專利名稱：平衡質量系統及其工件臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光刻裝置的工件臺，且特別涉及一種具平衡質量系統的光刻裝置 工件臺。
背景技術：
在光刻機H型雙邊驅動工件臺系統中，工件臺一般包括微動臺和粗動臺，粗動臺 在作長距高加速移動時，會沿移動的相反方向產生反作用力，從而造成工件臺的震動等負 面效應。而工件臺上承載被光刻的硅片等工件，由于光刻過程中對于精度要求很高，消除工 件臺的震動對于光刻精度的控制起著重要作用。由于早期微動臺對粗動臺平面運動速度要 求不高，粗動所產生的反作用力被引到整機框架上，由此所導致的負面效應由主動隔振系 統加以補償，以此消減工件臺的震動對自身的影響。隨著技術的發展，硅片直徑從200mm增加到300mm，產率要求提高的同時，對線寬 和套刻精度的要求也越來越高，直接帶來的影響是工件臺運動行程增加，運動速度和精度 要求也同時增加。這樣，對減震系統的要求也越來越高。但要提高減震系統的能力成本較 高，難度也較大。通過將作用力外引的技術手段已無法滿足系統減震要求。目前技術利用動量守恒原理，引入平衡質量塊用以實時消減工件臺平面粗動所產 生的反作用力成為一種可行的技術方案。通過上述平衡塊技術，工件臺傳遞給機器基座的 作用力會大幅降低，很大程度上減少了光刻機系統的震動。但是，上述的技術中，由于粗動臺反作用力不經過平衡塊的質心，平衡塊產生附加 偏轉，即Rz方向上的轉動趨勢。如果平衡塊的偏轉運動不加以控制，將導致上層運動部件 包括微動臺跟隨平衡塊發生偏轉，并因此超出微動臺旋轉預設范圍，會影響工件臺的定位 精度。美國專利US7034920公開了一種平衡塊定位系統結構方案，運用多個電機校正平 衡塊在X軸，Y軸和Rz方向上的漂移，特別是通過幾個平衡電機的組合運動，消除平衡塊Rz 方向的扭矩。該專利的技術方案使用電機較多，控制算法復雜，不利于簡化控制工藝和成本 控制。
發明內容
本發明提出一種平衡質量系統及其工件臺，能夠消減光刻工藝中工件臺的微動臺 Rz方向的轉矩。為了達到目的，本發明提出一種平衡質量系統，適用于消減光刻工藝中的工件臺 Rz方向的轉矩，工件臺包括基座、用以承載硅片的微動臺和用以驅動微動臺的粗動臺，粗動 臺包括兩個Y向長行程電機和分別連接至兩個Y向長行程電機的動子并由兩個Y向長行程 電機驅動的兩個Y向長行程滑塊，平衡質量系統包括下層平衡塊，下層平衡塊下部在X向與基座彈性連接，并在Y向垂直氣浮于基座， 下層平衡塊具有兩個Y向氣浮導軌和兩個Y向導軌，兩個Y向導軌上分別可滑動地設置有粗動臺的兩個Y向長行程滑塊；以及四個上層平衡塊，其端部利用多個柔性鉸鏈將其首尾相連，形成口字形狀，設置在 下層平衡塊的兩個Y向氣浮導軌上，這些上層平衡塊具有兩個Y向電機定子導軌，粗動臺兩 個Y向長行程電機的動子分別可滑動地設置在兩個Y向電機定子導軌上。更進一步的，平衡質量系統還包括分別固定在相互平行的兩個上層平衡塊上的支 撐軸，以及分別可滑動的設置于這些支撐軸上的兩個運動負載。更進一步的，粗動臺還包括X向橫梁，其兩端固定在兩個Y向長行程滑塊上；X向 長行程電機設置在X向橫梁上，微動臺設置于X向橫梁上，由X向長行程電機驅動其沿X方 向移動。本發明還提出一種具平衡質量系統的工件臺，其包括基座；下層平衡塊，下層平衡塊下部在X向與基座彈性連接，并在Y向垂直氣浮于基座， 下層平衡塊具有兩個Y向氣浮導軌和兩個Y向導軌，兩個Y向導軌上分別可滑動地設置有 粗動臺的兩個Y向長行程滑塊；四個上層平衡塊，其頂端利用多個柔性鉸鏈將其首尾相連，形成口字形狀，設置在 下層平衡塊的兩個Y向氣浮導軌上，這些上層平衡塊具有兩個Y向電機定子導軌，粗動臺兩 個Y向長行程電機的動子分別可滑動地設置在兩個Y向電機定子導軌上；粗動臺，包括Y向長行程電機，Y向長行程電機的動子可滑動地設置在兩個Y向電機定子導軌之 一上；以及X向長行程電機，X向長行程電機的定子安裝在Y向長行程電機的動子上，被Y向 長行程電機的動子帶動沿Y向移動，X向長行程電機的動子被定子驅動，沿X向移動；微動臺，用以承載硅片，由X向長行程電機驅動其沿X方向移動。更進一步的，其中粗動臺中Y向長行程電機的個數為2個，X向長行程電機的個數 為1個。更進一步的，其中粗動臺還包括X向橫梁，其兩端固定在兩個Y向長行程滑塊上，X向長行程電機的動子和微動臺 設置在X向橫梁上。更進一步的，工件臺還包括兩個支撐軸，分別固定在相互平行的兩個上層平衡塊上；以及兩個運動負載，分別可滑動的設置于這些支撐軸上。本發明提供的平衡質量系統及其工件臺，由于上層平衡塊的端部是利用四個柔性 鉸鏈首尾相連，能夠有效減輕或消除工件臺內Rz方向的轉矩。沿X方向固定于上層平衡塊 的平衡力矩消減裝置能夠更進一步地消減上層平衡塊殘余的Rz向轉矩。
圖1所示為本發明第一實施例中具有消震裝置的工件臺結構的俯視示意圖；圖2所示為圖1中工件臺結構的前視示意圖；圖3所示為圖1中工件臺結構的左視示意圖4所示為本發明第二實施例中具有消震裝置的工件臺結構的俯視示意圖；圖5所示為圖4中工件臺結構的前視示意圖。
具體實施例方式為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。圖1所示為本發明第一實施例中具有消震裝置的工件臺結構的俯視示意圖；圖2 所示為圖1中工件臺結構的前視示意圖；圖3所示為圖1中工件臺結構的左視示意圖。請 同時參考圖1 圖3。本實施例中的具有消震裝置的工件臺根據功能模塊能夠分為基座11、作動系統 和平衡質量系統。基座11放置于一穩固的平臺，其自身具有一定的調平能力，用于穩固支撐整個工 件臺。作動系統包括微動臺1和粗動臺200。微動臺1上承載硅片，并能夠提供六自由度 精密短程運動。粗動臺200包括X向橫梁2、兩個Y向長行程滑塊3a、3b以及兩個Y向長行 程電機。X向橫梁2為微動臺1的X方向運動提供定子驅動和X向運動導軌，微動臺1能夠 被X向長行程電機(圖未示)驅動沿X方向移動。X向長行程電機的定子固定安裝在Y向 長行程電機的動子上，能夠被Y向長行程電機的動子帶動而沿Y向移動，同時，X向長行程 電機的動子連接在微動臺1上，用以驅動微動臺1沿X方向移動。X向橫梁的兩端固定在兩個Y向長行程滑塊3a、;3b上。兩個Y向長行程滑塊3a、 3b固定連接在Y向長行程電機動子4a、4b上，由Y向長行程電機動子4a、4b帶動其沿Y向 移動。當Y向長行程電機動子4a、4b移動速度相同，則粗動臺200沿Y方向平移；當Y向長 行程電機動子4a、4b移動速度不相同，則粗動臺200沿Rz方向轉動。本發明所有實施例中的X、Y向均表示水平面上垂直的兩個方向，Rz向均表示以垂 直于水平面的Z軸為軸的旋轉方向。本領域技術人員能夠得知，雖然本實施例中揭露了工件臺具有兩個Y向長行程電 機，然而，只要能夠實現驅動微動臺沿Y向移動的目的，一個或多個Y向長行程電機都是能 夠接受的。平衡質量系統主要利用雙層平衡塊定位系統，以消減工件臺傳遞給機器基礎的作 用力。平衡質量系統主要包括下層平衡塊和上層平衡塊。下層平衡塊在工件臺兩側與基座11通過垂向氣浮連接，其中下層平衡塊9a、9b在 工件臺兩側沿X方向連接于基座11 (如圖3所示)，下層平衡塊9a、9b利用多個柔性彈簧 13連接于基座11。這些柔性彈簧13給下層平衡塊9a、9b提供側向支撐，并提供下層平衡 塊9a、9bX向移動和Rz方向旋轉的彈性。柔性彈簧13可以對稱地設置于基座11與下層平 衡塊9a、9b之間。下層平衡塊8a 8d在工件臺兩側沿Y方向固定在下層平衡塊9a、9b上方。如圖 2所示，下層平衡塊8a、8b之間以及下層平衡塊8c、8d之間，具有Y向氣浮導軌，具有垂向和 側向氣浮軸承，能夠提供支撐并提供移動路徑。Y向導軌10a、IOb在工件臺兩側沿Y向固定在下層平衡塊9a、9b上方，Y向導軌10a、IOb上分別可滑動地設置有上述粗動臺的兩個Y向長行程滑塊3a、3b，提供Y向長行程 滑塊3a、北沿Y方向直線運動。四個上層平衡塊6a 6d分別平行于X、Y軸呈口字型組合。上層平衡塊6a 6d 設置在下層平衡塊Y向氣浮導軌上方，可相對于下層平衡塊8a 8d沿Y方向移動。上層 平衡塊6a 6d能夠在下層平衡塊Y向氣浮導軌上沿著Y方向移動，同時能夠被下層平衡 塊8a 8d利用Y向氣浮導軌帶動，沿X方向和Rz方向運動。如圖1、2所示，Y向電機定子導Wfe、5b固定在Y向上層平衡塊6a、6b上，Y向長 行程電機如、4b的動子可滑動地設置在Y向電機定子導軌5ajb上，適于沿Y方向移動。值得注意的是，若上層平衡塊6a 6d為剛性連接，則當上層平衡塊6a 6d具有 Rz向轉動的趨勢時，該轉動能量會直接作用在Y向電機定子導軌fe、5b，從而可能造成整個 工件臺的震動，不利于微動臺1上硅片的精確定位，影響曝光精度。本實施例中的上層平衡塊6a 6d的端部是利用四個柔性鉸鏈7a 7d首尾相連， 當上層平衡塊6a 6d被Y向長行程電機動子^、4b的反作用力驅動而具有Rz向轉動的 趨勢時，柔性鉸鏈7a 7d能夠有效吸收該轉動的能量，從而減輕或消除工件臺的震動。本實施例提供平衡質量系統，不僅能夠有效緩沖X、Y方向上的反作用力，由于上 層平衡塊6a 6d的端部是利用四個柔性鉸鏈7a 7d首尾相連，更能夠有效減輕或消除 工件臺內Rz方向的轉矩。圖4所示為本發明第二實施例中具有消震裝置的工件臺結構的俯視示意圖；圖5 所示為圖4中工件臺結構的前視示意圖。請同時參考圖4、5。與前一實施例相同的元件在此不再贅述，第二實施例中更包括兩個平行的平衡力 矩消減裝置，進一步消減上層平衡塊6a 6d殘余Rz向力矩。平衡力矩消減裝置包括平行設置的支撐軸21a、21b以及運動負載22a、22b。支撐 軸21a、21b分別固定在X向上層平衡塊6c、6d上，運動負載22a、22b可滑動地設置于支撐 軸 21a、21b 上。當上層平衡塊6a 6d具有Rz向轉動的趨勢時，通過運動負載22a、22b的滑動， 能夠有效抵消上層平衡塊6a 6d的Rz向轉矩。第二實施例中支撐軸21a、21b是設置在X向上層平衡塊6c、6d上的，本領域技術 人員能夠想到，只要支承軸21a、21b設置在相互平行的兩個上層平衡塊上，即可用來消減 上層平衡塊6a 6d的Rz向轉矩，例如，支撐軸21a、21b可以設置在Y向上層平衡塊6a、6b 上。本發明提供的平衡質量系統，不僅能夠有效緩沖X、Y方向上的反作用力，由于上 層平衡塊的端部是利用四個柔性鉸鏈首尾相連，更能夠有效減輕或消除工件臺內Rz方向 的轉矩。沿X方向固定于上層平衡塊的平衡力矩消減裝置能夠更進一步地消減上層平衡塊 殘余的Rz向轉矩。同時，本發明提供的具有平衡質量系統的工件臺中的微動臺不會受Rz 向轉矩的影響發生較大震動，工件臺中電機的加速度、速度等都可以獲得很大提高。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本發明所屬技 術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因 此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種平衡質量系統，適用于消減光刻工藝中工件臺的微動臺Rz方向的轉矩，上述 工件臺包括基座、用以承載硅片的微動臺和用以驅動微動臺的粗動臺，該粗動臺包括兩個Y 向長行程電機和分別連接至上述兩個Y向長行程電機的動子并由上述兩個Y向長行程電機 驅動的兩個Y向長行程滑塊，其特征在于，該平衡質量系統包括下層平衡塊，具有兩個Y向氣浮導軌和兩個Y向導軌，上述兩個Y向導軌上分別可滑動 地設置有上述粗動臺的兩個Y向長行程滑塊；以及四個上層平衡塊，其端部利用多個柔性鉸鏈將其首尾相連，形成口字形狀，設置在下層 平衡塊的兩個Y向氣浮導軌上，這些上層平衡塊具有兩個Y向電機定子導軌，上述粗動臺兩 個Y向長行程電機的動子分別可滑動地設置在上述兩個Y向電機定子導軌上。
2.根據權利要求1所述的平衡質量系統，其特征在于，該下層平衡塊下部在X向與上述 基座彈性連接，并在Y向垂直氣浮于上述基座。
3.根據權利要求1所述的平衡質量系統，其特征在于，該平衡質量系統還包括兩個支撐軸，分別固定在相互平行的兩個上層平衡塊上；以及兩個運動負載，分別可滑動的設置于這些支撐軸上。
4.根據權利要求1所述的平衡質量系統，其特征在于，上述粗動臺還包括X向橫梁，其兩端固定在上述兩個Y向長行程滑塊上；以及X向長行程電機設置在上述X向橫梁上，上述微動臺設置于上述X向橫梁上，由上述X 向長行程電機驅動其沿X方向移動。
5.一種具平衡質量系統的工件臺，其特征在于，包括基座；下層平衡塊，具有兩個Y向氣浮導軌和兩個Y向導軌，上述兩個Y向導軌上分別可滑動 地設置有上述粗動臺的兩個Y向長行程滑塊；四個上層平衡決，其頂端利用多個柔性鉸鏈將其首尾相連，形成口字形狀，設置在下層 平衡塊的兩個Y向氣浮導軌上，這些上層平衡塊具有兩個Y向電機定子導軌；粗動臺，包括Y向長行程電機，上述Y向長行程電機的動子可滑動地設置在上述兩個Y向電機定子導 軌之一上；以及X向長行程電機，上述X向長行程電機的定子安裝在上述Y向長行程電機的動子上，被 上述Y向長行程電機的動子帶動沿Y向移動，上述X向長行程電機的動子被定子驅動，沿X 向移動；微動臺，用以承載硅片，由上述X向長行程電機驅動其沿X方向移動。
6.如權利要求5所述的具平衡質量系統的工件臺，其特征在于，該下層平衡塊下部在X 向與上述基座彈性連接，并在Y向垂直氣浮于上述基座。
7.如權利要求5所述的具平衡質量系統的工件臺，其特征在于，其中該粗動臺中該Y向 長行程電機的個數為2個，該X向長行程電機的個數為1個。
8.如權利要求5所述的具平衡質量系統的工件臺，其特征在于，其中該粗動臺還包括X向橫梁，其兩端固定在上述兩個Y向長行程滑塊上，上述X向長行程電機的動子和上述微動臺設置在上述X向橫梁上。
9.根據權利要求5所述的具平衡質量系統的工件臺，其特征在于，還包括兩個支撐軸，分別固定在相互平行的兩個上層平衡塊上；以及 兩個運動負載，分別可滑動的設置于上述這些支撐軸上。
全文摘要
本發明提出一種具平衡質量系統的工件臺，包括基座、微動臺、粗動臺和平衡質量系統。粗動臺包括兩個Y向長行程電機和由兩個Y向長行程電機驅動的兩個Y向長行程滑塊。平衡質量系統包括由氣浮相連的下層平衡塊和四個上層平衡塊。下層平衡塊垂直氣浮于基座并具有兩個Y向氣浮導軌和兩個Y向導軌，兩個Y向導軌上可滑動地設置有兩個Y向長行程滑塊。四個上層平衡塊的端部利用多個柔性鉸鏈將其首尾相連形成口字形狀，設置在兩個Y向氣浮導軌上，這些上層平衡塊具有兩個Y向電機定子導軌，兩個Y向長行程電機的動子分別可滑動地設置在兩個Y向電機定子導軌上。本發明提供的工件臺能在Rz方向上消減對微動臺的負面影響。
文檔編號G03F7/20GK102073219SQ20091019919
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者吳立偉, 龐璐, 方敏, 鄭樂平 申請人:上海微電子裝備有限公司