专利名称：一种光刻机硅片台的主动驱动线缆台的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体光刻设备领域，且特别涉及一种光刻机硅片台的主动驱动线缆台。
背景技术：
在半导体光刻设备中，硅片台和掩模台等精密工件台运动系统是极其重要的关键部件，其定位精度直接影响光刻设备的性能，其运行速度直接影响光刻设备的生产效率。随着超大规模集成电路器件集成度的不断提高，光刻分辨率的不断增强，对光刻机的特征线宽指标要求也在不断提升，对应的工件台的运行速度、加速度以及精度要求也不断提高。光刻机工件台系统典型的结构形式为粗、微动相结合的结构，由于平面电机具有出力密度高，高速度、高可靠性等特点，并且易于将其集成到被控对象中，具有响应速度快、控制灵敏度高、机械结构简单等优点，目前已经被应用于半导体光刻设备中，实现硅片台的长行程粗动。但由于采用平面电机来实现长行程粗动的硅片台无X、Y向导轨，而用于给硅片台配套的各种通信线缆、功率线缆以及气管、水管等管线设施需要跟随硅片台在XY平面内运动，因此需要设置线缆支撑导向装置。常见的硅片台线缆设施是被动跟随硅片台在XY平面内运动，在娃片台进行高速运动和纳米级精确定位时，拖动的管线设施对娃片台产生的扰动将不可忽略。现有技术公布了一种采用平面电机驱动硅片台实现长行程粗动的工件台系统，其线缆支撑导向装置包括一组通过一个转动副连接在一起的V型连杆组件，连杆组件的一端通过转动副安装在X向滑台上，另一端通过转动副安装在硅片台上，硅片台线缆设施从滑台沿连杆组件传送到娃片台上，并与连杆组件一起在Y向被动跟随娃片台运动。该方案管线设施在垂向有支撑，避免了 下垂与工作台面摩擦，但在Y向被动跟随硅片台运动，会影响娃片台运动定位精度。另一现有技术公布了一种采用多关节机械手的光刻机硅片台的线缆台，该线缆台包含一个控制装置和至少一个多关节机械手，硅片台管线设施通过多关节机械手走到硅片台上，通过控制各关节驱动器的转角来保证管线设施主动跟随硅片台在XY平面内运动，避免了管线设施对硅片台运动定位精度的影响，但该线缆台结构复杂，机械手关节数较多导致使用的驱动器数量较多，同时冗余自由度机械手控制系统设计比较复杂，开发成本相对较闻。
发明内容
本发明提出一种光刻机硅片台的主动驱动线缆台，实现对线缆台的主动控制和线缆台对硅片台在X-Y平面的跟随运动。为达上述目的，本发明提出一种光刻机硅片台的主动驱动线缆台，包括Y向滑台、Y向导轨和交叉伸缩连杆机构，Y向滑台通过气浮轴承设置在Y向导轨上，Y向滑台由滑台电机驱动在Y向与硅片台保持同步运动，线缆设施经由所述Y向滑台沿交叉伸缩连杆机构输送到硅片台上，交叉伸缩连杆机构包括交叉伸缩连杆和驱动器，交叉伸缩连杆一端连接所述Y向滑台，另一端通过线缆设施连接于硅片台，驱动器用于驱动交叉伸缩连杆沿X向运动，从而带动线缆设施沿X向运动。进一步，所述交叉伸缩连杆包括八根杆件，所述八根杆件两两交叉形成四个交点与三个平行四边形，靠近所述Y向滑台的两个交点分别固定于Y向滑台的两点，靠近所述硅片台的交点悬空，且通过线缆设施连接所述硅片台。进一步,Y向滑台上设置有第一支承座和第二支承座,第一支承座和第二支承座之间设置有丝杠，丝杠螺母通过丝杠螺母副安装在丝杠上，四个交点中靠近所述Y向滑台的两个交点分别固定于Y向滑台的上述第一支承座和上述第二支承座，所述驱动器为旋转电机，旋转电机的电机轴通过联轴器与丝杠的一端相固联。进一步，所述旋转电机的电机轴上设置有旋转编码器或者圆光栅，用来测量和控制电机转角。进一步，所述交叉伸缩连杆的八根杆件之间均通过转动副相连接。进一步，所述交叉伸缩连杆各杆件的侧面设置有用于线缆设施走线的线缆卡扣。进一步，所述四个交点中靠近硅片台的交点连接传感器支架，传感器支架上设置有两个位移传感器，用来测量交叉伸缩连杆机构相对于硅片台X向位移以及硅片台Rz轴向的角位移。进一步，所述交叉伸缩连杆为悬臂结构，每根杆件选用铝合金、镁合金、钛合金、碳纤维、陶瓷或者其他无磁性材料来加工制造。进一步，所述交叉伸缩连杆和硅片台之间通过所述线缆设施的线缆柔性连接。进一步，所述硅片台为平面气浮单硅片台、平面气浮多硅片台、平面磁浮单硅片台或者平面磁浮多硅片台。进一步，所述线缆设施包括通信线缆、功率线缆、气管、水管。综上所述，本发明针对采用平面电机来实现硅片台长行程粗动的工件台运动系统，提出了一种主动驱动线缆台结构，每个硅片台对应有一个独立的线缆台，该线缆台结构简单，能够驱动硅片台线缆设施在XY平面内主动跟随硅片台运动，保证线缆设施在X向的伸缩不会将扰动传递到硅片台。本发明预计产生的效益可以归纳为如下几点:1.本发明提出的光刻机硅片台线缆台，可以有效支撑并驱动硅片台线缆设施同步跟随硅片台的步进扫描运动，保证线缆设施运动过程中产生的扰动不会传递到硅片台，进而提闻娃片台的运动定位精度；2.线缆台上的交叉伸缩连杆机构仅包含单驱动器，机械结构及控制算法相对简单，针对不同的光刻机工件台系统，可以根据硅片台在X向的极限行程以及布置在其上的线缆设施的最小打弯半径来灵活选取平行四边形边长和平行四边形连杆机构的组数组成新的线缆台，结构简单，可扩展性好。3.针对双工件台系统，该线缆台装置可以在工件台激光干涉仪测量不到的区域如两工件台处于双台 交换位、上下片位等位置时，或者在工件台激光干涉仪初始化之前，代替激光干涉仪来测量硅片台在XY平面内的位置。
图1所示为本发明实施例1的光刻机硅片台的主动驱动线缆台结构示意图。图2所示为实施例1中交叉伸缩连杆机构安装于丝杠螺母的示意图。图3所示为实施例1中的交叉伸缩连杆机构的示意图。图4所示为实施例1中的光刻机硅片台的主动驱动线缆台的运动控制系统方块图。图5所示为本发明实施例2的光刻机硅片台的主动驱动线缆台结构示意图。图6所示为本发明实施例3的光刻机硅片台的主动驱动线缆台结构示意图。
具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
本发明提出的一种应用于光刻机的采用交叉伸缩连杆机构的硅片台线缆台，尤其适用于采用平面电机来实现硅片台长行程粗动的工件台运动系统，对采用传统的H型架构的双工件系统也适用。图1所示为本发明实施例1的光刻机硅片台的主动驱动线缆台结构示意图。图2所示为实施例1中交叉伸缩连杆机构的安装于丝杠螺母的示意图；图3所示为实施例1中的交叉伸缩连杆机构示意图。请同时参考图1至图3，光刻机硅片台的主动驱动线缆台CSl包括Y向滑台1、Y向导轨2和沿X向往复运动的交叉伸缩连杆机构10，Y向滑台I通过气浮轴承设置在Y向导轨2上，Y向滑台I由滑台电机驱动在Y向与硅片台WSTl保持同步运动，硅片台WSTl正常工作时所必须的各种通信线缆、功率线缆、气管、水管等管线设施通过线缆台CSl来输送，即线缆设施经由Y向滑台I沿交叉伸缩连杆机构10输送到硅片台WSTl上。交叉伸缩连杆机构10包括交叉伸缩连杆107和驱动器101，交叉伸缩连杆107 —端连接Y向滑台1，另一端通过线缆设施连接于硅片台WST1，驱动器101用于驱动交叉伸缩连杆沿X向运动，从而带动线缆设施沿X向运动。特别是当娃片台WSl沿X向运动时,交叉伸缩连杆机构10既能够对线缆设施起支撑导向作用，又能够在交叉伸缩连杆机构10的驱动器101的作用下，驱动线缆设施在X向作往复伸缩运动，实现X向线缆的折叠与伸展。此外，交叉伸缩连杆机构末端与硅片台在X向的距离始终保持不变，避免线缆设施在X向的伸缩运动所产生的扰动传递到硅片台。交叉伸缩连杆107包括八根杆件107a_107h，八根杆件两两交叉形成四个交点与三个平行四边形。Y向滑台I上设置有第一支承座103和第二支承座106，第一支承座103和第二支承座106之间设置有丝杠104，丝杠螺母105通过丝杠螺母副安装在丝杠104上。交叉伸缩连杆107靠近Y向滑台I的两个交点A和B分别固定于Y向滑台的两点，靠近硅片台WSTl的交点C悬空，与硅片台WSTl无机械连接并在X向保持一定的间隙。本实施例中，驱动器101为旋转电机，旋转电机101的电机轴通过联轴器102与丝杠104的一端相固联。电机轴上还安装有旋转编码器或者圆光栅，用来测量和控制电机转角。交叉伸缩连杆107采用旋转电机驱动，利用丝杠螺母105将电机101的旋转运动转化为沿X向的直线往复运动，进而带动布置在交叉伸缩连杆机构10上的线缆设施沿X向作往复伸缩运动，结合线缆台上的Y向滑台I在Y向的运动，线缆台可驱动线缆设施在XY平面内主动跟随硅片台WSTl运动，保证线缆设施运动时产生的扰动不会传递到硅片台系统。本实施例中，交叉伸缩连杆107的各杆件之间均通过转动副相连接。进一步，各杆件的侧面设置线缆卡扣108，用于固定输送到硅片台上的各种线缆设施。为了减少功率线缆和信号线缆距离过近时，相互之间产生串扰，功率线缆和信号线缆分两路经线缆卡扣108从Y向滑台沿平行四边形缩放连杆107输送到硅片台上，气管、水管等管路设施也分别由两路Y向滑台沿交叉伸缩连杆107输送到硅片台WSTl上。上述两条走线线路分别是:线路1，Y向滑台一107b-107c-107f-107g —硅片台；线路2，Y向滑台—107a-107d-107e-107h —硅片台。进一步，靠近硅片台WSTl的交点C连接传感器支架110，其上设置有两个平行放置、正对X向用来测量交叉伸缩连杆107相对于硅片台WSTl在X轴向相对位置的位移传感器109a、109b，通过位移传感器109a、109b所测得的位移差值，可以获得硅片台WSTl在Rz轴向的角位移。交叉伸缩连杆机构10的垂向高度小于硅片台WSTl激光干涉仪反射镜在垂向的高度，以保证线缆台跟随硅片台WSTl在XY平面内运动时不会遮挡激光干涉仪的测量光路。本实施例中，交叉伸缩连杆机构10为悬臂结构，每根杆件选用铝合金、镁合金、钛合金、碳纤维、陶瓷或者其他无磁性材料来加工制造。硅片台可以是平面气浮单硅片台、平面气浮多硅片台、平面磁浮单硅片台或者平面磁浮多硅片台。线缆设施包括通信线缆、功率线缆、气管、水管。采用交叉伸缩连杆机·构的光刻机硅片台线缆台的运动控制采用闭环反馈控制，其反馈控制系统方块图如图4所示:设置在交叉伸缩连杆机构10末端上的一组位移传感器109a、109b用于测量缩放连杆相对硅片台WSTl在X向的距离，当交叉伸缩连杆机构10按照给定的距离与硅片台WSTl作同步运动时，位移传感器109a、109b没有信号输出；当受到扰动，二者之间的距离偏移期望值，位移传感器109a、109b输出与距离偏差成正比的信号，经比较电路比较、放大器放大后传送至控制装置，控制装置控制执行单元旋转电机转动一定角度，驱动被控对象交叉伸缩连杆机构10伸缩一定的位移，以减小交叉缩放连杆相对硅片台WSTl在X向的距离偏差，随着距离偏差的减小，位移传感器109a、109b的输出信号越来越小，距离偏差也随之减少，直到距离回到期望值。为了更好的提高对线缆台的驱动控制精度，在本实施例中将上述闭环反馈控制称为主反馈控制，结合下述的局部反馈控制进行说明。局部反馈控制是调节交叉伸缩连杆机构相对于硅片台Rz轴向的角位移的。参见图4所述，位移传感器109a、109b输出交叉伸缩连杆机构相对于硅片台Rz轴向的角位移，经比较电路比较、放大器放大后传送至控制装置，控制装置控制执行单元旋转电机转动一定角度，以减小交交叉伸缩连杆机构相对于硅片台Rz轴向的角位移，随着角位移偏差的减小，位移传感器109a、109b的输出信号越来越小，角位移偏差也随之减少，直到距离回到期望值，再进行主反馈控制。图5所示为本发明实施例2的光刻机硅片台的主动驱动线缆台结构示意。参见图5，硅片台WSTl、WST2各自对应有一个独立的线缆台CS1、CS2，线缆台CS1、CS2的结构完全相同并与实施例1中的线缆台结构完全一致，线缆台CS1、CS2上的平行四边形交叉伸缩连杆机构末端的两个位移传感器109a、109b可以测得硅片台相对线缆台交叉伸缩连杆机构在X向的相对位移以及硅片台绕Rz轴向的角位移，结合测量线缆台Y向滑移位移的一维光栅尺，该线缆台装置CS1、CS2可以在工件台激光干涉仪测量不到的区域如两硅片台处于双台交换位、上下片位等位置时，或者在工件台激光干涉仪初始化之前，代替激光干涉仪来测量硅片台在XY平面内的位置。图6所示为本发明实施例3的光刻机硅片台的主动驱动线缆台结构示意图。参见图6，该实施例中将实施例1、实施例2中交叉伸缩连杆机构10的驱动器由旋转电机改成了沿X向运动的直线电机，直线电机的定子111设置在Y向滑台I上，动子112设置在X向滑台113上，滑台113则通过垂向悬浮装置设置在Y向滑台I上，实施例1中所述的交叉伸缩连杆机构10通过转动副与X向滑台113相连接，X向滑台113在X轴向的位移采用一维光栅尺来测量，交叉伸缩连杆机构与硅片台间的 平面内相对位置测量采用同实施例1中相同的方式。该实施例结构简单，通过两个在XY平面内正交布置在线缆台滑台上的两个直线电机以及一组平行四边形交叉伸缩连杆机构来支撑并驱动硅片台线缆设施主动跟随硅片台在XY平面内运动，极大减小了硅片台线缆设施伸缩运动时产生的扰动对硅片台运动定位精度的影响。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，包括Y向滑台、Y向导轨和交叉伸缩连杆机构，所述Y向滑台通过气浮轴承设置在所述Y向导轨上，所述Y向滑台由滑台电机驱动在Y向与硅片台保持同步运动，所述线缆设施经由所述Y向滑台沿所述交叉伸缩连杆机构输送到所述硅片台上，交叉伸缩连杆机构包括交叉伸缩连杆和驱动器，所述交叉伸缩连杆一端连接所述Y向滑台，另一端通过线缆设施连接于硅片台，所述驱动器用于驱动所述交叉伸缩连杆沿X向运动，从而带动所述线缆设施沿X向运动。
2.根据权利要求1所述的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，所述交叉伸缩连杆包括八根杆件，所述八根杆件两两交叉形成四个交点与三个平行四边形，靠近所述Y向滑台的两个交点分别固定于Y向滑台的两点，靠近所述硅片台的交点悬空，且通过线缆设施连接所述硅片台。
3.根据权利要求2所述的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，Y向滑台上设置有第一支承座和第二支承座，第一支承座和第二支承座之间设置有丝杠，丝杠螺母通过丝杠螺母副安装在丝杠上，四个交点中靠近所述Y向滑台的两个交点分别固定于Y向滑台的上述第一支承座和上述第二支承座，所述驱动器为旋转电机，旋转电机的电机轴通过联轴器与丝杠的一端相固联。
4.根据权利要求3所述的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，所述旋转电机的电机轴上设置有旋转编码器或者圆光栅，用来测量和控制电机转角。
5.根据权利要求2所述的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，所述交叉伸缩连杆的八根杆件之间均通过转动副相连接。
6.根据权利要求2所述的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，所述交叉伸缩连杆各杆件的侧面设置有用于线缆设施走线的线缆卡扣。
7.根据权利要求2所述的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，所述四个交点中靠近硅片台的交点连接传感器支架，传感器支架上设置有两个位移传感器，用来测量交叉伸缩连杆机构相对于硅片台X向位移以及硅片台Rz轴向的角位移。
8.根据权利要求2所述的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，所述交叉伸缩连杆为悬臂结构，每根杆件选用铝合金、镁合金、钛合金、碳纤维、陶瓷或者其他无磁性材料来加工制造。
9.根据权利要求1所述的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，所述交叉伸缩连杆和硅片台之间通过所述线缆设施的线缆柔性连接。
10.根据权利要求1所述的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，所述硅片台为平面气浮单硅片台、平面气浮多硅片台、平面磁浮单硅片台或者平面磁浮多硅片台。
11.根据权利要求1所述的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，其特征在于，所述线缆设施包括通信线 缆、功率线缆、气管、水管。
全文摘要
本发明提出一种光刻机硅片台的主动驱动线缆台，包括Y向滑台、Y向导轨和交叉伸缩连杆机构，Y向滑台通过气浮轴承设置在Y向导轨上，Y向滑台由滑台电机驱动在Y向与硅片台保持同步运动，线缆设施经由所述Y向滑台沿交叉伸缩连杆机构输送到硅片台上，交叉伸缩连杆机构包括交叉伸缩连杆和驱动器，交叉伸缩连杆一端连接所述Y向滑台，另一端通过线缆设施连接于硅片台，驱动器用于驱动交叉伸缩连杆沿X向运动，从而带动线缆设施沿X向运动。本发明的光刻机硅片台的主动驱动线缆台，实现对线缆台的主动控制和线缆台对硅片台在X-Y平面的跟随运动。
文档编号G03F7/20GK103246168SQ20121002460
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月3日 优先权日2012年2月3日
发明者陈军, 袁志扬, 魏巍, 郭琳 申请人:上海微电子装备有限公司