CN104238275A - 六自由度微动台及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六自由度微动台及其应用，该六自由度微动台包括：承片台、三组垂向驱动装置和三组水平向驱动装置，其中，三组水平向驱动装置200呈120度布置于承片台的底部，完成水平向X、Y、Rz三个方向的位置调整，并且三组水平向驱动装置的出力沿出力方向组成一个矢量圆；三组垂向驱动装置也呈120度布置于承片台的底部，完成垂向Z、Rx、Ry三个方向的位置调整；水平向驱动装置和垂向驱动装置均采用动磁铁方式，消除了电缆的扰动。本发明的六自由度微动台取消了气浮或磁浮重力补偿装置，降低了微动台垂向驱动装置的实际难度和制造难度，同时，微动台驱动部件的重力可通过所述垂向驱动装置实时进行补偿，提高了重力的补偿效果。

Description

六自由度微动台及其应用

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，特别涉及一种六自由度微动台及其应用。

背景技术

光刻设备是一种将掩模图案曝光成像到硅片上的设备，主要用于集成电路IC或其它微型器件的制造。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硅片的一个曝光区域，随后硅片相对于掩模移动，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硅片的另一曝光区域，重复这一过程直到硅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，掩模与硅片同时相对于投影系统和投影光束移动。

随着大规模集成电路器件集成度的不断提高，光刻分辨率的不断增强，对光刻机特征线宽指标要求也在不断提升。当前，光刻机已经发展成为内部世界和外部世界的结合体，其中工件台、掩模台及其照明系统三个独立的世界分别进行减振。考虑微动模块，需要对承片台或承版台进行有效的减振，使其在曝光过程中免受其他系统的干扰。为此，业界提出了一种重力补偿技术。如图1所示，为一种气浮式重力补偿装置，通过采用空气恒压室103提供静态重力补偿，同时通过音圈电机89、95进行实时动态补偿，完成工件65在垂向位置上的调整。另外，为了解决工件65在三个重力补偿装置驱动下Rx、Ry方向上的运动解耦，在工件65与水平向气浮轴承133之间还设置了两个柔性簧片137、139。该装置很好的解决了工件65的重力补偿，同时也给工件65隔离了外部扰动。但该装置存在气浮结构设计复杂，制造精度要求高，且可能会造成气流扰动，引起系统不稳定等缺点。另外，柔性簧片137、139的设计和制造要求非常高，一旦刚度没有匹配好，反而会给工件65带来几十赫兹的扰动频率，严重影响控制性能。

为了解决上述气浮式重力补偿装置存在的问题，业界又提出了一种磁浮式重力补偿技术。其通过磁铁之间的磁力产生悬浮力，补偿重力作用，另一方面通过线圈切割磁场产生洛伦茨力，进行驱动部件的驱动。动定子之间的水平向和垂向有较小的刚度，能起到很好的被动隔振效果。但该装置存在补偿重力的磁浮力不可调，导致对于不同的驱动对象，补偿效果不相同的问题。另外，该装置还存在尺寸偏大，设计复杂等问题。

发明内容

本发明提供一种六自由度微动台及其应用，以克服现有技术中重力补偿装置结构复杂、加工难度大、补偿力不可调的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种六自由度微动台，包括：承片台、三组垂向驱动装置和三组水平向驱动装置，其中，所述三组水平向驱动装置以及三组垂向驱动装置均分别呈120度布置于所述承片台的底部，所述三组水平向驱动装置的出力沿出力方向组成一个矢量圆，所述水平向驱动装置和垂向驱动装置均采用动磁铁方式。

作为优选，在所述的六自由度微动台中，所述水平向驱动装置和垂向驱动装置均采用音圈电机。

作为优选，在所述的六自由度微动台中，所述六自由度微动台还包括微动顶板和微动底板，所述水平向驱动装置和垂向驱动装置分别与所述微动顶板和微动底板相连。

作为优选，在所述的六自由度微动台中，所述水平向驱动装置包括：水平向驱动装置动子、水平向驱动装置定子以及水平向驱动装置定子座，所述水平向驱动装置定子座固定于所述微动底板上，所述水平向驱动装置定子通过螺钉与所述水平向驱动装置定子座固定连接，所述水平向驱动装置动子通过螺钉固定在所述微动顶板上，并且所述水平向驱动装置动子与所述水平向驱动装置定子之间存在磁隙。

作为优选，在所述的六自由度微动台中，所述水平向驱动装置还包括水平向冷却进水板和水平向冷却出水板，所述水平向冷却进水板和水平向冷却出水板均固定在所述水平向驱动装置定子上。

作为优选，在所述的六自由度微动台中，所述垂向驱动装置包括：垂向驱动装置动子、垂向驱动装置定子以及垂向驱动装置定子座，其中，所述垂向驱动装置动子与所述微动顶板固定连接，且所述垂向驱动装置动子与所述垂向驱动装置定子之间存在磁隙；所述垂向驱动装置定子通过螺钉与所述垂向驱动装置定子座固定连接，所述垂向驱动装置定子座通过螺钉与所述微动底板固定连接。

作为优选，在所述的六自由度微动台中，所述垂向驱动装置还包括垂向冷却板和垂向锁紧螺钉，所述垂向冷却板通过所述垂向锁紧螺钉固定在所述垂向驱动装置定子座上。

作为优选，在所述的六自由度微动台中，所述六自由度微动台还包括水冷分流块，所述水冷分流块设置于所述微动顶板与微动底板之间，并分别与所述水平向驱动装置和垂向驱动装置相连。

本发明还提供一种工件台，包括：所述的六自由度微动台，粗动台、干涉仪测量系统以及差分传感器，其中，所述干涉仪测量系统与所述六自由度微动台相连，所述粗动台通过所述差分传感器与所述六自由度微动台相连。

作为优选，在所述的工件台中，所述干涉仪测量系统采用闭环传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的六自由度微动台取消了气浮或磁浮重力补偿装置，降低了微动台垂向驱动装置的设计难度和制造难度；

2、水平向驱动装置和垂向驱动装置均采用动磁铁方式，实现了微动台动定子之间的零刚度耦合，隔离了外部振动，提高了微动台的控制精度；

3、微动台驱动部件的重力可通过垂向驱动装置实时补偿，提高了重力的补偿效果。

附图说明

图1为现有技术中气浮式重力补偿装置的结构示意图；

图2为本发明一具体实施方式中六自由度微动台的俯视图；

图3为本发明一具体实施方式中六自由度微动台的主视图；

图4为本发明一具体实施方式中六自由度微动台的立体结构图（承片台未画出）；

图5为本发明一具体实施方式中水平向驱动装置的结构示意图；

图6为本发明一具体实施方式中垂向驱动装置的结构示意图；

图7为本发明一具体实施方式中曝光装置的结构示意图；

图8为本发明一具体实施方式中工件台的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的六自由度微动台4a，如图2～8所示，包括：承片台100、三组垂向驱动装置300和三组水平向驱动装置200，其中，承片台100用于承载需要定位的工件；所述三组水平向驱动装置200呈120度布置于所述承片台100的底部，也就是说，三组水平向驱动装置200均布于一个以承片台100的中心为圆心的圆上，完成水平向X、Y、Rz三个方向的位置调整；所述三组水平向驱动装置200的出力沿出力方向组成一个矢量圆，而所述矢量圆的直径Φ的大小由Rz向伺服刚度决定；所述三组垂向驱动装置300也呈120度布置于所述承片台100的底部，完成垂向Z、Rx、Ry三个方向的位置调整；所述水平向驱动装置200和垂向驱动装置300均采用动磁铁方式，消除了电缆的扰动。本发明的六自由度微动台4a取消了气浮或磁浮重力补偿装置，降低了六自由度微动台4a垂向驱动装置300的实际难度和制造难度，同时，微动台驱动部件的重力可通过所述垂向驱动装置300实时进行补偿，提高了重力的补偿效果。较佳的，所述水平向驱动装置200和垂向驱动装置300均采用音圈电机，音圈电机的体积小、可以实现高速、高加速运转。

请参照图4，并结合图2～3，所述六自由度微动台4a还包括微动顶板400和微动底板500，所述水平向驱动装置200和垂向驱动装置300分别与所述微动顶板400和微动底板500相连。具体地，所述微动顶板400的顶部与所述承片台100相连。并且，所述微动顶板400与微动底板500之间还设有水冷分流块600，所述水冷分流块600分别与所述水平向驱动装置200和垂向驱动装置300相连，为水平向驱动装置200、垂向驱动装置300提供冷却水，降低驱动装置产生的热量，降低温度对承片台100的影响，从而降低温度对控制性能的影响。

请参照图5，并结合图2～4，所述水平向驱动装置200包括：水平向驱动装置动子210、水平向驱动装置定子220以及水平向驱动装置定子座230，所述水平向驱动装置定子座230固定于所述微动底板500上，所述水平向驱动装置定子220通过螺钉与所述水平向驱动装置定子座230固定连接，所述水平向驱动装置动子210通过螺钉固定在所述微动顶板400上，所述水平向驱动装置动子210与所述水平向驱动装置定子220之间存在磁隙，具体地，水平向驱动装置动子210与所述水平向驱动装置定子220在水平向和垂向均存在磁隙，该磁隙用于确保六自由度微动台4a的水平向和垂向运动行程，水平向驱动装置定子220的出力方向沿图5中的Y方向，也就是图2和图3中的箭头Fh指示的方向。

较佳的，请继续参照图5，所述水平向驱动装置200还包括：水平向冷却进水板240和水平向冷却出水板250，所述水平向冷却进水板240和水平向冷却出水板250均固定在所述水平向驱动装置定子220，并和所述水冷分流块600相连，为冷却水提供进水口和出水口，为所述水平向驱动装置定子220提供冷却水。

请参照图6，并结合图2～4，所述垂向驱动装置300包括：垂向驱动装置动子310、垂向驱动装置定子320以及垂向驱动装置定子座330，其中，所述垂向驱动装置动子310与所述微动顶板400固定连接，且所述垂向驱动装置动子310与所述垂向驱动装置定子320之间存在磁隙，由于该磁隙的作用与水平向驱动装置200中的磁隙作用相同，此处不再赘述；所述垂向驱动装置定子320通过螺钉与所述垂向驱动装置定子座330固定连接，所述垂向驱动装置定子座330通过螺钉与所述微动底板500固定连接。本实施例中，垂向驱动装置定子320的出力方向沿图6中的Z方向，也就是图2和图3中的箭头Fz指示的方向。

较佳的，请继续参照图6，所述垂向驱动装置300还包括垂向冷却板340和垂向锁紧螺钉350，所述垂向冷却板340通过所述垂向锁紧螺钉350固定在所述垂向驱动装置定子座330上。具体地，所述垂向冷却板340和垂向锁紧螺钉350分别有两组，分别提供冷却水的进入口和出水口，为垂向驱动装置定子320提供冷却水。

由上可知，本发明六自由度微动台4a的驱动装置（包括垂向驱动装置300和水平向驱动装置200）的动子均通过微动顶板400固定在所述承片台100上，定子均通过固定座固定在微动底板500上，实现了驱动装置动子、定子之间的零刚度耦合，消除了驱动装置线缆的扰动。

当然，本发明的六自由度微动台4a多应用于光刻机的曝光装置中的工件台中。具体如图7所示，所述曝光装置包括照明系统1、掩模台2、投影物镜3和工件台4，其中，照明系统1为曝光装置提供曝光光源，掩模台2支撑和定位掩模版；投影物镜3提供曝光视场，将掩模版上的图形曝光在硅片或者玻璃基板上；工件台4承载硅片或者玻璃基板等工件，为工件提供支撑和定位功能。此外，曝光装置还包括一激光干涉仪（未图示），所述激光干涉仪为掩模台2和工件台4的精密运动控制提供位置信号。进一步的，如图8所示，所述工件台4包括：所述的六自由度微动台4a、粗动台4b、干涉仪测量系统4c以及差分传感器4d，所述干涉仪测量系统4c与所述六自由度微动台4a相连，所述粗动台4b通过所述差分传感器4d与所述六自由度微动台4a相连。作为优选，所述干涉仪测量系统4c采用闭环传感器。在正常运动工况下，干涉仪测量系统4c给所述六自由度微动台4a提供位置闭环信号，使得六自由度微动台4a完成精密运动，同时，粗动台4b通过差分传感器4d建立与六自由度微动台4a之间的跟随运动控制，完成大行程运动。

综上所述，本发明提供一种六自由度微动台4a及其应用，该六自由度微动台4a包括：承片台100、三组垂向驱动装置300和三组水平向驱动装置200，其中，承片台100用于承载需要定位的工件；所述三组水平向驱动装置200呈120度布置于所述承片台100的底部，完成水平向X、Y、Rz三个方向的位置调整；所述三组水平向驱动装置200的出力沿出力方向组成一个矢量圆，而所述矢量圆的直径Φ的大小由Rz向伺服刚度决定；所述三组垂向驱动装置300也呈120度布置于所述承片台100的底部，完成垂向Z、Rx、Ry三个方向的位置调整；所述水平向驱动装置200和垂向驱动装置300均采用动磁铁方式，消除了电缆的扰动。本发明的六自由度微动台4a取消了气浮或磁浮重力补偿装置，降低了微动台垂向驱动装置的实际难度和制造难度，同时，微动台驱动部件的重力可通过所述垂向驱动装置300实时进行补偿，提高了重力的补偿效果。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种六自由度微动台，其特征在于，包括：承片台、三组垂向驱动装置和三组水平向驱动装置，其中，所述三组水平向驱动装置以及三组垂向驱动装置均分别呈120度布置于所述承片台的底部，所述三组水平向驱动装置的出力沿出力方向组成一个矢量圆，所述水平向驱动装置和垂向驱动装置均采用动磁铁方式。

2.如权利要求1所述的六自由度微动台，其特征在于，所述水平向驱动装置和垂向驱动装置均采用音圈电机。

3.如权利要求1所述的六自由度微动台，其特征在于，所述六自由度微动台还包括微动顶板和微动底板，所述水平向驱动装置和垂向驱动装置分别与所述微动顶板和微动底板相连。

4.如权利要求3所述的六自由度微动台，其特征在于，所述水平向驱动装置包括：水平向驱动装置动子、水平向驱动装置定子以及水平向驱动装置定子座，所述水平向驱动装置定子座固定于所述微动底板上，所述水平向驱动装置定子通过螺钉与所述水平向驱动装置定子座固定连接，所述水平向驱动装置动子通过螺钉固定在所述微动顶板上，并且所述水平向驱动装置动子与所述水平向驱动装置定子之间存在磁隙。

5.如权利要求4所述的六自由度微动台，其特征在于，所述水平向驱动装置还包括水平向冷却进水板和水平向冷却出水板，所述水平向冷却进水板和水平向冷却出水板均固定在所述水平向驱动装置定子上。

6.如权利要求3所述的六自由度微动台，其特征在于，所述垂向驱动装置包括：垂向驱动装置动子、垂向驱动装置定子以及垂向驱动装置定子座，其中，所述垂向驱动装置动子与所述微动顶板固定连接，且所述垂向驱动装置动子与所述垂向驱动装置定子之间存在磁隙；所述垂向驱动装置定子通过螺钉与所述垂向驱动装置定子座固定连接，所述垂向驱动装置定子座通过螺钉与所述微动底板固定连接。

7.如权利要求6所述的六自由度微动台，其特征在于，所述垂向驱动装置还包括垂向冷却板和垂向锁紧螺钉，所述垂向冷却板通过所述垂向锁紧螺钉固定在所述垂向驱动装置定子座上。

8.如权利要求3所述的六自由度微动台，其特征在于，所述六自由度微动台还包括水冷分流块，所述水冷分流块设置于所述微动顶板与微动底板之间，并分别与所述水平向驱动装置和垂向驱动装置相连。

9.一种工件台，其特征在于，包括：如权利要求1～8中任一项所述的六自由度微动台，粗动台、干涉仪测量系统以及差分传感器，其中，所述干涉仪测量系统与所述六自由度微动台相连，所述粗动台通过所述差分传感器与所述六自由度微动台相连。

10.如权利要求9所述的工件台，其特征在于，所述干涉仪测量系统采用闭环传感器。