一种平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台的制作方法
【专利摘要】一种平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台，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。
【专利说明】-种平面电动机驱动的磁悬淳粗微动一体掩模台
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台，尤其涉及动铁式平 面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台，主要应用于半导体制造【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 过去的几十年中，半导体工业的发展一直受到摩尔定律的驱动。即当价格不变时， 集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这要 求芯片的特征尺寸越来越小。从技术的角度看，随着硅片上线路密度的增加，其复杂性和差 错率也将呈指数增长，要求新一代光刻机的精度越来越高。
[0003] 缩小光源波长、减小工艺因子和增大光学元件的数值孔径可以提高光刻机的分别 率。工艺因子和光学系统的数值孔径的变化范围很小，降低光源波长可以更大程度提高光 刻机的分辨率，提高光刻机的精度。光刻机中光光源波长从365nm的紫外（UV)光发展到 248nm和193nm的深紫外（DUV)光，每一阶段都提高了光刻机的分辨率。下一代的光刻机将 使用13. 5nm波长的极紫外（EUV)光作为光源。
[0004] 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。
[0005] EUV光子会被气体所吸收，必须在真空腔室中对硅片进行曝光。温度的变化会引起 光源波长的变化，影响精度。最小化系统功耗以保证稳定的环境温度，所有用于真空的元件 必须采用放气最少的材料。磁悬浮掩模台是解决功耗和真空需求的最佳方案。磁悬浮支承 具有以下优点：温升小，极高速下无摩擦、磨损，极低速时无爬行，运动精度高，振动小，无污 染。
[0006] 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"加速一匀速一减速"运动，其他自由度微动 (±2_)。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。
[0007] 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磁悬浮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坚直方向推力；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，进而影响控制精度。
【发明内容】
[0008] 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。
[0009] 本发明的技术方案如下：
[0010] 本发明提供一种平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台，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顶面的永磁体阵列，动铁式平面电动机定子为安装在平 衡质量上的线圈阵列。
[0011] 本发明所述的平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台，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。
[0012] 本发明所述的磁悬浮粗微动一体掩模台，其驱动动铁式平面电动机动子永磁体阵 列排布形式为二维Halbach阵列；动铁式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X方向排布。
[0013] 本发明所述的磁悬浮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的底部。
[0014] 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：（1)本发明所述的 磁悬浮粗微动一体掩模台，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，降低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。（2)磁 悬浮的重力补偿结构可以降低系统工作时的功耗，降低系统发热对于环境及测量系统的影 响，提高控制精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本发明平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台结构的等轴测图。
[0016] 图2是本发明平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台结构的正视图。
[0017] 图3是本发明动铁式平面电动机动子永磁体阵列排布示意图。
[0018] 图4是本发明动铁式平面电动机定子线圈阵列排布示意图。
[0019] 图5a是本发明平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台动台结构俯视图。
[0020] 图5b是图5a中A-A面的剖视图。
[0021] 图中：
[0022] 100-粗微动一体掩模台动台；101-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；400-磁悬浮结构；401-磁 悬浮结构动子；402-磁悬浮结构定子；500-隔振系统。
【具体实施方式】
[0023] 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。
[0024] 图1和图2分别是本发明提供的平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台结构 的等轴测图和正视图。该平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台包括粗微动一体掩模 台动台1〇〇、平衡质量200、粗微动一体掩模台动台的驱动电动机、掩模板101、基座001、隔 振系统500及测量系统；隔振系统500位于平衡质量200与基座001之间，掩模板101安装 在粗微动一体掩模台动台100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顶面的永磁 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1〇〇的六自由度运动（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顶面的动铁式平面电动机300 (永磁体阵 列）驱动。
[0025] 本发明提供的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400,由磁悬浮结构400提供的垂向力补偿粗微动一体掩模台动台重力。所述的 磁悬浮结构动子401安装在粗微动一体掩模台动台上，磁悬浮结构定子402安装在平衡质 量上：磁悬浮结构定子402布置在粗微动一体掩模台动台100上方时，其为粗微动一体掩模 台动台100提供坚直向上的引力；磁悬浮结构定子402布置在粗微动一体掩模台动台100 下方时，其提供坚直向上的斥力；磁悬浮结构定子402布置在粗微动一体掩模台动台100 上、下两侧时，其提供的合力方向坚直向上。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 图5a是本发明平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台动台100结构俯视图， 图5b是图5a中A-A面的剖视图。该粗微动一体掩模台100采用反射式掩模板101，粗微动 一体掩模台动台1〇〇为实心式结构，掩模板101布置位置为粗微动一体掩模台动台1〇〇底 部。
【权利要求】
1. 一种平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台，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（101)、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顶面的永磁体阵 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磁悬浮粗微动一体掩模台，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 (400)，所述的磁悬浮结构动子（401)安装在粗微动一体掩模台动台上，磁悬浮结构定子 (402)安装在平衡质量上。
3. 根据权利要求1或2所述的一种平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台，其特 征在于：动铁式平面电动机动子的永磁体阵列排布形式为二维Halbach阵列；动铁式平面 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X方向排布。
4. 根据权利要求1所述的一种平面电动机驱动的磁悬浮粗微动一体掩模台，其特征在 于：所述的粗微动一体掩模台的掩模板为反射式掩模板，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的底部。
【文档编号】G03F7/20GK104122759SQ201410174870
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】张鸣, 朱煜, 支凡, 成荣, 杨开明, 刘召, 张利, 秦慧超, 赵彦坡, 田丽, 叶伟楠, 张金, 尹文生, 穆海华, 胡金春 申请人:清华大学, 北京华卓精科科技有限公司