专利名称：带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光刻机掩模台系统，该系统主要应用于半导体光刻机中，属于半导体制造装备领域。
背景技术：
在集成电路芯片的生产过程中，芯片的设计图形在硅片表面光刻胶上的曝光转印(光刻)是其中最重要的工序之一，该工序所用的设备称为光刻机(曝光机)。光刻机的分辨率和曝光效率极大的影响着集成电路芯片的特征线宽(分辨率)和生产率。而作为光刻机关键系统的掩模台系统的运动精度和工作效率，又在很大程度上决定了光刻机的分辨率和曝光效率。步进扫描投影光刻机基本原理是:来自光源的深紫外光透过掩模台上的掩模版、透镜系统将掩模版上的一部分图形成像在硅片的某个Chip上。为进行硅片上一个chip的曝光，掩模台和硅片台需分别进行加速运动，并在运动到曝光起始位置时同时达到扫描曝光所要求的4:1的速度。此后，硅片台以均匀的速度向扫描运动方向运动，掩模台以四倍于硅片台扫描速度的速度向与硅片台扫描运动的反方向作扫描运动，两者的运动要求达到极其精确的同步，最终将掩模版上的全部图形成像在娃片的特定芯片(Chip)上。当一个chip扫描结束后，掩模台和硅片台分别进行减速运动，同时硅片台进行步进运动，将下一个要曝光的chip移动到投影物镜下方。此后,掩模台向与上次扫描运动方向相反的方向加速、扫描、减速，硅片台则按照规划的方向加速、扫描、减速，在同步扫描过程中完成一个chip的曝光。如此不断重复，掩模台往返进行加速、扫描、减速的直线运动，硅片台按照规划的轨迹进行步进和扫描运动，完成整个硅片的曝光。根据对掩模台的运动要求，掩模台主要提供沿扫描方向往返超精密高速直线运动的功能。其行程应满足chip长度的4倍、并加上加减速的距离；其扫描速度应为硅片台扫描速度的4倍,最高加速度也相应的会高于娃片台的最高加速度。按照国外典型光刻机商品的技术指标，掩模台的行程超过IOOmm (有的机型达到200mm),扫描速度达到1000mm/s,最高加速度达到20m/s2，即2g。提高掩模台的扫描速度和加速度(硅片台也同步提高)，能有效的提闻光刻机的生广率。最为重要的是，掩模台必需能够实现与硅片台扫描运动的超高精度的同步运动，对45nm光刻机而言，其同步精度要求MA (移动平均偏差)小于2.25nm，MSD (移动标准偏差)小于5.4nm。其中，MA主要影响曝光的套刻精度，MSD主要影响曝光分辨率。为了满足掩模台大行程和高速、高精度的苛刻要求，传统的掩模台系统通常采用粗-精动叠层的驱动结构。掩模台系统由粗动台和叠加在其上的精动台组成。其中，粗动台采用左直线电机和右直线电机组成的高速大行程的双边驱动系统驱动，气浮导轨支承；精动台则由X方向的音圈电机和Y方向的音圈电机驱动，对掩模台进行实时高精度的微调，满足其运动精度的要求。这种叠层驱动结构在运动时，单自由度往复运动的底层直线电机的双边驱动结构，采用气浮导轨支承，结构复杂，装配精度要求极高，从而限制了掩模台的运动精度，妨碍了其加速度的提高。
发明内容
为了提高光刻机掩模台的加速度，速度和定位精度，进而促进光刻机的生产率、套刻精度和分辨率的提高，降低装配精度要求，本发明提供了一种带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统。本发明的技术方案如下:带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，该系统包括精动台、粗动台和机架，所述的粗动台含有一个粗动台台体和驱动装置，其特征在于:所述的粗动台台体设置在精动台的外部，将精动台包围在中间；所述的驱动装置包括大行程驱动模块和小行程驱动模块两部分，大行程驱动模块由两组关于X轴方向对称布置在粗动台台体两侧的X方向直线电机组成，小行程驱动模块由四组同时驱动Y方向和Z方向的两自由度直线电机组成，四组两自由度直线电机两两关于X轴方向对称布置在粗动台台体两侧，并位于大行程驱动模块下方；所述的粗动台还包含两个粗动台重力平衡组件，所述的两个粗动台重力平衡组件布置在粗动台台体上方，沿X轴方向对称布置在粗动台台体两侧，每个粗动台重力平衡组件包含一个粗动台重力平衡导磁板和两个粗动台重力平衡永磁体，粗动台重力平衡导磁板与X方向直线电机的永磁体阵列连接在一起，粗动台重力平衡永磁体分别布置在粗动台台体上表面，沿X轴方向的侧边关于Y轴方向对称布置，并与粗动台重力平衡导磁板留有间隙。所述的掩膜台系统还含有PSD传感器测量系统，所述的PSD传感器测量系统包括四个用于测量精动台与粗动台之间相对位置的PSD传感器组件，所述的该四个PSD传感器组分别布置在精动台与粗动台台体之间，且分别关于X轴和Y轴对称布置；该PSD传感器测量系统还包括四个用于测量粗动台与基座之间相对位置的PSD传感器组件和两个光栅尺组件，所述的该四个PSD传感器组分别布置在粗动台台体沿X轴方向的两个侧面上，且关于Y轴对称布置；所述的两个光栅尺组件分别布置在两侧的粗动台重力平衡导磁板与粗动台台体之间。本发明所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的用于测量精动台与粗动台之间相对位置的四个PSD传感器组件均含有PSD传感器、光纤出光口、45°安装座和激光光源；用于测量精动台与粗动台之间相对位置的四个PSD传感器分别均布在粗动台台体沿Y方向的两个侧边的内侧，并与该两个侧边的内侧面呈45°夹角放置，光纤出光口安装在45°安装座上，该45°安装座设置在精动台台体上与PSD传感器相对应的位置；所述的用于测量粗动台与基座之间相对位置的四个PSD传感器组件均含有PSD传感器、光纤出光口、垂直安装座和激光光源；用于测量粗动台与基座之间相对位置的四个PSD传感器布置在粗动台台体沿X方向的两个侧边的外侧，与PSD传感器对应的光纤出光口安装在垂直安装座上，该垂直安装座设置在基座上，并与PSD传感器相对应的位置；所述的光栅尺组件包括光栅尺、光栅尺安装架、光栅读数头和光栅读数头支架，所述的光栅尺安装架安装在一侧的粗动台重力平衡导磁板的底部，所述的光栅读数头支架设置在粗动台台体上，使得所述的光栅尺与光栅读数头安装的位置相对应，且光栅读数头与光栅尺之间保留测量间隙。本发明所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述每个X方向直线电机由两组永磁体阵列和一组线圈阵列组成；所述每个两自由度直线电机由一组永磁体阵列和一组线圈阵列组成，且沿X方向同侧的两个两自由度直线电机共用一组永磁体阵列；x方向直线电机的两组永磁体阵列以及两自由度直线电机的四组永磁体阵列都固定在机架上的水平面上；x方向直线电机的两组线圈阵列和两自由度直线电机的四组线圈阵列均分别固定在粗动台台体上。本发明所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的精动台包含精动台台体、洛伦兹电机和精动台重力补偿组件；所述的洛伦兹电机包含三种洛伦兹电机，每种洛伦兹电机对称分布在精动台台体沿Y轴方向的两侧面，其中，第一种洛伦兹电机的驱动方向为沿X轴方向，关于X轴对称布置，每侧至少两个，驱动精动台台体沿X方向和绕Z轴旋转方向运动；第二种洛伦兹电机的驱动方向沿Y轴方向并通过精动台质心，每侧至少一个，驱动精动台台体沿Y方向运动；第三种洛伦兹电机的位于精动台台体的四个角上，同时关于X轴对称布置，每侧两个，其驱动方向沿Z轴方向，驱动精动台台体沿Z方向、绕X轴旋转方向和Y轴旋转方向运动。本发明所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的精动台重力补偿组件包含四个精动台重力补偿单元，每一个精动台重力补偿单元由一个精动台重力平衡导磁板和一个精动台重力平衡永磁体组成，所述的四个精动台重力补偿单元分别分布在精动台台体的四个角上，其中四个精动台重力平衡导磁板分别固定在粗动台台体上；四个精动台重力平衡永磁体分别固定在精动台台体上，且与精动台重力平衡导磁板的位置相对应，同时与精动台重力平衡导磁板之间留有间隙。本发明所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的粗动台台体为薄壁壳体，由碳化娃陶瓷材料制成。本发明所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的精动台台体为薄壁壳体，由碳化娃陶瓷材料制成。本发明所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的两组X方向直线电机的线圈阵列和四组两自由度直线电机的线圈阵列都是由无铁芯矩形线圈组成的一维阵列；所述X方向直线电机两组永磁体阵列采用一维halbach型永磁阵列，两自由度直线电机的永磁体阵列采用平面halbach型永磁阵列。本发明所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，具有以下优点及突出性效果:①与采用气浮导轨支承的传统掩模台相比，本发明所述的掩模台采用磁悬浮支承，简化了系统结构，避免了气浮引入的振动和噪声，而且可以满足极紫外光刻所需的高真空度环境，且磁悬浮装置的吸引力平衡了掩模台及其附属物的绝大部分重力。②与传统的单自由度粗动台的双边驱动结结构相比，本发明的六自由度粗动台的结构，增加了系统中动子的柔性，既降低了系统的装配要求，也提高了掩模台的响应速度、加速度和运动定位精度，从而提高了光刻机的生产率、套刻精度和分辨率。③带光电位置探测器(PSD)传感器可同时进行两自由度的测量，可减少传感器的数量，节省了空间，并且测量精度和测量速度均高于传统的电涡流传感器测量手段，可适应掩模台的高响应速度、高加速度和高运动定位精度，最后大大提高了光刻机的生产率、套刻精度和分辨率。图附说明
图1是本发明所述的一种带PSD测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统结构示意图。图2是本发明所述的PSD传感器的精动台与粗动台距离测量的结构示意图。图3是本发明所述的PSD传感器的粗动台与基座距离测量的结构示意图。图4是本发明所述的PSD传感器与光栅尺组件共同测量的结构示意图。图5是本发明所述带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统X方向直线电机拆去第一永磁阵列后的结构不意图。图6是本发明所述带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统两自由度直线电机的线圈拆去一侧第三永磁阵列后的结构示意图。图7是本发明所述带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统中采用的无铁芯线圈的三维示意图。图8是本发明所述带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统中X方向直线电机永磁体阵列充磁方向的示意图。图9是本发明所述带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统中两自由度直线电机永磁体阵列充磁方向的示意图。图中:1 一精动台台体；2—粗动台台体；3—第一 X方向直线电机；4一第二 X方向直线电机；5—第一两自由度直线电机；6—第二两自由度直线电机；7—第三两自由度直线电机；8—第四两自由度直线电机；9一基座；11—粗动台重力平衡导磁板；12—粗动台重力平衡永磁体；13—第一大线圈阵列；14一第二大线圈阵列；15—第一小线圈阵列；16—第二小线圈阵列；17—第三小线圈阵列；18—第四小线圈阵列；21—第一永磁体阵列；22—第二永磁体阵列；23—第二永磁体阵列；31—精动台重力平衡导磁板；32—精动台重力平衡永磁体；40—光栅尺组件；41 一光栅尺；42—光栅尺安装架；43—光栅读数头；44一光栅读数头支架；45—PSD传感器；46—光纤出光口 ；47—45°安装座；48—垂直安装座；51—PSD传感器第一组件；52 — PSD传感器第二组件；53 — PSD传感器第三组件；54 — PSD传感器第四组件；55—PSD传感器第五组件；56—PSD传感器第六组件；57—PSD传感器第七组件；58—PSD传感器第八组件。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体结构、机理和工作过程作进一步的说明。本发明提供的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，如图1所示，该系统包括粗动台、精动台和机架，粗动台含有一个粗动台台体2、驱动装置和两个粗动台重力平衡组件；粗动台台体2套在精动台的外侧,为薄壁壳体，由碳化娃陶瓷材料烧结制成；所述的驱动装置包括大行程驱动模块和小行程驱动模块两部分，如图6和图7所示。大行程驱动模块是由两组关于X方向对称布置在粗动台台体2两侧的第一 X方向直线电机3和第二 X方向直线电机4组成，负责驱动掩模台粗动台在X方向上做大行程往复直线运动；而小行程驱动模块则是由四组同时驱动Y方向和Z方向的第一两自由度直线电机5、第二两自由度直线电机6、第三两自由度直线电机7和第四两自由度直线电机8组成，这四组两自由度直线电机是关于X方向两两对称布置在粗动台台体2两侧，并位于大行程驱动模块下方，所述的四组两自由度直线电机负责调节掩模台粗动台在Y轴和Z轴方向的小行程位移，以及绕X轴、Y轴和Z轴转动的三个自由度的旋转角度的小范围转动；采用基于d_q分解的控制算法，可以使X方向直线电机只提供X方向的推力，Y和Z方向的推力接近于零；Y和Z方向直线电机只产生Y方向和Z方向的推力，X方向的推力接近于零；所述的两个粗动台重力平衡组件关于X轴方向对称布置在粗动台台体两侧，每个粗动台重力平衡组件包含一个粗动台重力平衡导磁板11和两个粗动台重力平衡永磁体12。每一个粗动台重力平衡导磁板11与同一侧的X方向直线电机的定子部分连接在一起，两个粗动台重力平衡永磁体12分别安装在粗动台台体2沿X轴方向的侧边两个角上，并与粗动台重力平衡导磁板11保留一定的间隙；另外，所述的掩膜台系统还含有PSD传感器测量系统。PSD传感器测量系统包括两部分，一部分是由四个PSD传感器组件组成，用于测量精动台与粗动台之间的相对位置，另一部分由四组PSD传感器组件和至少一组光栅尺组件40组成，用于测量粗动台与基座之间相对位置的。PSD传感器组件由PSD传感器45、光纤出光口 46、光纤出光口安装座和激光光源，如图2和图3所示。光纤出光口 46安装在安装座上，设置在PSD传感器45的对面，光纤出光口 46与PSD传感器45的感光面保持垂直；每一个PSD传感器组件可同时测量与激光射出方向垂直的平面内的两个自由度的位移；光栅尺组件包括光栅尺41、光栅尺安装架42、光栅读数头43和光栅读数头支架44，如图4所示，光栅读数头43安装在光栅读数头支架44内并设置在粗动台台体2上表面，光栅尺41安装在光栅尺安装架42上并安装在粗动台重力平衡导磁板5的底部，光栅读数头43与光栅尺41之间保留一定间隙；该光栅尺组件可进行单自由度测量。四个用于测量精动台与粗动台之间相对位置的PSD传感器组件，分别为PSD传感器第一组件51、PSD传感器第二组件52、PSD传感器第三组件53和PSD传感器第四组件54，PSD传感器第一组件51和PSD传感器第二组件52设置在精动台台体I的左侧，PSD传感器第三组件53和PSD传感器第四组件54设置在精动台台体I的右侧。其中，四个PSD传感器45分别均布的安装在粗动台台体2沿Y方向的两内侧梁上，PSD传感器感光面与Y轴方向呈45°夹角竖直放置，对应的光纤出光口 46安装在45°安装座47内，并设置在精动台台体I上与PSD传感器相对应的位置，并且保持光纤出光口 46与PSD传感器的感光面垂直且具有一定间距，沿Y轴方向左、右两侧的四组PSD传感器，每一侧的两组PSD传感器的测量数据可分别沿X轴和Y轴进行分解，可计算出沿X轴、Y轴和Z轴方向的位移，以及绕X轴和绕Z轴旋转的角度，而沿Y轴方向两侧的任意两个PSD传感器可测量绕Y轴旋转的角度；另外，还有四组PSD传感器组件和至少一组光栅尺组件，分别为PSD传感器第五组件55、PSD传感器第六组件56、PSD传感器第七组件57、PSD传感器第八组件58和光栅尺组件40，共同测量粗动台与基座之间相对位置，如图3、图4所示。其中，四个PSD传感器45分别均布地安装在粗动台台体2沿X方向的两外侧梁上，PSD传感器感光面与Y方向垂直，对应的光纤出光口 46分别安装在垂直安装座48内，并固定在基座9上与PSD传感器相对应的位置，保持光纤出光口 46与PSD传感器的感光面垂直且具有一定间距；PSD传感器第五组件55和PSD传感器第六组件56组合，或PSD传感器第七组件57和PSD传感器第八组件58组合，分别测量粗动台台体2沿X轴方向和Z轴方向的位移，以及绕X轴和绕Z轴旋转的角度 ’沿Y轴方向的位移由光栅尺组件40进行测量，PSD传感器第六组件56和PSD传感器第七组件57组合，或者PSD传感器第五组件55和PSD传感器第八组件58组合，测量绕Y轴和绕Z轴旋转的角度；本发明的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，每一个X方向直线电机均由一个第一永磁体阵列21、一个第二永磁体阵列22和一组大线圈阵列组成；每一个两自由度直线电机由一个第三永磁体阵列23和一组小线圈阵列组成，且沿X方向同侧的两个两自由度直线电机共用一组第三永磁体阵列23 ;所述的所有X方向直线电机第一永磁体阵列21和第二永磁体阵列22以及所有两自由度直线电机的第三永磁体阵列23都固定在光刻机机架上的水平面上；所述的所有大线圈阵列和小线圈阵列分别固定在粗动台台体2上；本发明的粗动的X方向直线电机的大线圈阵列和两自由度直线电机的小线圈阵列都是由采用铜线同心绕制的无铁芯矩形线圈(如图7所示)组成的一维阵列，线圈的支架采用非铁磁性部件(如铝合金)制成；本发明的粗动的X方向直线电机的第一永磁体阵列21和第二永磁体阵列22是在一块长方形薄轭铁上粘接一组采用长方体稀土永磁体排列而成的一维halbach型永磁阵列，第一永磁体阵列21和第二永磁体阵列22中充磁方向与阵列方向平行的永磁体的体积小于充磁方向与阵列方向垂直的永磁体(如图8所示，图中的“N”，“S”表示永磁体的N极和S极，此时永磁体的充磁方向垂直于纸面。所述的两自由度直线电机的第三永磁体阵列23也是在一块长方形薄轭铁上粘接一组采用长方体稀土永磁体排列而成的平面halbach型永磁阵列，第三永磁体阵列23中充磁方向与阵列方向平行的永磁体的体积也小于充磁方向与阵列方向垂直的永磁体，如图9所示。精动台为六自由度微动工作台，包含精动台台体1、洛伦兹电机和精动台重力补偿组件；所述的洛伦兹电机包含三种洛伦兹电机，每种洛伦兹电机对称分布在精动台台体I沿Y轴方向的两侧面，其中，第 一种洛伦兹电机的驱动方向为沿X轴方向，关于X轴对称布置，每侧至少两个，驱动精动台台体I沿X方向和绕Z轴旋转方向运动；第二种洛伦兹电机的驱动方向沿Y轴方向并通过精动台质心，每侧至少一个，驱动精动台台体I沿Y方向运动；第三种洛伦兹电机的位于精动台台体的四个角上，同时关于X轴对称布置，每侧两个，其驱动方向沿Z轴方向,驱动精动台台体沿Z方向、绕X轴旋转方向和Y轴旋转方向运动，如图2所示。精动台重力补偿组件包含四组精动台重力补偿单元，每一个精动台重力补偿单元由一个精动台重力平衡导磁板31和一个精动台重力平衡永磁体32组成，所述的四组精动台重力补偿单元分布在精动台台体I的四个角上，其中所有的精动台重力平衡导磁板31固定在粗动台台体2上,所有的精动台重力平衡永磁体32固定在精动台台体I上对应的每个精动台重力平衡导磁板31的位置，并与精动台重力平衡导磁板具有一定的间隙，精动台台体I为薄壁壳体，由碳化硅陶瓷材料制成；本发明所述的掩膜台系统，其工作阶段分为启动阶段、正常工作阶段和停止阶段，共三个阶段。启动阶段的工作原理如下:在系统上电启动之前，重力平衡装置的吸引力小于掩膜台粗动台及精动台的重力，掩膜台停止在略高于第二永磁阵列22上表面的光刻机机架上的固定工位上。系统上电启动后，4个两自由度直线电机提供Z方向向上的推力，推动粗动台动子部分向上运动到工作位置，然后在掩膜台工作过程中一方面调节粗动台动子部分沿Z轴方向的位置，及绕X轴方向的转动和绕Y方向的转动这两个自由度的姿态，另一方面配合重力平衡装置平衡粗动台动子部分也即掩膜台及其附属物的重力，使粗动台动子部分及精动台始终处于悬浮状态。与此同时，4个两自由度直线电机提供Y方向的推力，调整粗动台动子部分及精动台沿Y轴的平动和绕Z轴的转动两个自由度的姿态，使粗动台动子部分及精动台达到工作所要求的位置和姿态，并在整个工作过程中实时调节前述五个自由度，满足系统对这五个自由度的定位要求。然后，2个X方向直线电机采用双边驱动方式，驱动粗动台动子部分也即粗动台动子部分及精动台沿X方向进行加、减速和匀速往复运动，达到系统要求的工作速度，完成启动阶段的工作。此后，系统进入正常工作阶段，驱动装置在X方向直线电机工作区域内对粗动台动子部分及精动台的速度和姿态进行微调，满足系统对其的速度和位置的要求，同时补偿系统的能量耗散。当粗动台动子部分及精动台运动到+X方向行程的末段，X方向直线电机减速工作至停止，然后又反向加速，使粗动台动子部分及精动台向-X方向运动至该行程的末段，X方向直线电机减速工作至停止，如此往复循环。在停止阶段，当粗动台动子部分及精动台低速运动静止工位上方，然后所有驱动装置配合减速停放在静止工位上。本发明所述的掩膜台系统采用磁悬浮支承，不需要气浮系统，简化了系统结构，避免了气浮引入的振动和噪声，而且可以满足极紫外光刻所需的高真空度环境。另一方面，与传统的粗精动叠层结构相比，本发明所述的掩膜台系统提供了一种具有六自由度运动功能的粗动台结构，既保证了扫描运动的推力和提高了运动精度，又降低了粗动台的高精度装配要求，在不改变运动精度的条件下，大大简化了零部件设计和制造的精度要求，提高了光刻机的生产率、套刻精度和分辨率。
权利要求
1.带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，该系统包括精动台、粗动台和机架，所述的粗动台含有一个粗动台台体(2)和驱动装置，其特征在于:所述的粗动台台体(2)设置在精动台的外部，将精动台包围在中间；所述的驱动装置包括大行程驱动模块和小行程驱动模块两部分，大行程驱动模块由两组关于X轴方向对称布置在粗动台台体(2 )两侧的X方向直线电机组成，小行程驱动模块由四组同时驱动Y方向和Z方向的两自由度直线电机组成，四组两自由度直线电机两两关于X轴方向对称布置在粗动台台体(2)两侦牝并位于大行程驱动模块下方； 所述的粗动台还包含两个粗动台重力平衡组件，所述的两个粗动台重力平衡组件布置在粗动台台体(2)上方，沿X轴方向对称布置在粗动台台体(2)两侧，每个粗动台重力平衡组件包含一个粗动台重力平衡导磁板(11)和两个粗动台重力平衡永磁体(12)，粗动台重力平衡导磁板(11)与X方向直线电机的永磁体阵列连接在一起，粗动台重力平衡永磁体(12)分别布置在粗动台台体(2)上表面，沿X轴方向的侧边关于Y轴方向对称布置，并与粗动台重力平衡导磁板(11)留有间隙； 所述的掩膜台系统还含有PSD传感器测量系统，所述的PSD传感器测量系统包括四个用于测量精动台与粗动台之间相对位置的PSD传感器组件，所述的该四个PSD传感器组件分别布置在精动台与粗动台台体(2)之间，且分别关于X轴和Y轴对称布置；所述的PSD传感器测量系统还包括四个用于测量粗动台与基座(9)之间相对位置的PSD传感器组件和两个光栅尺组件，四个用于测量粗动台与基座(9)之间相对位置的PSD传感器组件分别布置在粗动台台体(2)沿X轴方向的两个侧面上，且关于Y轴对称布置；所述的两个光栅尺组件(40 )分别布置在两侧的粗动台重力平衡导磁板(11)与粗动台台体(2 )之间。
2.按照权利要求1所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的用于测量精动台与粗动台之间相对位置的四个PSD传感器组件均含有PSD传感器(45)、光纤出光口(46)、45°安装座(47)和激光光源；用于测量精动台与粗动台之间相对位置的四个PSD传感器`(45)分别均布在粗动台台体(2)沿Y方向的两个侧边的内侧，并与该两个侧边的内侧面呈45°夹角放置，光纤出光口(46)安装在45°安装座(47)上，该45°安装座(47)设置在精动台台体(I)上与PSD传感器相对应的位置； 所述的用于测量粗动台与基座之间相对位置的四个PSD传感器组件均含有PSD传感器(45)、光纤出光口(46)、垂直安装座(48)和激光光源；用于测量粗动台与基座之间相对位置的四个PSD传感器布置在粗动台台体(2)沿X方向的两个侧边的外侧，与PSD传感器对应的光纤出光口( 46 )安装在垂直安装座(48 )上，该垂直安装座(48 )设置在基座(9 )上，并与PSD传感器相对应的位置；所述的光栅尺组件包括光栅尺(41)、光栅尺安装架(42)、光栅读数头(43)和光栅读数头支架(44)，所述的光栅尺安装架(42)安装在一侧的粗动台重力平衡导磁板(11)的底部，所述的光栅读数头支架(44)设置在粗动台台体(2)上，使得所述的光栅尺(41)与光栅读数头(43 )安装的位置相对应，且光栅读数头(43 )与光栅尺(41)之间保留测量间隙。
3.按照权利要求1所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述每个X方向直线电机由两组永磁体阵列和一组线圈阵列组成；所述每个两自由度直线电机由一组永磁体阵列和一组线圈阵列组成，且沿X方向同侧的两个两自由度直线电机共用一组永磁体阵列；x方向直线电机的两组永磁体阵列以及两自由度直线电机的四组永磁体阵列都固定在机架上的水平面上；x方向直线电机的两组线圈阵列和两自由度直线电机的四组线圈阵列均分别固定在粗动台台体(2 )上。
4.按照权利要求1或2所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的精动台包含精动台台体(I)、洛伦兹电机和精动台重力补偿组件；所述的洛伦兹电机包含三种洛伦兹电机，每种洛伦兹电机对称分布在精动台台体(I)沿Y轴方向的两侧面，其中，第一种洛伦兹电机的驱动方向为沿X轴方向，关于X轴对称布置，每侧至少两个，驱动精动台台体(I)沿X方向和绕Z轴旋转方向运动；第二种洛伦兹电机的驱动方向沿Y轴方向并通过精动台质心，每侧至少一个，驱动精动台台体(I)沿Y方向运动；第三种洛伦兹电机的位于精动台台体的四个角上，同时关于X轴对称布置，每侧两个，其驱动方向沿Z轴方向，驱动精动台台体沿Z方向、绕X轴旋转方向和Y轴旋转方向运动。
5.按照权利要求4所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的精动台重力补偿组件包含四个精动台重力补偿单元，每一个精动台重力补偿单元由一个精动台重力平衡导磁板(31)和一个精动台重力平衡永磁体(32 )组成，所述的四个精动台重力补偿单元分别分布在精动台台体(I)的四个角上，其中四个精动台重力平衡导磁板(31)分别固定在粗动台台体(2)上；四个精动台重力平衡永磁体(32)分别固定在精动台台体(I)上，且与精动台重力平衡导磁板(31)的位置相对应，同时与精动台重力平衡导磁板之间留有间隙。
6.按照权利要求1所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的粗动台台体(2)为薄壁壳体，由碳化硅陶瓷材料制成。
7.按照权利要求4所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的精动台台体(I)为薄壁壳体，由碳化娃陶瓷材料制成。
8.按照权利要求3所述的带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的两组X方向直线电机的线圈阵列和四组两自由度直线电机的线圈阵列都是由无铁芯矩形线圈组成的一`维阵列；所述X方向直线电机两组永磁体阵列采用一维halbach型永磁阵列,两自由度直线电机的永磁体阵列采用平面halbach型永磁阵列。
全文摘要
带光电位置探测器测量的六自由度粗动台的掩膜台系统，粗动台含有一个粗动台台体、驱动装置和粗动台重力平衡组件，粗动台台体设置在精动台的外部，将精动台包围在中间，实现粗动台的六自由度运动；该掩膜台系统还含有PSD传感器测量系统，该测量系统可测量精动台与粗动台之间相对位置以及测量粗动台与基座之间的相对位置。本发明在调整掩模台姿态的同时既提高了掩模台的速度、加速度和控制带宽，又满足了高运动精度和定位精度的要求，进而提高了光刻机的生产率、套刻精度和分辨率，并且测量精度和测量速度也很高，可适应掩模台的高响应速度、高加速度和高运动定位精度。
文档编号G03F7/20GK103105742SQ20131004828
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者朱煜, 张鸣, 刘召, 杨开明, 徐登峰, 成荣, 刘昊, 张利, 田丽, 叶伟楠, 张金, 尹文生, 穆海华, 胡金春 申请人:清华大学