[发明专利]一种六自由度磁浮微动台

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造装备技术领域，主要涉及一种六自由度磁浮微动台。

背景技术

光刻机是极大规模集成电路制造中关键的超精密装备，同时也是摩尔定律能够得到持续验证的保证。光刻机的分辨率和套刻精度决定了集成电路芯片的最小线宽，而对最小线宽的不断追求使更高密度的集成电路得以实现。另外，为降低集成电路芯片的生产成本，光刻机的产率也是光刻技术追求的目标。光刻机工件台技术作为光刻机的三大核心技术之一，在很大程度上决定了光刻机的分辨率、套刻精度和产率。

双工件台技术是目前提高光刻机生产效率的主流技术手段，相对于单纯提高工件台的速度和加速度而言，技术难度更低，效果更好。目前的代表产品为荷兰ASML公司基于TwinScan技术即双工件台技术的光刻机。

光刻机中工件台主要分为掩模台和硅片台，掩模台承载光刻掩模板而硅片台则承载硅片运动，为解决硅片和掩模板在高速高加速运动条件下大行程和高精度之间的矛盾，有人提出了宏微结合的驱动技术。即掩模台和硅片台均采用宏动装置承载微动台的复合运动控制模式，利用宏动装置实现微动台的大行程而微动台六自由度超精密控制对其进行补偿，最终实现硅片和掩模板的高速高加速运动条件下实现大行程和高精度运动控制。因此决定光刻机工件台最终定位精度的关键部件是六自由度微动台。

目前光刻机领域运用的超精密微动台主要分为气浮和磁浮支撑两种。磁浮支撑优势在于可运用在真空环境，因此是深紫外和极紫外光刻技术的必然选择。ASML公司的美国专利US 6337484公布了一种六自由度磁浮微动台的结构形式，该装置的Z向气浮采用三个重力补偿器实现，并同时实现了水平和垂直运动解耦，该方案是气浮六自由度微动台的经典结构。清华大学中国专利CN101078889A公布了一种6自由度微动工作台，该装置在水平和垂直方向均采用电磁力直接驱动形式，工作时无机械摩擦和阻尼，同时采用基于洛伦兹原理的电磁驱动方式，即电磁力与输入电流为线性关系，相对于三相交流控制方式，具有控制成熟的优势，但Z向磁浮支撑是由三个沿竖直方向布置的三个电磁驱动单元持续提供电磁力实现，即没有气浮支撑的重力补偿功能，增加了多余的热耗散，这会对光刻机微动台工作的严苛恒温环境产生不利影响，因此有待改进。德克萨斯A&M大学Won-jong Kim所在课题组提出一种六自由度磁浮微动台，该在成果发表在Precision Engineering杂志(2007年31卷4期337-350页)，文章题目为Design and precision construction of novel magnetic-levitation-basedmulti-axis nano-scale positioning systems。该微动台分为Y型和Δ型两种结构，采用激光干涉仪测量水平位移，三个电容传感器测量垂向位移，水平和垂向驱动均采用三个等同的电磁驱动器，且共用三个永磁体，具有结构简单易于控制的优点，但存在驱动力小和行程难以扩展的缺陷。清华大学中国专利CN101807010A公布了一种上述方案的改进型六自由度磁浮微动台，该装置采用十字型结构，十字支架装有一个两自由度致动器，相对Won-jong Kim课题组六自由度微动台方案，驱动力有所增加，且X向和Y向运动时可实现双驱，驱动力过微动台中心，六个驱动器驱动方式相同，易于控制，但仍存在单永磁体带来的磁场分布不均匀的缺陷，扩展行程时带来非线性控制的困难，且磁浮仍采用电磁方式，增加热耗散，在负载质量增大时更为明显，对微动台的恒温环境不利，有待改进。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提出了一种六自由度磁浮微动台。该装置水平和垂向驱动均采用三个驱动器解耦控制，且驱动器动子磁钢均采用上下对称布置方式，具有水平运动磁场均匀易于扩展行程、垂向运动磁场强驱动力大的优势，同时在垂向采用永磁体磁浮方式，重力补偿不产热，有利于微动台保持恒温环境。

本发明的目的是这样实现的：