统，包括：光刻机框架；第一平衡质量块，通过气浮轴承和所述光刻机框架相连；所述平衡定位系统还包括至少一个力矩消除器，所述力矩消除器都位于所述底座的侧边上，所述力矩消除器包括：力矩消除器底座，和所述第一平衡质量块刚性相连；力矩消除器电机动子，和所述力矩消除器底座刚性连接；力矩消除器平衡质量块，通过垂向气浮轴承和侧向气浮轴承和所述力矩消除器底座相连。

可选的，所述力矩消除器的数量为两个，且分别位于所述底座的两个对角。

可选的，所述光刻机工件台平衡定位系统还包括：底座，固定于所述光刻机框架上，所述底座为矩形；第一补偿模块，放置于所述底座的第一侧边上；两个第二补偿模块，分别放置于所述底座的第二侧边和第四侧边上，所述第二侧边和所述第四侧边平行，所述第二侧边和所述第一侧边垂直；第二平衡质量块，和所述第二侧边上的第二补偿模块相连；两个第二电机定子，分别位于所述底座的第二侧边和第四侧边上，且和两侧边上相对应的第二补偿模块相连；两个第二电机动子，分别位于所述底座的第二侧边和第四侧边上，且紧挨两侧边上相对应的两个所述第二电机定子；第一电机定子，位于所述第一平衡质量块之上，且所述第一电机定子两端和两个所述第二电机动子相连；第一导轨，位于所述第一电机定子上；第二导轨，和所述第一平衡质量块通过螺钉刚性相连；第一滑块，位于所述第一导轨上，且通过气浮轴承和所述第一导轨相连；曝光台，放置于所述第一滑块上；长条镜，位于所述第一滑块上，放置于所述曝光台的一侧。

可选的，所述第一平衡质量块通过垂向气浮轴承和侧向气浮轴承和所述光刻机框架相连。

可选的，所述滑块通过垂向气浮轴承和侧向气浮轴承和所述导轨相连。

可选的，所述第二平衡质量块通过螺钉和所述第一平衡质量块刚性相连。

可选的，所述第一补偿模块包括：第一补偿电机支架；第一补偿电机定子，位于所述第一补偿电机支架上；第一补偿电机动子，位于所述第一补偿电机定子之上。

可选的，所述第一补偿电机动子和所述第一平衡质量块刚性相连。

可选的，所述第一补偿电机支架通过螺钉和所述光刻机框架相连。

可选的，所述第二补偿模块包括：第二补偿电机支架；第二补偿电机定子，位于所述第二补偿电机支架上；第二补偿电机动子，位于所述第二补偿电机定子之上。

可选的，所述第二补偿电机动子和所述第二平衡质量块刚性相连。

可选的，所述第二补偿电机支架通过螺钉和所述光刻机框架相连。

本发明所述的光刻机工件台平衡定位系统的有益效果主要表现在：本发明通过力矩消除器消除曝光台在加速时产生的反作用力矩，大幅度降低工件台系统在携带负载加速时对底座产生的冲击力，降低系统的减振难度，提高系统的定位精度。

附图说明

图1是本发明力矩消除器的结构示意图；

图2是本发明光刻机工件台平衡定位系统的结构示意图；

图3是本发明光刻机工件台平衡定位系统的剖面结构示意图；

图4是本发明力矩消除器的一实施例的结构示意图；

图5是本发明光刻机工件台平衡定位系统的X向补偿模块立体图；

图6是本发明光刻机工件台平衡定位系统的Y向补偿模块立体图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明作进一步的说明。

首先，请参考图1，图1是本发明力矩消除器的结构示意图，从图中可以看到，本发明提供的力矩消除器104包括力矩消除器底座401；力矩消除器电机动子402，和所述力矩消除器底座401刚性连接；力矩消除器平衡质量块403，通过垂向气浮轴承和侧向气浮轴承和所述力矩消除器底座401相连，其中力矩消除器平衡质量块403内装有磁铁，下面结合实施例对该力矩消除器104的技术效果作详细阐述。

接着请参考图2，图2是本发明光刻机工件台平衡定位系统的结构示意图，为了阐述的简洁和准确，首先定义图2中的横向为X方向，纵向为Y方向。本实施例基于X、Y长行程模块采用H型的结构布局，由双层平衡质量系统、双力矩消除器和X、Y向防漂系统共同组成的工件台平衡定位系统，建立在底座上，用以平衡和消除曝光台在加速时产生的反作用力和反作用力矩，并补偿平衡质量系统在X、Y向上的漂移。曝光台作为硅片的承载台，具有六自由度精密微调定位功能。

该平衡定位系统包括光刻机框架106；底座101，固定于所述光刻机框架106上，所述底座101为矩形；X向补偿模块107，放置于所述底座101的第一侧边上，第一侧边沿X向；X向平衡质量块105，通过垂向气浮轴承和侧向气浮轴承和所述光刻机框架106相连；两个Y向补偿模块103，分别放置于所述底座101的第二侧边和第四侧边上，所述第二侧边和所述第四侧边平行，所述第二侧边和所述第四侧边都为Y向，所述第二侧边和所述第一侧边垂直；Y向平衡质量块108，和所述第二侧边上的Y向补偿模块103相连；两个Y向电机定子102，分别位于所述底座101的第二侧边和第四侧边上，且和两侧边上相对应的Y向补偿模块103相连；X向电机定子110，位于所述X向平衡质量块105之上，且所述X向电机定子110两端和两个所述Y向电机定子102相连；导轨109，位于所述X向电机定子110上；滑块111，位于所述导轨109上，且通过垂向气浮轴承和侧向气浮轴承和所述导轨109相连；曝光台112，放置于所述滑块111上；长条镜113，位于所述滑块上，放置于所述曝光台的一侧；所述系统还包括至少一个力矩消除器104，所述力矩消除器104都位于所述底座101的侧边上，所述力矩消除器底座401(图1所示)都和所述X向平衡质量块刚性相连。所述力矩消除器104的数量为两个，且分别位于所述底座101的两个对角。两个力矩消除器104对角安装，用以消除曝光台112加速时在Rz向(XY平面上的旋转方向)产生的反作用力矩。图3是本发明光刻机工件台平衡定位系统的剖面结构示意图，图3中可以看到，所述Y向平衡质量块108通过侧向气浮轴承和垂向气浮轴承与Y向平衡质量块导轨203连接。Y向平衡质量块导轨203和所述X向平衡质量块105刚性连接。

接着，请参考图4，图4是本发明力矩消除器的一实施例的结构示意图，从图上可以看到力矩消除器底座401通过螺钉与X平衡质量块105刚性连接，力矩消除器电机动子402力矩内装有线圈，并与消除器底座401刚性连接，力矩消除器平衡质量块403内装有磁铁，并通过垂向气浮轴承和侧向气浮轴承与力矩消除器底座401连接。在本平衡定位系统中，双力矩消除器对角安装，用以消除曝光台加速时在Rz向产生的反作用力矩。当X向平衡质量块105在X、Y运动模块的驱动下，沿X、Y和Rz向加速时对固定在力矩消除器底座401上的力矩消除器电机动子402产生一个偏转力矩，力矩消除器电机动子402便有一个转动趋势，通过切割，固定在力矩消除器平衡质量块403内的磁铁产生的磁力线，给X向平衡质量块105施加一个大小相等的反向力矩，从而使得整个平衡系统因力矩平衡而消除Rz向的旋转。

下面，请参考图5，图5是本发明光刻机工件台平衡定位系统的X向补偿模块立体图。图中可以看出，X向补偿模块包括X向补偿电机动子601、X向补偿电机支架602和X向补偿电机定子603。X向补偿电机动子601刚性连接在X向平衡质量块105上，X向补偿电机支架602通过螺钉刚性连接在光刻机框架106上，X向补偿电机定子603刚性连接在X向补偿电机支架602上，实现对X向平衡质量块105在X向上漂移的控制。

下面，请参考图6，图6是本发明光刻机工件台平衡定位系统的Y向补偿模块立体图。图中可以看出Y向补偿模块包括Y向补偿电机定子501、Y向补偿电机支架502和Y向补偿电机动子503。Y向补偿电机定子501刚性连接Y向补偿电机支架502，Y向补偿电机支架502通过螺钉刚性连接在Y向平衡质量块导轨203上，Y向补偿电机动子503刚性连接在Y向电机定子102上。Y向补偿模块103左右对称分布，实现对Y向平衡质量块108在Y向上漂移的控制。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (11)

1.一种光刻机工件台平衡定位系统，包括：

光刻机框架；

底座，固定于所述光刻机框架上，所述底座为矩形；

第一平衡质量块，通过气浮轴承和所述光刻机框架相连；

两个第二补偿模块，分别放置于所述底座的第二侧边和第四侧边上，所述第二侧边和所述第四侧边平行，所述第二侧边和所述第一侧边垂直；

第二平衡质量块，和所述第二侧边上的第二补偿模块相连；

其特征在于所述平衡定位系统还包括至少一个力矩消除器，所述力矩消除器都位于所述底座的侧边上，所述力矩消除器包括：

力矩消除器底座，和所述第一平衡质量块刚性相连；

力矩消除器电机动子，和所述力矩消除器底座刚性连接；

力矩消除器平衡质量块，通过垂向气浮轴承和侧向气浮轴承和所述力矩消除器底座相连。

2.根据权利要求1所述一种光刻机工件台平衡定位系统，其特征在于所述力矩消除器的数量为两个，且分别位于所述底座的两个对角。

3.根据权利要求1所述一种光刻机工件台平衡定位系统，其特征在于所述光刻机工件台平衡定位系统还包括：

第一补偿模块，放置于所述底座的第一侧边上；

两个第二电机定子，分别位于所述底座的第二侧边和第四侧边上，且和两侧边上相对应的第二补偿模块相连；

两个第二电机动子，分别位于所述底座的第二侧边和第四侧边上，且紧挨两侧边上相对应的两个所述第二电机定子；

第一电机定子，位于所述第一平衡质量块之上，且所述第一电机定子两端和两个所述第二电机动子相连；

第一导轨，位于所述第一电机定子上；

第二导轨，和所述第一平衡质量块通过螺钉刚性相连；

第一滑块，位于所述第一导轨上，且通过气浮轴承和所述第一导轨相连；

曝光台，放置于所述第一滑块上；

长条镜，位于所述第一滑块上，放置于所述曝光台的一侧。

4.根据权利要求1或3所述一种光刻机工件台平衡定位系统，其特征在于所述第一平衡质量块通过垂向气浮轴承和侧向气浮轴承和所述光刻机框架相连。

5.根据权利要求3所述一种光刻机工件台平衡定位系统，其特征在于所述第一滑块通过垂向气浮轴承和侧向气浮轴承和所述第一导轨相连。

6.根据权利要求3所述一种光刻机工件台平衡定位系统，其特征在于所述第一补偿模块包括：

第一补偿电机支架；

第一补偿电机定子，位于所述第一补偿电机支架上；

第一补偿电机动子，位于所述第一补偿电机定子之上。

7.根据权利要求6所述一种光刻机工件台平衡定位系统，其特征在于所述第一补偿电机动子和所述第一平衡质量块刚性相连。

8.根据权利要求6所述一种光刻机工件台平衡定位系统，其特征在于所述第一补偿电机支架通过螺钉和所述光刻机框架相连。

9.根据权利要求3所述一种光刻机工件台平衡定位系统，其特征在于所述第二补偿模块包括：

第二补偿电机支架；

第二补偿电机定子，位于所述第二补偿电机支架上；

第二补偿电机动子，位于所述第二补偿电机定子之上。

10.根据权利要求9所述一种光刻机工件台平衡定位系统，其特征在于所述第二补偿电机动子和所述第二平衡质量块刚性相连。

11.根据权利要求9所述一种光刻机工件台平衡定位系统，其特征在于所述第二补偿电机支架通过螺钉和所述光刻机框架相连。

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