CN102809902A - 一种光刻机平衡质量*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光刻机平衡质量***，该***包括基础框架、大理石平台、微动台、平衡质量块以及反力矩缓冲机构；所述大理石平台固定于所述基础框架上；所述微动台通过垂向气浮垫支撑于所述大理石平台上，且沿X方向及Y方向相对于所述大理石平台运动；所述平衡质量块通过垂向气浮垫与所述基础框架相连，所述垂向气浮垫固定于所述基础框架上，且所述平衡质量块的运动情况与所述微动台的运动情况相反；所述反力矩缓冲机构与所述基础框架及所述平衡质量块相连，用于消除所述平衡质量块运动过程中因重心偏移产生的力矩，并且衰减所述平衡质量块向所述基础框架传递的振动；从而可提高光刻机***的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体设备技术领域，尤其涉及一种光刻机平衡质量***。
背景技术
光刻装置是一种将掩模图案曝光成像到硅片上的设备，主要用于集成电路(IC)或其它微型器件的制造。光刻装置大体上分为两类：一类是步进光刻装置，掩模图案一次曝光成像在硅片的一个曝光区域，随后硅片相对于掩模移动，将下一个曝光区域移动到掩模图案和投影物镜下方，再一次将掩模图案曝光在硅片的另一曝光区域，重复这一过程直到硅片上所有曝光区域都拥有掩模图案的像；另一类是步进扫描光刻装置，在上述过程中，掩模图案不是一次曝光成像，而是通过投影光场的扫描移动成像，在掩模图案成像过程中，掩模与硅片同时相对于投影***和投影光束移动。
在光刻装置中起非常重要作用的是工件台***，在步进和扫描光刻机中，工件台承载硅片进行精确运动来满足光刻需要。随着技术的发展，产率要求提高的同时，对线宽和套刻精度的要求也越来越高，直接带来的影响是工件台运动速度和精度要求也同时增加。这样，对减振***的要求也越来越高。
目前，光刻机平衡质量***主要利用动量守恒原理，引入平衡质量块用以实时消减工件台平面运动所产生的反作用力。且当前光刻机工件台多采用H型双边驱动结构，采用H型双边驱动结构的工件台一般包括驱动元件、平衡质量块等。当驱动元件做高速运动时，平衡质量块做反向运动，满足动量守恒，从而使工件台传递给基础框架的作用力会大幅降低，减少了光刻机***的振动。
专利号为7034920B2的美国专利公开了一种光刻机平衡质量***，其粗动模块采用H型的结构布局，平衡质量块通过四个垂向气浮垫与基础框架连接，气浮垫固定于基础框架上，不随平衡质量块的移动而移动。粗动模块的Y向运动体与平衡质量块通过气浮连接，X向运动体通过气足与大理石平台连接，平衡质量块采用镂空式，这种布局的优点有：平衡质量块的制造精度要求低，同时镂空式平衡质量块对传递振动的抑制能力较好。但是该结构有其不足之处，当微动台高速运动时，平衡质量块做反向运动；微动台驱动力和微动台重心的偏移产生的倾翻力矩不直接作用于垂向气浮轴承，而平衡质量块重心偏移产生的倾翻力矩却直接压迫气浮轴承；这样一方面使气膜厚度在随时变化，引起刚度的不稳定，影响控制精度，另一方面大范围运动时，平衡质量块重心偏移产生的倾翻力矩很大，相应地对气膜的压迫很大，可能使气膜厚度过小，引起节流孔阻塞，不能起到润滑作用；而平衡质量块的振动也将通过气浮直接传递到基础框架上，气浮的阻尼很低，对振动衰减作用很有限。而基础框架的振动将引起微动台的振动，直接影响曝光精度。
因此，有必要对现有的光刻机平衡质量***进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光刻机平衡质量***，以提高光刻机***的性能。
为解决上述问题，本发明提出一种光刻机平衡质量***，该***包括：
基础框架；
大理石平台，固定于所述基础框架上；
微动台，通过第一垂向气浮垫支撑于所述大理石平台上，且沿X方向及Y方向相对于所述大理石平台运动；
平衡质量块，通过第二垂向气浮垫与所述基础框架相连，所述第二垂向气浮垫固定于所述基础框架上，且所述平衡质量块的运动情况与所述微动台的运动情况相反；以及
反力矩缓冲机构，与所述基础框架及所述平衡质量块相连，用于消除所述平衡质量块运动过程中因重心偏移产生的力矩，并且衰减所述平衡质量块向所述基础框架传递的振动。
可选的，所述反力矩缓冲机构为垂向反力矩机构。
可选的，所述垂向反力矩机构包括：
定子，固定于所述基础框架上；以及
动子，固定于所述平衡质量块上，所述动子与所述定子之间有一垂直距离；且所述动子与所述定子之间产生一作用力，用于消除所述平衡质量块运动过程中因重心偏移产生的力矩，并且衰减所述平衡质量块向所述基础框架传递的振动。
可选的，所述垂直距离为1～5mm。
可选的，所述定子包括磁铁，所述动子包括铁芯线圈，所述铁芯线圈固定于所述平衡质量块上，所述磁铁固定于所述平衡质量块下方的基础框架上，且所述磁铁的面积大于所述平衡质量块的行程范围。
可选的，所述定子还包括磁铁固定装置，所述磁铁通过所述磁铁固定装置固定于所述基础框架上。
可选的，所述动子还包括铁芯线圈固定装置，所述铁芯线圈通过所述铁芯线圈固定装置固定于所述平衡质量块上。
可选的，所述磁铁的长宽比所述平衡质量块的行程大5～10mm。
可选的，所述垂向反力矩机构的数量为四个，四个所述垂向反力矩机构中的两个垂向反力矩机构相对于X轴对称分布，另外两个垂向反力矩机构相对于Y轴对称分布。
可选的，所述反力矩缓冲机构为柔性铰链，所述柔性铰链的一端与所述基础框架刚性相连，另一端与所述平衡质量块刚性相连；所述柔性铰链沿X向和Y向具有第一刚度，沿Z向具有第二刚度，所述第一刚度小于所述第二刚度。
可选的，所述第一刚度为103～104N/m。
可选的，所述第二刚度为107～108N/m。
可选的，所述柔性铰链包括框架接口及平衡质量块接口，所述框架接口与所述基础框架相连，所述平衡质量块接口与所述平衡质量块相连。
可选的，所述框架接口与所述基础框架之间，以及所述平衡质量块接口与所述平衡质量块之间通过螺钉或粘结方式相连。
可选的，所述柔性铰链的数量为四个，四个所述柔性铰链安装于所述基础框架的四个角处。
本发明由于采用上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1)本发明提供的光刻机平衡质量***通过增加反力矩缓冲机构，从而能够消除因平衡质量块的重心偏移而产生的力矩，并且对垂向气浮垫不造成影响；
2)本发明提供的光刻机平衡质量***通过增加反力矩缓冲机构，从而能增大传递通路上的阻尼，使平衡质量块向基础框架的振动能有效地衰减，有利于提高运动和曝光精度。
附图说明
图1为本发明第一个实施例提供的光刻机平衡质量***的俯视图；
图2为本发明第一个实施例提供的光刻机平衡质量***的正视图；
图3为本发明第一个实施例提供的反力矩缓冲机构的安装位置示意图；
图4为本发明第一个实施例提供的反力矩缓冲机构的结构示意图；
图5为本发明第二个实施例提供的反力矩缓冲机构的安装位置示意图；
图6为本发明第二个实施例提供的反力矩缓冲机构的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的反力矩缓冲机构及其驱动方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种光刻机平衡质量***，该***包括基础框架、大理石平台、微动台、平衡质量块以及反力矩缓冲机构；所述大理石平台固定于所述基础框架上；所述微动台通过垂向气浮垫支撑于所述大理石平台上，且沿X方向及Y方向相对于所述大理石平台运动；所述平衡质量块通过垂向气浮垫与所述基础框架相连，所述垂向气浮垫固定于所述基础框架上，且所述平衡质量块的运动情况与所述微动台的运动情况相反；所述反力矩缓冲机构与所述基础框架及所述平衡质量块相连，用于消除所述平衡质量块运动过程中因重心偏移产生的力矩，并且衰减所述平衡质量块向所述基础框架传递的振动；从而可提高光刻机***的性能。
实施例1
请参考图1至图4，其中，图1为本发明第一个实施例提供的光刻机平衡质量***的俯视图，图2为本发明第一个实施例提供的光刻机平衡质量***的正视图，图3为本发明第一个实施例提供的反力矩缓冲机构的安装位置示意图，图4为本发明第一个实施例提供的反力矩缓冲机构的结构示意图，如图1至图4所示，本发明第一个实施例提供的光刻机平衡质量***包括：
基础框架101；
大理石平台103，固定于所述基础框架101上；
微动台104，通过第一垂向气浮垫107支撑于所述大理石平台103上，且沿X方向及Y方向相对于所述大理石平台103运动；
平衡质量块102，通过第二垂向气浮垫106与所述基础框架101相连，所述第二垂向气浮垫106固定于所述基础框架101上，且所述平衡质量块102的运动情况与所述微动台104的运动情况相反；以及
反力矩缓冲机构，与所述基础框架101及所述平衡质量块102相连，用于消除所述平衡质量块102运动过程中因重心偏移产生的力矩，并且衰减所述平衡质量块102向所述基础框架101传递的振动。
其中，所述反力矩缓冲机构为垂向反力矩机构200a～200d，且所述垂向反力矩机构200a～200d包括：
定子，固定于所述基础框架101上；以及
动子，固定于所述平衡质量块102上，所述动子与所述定子之间有一垂直距离；且所述动子与所述定子之间产生一作用力，用于消除所述平衡质量块102运动过程中因重心偏移产生的力矩，并且衰减所7述平衡质量块102向所述基础框架101传递的振动。
进一步地，所述垂直距离为1～5mm。
进一步地，所述定子包括磁铁202，所述动子包括铁芯线圈201，所述铁芯线圈201固定于所述平衡质量块102上，所述磁铁202固定于所述平衡质量块102下方的基础框架101上，且所述磁铁202的面积大于所述平衡质量块102的行程范围。
进一步地，所述定子还包括磁铁固定装置204，所述磁铁202通过所述磁铁固定装置204固定于所述基础框架101上。
进一步地，所述动子还包括铁芯线圈固定装置203，所述铁芯线圈201通过所述铁芯线圈固定装置203固定于所述平衡质量块102上。
进一步地，所述磁铁202的长宽比所述平衡质量块102的行程大5～10mm，从而使得当所述平衡质量块102运动到其行程极限时，所述垂向反力矩机构200a～200d仍然有效。
进一步地，所述垂向反力矩机构的数量为四个，所述四个垂向反力矩机构200a～200d中的两个垂向反力矩机构(如200a及200b)相对于X轴对称分布，另外两个垂向反力矩机构(如200c及200d)相对于Y轴对称分布；从而使得所述平衡质量块102在各个方向保持平衡。
本发明第一个实施例提供的垂向反力矩机构200a～200d的工作原理为通过控制对称的垂向反力矩机构200a～200d中铁芯线圈201的电流来达到消除所述平衡质量块102运动过程中因重心偏移产生的力矩；具体如下：
假设所述平衡质量块102在运动过程中的水平向位移分别为x，其初始位置为x0，平衡质量块102的质量为M，对称的两个垂向反力矩机构(即200a和200b或者200c与200d之间)的距离为l，对称的两个垂向反力矩机构(即200a和200b或者200c与200d)产生的垂向力分别为Fa，Fb，则Fa-Fb＝Mg*(x-x0)/l；而所述铁芯线圈201产生的力与电流关系为F＝k*i2；因此，通过控制对称的两个垂向反力矩机构(即200a和200b或者200c与200d)两边的线圈电流即可控制所述垂向力的大小，从而使所述垂向力的差值与所述平衡质量块102运动过程中因重心偏移产生的力矩相等，达到消除所述平衡质量块102运动过程中因重心偏移产生的力矩的作用；
同时，所述铁芯线圈201与所述磁铁202之间产生磁滞阻尼，因而可对衰减所述平衡质量块102向所述基础框架101传递的振动。
实施例2
请参考图5至图6，其中，图5为本发明第二个实施例提供的反力矩缓冲机构的安装位置示意图，图6为本发明第二个实施例提供的反力矩缓冲机构的结构示意图，如图5至图6所示，并结合参考图1及图2，本发明第二个实施例提供的光刻机平衡质量***包括：
基础框架101；
大理石平台103，固定于所述基础框架101上；
微动台104，通过第一垂向气浮垫107支撑于所述大理石平台103上，且沿X方向及Y方向相对于所述大理石平台103运动；
平衡质量块102，通过第二垂向气浮垫106与所述基础框架101相连，所述第二垂向气浮垫106固定于所述基础框架101上，且所述平衡质量块102的运动情况与所述微动台104的运动情况相反；以及
反力矩缓冲机构，与所述基础框架101及所述平衡质量块102相连，用于消除所述平衡质量块102运动过程中因重心偏移产生的力矩，并且衰减所述平衡质量块102向所述基础框架101传递的振动。
其中，所述反力矩缓冲机构为柔性铰链300a～300d，所述柔性铰链300a～300d的一端与所述基础框架101刚性相连，另一端与所述平衡质量块102刚性相连；所述柔性铰链300a～300d沿X向和Y向具有第一刚度，沿Z向具有第二刚度，所述第一刚度小于所述第二刚度。
进一步地，所述第一刚度为103～104N/m。
进一步地，所述第二刚度为107～108N/m。
进一步地，所述柔性铰链300a～300d包括框架接口301及平衡质量块接口302，所述框架接口301与所述基础框架101相连，所述平衡质量块接口302与所述平衡质量块102相连。
进一步地，所述框架接口301与所述基础框架101之间，以及所述平衡质量块接口302与所述平衡质量块102之间通过螺钉或粘结方式相连。
进一步地，所述柔性铰链300a～300d的数量为四个，所述四个柔性铰链300a～300d安装于所述基础框架101的四个角处；需要说明的是，四个柔性铰链300a～300d的安装位置不与所述第二垂向气浮垫106的安装位置相干涉。
本发明第二个实施例提供的柔性铰链300a～300d的工作原理为：
由于所述柔性铰链300a～300d的X向和Y向具有较小的刚度，因而使所述平衡质量块102能较大范围的移动；而所述柔性铰链300a～300d的Z向有较大刚度，从而能消除所述平衡质量块102因重心偏移产生的力矩；
同时，由于所述柔性铰链300a～300d的Z向有较大刚度，同时所述Z向有较大的阻尼，从而使振动的传递有所衰减，提高精度。
综上所述，本发明提供了一种光刻机平衡质量***，该***包括基础框架、大理石平台、微动台、平衡质量块以及反力矩缓冲机构；所述大理石平台固定于所述基础框架上；所述微动台通过垂向气浮垫支撑于所述大理石平台上，且沿X方向及Y方向相对于所述大理石平台运动；所述平衡质量块通过垂向气浮垫与所述基础框架相连，所述垂向气浮垫固定于所述基础框架上，且所述平衡质量块的运动情况与所述微动台的运动情况相反；所述反力矩缓冲机构与所述基础框架及所述平衡质量块相连，用于消除所述平衡质量块运动过程中因重心偏移产生的力矩，并且衰减所述平衡质量块向所述基础框架传递的振动；从而可提高光刻机***的性能。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (15)
1.一种光刻机平衡质量***，其特征在于，包括：
基础框架；
大理石平台，固定于所述基础框架上；
微动台，通过第一垂向气浮垫支撑于所述大理石平台上，且沿X方向及Y方向相对于所述大理石平台运动；
平衡质量块，通过第二垂向气浮垫与所述基础框架相连，所述第二垂向气浮垫固定于所述基础框架上，且所述平衡质量块的运动情况与所述微动台的运动情况相反；以及
反力矩缓冲机构，与所述基础框架及所述平衡质量块相连，用于消除所述平衡质量块运动过程中因重心偏移产生的力矩，并且衰减所述平衡质量块向所述基础框架传递的振动。
2.如权利要求1所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述反力矩缓冲机构为垂向反力矩机构。
3.如权利要求2所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述垂向反力矩机构包括：
定子，固定于所述基础框架上；以及
动子，固定于所述平衡质量块上，所述动子与所述定子之间有一垂直距离；且所述动子与所述定子之间产生一作用力，用于消除所述平衡质量块运动过程中因重心偏移产生的力矩，并且衰减所述平衡质量块向所述基础框架传递的振动。
4.如权利要求3所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述垂直距离为1～5mm。
5.如权利要求3所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述定子包括磁铁，所述动子包括铁芯线圈，所述铁芯线圈固定于所述平衡质量块上，所述磁铁固定于所述平衡质量块下方的基础框架上，且所述磁铁的面积大于所述平衡质量块的行程范围。
6.如权利要求5所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述定子还包括磁铁固定装置，所述磁铁通过所述磁铁固定装置固定于所述基础框架上。
7.如权利要求5所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述动子还包括铁芯线圈固定装置，所述铁芯线圈通过所述铁芯线圈固定装置固定于所述平衡质量块上。
8.如权利要求5所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述磁铁的长宽比所述平衡质量块的行程大5～10mm。
9.如权利要求2至8任一项所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述垂向反力矩机构的数量为四个，四个所述垂向反力矩机构中的两个垂向反力矩机构相对于X轴对称分布，另外两个垂向反力矩机构相对于Y轴对称分布。
10.如权利要求1所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述反力矩缓冲机构为柔性铰链，所述柔性铰链的一端与所述基础框架刚性相连，另一端与所述平衡质量块刚性相连；所述柔性铰链沿X向和Y向具有第一刚度，沿Z向具有第二刚度，所述第一刚度小于所述第二刚度。
11.如权利要求10所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述第一刚度为103～104N/m。
12.如权利要求11所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述第二刚度为107～108N/m。
13.如权利要求12所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述柔性铰链包括框架接口及平衡质量块接口，所述框架接口与所述基础框架相连，所述平衡质量块接口与所述平衡质量块相连。
14.如权利要求13所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述框架接口与所述基础框架之间，以及所述平衡质量块接口与所述平衡质量块之间通过螺钉或粘结方式相连。
15.如权利要求10至14任一项所述的光刻机平衡质量***，其特征在于，所述柔性铰链的数量为四个，四个所述柔性铰链安装于所述基础框架的四个角处。
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