CN117250832B - 一种精密定位平台及光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密定位平台及光刻机，精密定位平台包括机架、隔振基板、干涉仪、分光系统和工件台系统；隔振基板设于机架上方；干涉仪设于隔振基板上方，干涉仪用于光刻制程中的光刻掩模的测量和校准；分光系统用于实现至少四个自由度以对干涉仪输出的光束进行平移和/或旋转；工件台系统设于机架中，工件台系统用于实现至少两个交错轴向的线性自由度，两个线性自由度用于共同驱动分光系统调整光刻掩模和半导体晶圆之间的位置。通过分层控制和设计，以使精密定位平台同时满足宏观和微观的运动要求，为光刻制程提供了高度可控的定位和校准能力。

Description

一种精密定位平台及光刻机

技术领域

本发明涉及光刻机技术领域，尤其涉及一种精密定位平台及光刻机。

背景技术

超精密定位平台是光刻机中的关键组件，用于将光刻掩模和半导体晶圆精确对准、调平、调焦、步进和扫描曝光，以实现光刻机的微米级乃至亚纳米级的制程要求。由于其在光刻过程中的关键作用，工件台作为定位平台，具有复杂的动态指标和精度要求，对光刻机的产片率和制程质量有着直接影响。

传统接触式结构的定位平台难以满足光刻机的上述要求，因此采用非接触式的定位平台。在相关技术中，以CN201510994384.8为例，精密定位平台采用了带空心线圈的直线电机驱动装置，通过控制永磁阵列和空心线圈绕组之间的磁场功角，使电机仅产生水平方向上的驱动力，不产生垂直方向上的悬浮力，从而对电磁铁悬浮不产生干扰作用，使平台在水平方向上可获取高精度的运动行程。以CN201110241791.3为例，步进光刻设备包括：一照明单元，用于提供曝光光束；一工件台，用于支撑一基底在大行程范围内进行六自由度运动；一掩模台，用于支撑一掩模在曝光时候在小行程范围内相对所述工件台同步运动；一投影物镜，用于将掩模上图形按预定比例投射至基底；其特征在于，所述工件台依次步进至曝光场后，所述掩模台同步运动至所述工件台对应的位置并同时曝光。但是其主要通过定义可在曝光的同时同步运动的工件台和掩模台，提高定位精度。

由于相关技术并没有考虑到精密定位平台的宏观和微观相并存的运动要求。因此，亟需一种精密定位平台及光刻机，解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精密定位平台及光刻机，用于解决不能提供精密定位平台的宏观和微观相并存的运动要求的技术问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

本申请提供了一种精密定位平台，包括：机架、隔振基板、干涉仪、分光系统和工件台系统；

所述隔振基板设于所述机架上方；

所述干涉仪设于所述隔振基板上方，所述干涉仪用于光刻制程中的光刻掩模的测量和校准；

所述分光系统设置于所述干涉仪的输出光路上，所述分光系统用于实现至少四个自由度以对所述干涉仪输出的光束进行平移和/或旋转。

所述工件台系统设于所述机架中，所述工件台系统用于实现至少两个交错轴向的线性自由度，两个所述线性自由度用于共同驱动所述分光系统调整所述光刻掩模和半导体晶圆之间的位置。

优选的，所述精密定位平台还包括设于所述隔振基板上的旋转模组，所述旋转模组用于实现所述光刻掩模和所述半导体晶圆之间的图案旋转。

优选的，所述机架的外缘上均匀对称设有若干个气浮隔振器，所述机架通过所述气浮隔振器与所述隔振基板建立连接关系。

优选的，所述工件台系统包括用于输出所述线性自由度的X轴线性模组和Z轴线性模组；其中，所述Z轴线性模组用于控制光刻掩模和半导体晶圆之间的垂直距离，所述X轴线性模组用于调整光刻掩模和半导体晶圆之间的水平位置。

优选的，所述机架内还设有与所述线性自由度输出方向对应的滑轨组件，所述X轴线性模组和所述Z轴线性模组配合于所述滑轨组件上。

优选的，所述X轴线性模组和所述Z轴线性模组分别包括直驱电机；所述工件台系统还包括运动台和光栅尺；

所述X轴线性模组和所述Z轴线性模组的直驱电机的定子单元分别安装在底座支撑板的中心，所述直驱电机的线圈单元分别固定在所述运动台上，所述直驱电机用于驱动负载沿各个自由度方向运动；

在所述线圈单元固定于所述运动载荷台的相反方向安装有光栅尺，所述光栅尺用于伺服位置的测量和反馈。

优选的，所述直驱电机包括用于磁悬浮垂向定位的第一直线电机模块和用于气浮垂向定位的第二直线电机模块；

所述第一直线电机模块包括磁悬浮模块、光栅测量模块、音圈电机和导轨；

所述第二直线电机模块包括气动重力补偿模块、光栅测量、直线电机和导轨。

优选的，所述旋转模组包括DD马达、旋转光栅测量模块和轴承。

优选的，所述分光系统包括五轴分光镜、四轴分光镜和弯光镜，所述干涉仪通过弯光镜分别与所述五轴分光镜和所述四轴分光镜建立光路。

优选的，所述干涉仪通过一调平组件安装于所述隔振基板上方。

本申请还提供了一种光刻机，所述光刻机包括：上述任一项所述的精密定位平台；控制器，所述控制器分别与所述精密定位平台的干涉仪、分光系统和工件台系统电连接，所述控制器被配置成：

利用所述工件台系统驱动所述分光系统，调整所述光刻掩模和半导体晶圆之间的位置；

当所述光刻掩模和所述半导体晶圆之间的位置关系满足预设条件时，利用所述分光系统对所述干涉仪输出的光束进行平移和/或旋转，以实现所述干涉仪对光刻制程中的光刻掩模的测量和校准。

优选的，所述精密定位平台还包括设于所述隔振基板上的旋转模组，所述控制器还被配置成：

当利用所述分光系统对所述干涉仪输出的光束进行平移和/或旋转后，控制所述旋转模组实现所述光刻掩模和所述半导体晶圆之间的旋转。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

通过在机架内设立工件台系统，利用工件台系统提供的两个交错的线性自由度，能够实现对光刻掩模和半导体晶圆位置的精确控制。通过提供四个自由度的分光系统，能够实现对光束的多角度控制，使得光束可以按照预设的路径精准地照射到掩模和晶圆上。将上述线性自由度和分光系统的自由度相结合并用于协同工作，实现了光刻掩模和半导体晶圆的精确位置调整，从而确保光刻图案的准确传输。通过隔振基板减少精密定位平台的振动，确保光束的稳定，提升了工作的精度。

综上，通过分层控制和设计，以使精密定位平台同时满足宏观和微观的运动要求，适用于不同范围和精度的工艺步骤，并具有高精度定位和光刻制程中的测量校准能力，为光刻制程提供了高度可控的定位和校准能力。依靠分光系统的四个自由度对干涉仪输出的光束进行平移和旋转，可以根据实际需求调整光束的形态和方向，提高干涉仪对光源和掩模之间的距离，以及掩模和晶圆之间的距离的测量，进而影响（光刻）焦点的位置，确保掩模图案在半导体晶圆上得以精确投影。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种精密定位平台的立体示意图。

图2是本发明实施例提供的一种精密定位平台的另一角度的立体示意图。

图3是本发明实施例提供的一种精密定位平台的又一角度的立体示意图。

图4是本发明实施例提供的一种精密定位平台的又一角度的立体示意图。

图5为本发明实施例提供的一种干涉仪的局部示意图。

图6为本发明实施例提供的一种精密定位平台的主视角示意图。

图7为本发明实施例提供的一种精密定位平台的俯视角示意图。

附图标记：1、机架；2、隔振基板；3、气浮隔振器；4、X轴线性模组；5、Z轴线性模组；6、滑轨组件；7、干涉仪；71、调平组件；72、弯光镜；73、五轴分光镜；74、四轴分光镜；8、旋转模组。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。

需要注意的是，术语“第一”、“第二”、“对称”、“阵列”等仅用于区分描述与位置描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“对称”等特征的可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；同样，对于未以“两个”、“三只”等文字形式对某些特征进行数量限制时，应注意到该特征同样属于明示或者隐含地包括一个或者更多个特征数量。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征；同时，所有的轴向描述例如X轴向、Y轴向、Z轴向、X轴向的一端、Y轴向的另一端或Z轴向的另一端等，均基于笛卡尔坐标系。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，可以是直接相连，可以是焊接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书附图结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本申请实施例技术领域和相关术语进行简单说明。

“自由度”类的术语均指代至少一个部件的连接关系及施加作用力的关系，例如“线性自由度”指代某部件通过该线性自由度与另一个或多个部件相连并对其施加作用力，使得其能够在一个直线方向上滑动配合或施加力；“转动自由度”指代某个部件至少能够绕一个旋转轴自由旋转，并且可以施加扭矩或承受扭矩。

光刻焦点是指透镜将光束聚集到半导体晶圆的点。在光刻中焦点决定了图案的精度。

相关技术中，定位平台具有复杂的动态指标和精度指标，对光刻机的产片率和制程质量有着直接影响。其中，动态指标可以是：

（1）速度：工件台（系统）需要在高速下实现准确的定位和步进，以提高生产效率。

（2）加速度、加加速度、加加加速度：这些参数决定了工件台（系统）在加速、减速和快速停止时的稳定性，对于实现光刻机的高精度制程至关重要。

（3）稳定时间：是指在工件台（系统）定位到目标位置或预先设定位置后，需要多长时间才能达到稳定状态，影响光刻机的制程的稳定性和一致性。

（4）换台时间：工件台（中的硅片台，即工件台系统中用于放置半导体晶圆的平台）与掩模台（用于放置光刻掩模的平台）之间的迅速切换时间也直接影响光刻机的产能。上述动态指标共同决定了光刻机的生产效率和稳定性。

其中精度指标可以是：移动标准差（MSD）、移动平均差（MA）。移动标准差用于衡量工件台在运动过程中的位置波动，影响到光刻线宽的一致性和稳定性。移动平均差用于表示工件台的平均位置与目标位置之间的偏差，影响套刻精度。

传统的超精密定位平台技术通常采用单一的驱动方式，例如利用电致伸缩、磁致伸缩等驱动器来实现平台的运动。单一的驱动方式往往受到其驱动原理的限制，例如压电驱动器的行程较短，电致伸缩和磁致伸缩驱动器的力矩常数较低，这些因素都会限制平台的运动性能。同时，单一的驱动方式也难以实现复杂的多自由度运动控制，多自由度运动控制对于高精度光刻应用来说是必要的。其次，传统的超精密定位平台技术在实现高精度定位时，往往依赖于复杂的反馈控制系统和传感系统。复杂的反馈控制系统和传感系统不仅增加了复杂性和成本，还可能引入额外的误差。例如，传统的反馈控制系统可能受到传感器噪声、系统非线性、模型误差等因素的影响，从而导致定位精度的下降。

基于此，为解决上述问题，本申请提出一种精密定位平台及光刻机，下面将结合附图以及具体实施方式，具体地对本申请实施例的技术方案以及本申请实施例的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明，需要说明的是，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。

精密定位平台实施例。

参见图1至图7，本实施例提供了一种精密定位平台，包括：机架1及设于所述机架1上方的隔振基板2，所述隔振基板2上方设有干涉仪7，所述干涉仪7用于光刻制程中的光刻掩模的测量和校准；

所述分光系统设置于所述干涉仪7的输出光路上，所述分光系统用于实现至少四个自由度以对所述干涉仪7输出的光束进行平移和/或旋转。

所述机架1中设有工件台系统，所述工件台系统用于实现至少两个交错轴向的线性自由度，两个所述线性自由度用于共同驱动所述分光系统调整所述光刻掩模和半导体晶圆之间的位置。

在本实施例中，精密定位平台的所有电器元件可以是依靠市电进行供能。具体的，装置整体的电器元件与市电输出端口处通过继电器、变压器和按钮面板等装置进行常规电性连接，以满足本装置的所有电器元件的供能需求。

具体的，本装置的外部还可以设有一控制器，该控制器用于连接并控制精密定位平台的所有电器元件按照预先设置的程序作为预设值及驱动模式进行驱动。该控制器可以为光刻机内置控制器。

本实施例提供的精密定位平台采用分层设计，通过层级驱动实现不同范围和精度的运动控制。可以理解为，工件台系统中的两个交错轴向的线性自由度以宏动的方式控制，控制固定半导体晶圆的工件台运动，以使工件台整体的位置对准。分光系统用于为干涉仪以微动的方式控制，以提供更精细的自由度调整，使其通过平移和旋转光束来调整光刻掩模和半导体晶圆之间的相对位置。上述精密定位平台可以解决不能提供精密定位平台的宏观和微观相并存的运动要求的问题。

其中，光刻掩模也称为掩模版、光掩膜版或光罩，一般为图形母版，由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形，并通过曝光将图形转印到半导体晶圆上。光刻掩模的作用是将设计者的电路图形通过曝光的方式转移到半导体晶圆上。光刻机中的干涉仪可以用于测量光刻机中的光源和掩模之间的距离，以及掩模和晶圆之间的距离，从而保证曝光的精度和质量。具体而言，干涉仪是一种利用干涉现象测量物体形状、薄膜厚度、折射率等物理量的仪器，例如是迈克耳孙干涉仪，本申请对其选用不进行限制。

本实施例的技术方案，所提供的精密定位平台可以依靠工件台系统的两个交错的线性自由度，来共同驱动分光系统。作为一个示例，两个交错的线性自由度可以分别控制光刻掩模和半导体晶圆调整位置，实现二者之间较为精确的位置校准。

同样的，可以依靠分光系统的四个自由度对干涉仪7输出的光束进行平移和旋转，可以根据实际需求调整光束的形态和方向,提高干涉仪7对光源和掩模之间的距离，以及掩模和晶圆之间的距离的测量，进而影响（光刻）焦点的位置，确保掩模图案在半导体晶圆上得以精确投影。

设置的隔振基板2可以吸收和承受来自光刻机外部环境及自身运行中的震动，确保光刻过程中光束的稳定。

综上所述，本申请实施例提供的精密定位平台，其通过在机架1内设立工件台系统，利用工件台系统提供的两个交错的线性自由度，能够实现对光刻掩模和半导体晶圆位置在宏观上的精确控制。通过提供四个自由度的分光系统，能够实现对光束的多角度控制，通过微观运动使得光束可以按照预设的路径精准地照射到掩模和晶圆上。将上述线性自由度和分光系统的自由度相结合并用于协同工作，实现了光刻掩模和半导体晶圆的精确位置调整，从而确保光刻图案的准确传输。通过隔振基板2减少精密定位平台的振动，确保光束的稳定，提升了工作的精度。依靠分光系统的四个自由度对干涉仪7输出的光束进行平移和旋转，可以根据实际需求调整光束的形态和方向,提高干涉仪7对光源和掩模之间的距离，以及掩模和晶圆之间的距离的测量，进而影响（光刻）焦点的位置，确保掩模图案在半导体晶圆上得以精确投影。

由此，通过分层控制和设计，以使精密定位平台同时满足宏观和微观的运动要求，适用于不同范围和精度的工艺步骤，并具有高精度定位和光刻制程中的测量校准能力，为光刻制程提供了高度可控的定位和校准能力。

在本申请一些具体实施方式中，所述精密定位平台还包括设于所述隔振基板2上的旋转模组8，所述旋转模组8用于实现所述光刻掩模和所述半导体晶圆（在图4、图6和图7中的A区）之间的图案旋转。

本实施方式中，通过旋转模组8实现光刻掩模和半导体晶圆图案的旋转校准，进而提高精密定位平台对光刻机工艺实施的灵活性，能够实现（光刻掩模的）图案的旋转，满足不同芯片设计的需求。

在本申请一些具体实施方式中，所述机架1的外缘上均匀对称设有若干个气浮隔振器3，所述机架1通过所述气浮隔振器3与所述隔振基板2建立连接关系。

本实施方式中，通过在机架1外缘均匀配置气浮隔振器3，以有效地隔离机架1与外部环境的振动干扰，为光刻机的稳定性和定位精度提供支持。

其中，气浮隔振器3可以用于实现减震和隔振，可以利用气体的压力和流动控制来实现自身的悬浮，从而有效地减少机械振动和外部干扰的影响。在本实施方式中，通过将多个气浮隔振器3均匀分布在机架1的外缘，从而有效地隔离机架1和环境的振动干扰。

具体而言，利用气浮隔振器3的气浮效应进行隔振。气浮隔振器3的内部会形成一层薄薄的气层，这个气层可以充当缓冲，抵消外部环境带来的振动，之后再将这层气层均匀分配在机架1的外缘的上方，从而将机架1与隔振基板2上方的振动隔开。气浮隔振器3的引入，大幅提升了精密定位平台的稳定性和精度。由于气浮隔振器3能够有效地削弱外部环境带来的振动影响，因此能够确保设置于机架1的工件台系统在精确调整和校准光刻掩模和半导体晶圆的位置时，不会受到外部扰动的影响，进而保证光刻过程的精度。同时，气浮隔振器3均匀地分布在机架1的外缘上，并用于建立机架1与隔振基板2的连接关系，也提升了机构的稳定性和耐用性。

综上所述，气浮隔振器3能够显著地降低机架1受到的外部振动的影响。通过气浮隔振器3的悬浮作用，机架1能够在减少接触地面的情况下保持稳定，从而减少了外部振动传导到机架1的可能性。因为任何微小的振动都可能对光刻过程的精度和稳定性产生不利影响，所以上述结构实现的隔振效果对于光刻制程非常关键。

由此，气浮隔振器3的引入，增强了精密定位平台的稳定性和使用寿命，确保了光刻过程的精度和效率。

在本申请一些具体实施方式中，所述工件台系统包括用于输出所述线性自由度的X轴线性模组4和Z轴线性模组5；

其中，所述Z轴线性模组5用于控制光刻掩模和半导体晶圆之间的垂直距离，所述X轴线性模组4用于调整光刻掩模和半导体晶圆之间的水平位置。

X轴线性模组4和Z轴线性模组5可以采用线性运动轴的设计，其中Z轴线性模组5控制光刻掩模和半导体晶圆之间的垂直距离，通过精确的运动控制以调整工件台的高度，进而控制（光刻）焦点的位置，确保掩模图案在半导体晶圆上得以精确投影。X轴线性模组4则用于调整光刻掩模和半导体晶圆之间的水平位置，实现进一步的对位校准。

X轴和Z轴线性模组可以是通过电机驱动模组来移动的，从而控制光刻掩模和半导体晶圆之间距离。作为一个示例，利用电机驱动Z轴线性模组5，可以垂直方向上移动，准确地调节光刻掩模和半导体晶圆之间的垂直距离；与此同时，也通过电机驱动X轴线性模组4进行水平移动，调整光刻掩模和晶圆之间的水平位置。

需要指出的是，附图中指示线所示的位置为X轴线性模组4和Z轴线性模组5所装配时用于搭载与其输出轴向两侧的定心板结构，并未展示出X轴线性模组4和Z轴线性模组5的具体结构。在后文将阐述X轴线性模组4和Z轴线性模组5的结构组合特征及其原理。

可以理解的是，在本实施方式中，通过X轴线性模组4和Z轴线性模组5增强了精密定位平台的功能性。这是因为，二者可以精确控制光刻掩模和半导体晶圆之间的垂直距离和水平位置，进而提升了定位精度和工作效率。同时，X轴线性模组4和Z轴线性模组5的设计用于光刻机中，可以根据需要，快速、准确地调整光刻掩模和半导体晶圆的所需位置，实现精细的图案制造。

由于X轴线性模组4和Z轴线性模组5可以为光刻制程提供多维度的运动控制能力，即Z轴线性模组5通过控制垂直距离，确保焦点位置的准确性，从而保障光刻图案的精确传输；X轴线性模组4则通过调整水平位置，实现对光刻掩模和半导体晶圆之间的精准对准。通过上述两个线性模组的协同作用，使得工件台（即设置于工件台的半导体晶圆）可以在不同方向上实现精准的定位和对位，满足光刻机的复杂制程要求。

在本申请一些具体实施方式中，所述机架1内还设有与所述线性自由度输出方向对应的滑轨组件6，所述X轴线性模组4和所述Z轴线性模组5配合于所述滑轨组件6上。

本实施方式中，通过设置滑轨组件6以配合X轴线性模组4和Z轴线性模组5，使机架1内部的运动部件可以在稳定的支撑和引导下进行精确的线性运动，提升了工件台系统的稳定性和运动的准确性，为光刻制程的精度和成功实施提供了支持。

可以认为，滑轨组件6是一种用于支撑和引导线性运动的装置，可以在其内部容纳运动部件以使运动部件在特定方向上平稳地移动。滑轨组件6分别为X轴和Z轴线性模组提供了固定方向的运动路径，确保线性模组只能在预设的轨道上运动，防止了其在非预期的方向上移动，从而提高了其运动的准确性。同时，线性模组在滑轨组件6上的滑动，也可以减少因接触摩擦而引起的不必要的误差。

由此，滑轨组件6的添加提升了精密定位平台在多方位精细移动的能力。通过固定的滑轨组件6，X轴线性模组4和Z轴线性模组5可以在固定轨道上稳定移动，避免了不必要的偏差，保证了光刻掩模和半导体晶圆之间的精确调整，以在高精度、复杂环境的光刻过程中确保光刻质量和效率，满足实际工作需求。

在本申请一些具体实施方式中，所述X轴线性模组4和所述Z轴线性模组5分别包括直驱电机；所述X轴线性模组4和所述Z轴线性模组5分别包括直驱电机；所述工件台系统还包括运动台和光栅尺；

所述X轴线性模组4和所述Z轴线性模组5的直驱电机的定子单元分别安装在底座支撑板的中心，所述直驱电机的线圈单元分别固定在运动台上，用于驱动负载沿各个自由度方向运动；

在所述线圈单元固定于所述运动载荷台的相反方向，分别安装有光栅尺，所述光栅尺用于伺服位置的测量和反馈。

本实施方式中，工件台系统还包括（图中未示出）：运动台和光栅尺，还可以在运动台上设置驱动控制器。所述X轴线性模组4和所述Z轴线性模组5的直驱电机的定子单元分别安装在底座支撑板的中心，直驱电机的线圈单元固定在运动台上，直驱电机用于驱动负载在不同自由度方向上的运动。

其中，直驱电机是一种将电机的转子直接连接到负载上、不需要传统的机械传动装置的装置。可以通过直线的输出作用直接驱动负载运动，避免了传统传动装置的摩擦和间隙，从而提高了动态响应和精度。在这个实施方式中，X轴和Z轴线性模组5被优选为直驱电机，通过电磁力直接实现工件台的线性运动。本申请实施例中，直驱电机的典型行程例如是50mm、100mm、200mm、300mm。

可以理解的是，本实施方式中，采用直驱电机作为X轴和Z轴线性模组5的驱动方式，可以提高运动的精度和响应速度，减少了传统传动装置可能引入的误差。

可以理解的是，本实施方式中，直驱电机作为X轴和Z轴线性模组5的驱动方式，结合复杂的载台设计和光栅尺的测量反馈，为工件台系统提供了高精度、高稳定性的运动能力，支持了光刻制程的要求。

在本申请一些具体实施方式中，所述运动台(的载台中间平面)搭载有二维台、中空平台和十字平台，所述十字平台由两层运动载荷台叠堆连接，所述两层的层间采用机械交叉滚子导轨运动副进行连接。

十字平台由两层运动载荷台叠加连接，而这两层之间通过机械交叉滚子导轨运动副进行连接。光栅尺被安装在线圈单元的相反方向，用于测量并提供伺服位置反馈。运动台上的载台中间平面配置了多个平台，这些平台的组合和连接方式使得工件台系统可以在不同方向上实现复杂的运动。十字平台中可以通过机械交叉滚子导轨连接两层运动载荷台，增加了精密定位平台的稳定性和承载能力。光栅尺作为位置测量装置，通过测量线圈和磁栅的相对运动，提供了准确的位置反馈，从而实现了更稳定的伺服控制。

在本申请一些具体实施方式中，所述直驱电机包括用于磁悬浮垂向定位的第一直线电机模块和用于气浮垂向定位的第二直线电机模块；

所述第一直线电机模块包括磁悬浮模块、光栅测量模块和音圈电机；

所述第二直线电机模块包括气动重力补偿模块、光栅测量和直线电机。

其中，第一直线电机模块例如是磁悬浮垂向定位直线电机，第二直线电机模块例如是气浮垂向定位直线电机。通过第一直线电机模块和第二直线电机模块的组合，结合光栅测量和直驱技术，为工件台系统提供了高精度、高稳定性的垂向定位能力，为光刻制程的成功实施提供了关键支持。

以第一直线电机模块为例，磁悬浮模块可以由一组永磁体和一组电磁体组成，能够产生稳定的磁场以支持负载的悬浮。磁悬浮模块通过电磁体中的电流来操纵磁场的强度，从而实现对负载的非接触悬浮和定位。

光栅测量模块是用于实时监测和反馈第一直线电机模块的位置和运动状态的部件。通过光栅尺和读取头等光学元件实现光栅测量，以测量工件台系统的位置变化。得到的测量数据用于控制电流，调整磁场，从而实现精确的定位和悬浮控制。第二直线电机模块也可以设置有光栅测量模块，其起到的作用和第一直线电机模块类似，本申请不予赘述。

第一直线电机模块的驱动部分是音圈电机，可以由线圈和磁铁组成，线圈通过施加电流生成磁场，与磁铁互作用产生力，从而推动负载进行运动。本申请实施例中，音圈电机可以应用于垂直方向，能够实现高精度的垂直运动。

同时，还可以设置导轨，导轨作为第一直线电机模块的工件台系统的支撑和引导结构，能够保证工件台系统的平稳运动和高精度定位。导轨与磁悬浮模块和音圈电机紧密配合，使得工件台系统在垂直方向上能够实现稳定的悬浮和定位。同样的，第二直线电机模块也可以设置有导轨，其起到的作用和第一直线电机模块类似（确保工件台系统在垂直方向上的稳定运动，同时提供与其他驱动部件的紧密协作，实现高精度的垂直定位和悬浮），本申请不予赘述。

由此，第一直线电机模块采用磁悬浮技术实现垂向定位，具体而言，磁悬浮模块通过电磁作用使负载悬浮在一定高度上，避免了机械接触和摩擦，从而减少了振动和能量损耗。光栅测量被用于监测和反馈位置信息，音圈电机作为直驱装置，通过电磁感应力直接驱动负载的垂向运动。还可以设置导轨以提供运动引导。

同样的，以第二直线电机模块为例，第二直线电机模块中的气动重力补偿模块，可以通过调节其气流的流量和压力，实现对工件台上的负载的支撑和平衡，进而消除负载的重力影响，使工件台能够在气浮状态下平稳悬浮，避免或减少之间的机械接触。

第二直线电机模块的驱动部分是直线电机，直线电机由定子和滑台两部分组成，其中定子可以固定在直线电机基座上，而滑台作为一种运动平台，连接在工件台系统上。定子中通入电流，与滑台上的磁铁相互作用产生推动力，实现工件台系统的垂直定位。

由此，第二直线电机模块则采用气浮技术和气动重力补偿技术，通过气流的控制和气囊的作用实现负载的悬浮和垂向定位。光栅测量被用于测量位置，直线电机实现驱动。还可以设置用于引导运动的导轨。

本实施方式中，第一直线电机模块是利用磁悬浮模块产生的磁力来悬浮载荷，并通过音圈电机的运动驱动载荷运动，光栅测量则用于实时反馈运动台的位置信息以保证运动的精确性。在第二直线电机模块中通过气动重力补偿模块来抵消载荷的重力，实现载荷的稳定悬浮；直线电机则负责驱动载荷的直线运动，光栅测量同样用于提供运动台位置信息的反馈。

在具体应用中，直驱电机例如是XYS-200、XYS-200-H50、CBS-320、OBS-350、RDS-Al-170、MZ-10S3、ALGZ-60a或MZT-10S3，本申请不对其选用进行限制。

可以理解的是，本实施方式中，第一直线电机模块和第二直线电机模块增强了直驱电机的功能性。第一直线电机模块能够无接触地驱动工件，提高了设备的耐用性，并且减小了因物理接触而导致的精度损失。同时，音圈电机的应用能够实现精确的速度控制和响应。而第二直线电机模块则利用了气浮技术来实现载荷的平稳悬浮，大大地减少了运动摩擦和冲击。上述设计改善了设备的工作稳定性，提高了精密度，进一步优化了光刻质量和效率。

综上所述，采用磁悬浮技术和气浮技术实现垂向定位，以减少机械接触、消除摩擦、提高精度和稳定性。第一直线电机模块和第二直线电机模块通过光栅测量实时监测负载的位置，以反馈控制信号，从而实现准确的垂向定位。音圈电机和直线电机作为直驱装置，提供了高效的动力输出。气动重力补偿技术可以在负载变化时维持稳定的悬浮状态，确保定位的精度和稳定性。

在本申请一些具体实施方式中，所述旋转模组包括DD马达、旋转光栅测量模块和轴承。其中，轴承可以是高精度轴承。

本实施方式中，通过DD马达、旋转光栅测量模块和轴承的组合，实现对工件台的半导体晶圆和掩模之间图案的旋转调整。

其中，DD马达（direct driver）是一种由定子和转子组成的直接驱动电机，可以通过电磁作用实现转子的直接转动。旋转光栅测量模块是一种测量装置，利用光栅的周期性结构和传感器的反馈原理，用于测量旋转角度并实时提供旋转位置信息。（高精度）轴承则用于支撑和引导旋转模组8的转动，确保旋转运动的平稳和精确。

可以理解的是，旋转模组8依靠上述三个部分协同实现对工件台的半导体晶圆和掩模之间图案的旋转调整。首先，DD马达将电能转化为旋转运动，实现对光刻掩模和半导体晶圆之间图案的旋转；其次，旋转光栅测量模块可以实时监测旋转角度，提供实时反馈，确保DD马达提供的旋转精度和稳定性；然后，高精度轴承则通过降低机械摩擦，保证了旋转的平稳且精确，从而满足光刻技术对旋转精度的高标准要求。

由此，旋转模组8提供了精密定位平台的光刻掩模和半导体晶圆之间图案的精密旋转的功能，进而实现复杂的图形光刻。同时，旋转光栅测量模块的实时反馈系统保证了旋转的准确性，提供了高精度的旋转测量。而高精度轴承的使用，让旋转过程更加平滑，降低了机械摩擦带来的误差，进一步提高了旋转的精度。

综上所述，将DD马达作为旋转模组8的驱动器，通过电磁力直接驱动转子的旋转运动，避免了传统机械传动可能引入的误差和摩擦。利用旋转光栅测量模块实时测量旋转角度，提供准确的旋转位置反馈，从而实现对旋转角度的精确控制。通过轴承确保了转动的平稳性和稳定性，减少了摩擦和振动的影响。需要指出的是，附图中所示的旋转模组8并未示出，其指示线的位置为该旋转模组8的装配位置。

在本申请一些具体实施方式中，所述分光系统包括五轴分光镜73、四轴分光镜74和弯光镜72，所述干涉仪7通过弯光镜72分别与所述五轴分光镜73和所述四轴分光镜74建立光路。

本实施方式中，分光系统包括用于输出自由度以改变光束方向的五轴分光镜73和四轴分光镜74。干涉仪7通过弯光镜72与五轴分光镜73和四轴分光镜74建立光路，从而实现对光束的精确控制。

可以理解为，弯光镜72用于将干涉仪7的光束引导到五轴分光镜73和四轴分光镜74上，从而实现光路的建立。而五轴分光镜73和四轴分光镜74可以根据需要改变光束的方向，从而实现对光束的精确控制。即五轴分光镜73和四轴分光镜74分别用于输出五轴和四轴的自由度，以满足不同方向的精确调整和校准需求。上述结构确保了光刻图案的精确投影和传输。通过五轴分光镜73、四轴分光镜74以及干涉仪7和弯光镜72的组合，分光系统能够实现多个自由度的精确控制和调整，为光刻制程的复杂性和精度要求提供了关键的光学支持。

综上所述，通过分光系统提高了精密定位平台的功能性，通过五轴分光镜73和四轴分光镜74的设计，可以实现对光束的精确控制，从而满足光刻过程中对光束方向的精确需求。同时，弯光镜72的使用，使得光束可以从干涉仪7顺利地引导到分光镜73和74上，从而实现光路的建立。由此，上述结构的结合提高了光刻过程的精度和提高了光刻过程的效率。

在本申请一些具体实施方式中，所述干涉仪7通过一调平组件71安装于所述隔振基板2上方。

其中，调平组件71可以是由三个沿X、Y和Z轴滑动的板体依次配合连接形成，且相互之间沿其对应的方向设有调节螺母。

本实施方式中，干涉仪7通过调平组件71安装在隔振基板2的上方。调平组件71由三块板体构成，分别沿X、Y和Z轴滑动并连接在一起，板体可以通过调节螺母在相应的方向上进行调整。可以认为，调平组件71是一种用于实现光学元件或装置平面与参考平面之间的水平和垂直调整的装置，通过调整调平组件71的不同方向上的螺母，可以实现干涉仪7的水平和垂直位置的微调，以保证光路的准确对准和校准。调平组件71的引入允许干涉仪7在X、Y和Z轴方向上进行微小的位置调整，能够确保干涉仪7与隔振基板2之间的平面对准，从而保证光路的精确性和稳定性。通过调节螺母实现微调，操作人员可以根据需要在不同方向上调整干涉仪7的位置，以适应复杂的光刻制程要求。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图3~7：五轴分光镜73的自由度的输出方向分别位于X平移轴、Y平移轴和Z平移轴，以及θx旋转轴和θy旋转轴上；四轴分光镜74的自由度的输出方向分别位于X平移轴、Y平移轴和Z平移轴，以及一个θx倾斜轴或θy倾斜轴上。

θx旋转轴指的是绕X轴旋转的轴，允许在X轴方向上进行微小的旋转调整。并通过旋转θx轴，使光束的传输路径可以在水平方向上进行微调，以满足特定的光刻制程需求。同样的，θy旋转轴是指绕Y轴旋转的轴，允许在Y轴方向上进行微小的旋转调整。通过旋转θy轴，光束的传输路径可以在垂直方向上进行微调，以满足特定的光刻制程需求。

其中，干涉仪7分光镜的自由度是指可以进行调整和控制的运动方向，用于操纵光束的传输路径。在本实施方式中，五轴分光镜73的自由度的输出方向分别涵盖了X平移轴、Y平移轴、Z平移轴、θx旋转轴和θy旋转轴。而四轴分光镜74的自由度的输出方向包括X平移轴、Y平移轴、Z平移轴，以及一个θx倾斜轴或θy倾斜轴。可以理解的是，本实施方式中，五轴分光镜73和四轴分光镜74的设计提供了多维度的自由度调整能力，可以根据需要在不同方向上进行精确的光束传输路径调整。通过控制分光镜的不同自由度，操作人员可以实现对光路的微调和精准控制，以适应不同的光刻制程需求。五轴分光镜73和四轴分光镜74的多维度自由度调整能力为光刻机的精确性和灵活性提供了关键的光学支持，确保了光刻制程的成功实施。

总结性的，针对相关技术中的问题，上述具体实施方式基于本申请所提供的精密定位平台，实现了以下技术效果：

（1）通过整合了第一直线电机和第二直线电机作为工件台系统的驱动方式，并考虑到两种不同的驱动方式具有各自的优势（磁悬浮提供了精确的垂直定位，而气浮则能够消除机械接触和摩擦），即通过多种驱动方式的巧妙整合，获得更好的定位性能。

（2）通过第一直线电机和第二直线电机的结合，可以实现更复杂的多自由度运动。综合多自由度运动控制使得精密定位平台能够进行更精确的定位、调整和校准，以适应不同的光刻机制程要求。

（3）磁悬浮技术和气浮技术能够减少摩擦和机械振动，从而提高了精密定位平台的精度和稳定性。磁悬浮技术的高精度垂直定位和气浮技术的非接触性可以协同工作，减少了精密定位平台中的误差来源。

光刻机实施例。

本实施例提供了一种光刻机，所述光刻机包括：精密定位平台实施例所公开的精密定位平台；控制器，所述控制器分别与所述精密定位平台的干涉仪7、分光系统和工件台系统电连接，所述控制器被配置成：

利用所述工件台系统驱动所述分光系统，调整所述光刻掩模和半导体晶圆之间的位置；

当所述光刻掩模和所述半导体晶圆之间的位置关系满足预设条件时，利用所述分光系统对所述干涉仪7输出的光束进行平移和/或旋转，以实现所述干涉仪7对光刻制程中的光刻掩模的测量和校准。

首先，利用工件台系统来驱动分光系统，调整光刻掩模和半导体晶圆之间的相对位置，以确保光刻掩模与晶圆之间的对准，以便在曝光过程中将所需的图案正确投影到晶圆上。同时监测光刻掩模和半导体晶圆之间的位置关系（之间的距离、角度或其他相对位置参数），当参数满足预设条件时，表示光刻掩模和晶圆已经对准到所需的位置。当光刻掩模和晶圆的位置满足预设条件时，操作分光系统对干涉仪7输出的光束进行平移和/或旋转，帮助干涉仪7在光刻制程中测量光刻掩模的性能和特性。其中，预设条件例如是之间的距离为4cm、3cm等，之间的角度为小于1°、小于12°等。

由此，可以允许在光刻制程中进行高精度的测量和校准，确保所需的图案精确投影到半导体晶圆上，有助于提高制程的精度和一致性。通过测量和校准光刻掩模，可以确保制程中的图案质量和尺寸准确无误，有助于生产出高质量的半导体器件。

在本申请一些具体实施方式中，所述精密定位平台还包括设于所述隔振基板2上的旋转模组，所述控制器还被配置成：

当利用所述分光系统对所述干涉仪7输出的光束进行平移和/或旋转后，控制所述旋转模组8实现所述光刻掩模和所述半导体晶圆之间的旋转。

首先，控制器利用分光系统对干涉仪7输出的光束进行平移和/或旋转操作。这可能涉及调整光路或光学元件的位置，以实现所需的平移和/或旋转效果。

在分光系统完成光束的平移和/或旋转之后控制旋转模组，通过旋转模组的操作，光刻掩模和晶圆之间的相对位置得以调整。例如是旋转整个掩模或半导体晶圆，或者是仅旋转其中一个以实现所需的位置调整。

由此，本技术方案允许在光刻制程中实现多自由度的调整，包括平移和旋转，有助于确保图案的准确定位和对准进而满足高精度要求。因为可以进行平移和旋转调整，以适应不同尺寸的工件，即可以适应不同尺寸的掩模和半导体晶圆。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，在发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，所有的这些改变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种精密定位平台，其特征在于，包括：机架（1）、隔振基板（2）、干涉仪（7）、分光系统和工件台系统；

所述隔振基板（2）设于所述机架（1）上方；

所述干涉仪（7）设于所述隔振基板（2）上方，所述干涉仪用于光刻制程中的光刻掩模的测量和校准；

所述分光系统设置于所述干涉仪（7）的输出光路上，所述分光系统用于实现至少四个自由度以对所述干涉仪（7）输出的光束进行平移和/或旋转；

所述工件台系统设于所述机架（1）中，所述工件台系统用于实现至少两个交错轴向的线性自由度，两个所述线性自由度用于共同驱动所述分光系统调整所述光刻掩模和半导体晶圆之间的位置；

所述精密定位平台还包括设于所述隔振基板（2）上的旋转模组，所述旋转模组用于实现所述光刻掩模和所述半导体晶圆之间的图案旋转；

所述工件台系统包括用于输出所述线性自由度的X轴线性模组（4）和Z轴线性模组（5）；

其中，所述Z轴线性模组（5）用于控制光刻掩模和半导体晶圆之间的垂直距离，所述X轴线性模组（4）用于调整光刻掩模和半导体晶圆之间的水平位置；

所述机架（1）内还设有与所述线性自由度输出方向对应的滑轨组件（6），所述X轴线性模组（4）和所述Z轴线性模组（5）配合于所述滑轨组件（6）上；

所述旋转模组包括DD马达、旋转光栅测量模块和轴承。

2.根据权利要求1所述的精密定位平台，其特征在于，所述机架（1）的外缘上均匀对称设有若干个气浮隔振器（3），所述机架（1）通过所述气浮隔振器（3）与所述隔振基板（2）建立连接关系。

3.根据权利要求1所述的精密定位平台，其特征在于，所述分光系统包括五轴分光镜（73）、四轴分光镜（74）和弯光镜（72），所述干涉仪（7）通过弯光镜（72）分别与所述五轴分光镜（73）和所述四轴分光镜（74）建立光路。

4.根据权利要求3所述的精密定位平台，其特征在于，所述干涉仪（7）通过一调平组件（71）安装于所述隔振基板（2）上方。

5.一种光刻机，其特征在于，所述光刻机包括：如权利要求1-4任一项所述的精密定位平台；

控制器，所述控制器分别与所述精密定位平台的干涉仪、分光系统和工件台系统电连接，所述控制器被配置成：

利用所述工件台系统驱动所述分光系统，调整所述光刻掩模和半导体晶圆之间的位置；

当所述光刻掩模和所述半导体晶圆之间的位置关系满足预设条件时，利用所述分光系统对所述干涉仪（7）输出的光束进行平移和/或旋转，以实现所述干涉仪对光刻制程中的光刻掩模的测量和校准。

6.根据权利要求5所述的光刻机，其特征在于，所述精密定位平台还包括设于所述隔振基板（2）上的旋转模组，所述控制器还被配置成：

当利用所述分光系统对所述干涉仪（7）输出的光束进行平移和/或旋转后，控制所述旋转模组（8）实现所述光刻掩模和所述半导体晶圆之间的旋转。