CN107290930B - 光刻机系统和运动台直线电机定子自动复位装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机定子自动复位装置和光刻机系统以及运动台直线电机定子自动复位方法，皆在电机定子上连接复位执行元件，并在电机上安装能够检测电机定子实时位置与位移的检测装置，当电机定子未回复至指定位置时，由复位执行元件将电机定子移动至指定位置，无需定期进行人工复位，即可实现运动台的自动运行，省时省力且提供了效率。

Description

光刻机系统和运动台直线电机定子自动复位装置和方法

技术领域

本发明涉及半导体光刻机领域，特别涉及光刻机系统和运动台直线电机定子自动复位装置和方法。

背景技术

光刻是半导体制造过程中一道非常重要的工序，它是将一系列掩模版上的芯片图形通过曝光依次转移到硅片相应层上的工艺过程，被认为是大规模集成电路制造中的核心步骤。半导体制造中一系列复杂而耗时的光刻工艺主要由相应的光刻机来完成。

请参照图1，光刻机主体部分中用于承载掩模版的掩模台60和工作台40、以及投影物镜50共同放置在内部框架30之上，并通过减振器20隔离来自地基10的振动。光刻机中的工作台40主要为承载硅片、并携带硅片在投影物镜50下完成与掩模台60相匹配的曝光运动。当工作台40和掩模台60在整机内部框架30之内时，工作台40需要相对于掩膜台60作运动，则工作台40的运动时对带动工作台40运动的部件(一般由运动台带动工作台40移动，运动台由直线电机带动)会产生运动反力，上述运动反力将直接作用于内部框架30上，从而造成整个内部框架30的振动加剧，如果其振动指标超过整个光刻机的性能约束将无法进行正常的曝光工作。

现有技术提供了一种光刻机运动台反运动力抵消装置及应用其的光刻机，光刻机运动台反作用力抵消装置包括反作用力框架、配重块、阻尼元件以及弹性元件。配重块设置于光刻机运动台电机定子的一端，另一端连接于反作用力框架。弹性元件设置于电机定子的两端。电机定子设置在滑块上，滑块设置在运动台大理石之上的固定直线导轨上，滑块带动电机定子沿固定直线导轨做直线运动。当电机定子与滑块、配重块一起在电机驱动反作用力作用下沿导轨做直线运动时，电机定子将会沿反作用力方向运动，其功能在配重块与阻尼元件的作用下逐渐衰减。这种光刻机运动台反作用力抵消装置缓冲行程小，并可达到衰减运动台反作用力的效果。但是上述光刻机结构中直接将反作用力框架与基础框架相连接，在运动台和地基之间采用被动式的阻尼器提供阻尼，由于阻尼器存在摩擦力，在采用弹性元件如弹簧使电机定子的复位过程中，运动台无法准确的回复行程原点。同时，由于弹簧的弹性系数等的偏差，导致两侧的弹簧出力情况也不一样。在运动台反复的往复运动中，导致电机的定子复位距离行程原点存在偏差，如果电机定子不定期进行人工复位，将影响运动台的行程，影响阻尼器和弹簧的性能。

因此有必要发明一种能够使电机定子定期自动复位至指定位置的装置，无需进行人工复位，即可使运动台保持自动运行，节省时间，提高效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种运动台电机定子自动复位装置，以及一种光刻机系统和运动台直线电机定子自动复位方法，其在电机定子上连接复位执行元件，并在电机上安装能够检测电机定子实时位置与位移的检测装置，当电机定子未回复至指定位置时，由复位执行元件将电机定子移动至指定位置，无需定期进行人工复位，即可使运动台保持自动运行，省时省力。

为达到上述目的，本发明提供一种运动台电机定子自动复位装置，包括

一复位到位传感器，与电机定子的原始位置对应，用于检测所述电机定子的实时位置；

一位移检测传感装置，固定于所述电机定子上，用于检测所述电机定子相对于所述原始位置的位移；

一复位执行元件，与所述电机定子连接，用于使所述电机定子复位至所述原始位置；

一控制系统，用于接收所述复位到位传感器、所述位移检测传感装置的检测数据，并且根据所述检测数据，对所述复位执行元件发送信号，使所述复位执行元件将所述电机定子复位至所述原始位置。

本发明还提供一种光刻机系统，从上至下包括

一照明系统，用于提供曝光光源；

一掩膜台，用于放置掩膜版；

一内部框架，内部从上至下依次包括用于收集所述照明系统提供的照明光的一投影物镜和用于承载基板的一工作台；

一减振器；

一地基，用于承载所述光刻机系统；

所述工作台固定在运动台上并由所述运动台带动作平面运动，所述运动台由若干个直线电机驱动，所述直线电机上设置有如权利要求1所述的电机定子自动复位装置。

作为优选，具有两个所述直线电机，两个所述直线电机长度方向相互平行，以所述直线电机的长度方向为X向，在同一个平面上，以垂直于所述直线电机长度方向的方向为Y向，两个所述直线电机上设置有X向导轨，两个所述直线电机之间固定有Y向导轨，所述运动台由两个运动台板组成，每个所述直线电机的动子固定一个所述运动台板，所述动子带动所述运动台板在X向移动。

作为优选，还包括一反力外引框架，由若干个支撑架构成，所述支撑架一端固定于所述地基上，另一端固定在所述直线电机上，将所述直线电机的振动传递到所述地基。

作为优选，还包括一解耦结构，一端连接于所述复位执行元件上，另一端通过连接板固定在所述支撑架上。

作为优选，所述解耦结构为叠层橡胶。

作为优选，在所述支撑架与所述直线电机之间还安装有力缓冲元件。

作为优选，所述力缓冲元件为阻尼器。

作为优选，所述力缓冲元件为弹簧。

作为优选，所述复位执行元件为驱动电机。

作为优选，所述复位到位传感器为光电传感器。

作为优选，所述位移检测传感装置为光栅尺。

本发明还提供一种运动台电机定子自动复位方法，当运动台处于原始位置时，电机的定子的位置定义为原始位置，在所述定子的原始位置相对应之处安装复位到位传感器，在所述定子上安装位移检测传感装置，所述定子连接由控制系统控制的复位执行元件，当电机的动子带动运动台运动时，所述定子受到所述动子的反作用力而发生位移，所述复位到位传感器检测所述定子的实时坐标并发送给所述控制系统，所述位移检测传感装置检测所述定子相对于所述原始位置的位移并发送给所述控制系统，由控制系统根据接收到的数据计算所述定子回复至所述原始位置时所需要移动的位移，并控制所述复位执行元件移动所述定子，使所述定子移动至所述原始位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种运动台电机定子自动复位装置，包括

一复位到位传感器，与电机定子的零位位置对应，用于检测所述电机定子的实时位置；

一位移检测传感装置，固定于所述电机定子上，用于检测所述电机定子相对于所述零位位置的位移；

一复位执行元件，与所述电机定子连接，用于使所述电机定子复位至所述零位位置；

一控制系统，用于接收所述复位到位传感器、所述位移检测传感装置的检测数据，并且根据所述检测数据，对所述复位执行元件发送信号，使所述复位执行元件将所述电机定子复位至所述零位位置。

本发明还提供一种光刻机系统，从上至下包括

一照明系统，用于提供曝光光源；

一掩膜台，用于放置掩膜版；

一内部框架，内部从上至下依次包括用于收集所述照明系统提供的照明光的一投影物镜和用于成在基板的一工作台；

一减振器；

一地基，用于承载所述光刻机系统；

所述工作台固定在运动台上并由所述运动台带动作平面运动，所述运动台由若干个直线电机驱动，所述直线电机上设置有如权利要求1所述的电机定子自动复位装置。

本发明还提供一种运动台电机定子自动复位方法，在与运动台零位位置相对应之处安装复位到位传感器，在所述电机的定子上安装位移检测传感装置，所述定子连接由控制系统控制的复位执行元件，当电机的动子带动运动台运动时，所述定子受到所述动子的反作用力而发生位移，所述复位到位传感器检测所述定子的实时坐标并发送给所述控制系统，所述位移检测传感装置检测所述定子相对于所述零位位置的位移并发送给所述控制系统，由控制系统根据接收到的数据计算所述定子回复至所述零位位置时所需要移动的位移，并控制所述复位执行元件移动所述定子，使所述定子移动至所述零位位置。

本发明提供的运动台电机定子自动复位装置和光刻机系统以及运动台电机定子自动复位方法中，皆在电机定子上连接复位执行元件，并在电机上安装能够检测电机定子实时位置与位移的检测装置，当电机定子未回复至指定位置时，由复位执行元件将电机定子移动至指定位置，无需定期进行人工复位，即可实现运动台的自动运行，省时省力且提供了效率。

附图说明

图1为现有技术中光刻机的结构示意图；

图2为本发明提供的运动台结构侧视图；

图3为本发明提供的运动台结构俯视图；

图4为本发明提供的光刻机结构示意图；

图5为本发明提供的运动台直线电机定子自动复位方法流程图。

现有技术图示：10-地基、20-减振器、30-内部框架、40-工件台、50-投影物镜、60-掩膜台、70-照明系统；

本发明图示：001-减振器、002-支撑架、003-大理石、004-运动台、0041-运动台板、005-阻尼器、006-弹簧、0071-连接板、0072-固定板、008-解耦结构、009-复位执行元件、010-直线电机、011-定子、012-动子、013-光栅尺、014-复位到位传感器；

100-地基、200-减振器、300-内部框架、400-工件台、500-投影物镜、600-掩膜台、700-照明系统、800-反力支架。

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。

为达到上述目的，本发明提供一种电机定子自动复位装置，包括

一复位到位传感器014，位于电机定子011的零位位置上，用于检测所述电机定子011的实时位置；

一位移检测传感装置013，固定于所述电机定子011上，用于检测所述电机定子011相对于所述零位位置的位移；

一复位执行元件009，与所述电机定子011连接，用于使所述电机定子011复位至所述零位位置；

一控制系统，用于接收所述复位到位传感器014、所述位移检测传感装置013的检测数据，并且根据所述检测数据，对所述复位执行元件发送信号，使所述复位执行元件将所述电机定子011复位至所述零位位置。

请参照图2至图4，本发明提供的电机定子自动复位装置主要可运用于光刻机系统上，该光刻机系统从上至下包括

一照明系统700，用于提供曝光光源；

一掩膜台600，用于放置掩膜版(未图示)；

一内部框架300，内部从上至下依次包括用于收集所述照明系统700提供的照明光的一投影物镜500和用于承载基板(未图示)的一工作台400；

一减振器200；

一地基100，用于承载上述光刻机系统；

该光刻机系统的运作过程为：由照明系统700提供照明光，照明光照射至掩膜台600上的掩膜版上，照明光穿透掩膜版上的透光部分并依次通过投影物镜500照射至工件台400上的基板上，从而将掩膜版上的图案通过光刻工艺印刷至基板上。

由于在一片基板被印刷完成后，需要工件台400将基板移出，将该基板卸载，并上载新的基板至工件台400上，工件台400然后移动至投影物镜500下方，使新的基板接收曝光。

工件台400由位于工件台400下方的运动台004带动，请参照图2-3，运动台004主要由两个位置相对的运动台板0041组成，每个运动台板0041皆放置于大理石003上，大理石平台003具有方形台面，沿方形台面两个相对的面各放置一个直线电机010，两个直线电机010的长度方向相互平行，设置该方向为X向，在该平面上，与X向垂直的方向设定为Y向，建立平面坐标系。在每一个X向的直线电机010上具有定子011和动子012，在电磁场的作用力下，动子012相对于定子011作移动，而动子012与运动台板0041连接，从而带动了运动台板0041的移动。

由于动子012是由于相对于定子011的电磁力所作的运动，因此在动子012受到电磁力的情况下，定子011也会受到相反的力而移动。

在定子011上安装复位执行元件009，一般地，复位执行元件009可以为驱动电机，也可以为其它具有驱动定子011移动的装置，其可通过连接板0071与定子011连接，并且带动定子011移动。

运动台板0041的运动的过程中，设置运动台板0041初始位置即为零位位置，或者可以根据曝光工艺要求，设定运动台板0041的零位位置，当运动台板0041位于该位置时，定子011的位置定义为原始位置。请参照图3，在大理石平台003上，在与定子011原始位置对应的部位上设置复位到位传感器014，该复位到位传感器014可以为光电传感器等传感元器件，其主要用于感应定子011的实时位置，并发出包含有该实时位置数据的信号。

在大理石平台003上，固定有光栅尺013，并将光栅尺013的读数头(未图示)安装在定子011上，将定子011的原始位置的坐标输入光栅尺013中，这样当定子011在移动时，读数头跟随定子011移动，并将定子011的实时位置坐标发送至光栅尺013上，光栅尺013计算出定子011相对于原始位置的位移，并发出包含有该位移数据的信号。

在光刻机系统中设置有能够接收上述由光栅尺013和复位到位传感器014发出的信号的控制系统，其还与复位执行元件009连接，控制系统将上述信号接收后进行计算处理，根据处理后得出的数据，控制复位执行元件009，使其将定子011移动至原始位置。

图3中仅仅显示出了带动运动台004在X向运动的直线电机010，在Y向也安装有能够带动运动台004作Y向运动的直线电机010，其带动运动台004运动的原理、以及电机上定子自动复位装置的原理与安装与上述一致，故在此不作赘述。

请参照图2，复位执行元件009一端与定子011连接，另一端则连接一解耦结构008，该解耦结构008为大阻尼零件，如叠层橡胶等，当复位执行元件009在带动定子011移动至原始位置时，由于定子011受到动子012的反作用力，在复位执行元件009需要克服该反作用力才能将定子011移动至原始位置，因此复位执行元件009在克服反作用力的同时必然产生振动，则解耦结构008的大阻尼特性能将该振动吸收缓解。

较佳地，在工作台400四周，设置反外引力框架800，反外引力框架800由四个位于大理石003四角的支撑架002组成，支撑架002一端固定在地基001上并向上延伸至与直线电机010的相同的高度。

较佳地，解耦结构008通过固定板0072固定在反外引力框架800的支撑架002上，解耦结构008将吸收缓解的复位执行元件009的振动通过支撑架002传递至地基100上。

较佳地，在支撑架002与定子011之间还可以安装力缓冲元件用于缓冲定子011所受到的反作用力，并且将该反作用力通过支撑架002传递至地基100上，该力缓冲元件为弹簧006或者阻尼器005，或者可同时将两者皆安装在定子011与支撑架002之间，增强缓冲与传递振动的效果。

本发明还提供一种运动台直线电机定子自动复位方法，如上述光刻机系统中运动台结构一致，即在大理石003上对应定子011原始位置之处安装复位到位传感器014，在直线电机010的定子011上安装位移检测传感装置013，将所述定子011连接由控制系统控制的复位执行元件009，当直线电机的动子012带动运动台板0041运动时，所述定子011受到所述动子012的反作用力而发生位移。

请参照图5，使用上述结构时，首先动子012带动运动台板0041在X向移动，同时定子011受到与动子012之间反作用力的影响产生了位移，在一套曝光流程完毕后，由复位到位传感器014检测定子011的实时坐标并转化成数据信号发送给控制系统；位移检测传感装置013检测定子011相对于原始位置的位移并转化成数据信号发送给控制系统；由控制系统根据接收到的上述数据计算定子011回复至原始位置时所需要移动的位移，并控制复位执行元件009移动定子011，使定子011移动至原始位置。

较佳地，由于复位执行元件009连接了解耦结构008，且解耦结构008与支撑架002连接，则在复位执行元件009将定子011移动至原始位置的过程中所受到的振动由解耦结构008吸收并缓解，同时传递至支撑架002并由支撑架002传递至地基100，从而减少了复位执行元件009工作过程中的振动对整个光刻机系统的影响。

本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例。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)

1.一种光刻机系统，从上至下包括

一照明系统，用于提供曝光光源；

一掩膜台，用于放置掩膜版；

一内部框架，内部从上至下依次包括用于收集所述照明系统提供的照明光的一投影物镜和用于承载基板的一工作台；

一减振器；

一地基，用于承载所述光刻机系统；

其特征在于，还包括一反力外引框架；所述工作台固定在运动台上并由所述运动台带动作平面运动，所述运动台由若干个直线电机驱动，所述直线电机上设置有运动台电机定子自动复位装置；

其中，所述反力外引框架由若干个支撑架构成，所述支撑架一端固定于所述地基上，另一端固定在所述直线电机上，将所述直线电机的振动传递到所述地基；

所述电机定子自动复位装置包括：

一复位到位传感器，与直线电机定子的原始位置对应，用于检测所述电机定子的实时位置；

一位移检测传感装置，固定于所述电机定子上，用于检测所述电机定子相对于所述原始位置的位移；

一复位执行元件，与所述电机定子连接，用于使所述电机定子复位至所述原始位置；

一控制系统，用于接收所述复位到位传感器和所述位移检测传感装置的检测数据，并且根据所述检测数据，对所述复位执行元件发送信号，使所述复位执行元件将所述电机定子复位至所述原始位置。

2.如权利要求1所述的光刻机系统，其特征在于，具有两个所述直线电机，两个所述直线电机长度方向相互平行，以所述直线电机的长度方向为X向，在同一个平面上，以垂直于所述直线电机长度方向的方向为Y向，两个所述直线电机上设置有X向导轨，两个所述直线电机之间固定有Y向导轨，所述运动台由两个运动台板组成，每个所述直线电机的动子固定一个所述运动台板，所述动子带动所述运动台板在X向移动。

3.如权利要求1所述的光刻机系统，其特征在于，还包括一解耦结构，一端连接于所述复位执行元件上，另一端通过连接板固定在所述支撑架上。

4.如权利要求3所述的光刻机系统，其特征在于，所述解耦结构为叠层橡胶。

5.如权利要求1所述的光刻机系统，其特征在于，在所述支撑架与所述直线电机之间还安装有力缓冲元件。

6.如权利要求5所述的光刻机系统，其特征在于，所述力缓冲元件为阻尼器。

7.如权利要求6所述的光刻机系统，其特征在于，所述力缓冲元件为弹簧。

8.如权利要求1所述的光刻机系统，其特征在于，所述复位执行元件为驱动电机。

9.如权利要求1所述的光刻机系统，其特征在于，所述复位到位传感器为光电传感器。

10.如权利要求1所述的光刻机系统，其特征在于，所述位移检测传感装置为光栅尺。