光刻机工件台平衡定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光刻机工件台平衡定位系统，涉及半导体的光刻技术领域。该工件台平衡定位系统包括基础框架、长行程模块、曝光台、平衡质量系统、平衡质量防漂系统、测量系统和控制系统；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基础框架上，包括主平衡质量和辅平衡质量，用于平衡系统的反作用力和反作用力矩；平衡质量防漂系统安装在基础框架和主平衡质量之间，用于补偿平衡质量系统沿Ｘ、Ｙ和Ｒｚ向的漂移；控制系统根据测量系统的反馈数据控制长行程模块的运动及主平衡质量的位置补偿。本发明专利技术大幅减少了工件台加速运动时对光刻机基础的反作用力，从而降低了光刻机的减振难度，提高了工件台的定位精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体的光刻
，涉及到带有平衡质量的大行程精密定位系统，特别是应用于光刻机工件台的平衡定位系统。
技术介绍
在300mm高产率低线宽光刻机技术出现以后，特别是后来的双台技术和浸没式技术的出现，工件台和掩模台系统一般都引入平衡块技术来解决整机系统的减振问题。所谓平衡块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、平衡块与机架之间分别为气浮轴承连接；在动子与定子的相互作用下，驱动元件和平衡块便分别向相反的方向运动，并且满足动量守恒。当前光刻机公司的工件台定位系统所采用的平衡块技术的主流思想是当曝光台沿X、Y向加速运动时，允许平衡块因受偏心力矩而沿Rz(X、Y平面的旋转方向，以下同)向产生小范围的旋转角度，一般在±10毫弧度(mrad)左右。由于长行程电机和曝光台等都是建立在平衡块之上的，平衡块的旋转自然也会引起曝光台的偏摆。为了保证曝光台在整机系统中的正确位置，长行程模块一般采用H型的结构布局，H型竖向的两个电机可以独立驱动，用于补偿曝光台的偏转；并且为了提高H型的横向特征频率，两个竖向长行程电机的动子与横梁之间为刚性连接，因而竖向的两个电机动子与定子之间必须允许发生小范围的相对转动(即平衡块的摆动幅度)。如阿斯麦公司(ASML Netherland B.V.，Veldhoven)的美国专利第7034920B2号专利，尼康公司(Nikon Corporation)的美国专利第6885430B2号公开的工件台定位系统。两者虽然在结构形式上和实现手段上有所差别，但基本的思想是一致的，即允许平衡块因系统沿X、Y向加速时产生的偏心力矩发生旋转。如上所述的两篇专利，如果忽略外界的干扰，系统都满足动量守恒的关系，也就是说当曝光台回到初始位置时，平衡块在X、Y向也回到初始位置，但在Rz向却不一定能回到初始位置。为了使得平衡块在Rz向能回到初始位置，系统必须要有外力矩的介入，因此，这种定位系统并不满足角动量守恒的关系。在整个曝光过程中，由于平衡块的旋转，必须及时地补偿曝光台的偏摆角度，而且补偿幅度较大，这在一定程度上会影响系统的稳定性和精度。清华大学2004年申请了一种与上述平衡策略不同的中国专利，专利号CN1595299A，这种平衡块技术中引入了一个动量轮的概念，其目的是为了实现平衡块的不旋转。专利CN1595299A中的平衡质量系统由一个平衡块和一个动量轮组成。平衡块与基础之间通过两层导轨(X向和Y向)连接，平衡块能够相对基础框架沿X、Y向平动，但不能沿Rz向转动。平衡块用于平衡系统沿X、Y向加速时产生的反作用力。动量轮位于平衡块的质心，与平衡块之间经气浮轴承隔开，并由一旋转电机连接，电机定子固定在平衡块上，转子与动量轮之间通过联轴器连接在一起。动量轮在X、Y向随平衡块一起移动，沿Rz向能够在旋转电机的作用下相对其轴心转动。当平衡块有转动趋势时，动量轮上的旋转电机给平衡块施加一个大小相等的反向力矩，平衡块因力矩平衡而不产生沿Rz向的旋转趋势，动量轮则在旋转电机的驱动下绕其轴心转动。这种平衡块技术不但满足动量守恒，同时，也遵循角动量守恒，但其对动量轮的控制必须要做到适时控制，否则工作中系统会产生沿Rz向的振动。再者，从驱动力矩和结构的角度看，系统只有一个动量轮，很难匹配到合适的旋转电机。上述用旋转轮解决工件台定位系统的偏转力矩问题并不是在这篇专利里最早出现的，在佳能公司(Canon)的美国专利第6028376号中就已经出现了这种技术。但两者平衡的方法有很大的不同，佳能公司专利中的旋转轮是定轴转动的，也就是说旋转轮的转轴相对机器基础是固定不动的。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种具有较高定位精度的光刻机工件台平衡定位系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种新的光刻机工件台平衡定位系统，其包括基础框架、长行程模块、曝光台、平衡质量系统、平衡质量防漂系统、测量系统和控制系统，所述长行程模块建立在平衡质量系统之上，带动曝光台沿X、Y向运动；曝光台为硅片的承载台；平衡质量系统建立在基础框架之上，包括主平衡质量和辅平衡质量两部分，分别用于曝光台在长行程模块带动下进行加速运动时对光刻机基础产生的反作用力和反作用力矩；平衡质量防漂系统安装在基础框架和平衡质量系统之间，用于补偿平衡质量系统沿X、Y和Rz向的漂移运动；测量系统安装在所述长行程模块和主平衡质量上，为控制系统提供反馈数据；控制系统根据反馈数据控制长行程模块的运动及主平衡质量的位置补偿。所述长行程模块包括两个Y向长行程电机和一个X向长行程电机，两个Y向长行程电机运动同步，用于实现曝光台沿Y向的运动，X向长行程电机用于实现曝光台沿X向的运动；所述长行程模块还包括一个Y向导轨和一个X向导轨，并且Y向导轨与X向导轨成T型布局；所述长行程模块还包括两个Y向滑块和一个X向滑块，其中一个Y向滑块通过垂向和侧向气浮轴承与Y向导轨连接，另一个Y向滑块通过垂向气浮轴承与主平衡质量的顶部平面连接，X向导轨的两端分别安装在两个Y向滑块上，X向滑块与X向导轨之间通过气浮轴承连接；所述长行程模块的两个Y向长行程电机的动子与对应的Y向滑块安装在一起，定子与主平衡质量体安装在一起；X向长行程电机的动子与X向滑块安装在一起，定子与X向导轨安装在一起。所述主平衡质量是中间镂空的方框形或者是中间不镂空的方形，且主平衡质量与基础框架之间通过垂向气浮轴承连接，主平衡质量可以相对基础框架做平面运动。所述辅平衡质量由一个或者数个单元组成，每个单元包括圆柱形的平衡质量体、旋转电机及上、下外壳，用来平衡曝光台沿X、Y和Rz向加速运动时产生的反力矩；进一步地，所述辅平衡质量的圆柱形平衡质量体与下外壳之间经垂向气浮和侧向气浮连接；旋转电机的定子固定在上外壳上，动子与圆柱形的平衡质量体通过联轴器连接在一起；所述辅平衡质量通过下外壳上的法兰从主平衡质量的底部安装于主平衡质量上。所述平衡质量防漂系统为两个相对主平衡质量质心对称布置的两轴机械手或者小行程平面电机。所述两轴机械手包括两相连的机械臂、用于驱动对应机械臂的两旋转电机、安装在对应旋转电机上的两旋转编码器、安装于基础框架上的外壳及支架以及输出轴。所述两轴机械手的输出轴连接有连接板，所述两轴机械手通过连接板与主平衡质量连接；或者所述两轴机械手的输出轴固连一个抓手，主平衡质量上安装有接口块，当需要校正主平衡质量的位置时，抓手与接口块相配合，校正完成后，抓手与接口块分离。所述小行程平面电机的动子安装在主平衡质量上，定子通过支架安装在基础框架上。本专利技术的光刻机工件台平衡定位系统，通过平衡质量的平衡作用，大幅减少了工件台携带负载加速运动时对光刻机基础的反作用力，从而降低了光刻机系统减振的难度，并最终起到了提高工件台系统定位精度的有益效果。附图说明图1光刻机系统曝光单元的平面示意图；图2工件台平衡定位系统俯视立体图；图3工件台平衡定位系统拆去基础框架1后的仰视立体图；图4Y向滑块7的立体图；图5X向滑块立体图；图6辅平衡质量立体图；图7辅平衡质量的剖视图；图8平衡质量防漂系统第一种实施例中机械手的立体图；图9装有平衡质量防漂系统第二种实施例的工件台平衡定位系的立体图；图10平衡质量防漂系统第二种实施例中机械手的立体图；图11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光刻机工件台平衡定位系统，其包括基础框架、长行程模块、曝光台、平衡质量系统、平衡质量防漂系统、测量系统和控制系统，其特征在于，所述长行程模块建立在平衡质量系统之上，带动曝光台沿Ｘ、Ｙ向运动；平衡质量系统建立在基础框架之上，包括主平衡质量和辅平衡质量，分别用于平衡曝光台在长行程模块的带动下进行加速运动时产生的反作用力和反作用力矩；平衡质量防漂系统安装在基础框架和平衡质量系统之间，补偿平衡质量系统沿Ｘ、Ｙ和Ｒｚ向的漂移运动；测量系统安装在所述长行程模块和主平衡质量上，为控制系统提供反馈数据；控制系统根据反馈数据控制长行程模块的运动及主平衡质量的位置补偿。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王占祥，袁志扬，严天宏，
申请(专利权)人：上海微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]