CN102073219B - 平衡质量系统及其工件台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具平衡质量系统的工件台，包括基座、微动台、粗动台和平衡质量系统。粗动台包括两个Y向长行程电机和由两个Y向长行程电机驱动的两个Y向长行程滑块。平衡质量系统包括由气浮相连的下层平衡块和四个上层平衡块。下层平衡块垂直气浮于基座并具有两个Y向气浮导轨和两个Y向导轨，两个Y向导轨上可滑动地设置有两个Y向长行程滑块。四个上层平衡块的端部利用多个柔性铰链将其首尾相连形成口字形状，设置在两个Y向气浮导轨上，这些上层平衡块具有两个Y向电机定子导轨，两个Y向长行程电机的动子分别可滑动地设置在两个Y向电机定子导轨上。本发明提供的工件台能在Rz方向上消减对微动台的负面影响。

Description

平衡质量系统及其工件台

技术领域

本发明涉及一种光刻装置的工件台，且特别涉及一种具平衡质量系统的光刻装置工件台。

背景技术

在光刻机H型双边驱动工件台系统中，工件台一般包括微动台和粗动台，粗动台在作长距高加速移动时，会沿移动的相反方向产生反作用力，从而造成工件台的震动等负面效应。而工件台上承载被光刻的硅片等工件，由于光刻过程中对于精度要求很高，消除工件台的震动对于光刻精度的控制起着重要作用。由于早期微动台对粗动台平面运动速度要求不高，粗动所产生的反作用力被引到整机框架上，由此所导致的负面效应由主动隔振系统加以补偿，以此消减工件台的震动对自身的影响。

随着技术的发展，硅片直径从200mm增加到300mm，产率要求提高的同时，对线宽和套刻精度的要求也越来越高，直接带来的影响是工件台运动行程增加，运动速度和精度要求也同时增加。这样，对减震系统的要求也越来越高。但要提高减震系统的能力成本较高，难度也较大。通过将作用力外引的技术手段已无法满足系统减震要求。

目前技术利用动量守恒原理，引入平衡质量块用以实时消减工件台平面粗动所产生的反作用力成为一种可行的技术方案。通过上述平衡块技术，工件台传递给机器基座的作用力会大幅降低，很大程度上减少了光刻机系统的震动。

但是，上述的技术中，由于粗动台反作用力不经过平衡块的质心，平衡块产生附加偏转，即Rz方向上的转动趋势。如果平衡块的偏转运动不加以控制，将导致上层运动部件包括微动台跟随平衡块发生偏转，并因此超出微动台旋转预设范围，会影响工件台的定位精度。

美国专利US7034920公开了一种平衡块定位系统结构方案，运用多个电机校正平衡块在X轴，Y轴和Rz方向上的漂移，特别是通过几个平衡电机的组合运动，消除平衡块Rz方向的扭矩。该专利的技术方案使用电机较多，控制算法复杂，不利于简化控制工艺和成本控制。

发明内容

本发明提出一种平衡质量系统及其工件台，能够消减光刻工艺中工件台的微动台Rz方向的转矩。

为了达到目的，本发明提出一种平衡质量系统，适用于消减光刻工艺中的工件台Rz方向的转矩，工件台包括基座、用以承载硅片的微动台和用以驱动微动台的粗动台，粗动台包括两个Y向长行程电机和分别连接至两个Y向长行程电机的动子并由两个Y向长行程电机驱动的两个Y向长行程滑块，平衡质量系统包括：

下层平衡块，下层平衡块下部在X向与基座弹性连接，并在Y向垂直气浮于基座，下层平衡块具有两个Y向气浮导轨和两个Y向导轨，两个Y向导轨上分别可滑动地设置有粗动台的两个Y向长行程滑块；以及

四个上层平衡块，其端部利用多个柔性铰链将其首尾相连，形成口字形状，设置在下层平衡块的两个Y向气浮导轨上，这些上层平衡块具有两个Y向电机定子导轨，粗动台两个Y向长行程电机的动子分别可滑动地设置在两个Y向电机定子导轨上。

更进一步的，平衡质量系统还包括分别固定在相互平行的两个上层平衡块上的支撑轴，以及分别可滑动的设置于这些支撑轴上的两个运动负载。

更进一步的，粗动台还包括X向横梁，其两端固定在两个Y向长行程滑块上；X向长行程电机设置在X向横梁上，微动台设置于X向横梁上，由X向长行程电机驱动其沿X方向移动。

本发明还提出一种具平衡质量系统的工件台，其包括：

基座；

下层平衡块，下层平衡块下部在X向与基座弹性连接，并在Y向垂直气浮于基座，下层平衡块具有两个Y向气浮导轨和两个Y向导轨，两个Y向导轨上分别可滑动地设置有粗动台的两个Y向长行程滑块；

四个上层平衡块，其顶端利用多个柔性铰链将其首尾相连，形成口字形状，设置在下层平衡块的两个Y向气浮导轨上，这些上层平衡块具有两个Y向电机定子导轨，粗动台两个Y向长行程电机的动子分别可滑动地设置在两个Y向电机定子导轨上；

粗动台，包括：

Y向长行程电机，Y向长行程电机的动子可滑动地设置在两个Y向电机定子导轨之一上；以及

X向长行程电机，X向长行程电机的定子安装在Y向长行程电机的动子上，被Y向长行程电机的动子带动沿Y向移动，X向长行程电机的动子被定子驱动，沿X向移动；

微动台，用以承载硅片，由X向长行程电机驱动其沿X方向移动。

更进一步的，其中粗动台中Y向长行程电机的个数为2个，X向长行程电机的个数为1个。

更进一步的，其中粗动台还包括：

X向横梁，其两端固定在两个Y向长行程滑块上，X向长行程电机的动子和微动台设置在X向横梁上。

更进一步的，工件台还包括：

两个支撑轴，分别固定在相互平行的两个上层平衡块上；以及

两个运动负载，分别可滑动的设置于这些支撑轴上。

本发明提供的平衡质量系统及其工件台，由于上层平衡块的端部是利用四个柔性铰链首尾相连，能够有效减轻或消除工件台内Rz方向的转矩。沿X方向固定于上层平衡块的平衡力矩消减装置能够更进一步地消减上层平衡块残余的Rz向转矩。

附图说明

图1所示为本发明第一实施例中具有消震装置的工件台结构的俯视示意图；

图2所示为图1中工件台结构的前视示意图；

图3所示为图1中工件台结构的左视示意图；

图4所示为本发明第二实施例中具有消震装置的工件台结构的俯视示意图；

图5所示为图4中工件台结构的前视示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1所示为本发明第一实施例中具有消震装置的工件台结构的俯视示意图；图2所示为图1中工件台结构的前视示意图；图3所示为图1中工件台结构的左视示意图。请同时参考图1～图3。

本实施例中的具有消震装置的工件台根据功能模块能够分为：基座11、作动系统和平衡质量系统。

基座11放置于一稳固的平台，其自身具有一定的调平能力，用于稳固支撑整个工件台。

作动系统包括微动台1和粗动台200。微动台1上承载硅片，并能够提供六自由度精密短程运动。粗动台200包括X向横梁2、两个Y向长行程滑块3a、3b以及两个Y向长行程电机。

X向横梁2为微动台1的X方向运动提供定子驱动和X向运动导轨，微动台1能够被X向长行程电机(图未示)驱动沿X方向移动。X向长行程电机的定子固定安装在Y向长行程电机的动子上，能够被Y向长行程电机的动子带动而沿Y向移动，同时，X向长行程电机的动子连接在微动台1上，用以驱动微动台1沿X方向移动。

X向横梁的两端固定在两个Y向长行程滑块3a、3b上。两个Y向长行程滑块3a、3b固定连接在Y向长行程电机动子4a、4b上，由Y向长行程电机动子4a、4b带动其沿Y向移动。当Y向长行程电机动子4a、4b移动速度相同，则粗动台200沿Y方向平移；当Y向长行程电机动子4a、4b移动速度不相同，则粗动台200沿Rz方向转动。

本发明所有实施例中的X、Y向均表示水平面上垂直的两个方向，Rz向均表示以垂直于水平面的Z轴为轴的旋转方向。

本领域技术人员能够得知，虽然本实施例中揭露了工件台具有两个Y向长行程电机，然而，只要能够实现驱动微动台沿Y向移动的目的，一个或多个Y向长行程电机都是能够接受的。

平衡质量系统主要利用双层平衡块定位系统，以消减工件台传递给机器基础的作用力。平衡质量系统主要包括下层平衡块和上层平衡块。

下层平衡块在工件台两侧与基座11通过垂向气浮连接，其中下层平衡块9a、9b在工件台两侧沿X方向连接于基座11(如图3所示)，下层平衡块9a、9b利用多个柔性弹簧13连接于基座11。这些柔性弹簧13给下层平衡块9a、9b提供侧向支撑，并提供下层平衡块9a、9bX向移动和Rz方向旋转的弹性。柔性弹簧13可以对称地设置于基座11与下层平衡块9a、9b之间。

下层平衡块8a～8d在工件台两侧沿Y方向固定在下层平衡块9a、9b上方。如图2所示，下层平衡块8a、8b之间以及下层平衡块8c、8d之间，具有Y向气浮导轨，具有垂向和侧向气浮轴承，能够提供支撑并提供移动路径。

Y向导轨10a、10b在工件台两侧沿Y向固定在下层平衡块9a、9b上方，Y向导轨10a、10b上分别可滑动地设置有上述粗动台的两个Y向长行程滑块3a、3b，提供Y向长行程滑块3a、3b沿Y方向直线运动。

四个上层平衡块6a～6d分别平行于X、Y轴呈口字型组合。上层平衡块6a～6d设置在下层平衡块Y向气浮导轨上方，可相对于下层平衡块8a～8d沿Y方向移动。上层平衡块6a～6d能够在下层平衡块Y向气浮导轨上沿着Y方向移动，同时能够被下层平衡块8a～8d利用Y向气浮导轨带动，沿X方向和Rz方向运动。

如图1、2所示，Y向电机定子导轨5a、5b固定在Y向上层平衡块6a、6b上，Y向长行程电机4a、4b的动子可滑动地设置在Y向电机定子导轨5a、5b上，适于沿Y方向移动。

值得注意的是，若上层平衡块6a～6d为刚性连接，则当上层平衡块6a～6d具有Rz向转动的趋势时，该转动能量会直接作用在Y向电机定子导轨5a、5b，从而可能造成整个工件台的震动，不利于微动台1上硅片的精确定位，影响曝光精度。

本实施例中的上层平衡块6a～6d的端部是利用四个柔性铰链7a～7d首尾相连，当上层平衡块6a～6d被Y向长行程电机动子4a、4b的反作用力驱动而具有Rz向转动的趋势时，柔性铰链7a～7d能够有效吸收该转动的能量，从而减轻或消除工件台的震动。

本实施例提供平衡质量系统，不仅能够有效缓冲X、Y方向上的反作用力，由于上层平衡块6a～6d的端部是利用四个柔性铰链7a～7d首尾相连，更能够有效减轻或消除工件台内Rz方向的转矩。

图4所示为本发明第二实施例中具有消震装置的工件台结构的俯视示意图；图5所示为图4中工件台结构的前视示意图。请同时参考图4、5。

与前一实施例相同的元件在此不再赘述，第二实施例中更包括两个平行的平衡力矩消减装置，进一步消减上层平衡块6a～6d残余Rz向力矩。

平衡力矩消减装置包括平行设置的支撑轴21a、21b以及运动负载22a、22b。支撑轴21a、21b分别固定在X向上层平衡块6c、6d上，运动负载22a、22b可滑动地设置于支撑轴21a、21b上。

当上层平衡块6a～6d具有Rz向转动的趋势时，通过运动负载22a、22b的滑动，能够有效抵消上层平衡块6a～6d的Rz向转矩。

第二实施例中支撑轴21a、21b是设置在X向上层平衡块6c、6d上的，本领域技术人员能够想到，只要支承轴21a、21b设置在相互平行的两个上层平衡块上，即可用来消减上层平衡块6a～6d的Rz向转矩，例如，支撑轴21a、21b可以设置在Y向上层平衡块6a、6b上。

本发明提供的平衡质量系统，不仅能够有效缓冲X、Y方向上的反作用力，由于上层平衡块的端部是利用四个柔性铰链首尾相连，更能够有效减轻或消除工件台内Rz方向的转矩。沿X方向固定于上层平衡块的平衡力矩消减装置能够更进一步地消减上层平衡块残余的Rz向转矩。同时，本发明提供的具有平衡质量系统的工件台中的微动台不会受Rz向转矩的影响发生较大震动，工件台中电机的加速度、速度等都可以获得很大提高。

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 (7)

1.一种平衡质量系统，适用于消减光刻工艺中工件台的微动台Rz方向的转矩，上述工件台包括基座、用以承载硅片的微动台和用以驱动微动台的粗动台，该粗动台包括两个Y向长行程电机和分别连接至上述两个Y向长行程电机的动子并由上述两个Y向长行程电机驱动的两个Y向长行程滑块，其特征在于，该平衡质量系统包括：

下层平衡块，具有两个Y向气浮导轨和两个Y向导轨，上述两个Y向导轨上分别可滑动地设置有上述粗动台的两个Y向长行程滑块，该下层平衡块下部在X向与上述基座弹性连接，并在Y向垂直气浮于上述基座；以及

四个上层平衡块，其端部利用多个柔性铰链将其首尾相连，形成口字形状，设置在下层平衡块的两个Y向气浮导轨上，这些上层平衡块具有两个Y向电机定子导轨，上述粗动台两个Y向长行程电机的动子分别可滑动地设置在上述两个Y向电机定子导轨上。

2.根据权利要求1所述的平衡质量系统，其特征在于，该平衡质量系统还包括：

两个支撑轴，分别固定在相互平行的两个上层平衡块上；以及

两个运动负载，分别可滑动的设置于这些支撑轴上。

3.根据权利要求1所述的平衡质量系统，其特征在于，上述粗动台还包括：

X向横梁，其两端固定在上述两个Y向长行程滑块上；以及

X向长行程电机设置在上述X向横梁上，上述微动台设置于上述X向横梁上，由上述X向长行程电机驱动其沿X方向移动。

4.一种具平衡质量系统的工件台，其特征在于，包括：

基座；

下层平衡块，具有两个Y向气浮导轨和两个Y向导轨，上述两个Y向导轨上分别可滑动地设置有一粗动台的两个Y向长行程滑块，该下层平衡块下部在X向与上述基座弹性连接，并在Y向垂直气浮于上述基座；

四个上层平衡块，其顶端利用多个柔性铰链将其首尾相连，形成口字形状，设置在下层平衡块的两个Y向气浮导轨上，这些上层平衡块具有两个Y向电机定子导轨；

上述粗动台，包括：

Y向长行程电机，上述Y向长行程电机的动子可滑动地设置在上述两个Y向电机定子导轨之一上；以及

X向长行程电机，上述X向长行程电机的定子安装在上述Y向长行程电机的动子上，被上述Y向长行程电机的动子带动沿Y向移动，上述X向长行程电机的动子被定子驱动，沿X向移动；

微动台，用以承载硅片，由上述X向长行程电机驱动其沿X方向移动。

5.如权利要求4所述的具平衡质量系统的工件台，其特征在于，其中该粗动台中该Y向长行程电机的个数为2个，该X向长行程电机的个数为1个。

6.如权利要求4所述的具平衡质量系统的工件台，其特征在于，其中该粗动台还包括：

X向横梁，其两端固定在上述两个Y向长行程滑块上，上述X向长行程电机的动子和上述微动台设置在上述X向横梁上。

7.根据权利要求4所述的具平衡质量系统的工件台，其特征在于，还包括：

两个支撑轴，分别固定在相互平行的两个上层平衡块上；以及

两个运动负载，分别可滑动的设置于上述这些支撑轴上。

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