[发明专利]重力补偿器

说明书

技术领域

本发明涉及一种重力补偿器，特别涉及一种光刻技术中的重力补偿器。

背景技术

近代半导体科技发展迅速，其中光刻技术扮演了重要的角色。光刻技术在半导体的应用上，是将设计好的线路制作成具有特定形状可透光的掩模，利用曝光原理，使光源通过掩模投影至硅晶片上，可曝光显示特定的图案。

随着大规模集成电路器件集成度的不断提高，光刻分辨力的不断增强，对光刻机的特征线宽指标要求也在不断提升。目前，光刻机已经发展成为几个分别减振隔振的独立内部世界与基础框架等其他结构的外部世界的结合体。

以工件台分系统为例，如何使Chuck微动台在曝光过程中免受工件台系统和基础框架振动的干扰至关重要，需要采用行之有效的方案对微动台模块进行减振和隔振。重力补偿器结构就是在此背景下发展起来的新型结构，通过主动减振与被动隔振结合的方式，使工件台的微动台系统形成一个独立的内部系统。

美国专利号为US6473161B2的专利公开了一种环形电机和活塞推杆型的重力补偿器装置。通过恒压室气体压力经活塞推杆传递至微动台，从而维持其静态重力，通过环形电机实时调节微动台的垂向位移。该专利方案对恒压室气压的控制严格，对空气压力传感器的精度要求很高；另外，环形电机的设计制造也是一个技术壁垒。

而另一美国专利号为US6388733B1的专利，通过水平面的三个音圈电机、大理石平台底面的四个气囊被动隔振系统和四个垂向音圈电机将工件台大理石模块隔离成内部世界。该方案中的四个气囊的材料较为特殊，且橡胶气囊容易因为前后压差过大而影响使用寿命。

请参阅图1，其显示现有的层叠式及环套式一体式重力补偿器示意图，如图所示，两类常见的一体式重力补偿器501与其动态位移补偿电机502都是设置为一体的，图中施力点503在叠层式布置中由于电机或空气重力补偿器远离Chuck微动台，可能产生倾覆力矩的因素；而在环套式布置的结构中(如专利US6473161B2)，设计和制造环形电机存在技术壁垒，其中需要高精度高响应速度的气体传感器来检测气腔中的气流状况。

有鉴于此，如何提供一种重力补偿器，来综合解决上述问题已成为业界亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种重力补偿器，能够对微动台进行调平调焦及隔振，且结构简单、容易实现、使用寿命长。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种重力补偿器，用于对光刻设备中的微动台进行调平调焦和隔振，所述重力补偿器从上到下依次包括止推轴承、浮板、导向柱及压缩流体容器，其中，所述压缩流体容器能够充入压缩流体且在Z向具有弹性；所述浮板表面具有高压流体孔；所述导向柱连接在所述浮板与所述压缩流体容器之间以引导运动方向，并能够将所述压缩流体引导至浮板表面的高压流体孔，从而能够在所述浮板与所述止推轴承下端形成流体膜，使得所述止推轴承能够在X/Y方向运动；而所述止推轴承上端与所述微动台下端连接，且具有柔性铰链结构，能够在RX/RY向运动。

其中，所述导向柱外围具有衬套；所述压缩流体容器底部固定至一底座，所述衬套通过连接在底座的支柱支撑；所述导向柱中部外侧面具有高压流体孔，能够引导高压流体并在所述衬套内侧与所述导向柱之间形成流体膜，使得所述导向柱能够在所述衬套的导向下在Z向无摩擦运动；所述高压流体孔上下两侧开有泄压槽，所述衬套内具有高压排流孔，流过所述泄压槽的气体通过该高压排流孔排出，所述泄压槽的垂向槽宽与所述高压排流孔的孔径关系由所述重力补偿器的垂向行程决定。

进一步的，所述压缩流体容器侧面是波纹管结构，所述波纹管结构是金属材料，其中设置有弹簧。所述波纹管结构的上下端分别通过焊接方式连接至法兰，所述法兰内部具有高压流体通道，所述导向柱、浮板的内部也具有高压流体通道，所述浮板表面的高压流体孔的两侧还开有泄压槽。

本发明的重力补偿器，引入侧向浮板和水平浮板解决垂向和水平解耦问题，利用高压流体通路形成高压流体膜，提供无摩擦的解耦技术；采用的波纹管结构不仅可以通过其弹性达到垂向位移跟随作用，且材料普通、结构简单，易于设计和制造，使用寿命长；另外，通过分离式电机驱动，避免了叠层式布置中由于电机或空气重力补偿器远离Chuck微动台而产生倾覆力矩的可能因素，同时另辟蹊径，跨越了环套式布置中设计和制造环形电机的技术壁垒，有效的达到了对Chuck微动台动静位移补偿的功能。分离式电机和重力补偿器分别对微动台实现质心驱动的分布方式，使其可以采用相同的输入输出条件。

附图说明

图1为现有的层叠式及环套式一体式重力补偿器示意图。