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CN103926805A - 一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台 - Google Patents

一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台 Download PDF

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张鸣
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成荣
杨开明
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秦慧超
赵彦坡
田丽
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尹文生
穆海华
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Abstract

一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台，该粗微动一体掩模台包括粗微动一体掩模台动台、平衡质量、驱动电动机、掩模板、基座、隔振系统及测量系统；隔振系统位于平衡质量与基座之间，掩模板安装在粗微动一体掩模台动台上；掩模台动台的驱动电动机为动铁式平面电动机，该平面电动机动子为安装在粗微动一体掩模台动台顶面的永磁体阵列，平面电动机定子为安装在平衡质量上的线圈阵列。本发明可降低掩模台动台驱动电动机的设计复杂性；与直线电动机相比，平面电动机能够提供更多方向的推力，减少电动机的数量，使粗微动一体掩模台动台结构更加紧凑，提高粗微动一体掩模台动台的固有频率及控制带宽，进而提高控制精度。

Description

一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台
技术领域
本发明涉及一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台，尤其涉及动铁式平面电动机驱动的粗微动一体掩模台，主要应用于半导体制造技术领域。
背景技术
光刻工艺直接决定了大规模集成电路的特征尺寸，是大规模集成电路制造的关键工艺。光刻机是光刻工艺中最重要设备之一。投影物镜系统、对准系统和超精密工件台系统是光刻机的三大核心技术。其中，超精密工件台系统包括承载掩模板的掩模台系统和承载硅片的硅片台系统两部分。
掩模台系统由掩模台动台、平衡质量、动台的驱动电动机、掩模板、基座、隔振系统及测量系统等部分构成。光刻机曝光工艺要求，掩模台动台携带掩模板在驱动电动机的驱动下沿扫描方向大行程(＞132mm)往复做“加速—匀速—减速”运动，其他自由度微动(±2mm)。根据掩模台动台结构不同可以分为掩模台动台采用粗微动叠层结构的掩模台和掩模台动台采用粗微动一体结构的掩模台。对于粗微动叠层结构的掩模台，掩模台动台由大行程运动的粗动台和高精度微调的微动台两部分组成。对于粗微动一体结构的掩模台，大行程运动和高精度微调由单独的一个粗微动一体掩模台动台完成。
粗微动一体结构的掩模台动台，具有质量轻、少线缆扰动等特点，掩模台工作过程中功耗小，对于电动机推力要求较低，理论模型更加准确，一些学者对其展开了研究。现有技术中，采用直线电动机驱动粗微动一体掩模台动台的六自由度运动，每个直线电动机能够提供沿电动机动子运动方向的推力和垂直于电动机动子运动方向的推力。为控制粗微动一体掩模台动台的调平、调焦运动，至少需要三个直线电动机提供竖直方向推力；为控制粗微动一体掩模台动台六自由度运动，至少还需要另外两个直线电动机，其提供的推力与前述的直线电动机提供的推力方向不同。由于结构限制，这两种电动机结构一般不同，增加了粗微动一体掩模台动台驱动电动机的设计复杂度；两种不同结构的直线电动机并列排布在粗微动一体掩模台动台上，增加了粗微动一体掩模台动台的宽度，降低了粗微动一体掩模台动台的固有频率及控制带宽，影响控制精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台，旨在解决现有技术中因采用直线电机所带来的掩模台动台驱动电动机设计的复杂性，导致粗微动一体掩模台动台的宽度增加，降低了粗微动一体掩模台动台的固有频频率和控制带宽，进而影响了控制精度。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台，包括粗微动一体掩模台动台、平衡质量、粗微动一体掩模台动台的驱动电动机、掩模板、基座、隔振系统及测量系统；隔振系统位于平衡质量与基座之间，掩模板安装在粗微动一体掩模台动台上，其特征在于：该粗微动一体掩模台动台的驱动电动机为动铁式平面电动机；动铁式平面电动机动子为安装在粗微动一体掩模台动台两侧的永磁体阵列，动铁式平面电动机定子为安装在平衡质量上的线圈阵列。
本发明所述的粗微动一体掩模台，还包括提供补偿粗微动一体掩模台动台重力的气浮结构，所述的气浮结构中，气浮平面安装在粗微动一体掩模台动台上，气孔安装结构安装在平衡质量上。
本发明所述的粗微动一体掩模台，还包括提供补偿粗微动一体掩模台动台重力的磁悬浮结构，所述的磁悬浮结构动子安装在粗微动一体掩模台动台上，磁悬浮结构定子安装在平衡质量上。
本发明所述的粗微动一体掩模台，其驱动平面电动机动子永磁体阵列排布形式为二维Halbach阵列；平面电动机定子线圈阵列排布形式有两种，一种为沿Y方向排布，另一种沿Z方向排布。
本发明所述的粗微动一体掩模台采用透射式掩模板，粗微动一体掩模台动台为中空式结构，掩模板布置位置为粗微动一体掩模台动台中空部分。
本发明所述的粗微动一体掩模台采用反射式掩模板，粗微动一体掩模台动台为实心式结构，掩模板布置位置为粗微动一体掩模台动台底部。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：本发明所述的粗微动一体掩模台，使用单一结构的动铁式平面电动机驱动粗微动一体掩模台动台的六自由度运动，有效降低了粗微动一体掩模台动台电动机的设计复杂度；与直线电动机相比，平面电动机能够提供更多方向的推力，减少电动机的数量，使粗微动一体掩模台动台结构更加紧凑，提高粗微动一体掩模台动台的固有频率及控制带宽，进而提高控制精度。
附图说明
图1是本发明提供的平面电动机驱动的粗微动一体掩模台结构示意图。
图2是本发明提供的平面电动机驱动的粗微动一体掩模台结构俯视图。
图3是本发明的动铁式平面电动机动子永磁体阵列排布示意图。
图4是本发明的动铁式平面电动机定子线圈阵列排布示意图。
图5a是本发明用于深紫外(DUV)光刻机中，平面电动机驱动的粗微动一体掩模台动台结构俯视图。
图5b是图5a中A-A面的剖视图。
图6a是本发明用于极紫外(EUV)光刻机中，平面电动机驱动的粗微动一体掩模台动台结构俯视图。
图6b是图6a中B-B面的剖视图。
图中：100-粗微动一体掩模台动台；101-透射式掩模板；102-反射式掩模板；200-平衡质量；300-动铁式平面电动机；301-动铁式平面电动机动子；302-动铁式平面电动机定子；410-气浮结构；412-气孔安装结构；420-磁悬浮结构；422-磁悬浮结构定子；500-隔振系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和实施方式作进一步详细描述。
图1和图2分别是本发明提供的平面电动机驱动的粗微动一体掩模台结构的等轴测图和俯视图。该平面电动机驱动的粗微动一体掩模台包括粗微动一体掩模台动台100、平衡质量200、粗微动一体掩模台动台的驱动电动机、掩模板、基座001、隔振系统500及测量系统；隔振系统500位于平衡质量与基座之间，掩模板安装在粗微动一体掩模台动台上。该粗微动一体掩模台动台的驱动电动机采用动铁式平面电动机300，动铁式平面电动机动子301为安装在粗微动一体掩模台动台100两侧的永磁体阵列，动铁式平面电动机定子302为安装在平衡质量200上的线圈阵列。该粗微动一体掩模台动台100的六自由度运动(粗微动一体掩模台动台Y方向的大行程运动和其他五个自由度的微调)由布置在粗微动一体掩模台动台100两侧的平面电动机300(永磁体阵列)驱动。
粗微动一体掩模台动台100采用气浮的支承方式时，由气浮结构410提供的垂向力补偿粗微动一体掩模台动台100重力；粗微动一体掩模台动台100采用磁悬浮的支承方式时，由磁悬浮结构420提供的垂向力补偿粗微动一体掩模台动台100重力。
所述气浮结构410的气浮平面安装在粗微动一体掩模台动台100上，气孔安装结构412安装在平衡质量200上。
所述磁悬浮结构动子安装在粗微动一体掩模台动台100上，磁悬浮结构定子422安装在平衡质量200上：磁悬浮结构定子422布置在粗微动一体掩模台动台100上方，其为粗微动一体掩模台动台100提供竖直向上的引力；磁悬浮结构定子422布置在粗微动一体掩模台动台100下方，其提供竖直向上的斥力；磁悬浮结构定子422布置在粗微动一体掩模台动台100上、下两侧时，其提供的合力方向竖直向上。
图3是本发明所述动铁式平面电动机的动子301，即为安装在粗微动一体掩模台动台100上的永磁体阵列，其排布形式为二维Halbach阵列。
图4是本发明所述动铁式平面电动机的定子302，及为安装在平衡质量200上的线圈阵列，其排布形式有两种，一种沿Y方向排布，另一种X方向排布。
图5a是本发明用于深紫外(DUV)光刻机中，平面电动机驱动的粗微动一体掩模台动台100结构的俯视图，图5b是图5a中A-A面的剖视图。该粗微动一体掩模台100采用透射式掩模板101，粗微动一体掩模台动台100为中空式结构，掩模板布置位置为粗微动一体掩模台动台100中空部分。
图6a是本发明用于极紫外(EUV)光刻机中，平面电动机驱动的粗微动一体掩模台动台100结构的俯视图，图6b是图6a中B-B面的剖视图。该粗微动一体掩模台100采用反射式掩模板102，粗微动一体掩模台动台100为实心式结构，掩模板布置位置为粗微动一体掩模台动台100底部。

Claims (6)

1.一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台，包括粗微动一体掩模台动台(100)、平衡质量(200)、粗微动一体掩模台动台的驱动电动机、掩模板、基座(001)、隔振系统(500)及测量系统；隔振系统位于平衡质量与基座之间，掩模板安装在粗微动一体掩模台动台上，其特征在于：该粗微动一体掩模台动台的驱动电动机为动铁式平面电动机(300)；动铁式平面电动机动子(301)为安装在粗微动一体掩模台动台两侧的永磁体阵列，动铁式平面电动机定子(302)为安装在平衡质量上的线圈阵列。
2.根据权利要求1所述的一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台，其特征在于：该粗微动一体掩膜台还包括提供补偿粗微动一体掩模台动台重力的气浮结构(410)，所述的气浮结构中，气浮平面安装在粗微动一体掩模台动台上，气孔安装结构(412)安装在平衡质量上。
3.根据权利要求1所述的一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台，其特征在于：该粗微动一体掩膜台还包括提供补偿粗微动一体掩模台动台重力的磁悬浮结构(420)，所述的磁悬浮结构动子安装在粗微动一体掩模台动台上，磁悬浮结构定子(422)安装在平衡质量上。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台，其特征在于：平面电动机动子永磁体阵列排布形式为二维Halbach阵列；平面电动机定子线圈阵列排布形式有两种，一种为沿Y方向排布，另一种沿Z方向排布。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台，其特征在于：该粗微动一体掩模台的掩模板采用透射式掩模板(101)，粗微动一体掩模台动台为中空式结构，掩模板布置位置为粗微动一体掩模台动台中空部分。
6.根据权利要求1或3所述的一种平面电动机驱动的粗微动一体掩模台，其特征在于：该粗微动一体掩模台的掩模板采用反射式掩模板(102)，粗微动一体掩模台动台为实心式结构，掩模板布置位置为粗微动一体掩模台动台底部。
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