專利名稱：一種工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于光刻機中的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，特別是具有 糾偏和防漂裝置的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)。
背景技術：
光刻是指將一 系列掩模版上的芯片圖形通過曝光系統(tǒng)依次轉印到硅片相應
層上的復雜的工藝過程。整個光刻過程大約消耗芯片前道制造時間的60%，占 有整個芯片制造的近40%的成本。而這一系列復雜、昂貴、耗時的光刻工藝過 程集中在芯片前道生產(chǎn)線對應的 一組光刻機上完成，因此光刻機的光刻精度和 產(chǎn)率高低直接影響著芯片的集成度和制造成本。而產(chǎn)率和光刻精度是一對矛盾 體，客戶既要系統(tǒng)提高產(chǎn)率，又要改善和提高系統(tǒng)的曝光質量和曝光精度。
當硅片直徑不大于200mm,線寬不低于100nm時，為了提高產(chǎn)率，工件臺 一般采用反力外引方式。而上述加減速階段的運動反力是導致系統(tǒng)振動的一個 重要原因，必須加以處理，以減小和避免其對光刻系統(tǒng)曝光質量的影響。目前 的做法是將長行程電機的運動反力引出到基礎框架上，并借助一套主動減振系 統(tǒng)對曝光單元進行減振隔振，以保證系統(tǒng)的精度需求。
目前光刻直徑為300mm的硅片已經(jīng)成為前道光刻領域的主流技術。在光刻 機系統(tǒng)中，尤其對承載該直徑硅片的大質量工件臺系統(tǒng)，工件臺長行程模塊的 負載質量、速度、加速度都相應有較大幅度地增加，反力外引方式已經(jīng)不能再 滿足光刻機系統(tǒng)對減振的需求。而當光刻線寬小于100nm時，整機系統(tǒng)中任何 微小振動干擾都會對系統(tǒng)光刻質量帶來致命的影響。
平衡質量技術正是在這種條件下出現(xiàn)的。通過平衡質量技術，工件臺傳遞 給基礎框架的作用力會大幅降低，這在很大程度上減少了光刻機系統(tǒng)的減振難 度，避免了運動反力對系統(tǒng)曝光的干擾。
當前的工件臺平衡質量系統(tǒng)主要有單層和雙層兩種。 一種傳統(tǒng)的采用單層
平衡質量系統(tǒng)的光刻機的工件臺，是利用一層平衡質量框架來平衡長行程電機
在X， Y， Rz三個方向上因運動加減速所產(chǎn)生的反作用力，并采用兩組五連桿 裝置實現(xiàn)工件臺平衡質量系統(tǒng)與基礎框架間的物理連接。兩組五連桿裝置可以 完成工件臺平衡質量系統(tǒng)的初始化回零，以及運動模式下對工件臺平衡質量系 統(tǒng)跟蹤補償作用。然而，兩組五連桿機構擁有四個控制電機，四個電機聯(lián)合一 體跟蹤控制X, Y， Rz三個自由度，系統(tǒng)需解耦，控制策略復雜。如果發(fā)生控 制故障，五連桿裝置很容易受到平衡質量系統(tǒng)的沖擊而損壞。
另一種傳統(tǒng)的釆用雙層平銜二質量系統(tǒng)的光刻機的工件臺，它采用兩層平衡 質量分別平衡長行程電機在X, Y, Rz三個方向上加減速運動時所產(chǎn)生的運動 反力；頂層平衡質量用來平衡一個線性運動方向(X或Y)和Rz向上所產(chǎn)生的 運動反力，頂層平衡質量體與底層平衡質量體間通過補償電機連接，用以實現(xiàn) 頂層兩個平衡質量體的同步運動以及糾偏和補償作用，該補償電機為一直線電 機。底層平衡質量體則用來平衡另外一個線性運動方向上(Y或X)所產(chǎn)生的 運動反力。上述雙層平衡質量系統(tǒng)采用三個獨立的直線電機用來實現(xiàn)工件臺平 衡質量系統(tǒng)與基礎框架間的連接作用，直線電機的定子安裝在基礎框架上，動 子安裝在工件臺底層平衡質量系統(tǒng)上。三個直線電機聯(lián)合起來可以完成工件臺 平衡質量系統(tǒng)的初始化回零，以及運動模式下對工件臺平衡質量系統(tǒng)的跟蹤補 償作用。三個直線電機可以對X, Y， Rz三個自由度的獨立控制，不存在運動 耦合問題，系統(tǒng)無需解耦，控制策略簡單。然而，該直線電機所具有的側向間 隙和位移特性，普通直線電機并不具備，并且售價昂貴。
因此，如何克服上述先前技術的缺失，進而使平衡質量定位系統(tǒng)的結構簡 單，使其運動完全解耦，并且易于制定跟蹤控制策略，是目前亟待解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述習知技術的缺點，本發(fā)明的主要目的是提供一種平衡質量定位系 統(tǒng)，結構簡單，使其運動完全解耦，并且易于制定跟蹤控制策略。
本發(fā)明的另一目的是提供該平衡質量定位系統(tǒng)，提高其作大行程運動的加 速度和減速度。
為達上述目的，本發(fā)明即提供一種工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，應用于光刻
機中對系統(tǒng)工件臺的減振，其包括系統(tǒng)框架、基礎框架、硅片承載臺、氣浮系 統(tǒng)、及運動限位裝置，該系統(tǒng)框架通過該氣浮系統(tǒng)相對該基礎框架運動，該運 動限位裝置位于該系統(tǒng)框架的四個角點位置用以圈定該定位系統(tǒng)在該基礎框架
上作平面運動的極限位置，其中進一步包括X向和Y向長行程模塊，以實現(xiàn) 上述硅片承載臺相對于上述系統(tǒng)框架在X、 Y兩個方向上的獨立運動，及糾偏 和防漂裝置，以完成對工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的跟蹤補償控制和回零控制。
上述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其進一步包括該X向和Y向長行程模 塊包括Y向長刊_程電才幾和X向長行程電機。
上述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其進一步包括該Y向長行程電機和該 X向長行程電機進一步包括Yl向長行程驅動電機定子、Yl向長行程驅動電機 動子、X向長行程驅動電機定子、Y2向長行程驅動電機動子、Y2向長行程驅動 電機定子，該X向長行程電機的該等定子與該Y向兩組長行程電機的該等動子 安裝在一起。
上述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其進一步包括該Y向長行程電機的個 數(shù)為2個，該X向長4亍程電才幾的個數(shù)為1個。
上述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其進一步包括該糾偏和防漂裝置包括 與該系統(tǒng)框架剛性固聯(lián)的滑道，與基礎框架剛性固聯(lián)的驅動電機，與該驅動電 機轉軸剛性連接的曲柄，及直接與該曲柄鉸接的滑塊。
上述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其進一步包括該糾偏和防漂裝置進一 步包括X向和Y向的力矩補償裝置，用以補償和抵消因該硅片承栽臺的偏心運 動帶來的附加轉矩作用，為上述糾偏和防漂裝置分擔附加轉矩作用，從而可以 使該硅片承載臺作大行程運動的加速度得到進一 步的提高。
上述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其進一步包括該X向和Y向的力矩補 償裝置包括分別安裝在該系統(tǒng)框架X、 Y側的X、 Y向偏轉力矩抵消負載支撐框 架、及分別安裝在該X、 Y向偏轉力矩抵消負載支撐框架上的X、 Y向偏轉力矩 抵消負載。
上述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其進一步包括該X向和Y向的力矩補 償裝置的個數(shù)為3個。
綜上所述，本發(fā)明的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，具有糾偏和防漂裝置，用
以實現(xiàn)工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的運動補償和初始化回零。相較于習知技術， 本發(fā)明結構簡單，運動不耦合，跟蹤控制策略'容易制定。另外，在本發(fā)明中引 入運動負載，用以補償和抵消因該硅片承載臺的偏心運動產(chǎn)生的附加轉矩作用， 為該組糾偏和防漂裝置分擔附加轉矩作用，從而使上述硅片承載臺作大行程運 動的加速度得到進一步的提高。


圖1為本發(fā)明的一種工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的主4見圖。
圖2為本發(fā)明的一種工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的糾偏和防漂裝置的原理圖。
圖3為本發(fā)明的第一4交佳實施例的一種工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的糾偏和 防漂裝置的側3見圖。
圖4為本發(fā)明的第二較佳實施例的一種工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的糾偏和 防漂裝置的側4見圖。
圖5為本發(fā)明的第一、二較佳實施例的一種工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的主 視圖。
具體實施例方式
以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，該領域技術人員可由本 說明書所揭示的內(nèi)容輕易了解本發(fā)明其它優(yōu)點及功效。
為了大幅度降低工件臺運動時施加給曝光系統(tǒng)的反作用力，可以采用平衡 質量的方式來降低和抵消運動反力。本發(fā)明的工件臺平衡質量系統(tǒng)屬于單層平 衡質量精密定位系統(tǒng)。以下將對照圖1對本發(fā)明的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的 各組成部分進行詳細的說明。
如圖1所示，該工件臺平衡質量定位系統(tǒng)包括平衡質量系統(tǒng)框架1、基礎框 架4、 X向和Y向長行程模塊(圖中未標注圖號)、硅片承載臺7、四個氣浮系 統(tǒng)2、 9、 13、 20、四個運動限位裝置3、 8、 14、 19、三組糾偏與防漂裝置11、 15、 18。上述X向和Y向長形成模塊主要包括2個Y向長行程電機和1個X向 長行程電機，具體為Yl向長行程驅動電機定子5、 Yl向長行程驅動電機動子 6、 X向長行程驅動電機定子12、 Y2向長行程驅動電機動子16、 Y2向長行程驅
動電4幾定子17。
上述系統(tǒng)框架1,以用來平衡該X、 Y向長行程電機施加給該定子5 、 12 、 17的反作用力。
上述基礎框架4具有調平能力，為上述系統(tǒng)框架1提供了一個牢固可靠的 工作平臺。該基礎框架4的上方具有一鋪面10 (可為大理石原料)用以設置上 述支撐氣浮系統(tǒng)2、 9、 13、 20。該系統(tǒng)框架1通過該支撐氣浮系統(tǒng)2、 9、 13、 20支撐在該鋪面10上。該系統(tǒng)框架1相對該^5出框架4做平面運動。
上述長行程模塊用于實現(xiàn)系統(tǒng)在X、 Y向的大行程運動。上述2個Y向電 機運動需要同步等速運動以實現(xiàn)Y向運動。上述X向長行程電機的該等定子12 與上述Y向兩組長行程電機的該等動子6、 16安裝在一起，該滑塊與其運行導 軌之間用氣浮軸承連接。
上述Y向兩組長行程電機的該等定子5、 17固設在上述系統(tǒng)框架1上。
上述X向長行程電機的該等定子12固設在上述Yl、 Y2直線電機的該等動 子6、 16上并實現(xiàn)剛性連接，這樣，上述長行程模塊只可以實現(xiàn)上述硅片承載 臺7相對于上述系統(tǒng)框架1在X、 Y兩個方向上的獨立運動。
上述四組運動限位裝置3、 8、 14、 19固設在上述基礎框架4上，位于上述 系統(tǒng)框架1初始化的四個角點位置，用以圈定該平衡質量定位系統(tǒng)在上述基礎 框架4上作平面運動的極限位置，不允許其超出其圈定的運動范圍。
平衡質量系統(tǒng)的運動漂移必須進行相應的補償控制，否則平衡塊會超出規(guī) 定的行程以及激光干涉儀的監(jiān)測范圍，導致系統(tǒng)不能連續(xù)正常工作。如圖l及2 所示，該等糾偏和防漂裝置ll、 15、 18具有相同的結構形式，其基本機構形式 類似一曲柄滑塊積j構，其具有與該系統(tǒng)框架1剛性固聯(lián)的滑道lll、 151、 181， 與基礎框架4剛性固聯(lián)的驅動電機112、 152、 182,與該驅動電才幾112、 152、 182轉軸剛性連接的曲柄113、 153、 183，及直接與該曲柄113、 153、 183鉸接 的滑塊114、 154、 184。該滑塊114、 154、 184可在該滑道111、 151、 181內(nèi)自 由滑動，上述三組驅動電機112、 152、 182以不同的角速度(co112、 w152、 w182) 協(xié)同工作，以完成對平衡質量定位系統(tǒng)的跟蹤補償控制和回零控制。因運動偏 心造成該平衡質量定位系統(tǒng)的旋轉運動完全要靠該三組糾偏和防漂裝置11、 15、 18聯(lián)合作用，才能將其控制在激光干涉儀能夠正常工作能夠捕捉的偏轉范圍內(nèi)。
對于大質量的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，該硅片承載臺7作大行程運動的加速 度和減速度將受到限制。
如圖3及圖5所示，本發(fā)明的第一較佳實施例中，該糾偏和防漂裝置ll或 15或18具有X向和Y向的力矩補償裝置，電機支撐框架25、與基礎框架4剛 性固聯(lián)的驅動電機26、電才幾軸端支撐罩殼27、內(nèi)滾道28、滾道支撐框架29、 軸端擋圖30、外滾道31、軸承外滾圏32、與該驅動電機26轉軸剛性連接的旋 轉曲軸33、曲軸支撐軸承34、電機軸35、曲軸曲拐旋轉支撐軸承36及其固定 組件連接組成。其中該電機支撐架25與該基礎框架4固連，該滾道支撐框架29 與該系統(tǒng)框架1固連。該電才幾26驅動該旋轉曲軸33并4吏之旋轉，引起該軸承 外圏32上的滾套在該滾道支撐架29的該內(nèi)外圏28、 31中旋轉，從而推動上述 系統(tǒng)框架1及其上安裝的設備一體相對于上述基礎框架4作X向、Y向運動。 該等糾偏和防漂裝置系統(tǒng)11、 15、 18分別用于補償該系統(tǒng)框架1在X向、Y向 和Rz向的位置漂移，使其不超出規(guī)定的形成及激光干涉儀的監(jiān)測范圍，使本發(fā) 明連續(xù)正常工作。上述三組糾偏和防漂裝置系統(tǒng)11或15或18各自的電機26 控制3個自由度，相對運動不耦合，控制方便。該等三組糾偏和防漂裝置11、 15、 18聯(lián)合作用，可以實現(xiàn)本發(fā)明的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)作小范圍的平面 (dx、 dy、 dRz)運動。圖3的第一較佳實施例可以單獨使用，也可以結合圖5 使用。圖5中，該X向和Y向的力矩補償裝置具有Y向偏轉力矩抵消負載21、 Y向偏轉力矩抵消負載支撐框架22、 X向偏轉力矩抵消負載23、 X向偏轉力矩 抵消負載支撐框架24。該支撐框架22、 24分別安裝在該系統(tǒng)框架1的X、 Y的 一側，該負載21、 23分別安裝在該Y向偏轉力矩抵消負栽支撐框架22及該X 向偏轉力矩抵消負載支撐框架24上，用以補償和抵消因該硅片承載臺的偏心運 動帶來的附加轉矩作用，為該等三組糾偏和防漂裝置分擔附加轉矩作用，從而 可以使該硅片承載臺作大行程運動的加速度得到進一步的提高。
如圖4及圖5所示，本發(fā)明的第二較佳實施例中，該工件臺平衡質量定位 系統(tǒng)的糾偏和防漂裝置11或15或18的電初J且成與前述的較佳實施例基本相同， 也是由該X向和Y向的力矩補償裝置，該糾偏和防漂電機支撐框架25、該電機 26、該電機軸端支撐罩殼27、該旋轉曲軸33、該曲軸支撐軸承34及該電機軸 35連接組成。區(qū)別在于其進一步包括直線導軌支撐框架37、直線導軌38、軸
承支撐座39、軸承擋圏40、曲拐軸承41、滑塊42、滾珠43。該電機26驅動該 旋轉曲軸33使之旋轉并驅動該滑塊42運動，該滑塊42帶動剛性固聯(lián)在該系統(tǒng) 框架1上的該直線導軌38，從而推動上述系統(tǒng)框架1及其上安裝的設備一體相 對于上述基礎框架4作X向、Y向運動。該等三組糾偏和防漂裝置11、 15、 18 聯(lián)合作用，可以實現(xiàn)本發(fā)明的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)作小范圍的平面(dx、 dy、 dRz)運動。圖4的第二較佳實施例可以單獨使用，也可以結合圖5使用。 圖5中，該X向和Y向的力矩補償裝置具有Y向偏轉力矩抵消負載21、 Y向偏 轉力矩抵消負載支撐框架22、 X向偏轉力矩抵消負載23、 X向偏轉力矩抵消負 載支撐框架24。該支撐框架22、 24分別安裝在該系統(tǒng)框架1的X、 Y的一側， 該負載21 、 23分別安裝在該Y向偏轉力矩抵消負載支撐框架22及該X向偏轉 力矩抵消負載支撐框架24上，用以補償和抵消因該硅片承載臺的偏心運動帶來 的附加轉矩作用，為該等三組糾偏和防漂裝置分擔附加轉矩作用，從而可以使 該硅片承載臺作大行程運動的加速度得到進一步的提高。
本發(fā)明的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，具有糾偏和防漂裝置，用以實現(xiàn)工件 臺平衡質量定位系統(tǒng)的運動補償和初始化回零。相較于習知技術，本發(fā)明結構 簡單，運動不耦合，跟蹤控制策略容易制定。另外，在本發(fā)明中引入運動負載， 用以補償和抵消因該硅片承載臺的偏心運動產(chǎn)生的附加轉矩作用，為該組糾偏 和防漂裝置分擔附加轉矩作用，從而使上述硅片承載臺作大行程運動的加速度 得到進一步的提高。
上述實施例僅為例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明， 亦即，本發(fā)明事實上仍可作其它改變。因此，熟知本領域的技術人員均可在不 違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修改。因此本發(fā)明的權利保護 范圍，應如后述的申請專利范圍之所列。
權利要求
1.一種工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，應用于光刻機中對系統(tǒng)工件臺的減振，其包括系統(tǒng)框架、基礎框架、硅片承載臺、氣浮系統(tǒng)、及運動限位裝置，該系統(tǒng)框架通過該氣浮系統(tǒng)相對該基礎框架運動，該運動限位裝置位于該系統(tǒng)框架的四個角點位置用以圈定該定位系統(tǒng)在該基礎框架上作平面運動的極限位置，其特征在于進一步包括X向和Y向長行程模塊，以實現(xiàn)上述硅片承載臺相對于上述系統(tǒng)框架在X、Y兩個方向上的獨立運動；及糾偏和防漂裝置，以完成對工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的跟蹤補償控制和回零控制。
2. 如權利要求1所述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其特征在于該X向和Y 向長行程模塊包括Y向長行程電機和X向長行程電機。
3. 如權利要求2所述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其特征在于該Y向長行 程電機和該X向長行程電機進一步包括Yl向長行程驅動電機定子、Yl向 長行程驅動電機動子、X向長行程驅動電機定子、Y2向長行程驅動電機動 子、Y2向長行程驅動電機定子，該X向長行程電機的該等定子與該Y向兩 組長行程電機的該等動子安裝在一起。
4. 如權利要求2所述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其特征在于該Y向長行 程電機的個數(shù)為2個，該X向長行程電機的個數(shù)為1個。
5. 如權利要求1所述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其特征在于該糾偏和防漂 裝置包括與該系統(tǒng)框架剛性固聯(lián)的滑道，與基礎框架剛性固聯(lián)的驅動電機， 與該驅動電機轉軸剛性連接的曲柄，及直接與該曲柄鉸接的滑塊。
6. 如權利要求5所述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其特征在于該糾偏和防漂 裝置進一步包括X向和Y向的力矩補償裝置，用以補償和抵消因該硅片承 載臺的偏心運動帶來的附加轉矩作用，為上述糾偏和防漂裝置分擔附加轉矩 作用，從而可以使該硅片承載臺作大行程運動的加速度得到進一步的提高。
7. 如權利要求6所述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其特征在于該X向和Y 向的力矩補償裝置包括分別安裝在該系統(tǒng)框架X、 Y側的X、 Y向偏轉力矩抵消負載支撐框架，以及分別安裝在該X、 Y向偏轉力矩抵消負栽支撐框架 上的X、 Y向偏轉力矩抵消負載。
8.如權利要求1所述的工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，其特征在于該X向和Y 向的力矩補償裝置的個數(shù)為3個。
全文摘要
本發(fā)明為一種工件臺平衡質量定位系統(tǒng)，用于光刻機中工件臺的減振，其包括系統(tǒng)框架、基礎框架、硅片承載臺、氣浮系統(tǒng)、糾偏防漂裝置及運動限位裝置，該系統(tǒng)框架通過氣浮系統(tǒng)相對該基礎框架運動，該運動限位裝置位于系統(tǒng)框架的四個角點位置用以圈定該定位系統(tǒng)在基礎框架上作平面運動的極限位置，X向和Y向長行程模塊實現(xiàn)硅片承載臺相對于系統(tǒng)框架在X、Y方向上的獨立運動，糾偏防漂裝置用以完成對工件臺平衡質量定位系統(tǒng)的跟蹤補償和回零控制。本發(fā)明的平衡質量定位系統(tǒng)結構簡單，采用特殊設計的糾偏防漂裝置能使其運動完全解耦，并且易于制定跟蹤控制策略，結合X、Y向力矩補償裝置，可以使硅片承載臺作大行程運動的加速度得到進一步的提高。
文檔編號G03F7/20GK101206409SQ20071017242
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權日2007年12月17日
發(fā)明者嚴天宏, 王天明, 袁志揚, 鄒恒杉 申請人:上海微電子裝備有限公司;上海微高精密機械工程有限公司