[發明專利]光刻機工件臺平衡定位系統

有效

• 申請號: 200710042417.4
• 申請日: 2007-06-22
• 公開（公告）號: CN101075096A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 王占祥;袁志揚;嚴天宏
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 王潔

技術領域

本發明屬于半導體的光刻技術領域，涉及到帶有平衡質量的大行程精密定位系統，特別是應用于光刻機工件臺的平衡定位系統。

背景技術

在300mm高產率低線寬光刻機技術出現以后，特別是后來的雙臺技術和浸沒式技術的出現，工件臺和掩模臺系統一般都引入平衡塊技術來解決整機系統的減振問題。所謂平衡塊技術就是將電機的動子固定在驅動元件上，定子固定在平衡塊上，驅動元件、平衡塊與機架之間分別為氣浮軸承連接；在動子與定子的相互作用下，驅動元件和平衡塊便分別向相反的方向運動，并且滿足動量守恒。

當前光刻機公司的工件臺定位系統所采用的平衡塊技術的主流思想是：當曝光臺沿X、Y向加速運動時，允許平衡塊因受偏心力矩而沿Rz(X、Y平面的旋轉方向，以下同)向產生小范圍的旋轉角度，一般在±10毫弧度(mrad)左右。由于長行程電機和曝光臺等都是建立在平衡塊之上的，平衡塊的旋轉自然也會引起曝光臺的偏擺。為了保證曝光臺在整機系統中的正確位置，長行程模塊一般采用H型的結構布局，H型豎向的兩個電機可以獨立驅動，用于補償曝光臺的偏轉；并且為了提高H型的橫向特征頻率，兩個豎向長行程電機的動子與橫梁之間為剛性連接，因而豎向的兩個電機動子與定子之間必須允許發生小范圍的相對轉動(即平衡塊的擺動幅度)。如阿斯麥公司(ASML?Nether?land?B.V.，Veldhoven)的美國專利第7034920B2號專利，尼康公司(Nikon?Corporation)的美國專利第6885430B2號公開的工件臺定位系統。兩者雖然在結構形式上和實現手段上有所差別，但基本的思想是一致的，即允許平衡塊因系統沿X、Y向加速時產生的偏心力矩發生旋轉。

如上所述的兩篇專利，如果忽略外界的干擾，系統都滿足動量守恒的關系，也就是說當曝光臺回到初始位置時，平衡塊在X、Y向也回到初始位置，但在Rz向卻不一定能回到初始位置。為了使得平衡塊在Rz向能回到初始位置，系統必須要有外力矩的介入，因此，這種定位系統并不滿足角動量守恒的關系。

在整個曝光過程中，由于平衡塊的旋轉，必須及時地補償曝光臺的偏擺角度，而且補償幅度較大，這在一定程度上會影響系統的穩定性和精度。

清華大學2004年申請了一種與上述平衡策略不同的中國專利，專利號CN1595299A，這種平衡塊技術中引入了一個動量輪的概念，其目的是為了實現平衡塊的不旋轉。專利CN1595299A中的平衡質量系統由一個平衡塊和一個動量輪組成。平衡塊與基礎之間通過兩層導軌(X向和Y向)連接，平衡塊能夠相對基礎框架沿X、Y向平動，但不能沿Rz向轉動。平衡塊用于平衡系統沿X、Y向加速時產生的反作用力。動量輪位于平衡塊的質心，與平衡塊之間經氣浮軸承隔開，并由一旋轉電機連接，電機定子固定在平衡塊上，轉子與動量輪之間通過聯軸器連接在一起。動量輪在X、Y向隨平衡塊一起移動，沿Rz向能夠在旋轉電機的作用下相對其軸心轉動。當平衡塊有轉動趨勢時，動量輪上的旋轉電機給平衡塊施加一個大小相等的反向力矩，平衡塊因力矩平衡而不產生沿Rz向的旋轉趨勢，動量輪則在旋轉電機的驅動下繞其軸心轉動。這種平衡塊技術不但滿足動量守恒，同時，也遵循角動量守恒，但其對動量輪的控制必須要做到適時控制，否則工作中系統會產生沿Rz向的振動。再者，從驅動力矩和結構的角度看，系統只有一個動量輪，很難匹配到合適的旋轉電機。

上述用旋轉輪解決工件臺定位系統的偏轉力矩問題并不是在這篇專利里最早出現的，在佳能公司(Canon)的美國專利第6028376號中就已經出現了這種技術。但兩者平衡的方法有很大的不同，佳能公司專利中的旋轉輪是定軸轉動的，也就是說旋轉輪的轉軸相對機器基礎是固定不動的。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種具有較高定位精度的光刻機工件臺平衡定位系統。