專利名稱：光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體前道工序中的光刻技術(shù)領(lǐng)域，涉及到帶有平衡塊的大行 程精密定位系統(tǒng)，特別是應(yīng)用于工件臺的平衡定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
從光刻機(jī)的發(fā)展歷程來看，芯片制造商對線寬(CD)、套刻精度(Overlay) 及產(chǎn)率等的追求是光刻機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展、創(chuàng)新的源泉。當(dāng)光刻技術(shù)步入納米時 代以后，解決整機(jī)系統(tǒng)中的振動問題已經(jīng)上升到了非常重要的高度。在光刻機(jī) 系統(tǒng)中，工件臺系統(tǒng)和掩模臺系統(tǒng)的加速運(yùn)動是引入振動的一個主要因素。
當(dāng)硅片直徑不大于200腿，線寬不低于100nm，產(chǎn)率要求還不太高時，工件 臺 一般采用外力外引的原則(就是將長行程電機(jī)的反作用力傳遞到機(jī)器基礎(chǔ) 上)，并借助一套主動減振系統(tǒng)對曝光單元進(jìn)行減振，這足已保證系統(tǒng)的精度需 求。但當(dāng)硅片直徑從200隨增至300mm,產(chǎn)率也需大幅提升時，工件臺的負(fù)載質(zhì) 量、速度、加速度就必須相應(yīng)提高。如果工件臺仍然釆用外力外引的原則，那 么將會把更大的力傳遞給機(jī)器基礎(chǔ)，給減振工作帶來很大的難度，也就是說外 力外引原則已經(jīng)不能再滿足光刻機(jī)系統(tǒng)對減振的需求。
平衡塊技術(shù)正是在這種條件下產(chǎn)生的。平衡塊技術(shù)就是利用動量守恒原理， 將電機(jī)的定子安裝在質(zhì)量較大的平衡塊上，動子與平衡塊分別用氣浮軸承支撐， 在動子與定子的相互作用下，動子和平衡塊便分別向相反的方向運(yùn)動，并且運(yùn) 動狀態(tài)滿足下面的關(guān)系
VbxMb +VmxMm=0 (1)
其中Vb是平衡塊的運(yùn)動速度；Vm是電機(jī)的運(yùn)動速度；Mb是平衡塊與電機(jī) 定子的質(zhì)量；Mm是電機(jī)動子和負(fù)載的質(zhì)量。
方程(1)兩邊以時間為變量進(jìn)行積分，可得 SbxMb +SmxMm=0 (2)
其中Sb是平衡塊的運(yùn)動距離；Sm是電機(jī)的運(yùn)動距離。
通過平衡塊技術(shù)，工件臺傳遞給機(jī)器基礎(chǔ)的作用力會大幅降低，這在很大 程度上減少了光刻機(jī)系統(tǒng)的減振難度。
從結(jié)構(gòu)層次上劃分，當(dāng)前的平衡塊技術(shù)主要包括單層和雙層兩種。單層平 衡塊就是利用一層平衡塊來平衡長行程電機(jī)在X, Y, Rz (以Z方向?yàn)檩S的旋轉(zhuǎn) 方向，以下同)三個方向上加速所產(chǎn)生的力。雙層平衡塊則是利用兩層平衡塊 分別平衡長行程電機(jī)在X, Y， Rz三個方向上所產(chǎn)生的力；其中上層平衡塊用來 平衡一個線性運(yùn)動方向(X或者Y)和Rz向上所產(chǎn)生的力，下層平衡塊則用來 平衡另一個線性運(yùn)動方向上(Y或者X)所產(chǎn)生的力。
阿斯麥公司(ASML Nether land B. V. ， Veldhoven )的美國專利第 US7034920B2號公開了一種帶有單層平衡塊的工件臺定位系統(tǒng)。這種平衡定位系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)上相對簡單，并能在X、 Y和Rz向起到相應(yīng)的平衡作用，大大減少工件 臺加速運(yùn)動時施加給光刻機(jī)系統(tǒng)的作用力。但在X、 Y向的加速運(yùn)動中，長行程 電機(jī)的作用力產(chǎn)生的偏心力矩會導(dǎo)致平衡塊的往復(fù)擺動。由于長行程電機(jī)等運(yùn) 動元件都是搭建在平衡塊之上的，平衡塊的擺動自然也會引起曝光臺的偏轉(zhuǎn)。 為保證曝光臺的正常工作，系統(tǒng)通過兩個Y向長行程電機(jī)補(bǔ)償其因平衡塊的擺 動所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)。
平衡塊的擺動主要是因?yàn)閄、 Y向加速時產(chǎn)生的偏心力距引起的，這部分運(yùn) 動屬于附加運(yùn)動。為防止平衡塊的擺動幅度超出設(shè)定的行程和系統(tǒng)的補(bǔ)償能力， 系統(tǒng)通過一套補(bǔ)償機(jī)構(gòu)對平衡塊進(jìn)行相應(yīng)的糾偏控制。但由于系統(tǒng)在X、 Y向加 速時都會引起平衡塊的轉(zhuǎn)動，并且兩種運(yùn)動形式同時存在，使得作用力和力臂 始終處于變化當(dāng)中，因此這種平衡塊技術(shù)使得平衡塊的控制具有較大的難度。
尼康公司(Nikon Corporation)的美國專利第US6885430B2號公開了一種 帶有雙層平衡塊的工件臺定位系統(tǒng)。與上述單層平衡塊技術(shù)相比，這種雙層平 衡塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜。理論上來說，系統(tǒng)僅在X (或者Y)向加速運(yùn)動時， 長行程電機(jī)的作用力產(chǎn)生的偏心力矩才會導(dǎo)致底層平衡塊的往復(fù)擺動。當(dāng)系統(tǒng) 沿Y (或者X)和Rz向加速運(yùn)動時，不會引起底層平衡塊的擺動。
工作中，雙層平衡塊定位系統(tǒng)的底層平衡塊帶動頂層平衡塊和長行程電機(jī) 等也是在往復(fù)擺動的。為保證曝光臺的正確位置，系統(tǒng)也通過兩個Y向長行程
電機(jī)補(bǔ)償其因平衡塊的擺動產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)。同樣，為防止平衡塊的擺動幅度超出 設(shè)定的行程和系統(tǒng)的補(bǔ)償能力，系統(tǒng)通過一套補(bǔ)償機(jī)構(gòu)對平衡塊進(jìn)行糾偏控制。
雙層平衡塊定位系統(tǒng)在Y向運(yùn)動中和補(bǔ)償?shù)讓悠胶鈮K的轉(zhuǎn)動中都會引起頂 層平衡塊的線性運(yùn)動。工作中為了保證頂層平衡塊的線性運(yùn)動不超出設(shè)定行程， 系統(tǒng)需要通過另 一套補(bǔ)償機(jī)構(gòu)對頂層平衡塊進(jìn)行糾偏控制。
與阿斯麥公司公開的單層平衡塊技術(shù)相比，尼康公司公開的雙層平衡塊技
術(shù)雖然避免了系統(tǒng)在Y向加速運(yùn)動時產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩，但是其結(jié)構(gòu)形式較為復(fù) 雜，使用電機(jī)數(shù)量較多，這使得系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)增多，制造成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種具有較高定位精度的光刻機(jī)工件臺平 -斷定位系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了 一種新的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)， 其包括基礎(chǔ)框架、長行程模塊、平衡質(zhì)量系統(tǒng)、Y向平衡塊防漂系統(tǒng)、X向平衡 塊防漂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，長行程模塊包括兩個Y向長行程電機(jī)和兩個X向長行 程電機(jī)，長行程模塊建立在平衡質(zhì)量系統(tǒng)之上；所述平衡質(zhì)量系統(tǒng)包括兩個Y 向平衡塊和一個X向平衡塊，平衡質(zhì)量系統(tǒng)建立在勤出框架上；Y向平衡塊防漂 系統(tǒng)安裝在Y向平衡塊與X向平衡塊之間，用于補(bǔ)償兩個Y向平衡塊相對X向 平衡塊的漂移；X向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在X向平衡塊與基礎(chǔ)框架之間，用于補(bǔ) 償X向平衡塊在X、 Y和Rz向的漂移；測量系統(tǒng)用于測量各長行程電機(jī)和平衡 塊的位置、速度和加速度。
進(jìn)一步地，所述長行程^t塊兩個Y向長行程電機(jī)運(yùn)動相互獨(dú)立，等速運(yùn)動 時實(shí)現(xiàn)Y向運(yùn)動，不等速運(yùn)動時實(shí)現(xiàn)沿Rz向的旋轉(zhuǎn)，而兩個X向長行程電機(jī)運(yùn) 動同步，所述長行程電機(jī)均包括有動子和定子。
進(jìn)一步地，所述長行程模塊包括兩個安裝在X向平衡塊上的Y向?qū)к壓鸵?個X向?qū)к墸渲袃蓚€Y向?qū)к壟cX向?qū)к壋蒆型布局。
進(jìn)一步地，所述長行程模塊包括兩個通過氣浮軸承連接于對應(yīng)Y向?qū)к壍腨 向滑塊和一個通過氣浮軸承連接于X向?qū)к壍腦向滑塊。
進(jìn)一步地，所述長行程模塊的兩個Y向長行程電機(jī)的動子與對應(yīng)的Y向滑
塊安裝在一起，定子與對應(yīng)的Y向平衡塊安裝在一起；X向長行程電機(jī)的動子與 X向滑塊安裝在一起，定子與X向?qū)к壈惭b在一起。
進(jìn)一步地，X向?qū)к壓蛢蓚€Y向滑塊之間通過兩個柔性塊連接，其中一柔性 塊在Rz向的承載剛度比其它方向的承載剛度小，另一柔性塊在X和Rz向的承
載剛度比其它方向的承載剛度小。
進(jìn)一步地，所述的平衡質(zhì)量系統(tǒng)中的Y向平衡塊用來平衡Y向長行程電機(jī) 施加給其定子的反作用力，X向平衡塊與Y向平衡塊共同平衡X向長行程電機(jī)施 加給其定子的反作用力。
進(jìn)一步地，兩個Y向平衡塊位于X向平衡塊之上，并與X向平衡塊之間通 過氣浮軸承連接，Y向平衡塊只能相對X向平衡塊做Y向運(yùn)動。
進(jìn)一步地，X向平衡塊與基礎(chǔ)框架之間通過氣浮軸承連接，X向平衡塊相對 基礎(chǔ)4醫(yī)架{故平面運(yùn)動。
進(jìn)一步地，Y向平衡塊防漂系統(tǒng)由兩個直線電機(jī)組成，分別用于補(bǔ)償2個Y 向平衡塊相對X向平衡塊的漂移；兩個直線電機(jī)的動子通過安裝支架分別與兩 個Y向平衡塊連接，定子通過安裝支架與X向平衡塊連接。
進(jìn)一步地，X向平衡塊防漂系統(tǒng)由兩個雙曲柄五桿才幾構(gòu)組成，每個雙曲柄五 桿機(jī)構(gòu)由兩個旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動，并有一個輸出軸，雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)能夠跟隨X向 平衡塊做平面運(yùn)動，并能補(bǔ)償X向平衡塊在X、 Y和Rz向的漂移。
進(jìn)一步地，所述測量系統(tǒng)包括線形編碼器和角度編碼器，其中兩個Y向長 行程電機(jī)、X向長行程電機(jī)和兩個Y向平衡塊均安裝有線性編碼器，兩個雙曲柄 五桿機(jī)構(gòu)上均安裝有角度編碼器，所述角度編碼器共同測得X向平衡塊的位置。
進(jìn)一步地，Y向平衡塊防漂系統(tǒng)在一個芯片單元的周期內(nèi)，或者一行芯片單 元的周期內(nèi)，或者一個硅片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的力來補(bǔ)償Y向平衡 塊的漂移運(yùn)動；X向平衡塊防漂系統(tǒng)在一個芯片單元的周期內(nèi)，或者一行芯片單 元的周期內(nèi)，或者一個硅片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的力來補(bǔ)償X向平衡 塊的漂移。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)采用新的平衡塊技術(shù)， 大幅減少工件臺加速運(yùn)動時反作用于光刻機(jī)基礎(chǔ)框架的作用力，從而降低系統(tǒng) 減振的難度，同時也在一定程度上避免現(xiàn)有平衡塊技術(shù)的缺陷，降低了環(huán)節(jié)的
控制，起到了提高光刻機(jī)曝光臺定位精度的有益效果。


圖1為本發(fā)明光刻機(jī)的工件臺平衡定位系統(tǒng)的立體圖。
圖2a-2b為本發(fā)明的正-見圖及俯#見圖。
圖3為本發(fā)明的長行程模塊的立體圖。
圖4為本發(fā)明的X向滑塊、電機(jī)及編碼器的組裝圖。
圖5為本發(fā)明的長行程電機(jī)及編碼器組裝圖。
圖6為本發(fā)明的Y向防漂系統(tǒng)的電才幾及編碼器組裝圖。
圖7為雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)的立體圖。
圖8為平衡塊的控制流程圖。
其中1-基礎(chǔ)框架；2-X向平衡塊；3-X向平衡塊2與基礎(chǔ)框架之間的氣浮 軸承；4a、 4b-Y向平衡塊；5a-Y向平衡塊4a與X向平衡塊2之間的垂向氣浮 軸承；5b-Y向平衡塊4b與X向平衡塊2之間的垂向氣浮軸承；6a-Y向平衡塊 4a與X向平衡塊2之間的側(cè)向氣浮軸承；6b-Y向平衡塊4b與X向平衡塊2之 間的側(cè)向氣浮軸承；7-Y向長行程電機(jī)定子；8a、 8b-Y向?qū)к墸?a、 9b-Y向平 衡塊防漂電機(jī)；10a、 10b-Y向滑塊；lla、 llb-Y向柔性塊；12-X向長行程電機(jī) 定子；13-X向?qū)к墸?4a、 14b-雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)；15-曝光臺；16-X向滑塊； l7-長行程模塊；18-曝光臺的氣浮工作臺；20a、 20b-Y向長行程電機(jī)的線性編 碼器；21a、 21b-Y向滑塊與Y向?qū)к壷g的側(cè)向氣浮軸承；22a、 22b-Y向滑塊 與Y向?qū)к壷g的垂向氣浮軸承；23-Y向長行程電機(jī)動子；24-X向滑塊與X向 導(dǎo)軌之間的垂向氣浮軸承；25-X向滑塊與X向?qū)к壷g的側(cè)向氣浮軸承；26-X 向長行程電機(jī)動子；27-X向滑塊的垂向氣浮面；28-X向滑塊的側(cè)向氣浮面；29-X 向長行程電機(jī)的線性編碼器；30-光柵尺尺體；31-光柵尺讀頭；32-讀頭支架； 33-光柵尺讀頭；34-光柵尺尺體；35-尺體支架；36a、 36b-Y向防漂電機(jī)的線性 編碼器；37-讀頭支架；38-光柵尺讀頭；39-光柵尺尺體；40-尺體安裝支架； 41-動子支架；42-Y向防漂電機(jī)動子；43- Y向防漂電^L定子；44-定子支架； 45-雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)的輸出軸；46-旋轉(zhuǎn)電機(jī)；47-角度編碼器；48-外殼；49-控 制系統(tǒng)；50-比4交器；51-控制器；52-批j亍器；53-測量系統(tǒng)；101、 102-Y向長
4亍禾呈電才幾；103-X向長4亍禾呈電才幾。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行描述，可以進(jìn)一步理解本發(fā)明的 目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點(diǎn)。
請參閱圖1、圖2a、 2b，本發(fā)明光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)包括基礎(chǔ)框架1、 長行程模塊17、平衡質(zhì)量系統(tǒng)、Y向平衡塊防漂系統(tǒng)、X向平衡塊防漂系統(tǒng)、測 量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。
基礎(chǔ)框架1是光刻機(jī)的基礎(chǔ)，自身具有一定的調(diào)平能力，基礎(chǔ)框架1為平 衡定位系統(tǒng)提供一個牢固可靠的工作平臺。
請參閱圖3，長行程模塊17用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在X、 Y向的大行程運(yùn)動，在Rz (以Z方向?yàn)檩S的旋轉(zhuǎn)方向，以下同)向的小行程運(yùn)動。長行程模塊17主要由 Y向長4亍程電才幾101、 Y向長行程電機(jī)102和2個X向長4亍程電機(jī)103組成。Y 向長行程電機(jī)101、 102分別由動子23和定子7組成。X向長行程電機(jī)103由動 子26(參閱圖4)和定子12組成。2個Y向長行程電才幾101、 102運(yùn)動相互獨(dú)立， 等速運(yùn)動時實(shí)現(xiàn)沿Y向的運(yùn)動，不等速運(yùn)動時可實(shí)現(xiàn)沿Rz向的旋轉(zhuǎn)。2個X向 長行程電機(jī)103運(yùn)動同步，共同實(shí)現(xiàn)X向的運(yùn)動。長行程模塊17還包括大致呈 H型布局的導(dǎo)軌，其有兩個Y向?qū)к?a、 8b與X向?qū)к?3組成。
Y向長行程電機(jī)101的動子23與Y向滑塊10a安裝在一起，Y向長行程電 機(jī)102的動子23與Y向滑塊10b安裝在一起。Y向滑塊10a與Y向?qū)к?a之間 經(jīng)側(cè)向氣浮軸承21a和垂向氣浮軸承22a連接，Y向滑塊10b與Y向?qū)к?b之 間經(jīng)側(cè)向氣浮軸承21b和垂向氣浮軸承22b連接。Y向?qū)к?a、 8b安裝在X向 平衡塊2上。兩個Y向定子7分別與Y向平衡塊4a、 4b (參閱圖1)安裝在一 起。
請繼續(xù)參閱圖3并結(jié)合圖4,兩個X向動子26分別安裝在X向滑塊16上， 兩個定子12安裝在X向?qū)к?3上，X向滑塊16與X向?qū)к?3經(jīng)垂向氣浮軸承 24、側(cè)向氣浮軸承25連接。X向?qū)к?3—端與Y向滑塊10a經(jīng)Y向柔性塊lla 連接，X向?qū)к?3另一端與Y向滑塊10b經(jīng)Y向柔性塊lib連接。
兩個Y向?qū)к?a、 8b與X向?qū)к?3呈H型布局。
Y向柔性塊lla在Rz向具有較小的剛度，在其它方向具有足夠的承載剛度。 另一 Y向柔性塊lib在X和Rz向具有較小的剛度，在其它方向具有足夠的承載 剛度。
請參閱圖l,平衡質(zhì)量系統(tǒng)分為上下兩層，上層為兩個Y向平衡塊4a、 4b, 下層為X向平衡塊2。
結(jié)合圖2a、 2b， Y向平衡塊4a與X向平衡塊2之間經(jīng)垂向氣浮軸承5a、側(cè) 向氣浮軸承6a連接，Y向平衡塊4b與X向平衡塊2之間經(jīng)垂向氣浮軸承5b、 側(cè)向氣浮軸承6b連接，X向平衡塊2與基礎(chǔ)框架1之間經(jīng)氣浮軸承3連接。Y 向平衡塊4a、 4b相對X向平衡塊2只能作Y向運(yùn)動，X向平衡塊2相對基礎(chǔ)框 架1能夠作平面運(yùn)動(X、 Y平面)。
長行程模塊17帶動曝光臺15沿X、 Y和Rz向加速運(yùn)動時，電機(jī)動子23、 26會施加給定子大小相等的反作用力。曝光臺15與X向平衡塊2之間設(shè)置氣浮 工作臺18。采用平衡塊技術(shù)前，定子所承受的力會直接傳遞到基礎(chǔ)框架1上， 采用平衡塊技術(shù)后，定子所承受的力傳遞給了平衡塊4a、 4b、 2，平衡塊4a、 4b、 2因受力相對基礎(chǔ)框架l發(fā)生運(yùn)動，也就起到了相應(yīng)的平衡作用。
Y向平衡塊4a、 4b用于平衡長行程模塊17帶動負(fù)載沿Y向和Rz向加速運(yùn) 動時產(chǎn)生的反作用力。Y向平衡塊4a、 4b采用密度為18g/mm3的鴒合金制造， 質(zhì)量基本相等，兩者的質(zhì)量和一般為Y向運(yùn)動質(zhì)量(主要包括Y向滑塊10a、 10b, 2個Y向長行程電機(jī)的動子23, X向?qū)к?3， X向滑塊16, 2個X向長行程電機(jī) 103和曝光臺15等)的4-10倍以上。
Y向平衡塊4a、 4b和X向平衡塊2共同用于平衡長行程模塊17帶動負(fù)載沿 X向加速運(yùn)動時產(chǎn)生的反作用力。X向平衡塊2采用密度為7. 8g/誦3的普通鋼 制造，Y向平衡塊4a、 4b和X向平衡塊2的總質(zhì)量為X向運(yùn)動質(zhì)量(主要包括 X向滑塊16, 2個X向長行程電機(jī)動子26和曝光臺15等)的IO倍以上。
請參閱圖l、 2a、 2b并結(jié)合圖6， Y向平衡塊防漂系統(tǒng)由Y向防漂電機(jī)9a、 9b組成。Y向防漂電機(jī)9a、 9b分別由動子支架41、 Y向防漂電機(jī)動子42、 Y向 防漂電機(jī)定子43、定子支架44組成。其中Y向防漂電機(jī)9a的動子支架41安裝 在Y向平衡塊4a上，定子支架44安裝在X向平衡塊2上。Y向防漂電機(jī)9b的 動子支架41安裝在Y向平衡塊4b上，定子支架44安裝在X向平衡塊2上。
Y向防漂電機(jī)9a用于補(bǔ)償Y向平衡塊4a相對X向平衡塊2的漂移，Y向防 漂電機(jī)9b用于補(bǔ)償Y向平衡塊4b相對X向平衡塊2的漂移。
引起Y向平衡塊4a、 4b漂移運(yùn)動的原因主要包括氣浮的擾動，空氣摩擦， 管線的牽拉，Y向加速運(yùn)動時因驅(qū)動質(zhì)量偏心引起的附加運(yùn)動和Rz向加速運(yùn)動 引起的附加運(yùn)動等。Y向平衡塊4a、 4b的漂移必須進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，否則它們 會超出規(guī)定的行程，導(dǎo)致系統(tǒng)不能連續(xù)正常工作。
引起附加運(yùn)動的作用力較大，但作用時間較短；光刻機(jī)的控制系統(tǒng)49 (參 閱圖8)可以在一個芯片單元(die)的周期內(nèi)，或者一行芯片的周期內(nèi)，或者 一個硅片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的小力通過上述Y向防漂電機(jī)9a和9b 來補(bǔ)償平衡塊的漂移運(yùn)動。
請參閱圖1、 2a、 2b并結(jié)合圖7、 8， X向平衡塊防漂系統(tǒng)由兩個雙曲柄五 桿機(jī)構(gòu)14a、 14b組成，用于補(bǔ)償X向平衡塊2在X、 Y和Rz向的漂移。雙曲柄 五桿機(jī)構(gòu)14a、 14b的輸出軸45與X向平衡塊2相連，并可跟隨X向平衡塊2 在其行程范圍內(nèi)做平面運(yùn)動。雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)14a、 14b的外殼48安裝在基礎(chǔ) 框架l上，角度編碼器47連接在旋轉(zhuǎn)電機(jī)46的底部，旋轉(zhuǎn)電機(jī)46安裝在外殼 48上，旋轉(zhuǎn)電機(jī)46的輸出軸與雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)的輸入軸通過連軸器連接。
引起X向平衡塊2沿Rz向漂移運(yùn)動的原因主要包括氣浮的擾動，空氣摩擦， 管線的牽拉，X、 Y向加速運(yùn)動時因驅(qū)動質(zhì)量偏心引起的附加運(yùn)動，Rz向加速運(yùn) 動引起的附加運(yùn)動等。引起X向平衡塊2沿X、 Y向漂移運(yùn)動的原因主要包括氣 浮的擾動，空氣摩擦，管線的牽拉，X向平衡塊2沿X、 Y向的漂移運(yùn)動較小。
同樣，X向平衡塊2的漂移也必須采耳^目應(yīng)的控制方法。X向平衡塊的防漂 系統(tǒng)可以補(bǔ)償X向平衡塊2在X、 Y和Rz向的漂移。引起附加運(yùn)動的作用力較 大，但作用時間較短；控制系統(tǒng)49可以在一個芯片的周期內(nèi)，或者一行芯片的 周期內(nèi)，或者一個硅片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的小力通過上述防漂系統(tǒng) 14a和14b來補(bǔ)償平衡塊的漂移運(yùn)動。
出于控制的需要，長行程電機(jī)101、 102、 103和平衡塊4a、 4b、 2都有測 量系統(tǒng)53以進(jìn)行位置數(shù)據(jù)反饋如編碼器等。同時，為使運(yùn)動元件在整機(jī)坐標(biāo)系 中有一個固定的零點(diǎn)，長行程電機(jī)101、 102、 103和平衡塊4a、 4b、 2均設(shè)有 有零位傳感器。
請參閱圖l、 2a、 2b并結(jié)合圖5.， Y向長行程電機(jī)101的位置數(shù)據(jù)由線性編 碼器20a測得，Y向長行程電機(jī)102的位置數(shù)據(jù)由線性編碼器20b測得。線性編 碼器20a和20b由讀頭支架32、光柵尺讀頭33、光柵尺尺體34、尺體支架35 組成。線性編碼器20a的光柵尺讀頭33通過讀頭支架32安裝在Y向滑塊10a 上，尺體34通過尺體支架35安裝在Y向?qū)к?a上。線性編碼器20b的光4冊尺 讀頭33通過讀頭支架32安裝在Y向滑塊10b上，尺體34通過尺體支架35安 裝在Y向?qū)к?b上。
請參閱圖1并結(jié)合圖3、 4,兩個X向長行程電機(jī)103的位置數(shù)據(jù)由線性編 碼器29測得。線性編碼器29包括光柵尺讀頭30和光柵尺尺體31。光柵尺的讀 頭30安裝在X向滑塊16上，光柵尺尺體31安裝在X向?qū)к?3上。
Y向平衡塊4a的位置數(shù)據(jù)由線性編碼器36a測得，Y向平衡塊4b的位置數(shù) 據(jù)由線性編碼器36b測得。線性編碼器36a和線性編碼器36b由讀頭支架37、 光牙冊尺讀頭38、光柵尺尺體39、尺體安裝支架40組成。線性編碼器36a的讀 頭38經(jīng)讀頭支架37安裝在Y向平衡塊4a上，光柵尺尺體39經(jīng)尺體安裝支架 40安裝在X向平衡塊2上。線性編碼器36b的讀頭38經(jīng)讀頭支架37安裝在Y 向平衡塊4b上，光柵尺尺體39經(jīng)尺體安裝支架40安裝在X向平衡塊2上。
X向平衡塊2的位置數(shù)據(jù)由雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)14a、 14b的角度編碼器47共同 測得，其中該角度編碼器47可以是弧形光柵尺也可以是旋轉(zhuǎn)編碼器或其它類型 的角度編碼器。
圖8為平衡塊的控制流程圖，其中光刻機(jī)控制系統(tǒng)49包括比較器50、控制 器51、執(zhí)行器52和測量系統(tǒng)53,其中執(zhí)行器52與平衡塊2、 4a、 4b連接，控 制平衡塊2、 4a、 4b的運(yùn)動，與平衡塊2、 4a、 4b相連接的測量系統(tǒng)53測得其 位置數(shù)據(jù)，并反饋給控制系統(tǒng)49 。
本發(fā)明能夠大幅減低工件臺加速運(yùn)動時施加給光刻機(jī)系統(tǒng)的作用力，在很 大程度上降低系統(tǒng)的減振難度。引用這項(xiàng)技術(shù)，長行程電機(jī)的加速度、速度和 攜帶的負(fù)載質(zhì)量都可以獲得很大提高，這將使得300mm高產(chǎn)率的步進(jìn)掃描光刻 機(jī)(特征線寬100nm，套刻精度30nm)技術(shù)成為可能。
權(quán)利要求
1.一種光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其包括基礎(chǔ)框架、長行程模塊、平衡質(zhì)量系統(tǒng)、Y向平衡塊防漂系統(tǒng)、X向平衡塊防漂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，其特征在于長行程模塊包括兩個Y向長行程電機(jī)和兩個X向長行程電機(jī)，長行程模塊建立在平衡質(zhì)量系統(tǒng)之上；所述平衡質(zhì)量系統(tǒng)包括兩個Y向平衡塊和一個X向平衡塊，平衡質(zhì)量系統(tǒng)建立在基礎(chǔ)框架上；Y向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在Y向平衡塊與X向平衡塊之間，用于補(bǔ)償兩個Y向平衡塊相對X向平衡塊的漂移；X向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在X向平衡塊與基礎(chǔ)框架之間，用于補(bǔ)償X向平衡塊在X、Y和Rz向的漂移；測量系統(tǒng)用于測量各長行程電機(jī)和平衡塊的位置、速度和加速度。
2. 如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述長行程 模塊的兩個Y向長行程電機(jī)運(yùn)動相互獨(dú)立，等速運(yùn)動時實(shí)現(xiàn)Y向運(yùn)動，不等速 運(yùn)動時實(shí)現(xiàn)沿Rz向的旋轉(zhuǎn)，而兩個X向長行程電機(jī)運(yùn)動同步，所述長行程電機(jī) 均包括有動子和定子。
3. 如權(quán)利要求2所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述長行程 模塊包括兩個安裝在X向平衡塊上的Y向?qū)к壓鸵粋€X向?qū)к墸渲袃蓚€Y向 導(dǎo)軌與X向?qū)к壋蒆型布局。
4. 如權(quán)利要求3所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述長行程 模塊包括兩個通過氣浮軸承連接于對應(yīng)Y向?qū)к壍腨向滑塊和一個通過氣浮軸 承連接于X向?qū)к壍腦向滑塊。
5. 如權(quán)利要求4所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述長行程 模塊的兩個Y向長行程電機(jī)的動子與對應(yīng)的Y向滑塊安裝在一起，定子與對應(yīng) 的Y向平衡塊安裝在一起；X向長行程電機(jī)的動子與X向滑塊安裝在一起，定子 與X向?qū)к壈惭b在一起。
6. 如權(quán)利要求4所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述長行程 模塊的X向?qū)к壓蛢蓚€Y向滑塊之間通過兩個柔性塊連接，其中一柔性塊在Rz 向的剛度比其它方向的剛度小，另一柔性塊在X和Rz向的剛度比其它方向的剛 度小。
7. 如權(quán)利要求2所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述的平衡 質(zhì)量系統(tǒng)中的Y向平衡塊用來平衡Y向長行程電機(jī)施加給其定子的反作用力，X向平衡塊與Y向平衡塊共同平衡X向長行程電機(jī)施加給其定子的反作用力。
8. 如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述平衡質(zhì) 量系統(tǒng)中的兩個Y向平衡塊位于X向平衡塊之上，并與X向平衡塊之間通過氣 浮軸承連接，Y向平衡塊只能相對X向平衡塊做Y向運(yùn)動。
9. 如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述平衡質(zhì) 量系統(tǒng)中的X向平衡塊與基礎(chǔ)框架之間通過氣浮軸承連接，X向平衡塊相對基礎(chǔ) 框架做平面運(yùn)動。
10. 如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于Y向平衡塊 防漂系統(tǒng)由兩個直線電^i且成，分別用于補(bǔ)償兩個Y向平衡塊相對X向平衡塊 的漂移；兩個直線電機(jī)的動子通過安裝支架分別與兩個Y向平衡塊連接，定子 通過安裝支架與X向平衡塊連接。
11. 如權(quán)利要求l所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于X向平衡塊 防漂系統(tǒng)由兩個雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)組成，每個雙曲柄五桿才幾構(gòu)由兩個旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū) 動，并有一個輸出軸，雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)能夠跟隨X向平衡塊做平面運(yùn)動，并能 補(bǔ)償X向平衡塊在X、 Y和Rz向的漂移。
12. 如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于所述測量 系統(tǒng)包括線形編碼器和角度編碼器，其中兩個Y向長行程電機(jī)、X向長行程電機(jī) 和兩個Y向平衡塊均安裝有線性編碼器，兩個雙曲柄五桿機(jī)構(gòu)上均安裝有角度' 編碼器，所述角度編碼器共同測得X向平衡塊的位置。
13. 如權(quán)利要求1所述的光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其特征在于Y向平衡塊 防漂系統(tǒng)在一個芯片單元的周期內(nèi)，或者一行芯片單元的周期內(nèi)，或者一個硅 片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的力來補(bǔ)償Y向平衡塊的漂移運(yùn)動；X向平衡塊 防漂系統(tǒng)在一個芯片單元的周期內(nèi)，或者一行芯片單元的周期內(nèi)，或者一個硅 片的曝光周期內(nèi)，提供一個恒定的力來補(bǔ)償X向平tf塊的漂移。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光刻機(jī)工件臺平衡定位系統(tǒng)，其包括基礎(chǔ)框架、長行程模塊、平衡質(zhì)量系統(tǒng)、Y向平衡塊防漂系統(tǒng)、X向平衡塊防漂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)，其中長行程模塊包括兩個Y向長行程電機(jī)和兩個X向長行程電機(jī)，長行程模塊建立在平衡質(zhì)量系統(tǒng)之上；所述平衡質(zhì)量系統(tǒng)包括兩個Y向平衡塊和一個X向平衡塊，平衡質(zhì)量系統(tǒng)建立在基礎(chǔ)框架上；Y向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在Y向平衡塊與X向平衡塊之間，用于補(bǔ)償兩個Y向平衡塊相對X向平衡塊的漂移；X向平衡塊防漂系統(tǒng)安裝在X向平衡塊與基礎(chǔ)框架之間，用于補(bǔ)償X向平衡塊在X、Y和Rz向的漂移；測量系統(tǒng)用于測量各長行程電機(jī)和平衡塊的位置、速度和加速度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過平衡塊的平衡作用，可以提高系統(tǒng)的定位精度。
文檔編號G03F7/20GK101101447SQ20071004122
公開日2008年1月9日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者嚴(yán)天宏, 王占祥, 袁志揚(yáng) 申請人:上海微電子裝備有限公司