[发明专利]工件台平衡质量定位系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于光刻机中的工件台平衡质量定位系统，特别是具有重力补偿及垂向精密定位装置的工件台平衡质量定位系统。

背景技术

光刻是指将一系列掩模版上的芯片图形通过曝光系统依次转印到硅片相应层上的复杂的工艺过程。整个光刻过程大约消耗芯片前道制造时间的60％，占有整个芯片制造的近40％的成本。而这一系列复杂、昂贵、耗时的光刻工艺过程集中在芯片前道生产线对应的一组光刻机上完成，因此光刻机的光刻精度和产率高低直接影响着芯片的集成度和制造成本。

与直径200mm的硅片相比，直径300mm硅片表面的有效光刻面积一般提高1.2～1.7倍，这将使芯片的制造成本下降30％左右，且直径300mm硅片的制造工艺已趋于成熟，基于这些因素，目前光刻直径为300mm的硅片已经成为前道光刻领域的主流技术。随着直径300mm硅片业成为光刻领域的主流技术，传统的光刻直径200mm硅片的框架系统及局部减振布局已经不能满足提高系统产率和曝光质量的要求。其主要体现在：工件台高加速度起停时产生的运动反力即使引出至外部框架，如不加以处理，对光刻系统的影响已不容忽视；工件台高速运动时引起系统重心的频繁变化所带来光刻系统的无序振动也不容忽视。针对光刻大直径硅片的工件台，为了提高硅片的产率，要求光刻机扫描速度不断提升，这势必要不断提高扫描运动的加速度，所产生的运动反力和工件台系统重心的频繁变化所引起的振动问题如不加以解决，必定恶化曝光质量，取得适得其反的结果。

平衡质量技术正是在这种条件下出现的。通过平衡质量技术，工件台传递给基础框架的作用力会大幅降低，这在很大程度上减少了光刻机系统的减振难度，避免了运动反力对系统曝光的干扰。

一种传统的工件台质量定位系统采用了反力外引加主动阻尼抵消运动反力的方式，并实时补偿因重心变化产生的偏心力矩的负面影响，以抵消长行程模块的运动反力，并使工件台系统的重心在运动过程中保持不变。但是这种在原有机型框架基础上采用的主动抵消和补偿反力的方式受光刻技术发展瓶颈所限，只是权宜之计。

另一种传统的工件台质量定位系统具有双层的平衡质量块用于抵消运动反力，即在工件台步进扫描两个方向上均引入相当于平衡质量的机构，用以抵消步进和扫描方向上的运动反力对光刻系统的影响，同时，在整个曝光过程中工件台系统的重心保持不变，但由于增加部件，因而价格相对偏高。

因此，如何克服上述先前技术的缺失，进而于使平衡质量定位系统的结构简单，使其运动完全解耦，并且易于制定跟踪控制策略，是目前亟待解决的课题。

发明内容

鉴于上述习知技术的缺点，本发明的主要目的是提供一种平衡质量定位系统，针对光刻大直径硅片的曝光系统，以减小和消除运动反力以及系统重心变化对曝光系统造成的不利影响。

为达上述目的，本发明即提供一种工件台平衡质量定位系统，应用于光刻机中对系统工件台的减振，其包括系统框架、基础框架、硅片承载台、气浮系统、及运动限位装置，该系统框架通过该气浮系统相对该基础框架运动，该运动限位装置位于该系统框架的四个角点位置用以圈定该定位系统在该基础框架上作平面运动的极限位置，其一步包括：

X向和Y向长行程模块，以实现上述硅片承载台相对于上述系统框在X、Y两个方向上的独立运动；

纠偏和防漂装置，用于补偿平衡质量系统框架在X向、Y向和Rz向的位置漂移；及垂向微调及重力补偿装置，安装在上述X向和Y向长行程模块上与该承载微动台之间，用以支撑硅片承载微动台几乎全部的静态重量，并兼有z、Rx、Ry三方向自由度的微调整功能。

上述的工件台平衡质量定位系统，其进一步包括：该X向和Y向长行程模块包括Y向长行程电机和X向长行程电机。

上述的工件台平衡质量定位系统中，该Y向长行程电机和该X向长行程电机进一步包括Y1向长行程驱动电机定子、Y1向长行程驱动电机动子、X向长行程驱动电机定子、Y2向长行程驱动电机动子、Y2向长行程驱动电机定子，该X向长行程电机的该等定子与该Y向两组长行程电机的该等动子安装在一起。

上述的工件台平衡质量定位系统中，该Y向长行程电机的个数为2个，该X向长行程电机的个数为1个。

上述的工件台平衡质量定位系统中，该等垂向微调及重力补偿装置包括重力补偿器及垂向执行器，该重力补偿器用于支撑该承载微动台的静态重量，该垂向执行器作为z向微动补偿器，用以实现该承载微动台的z向微补偿及精密定位。