[发明专利]一种带激光干涉仪测量的粗精动叠层工作台

说明书

技术领域

本发明涉及一种精动台，尤其涉及一种六自由度精动台，主要应用于半导体光刻设备中，属于超精密加工和检测设备技术领域。

背景技术

具有高精度和快速响应的精动台在现代制造技术中具有极其重要的地位，被视为一个国家高技术发展水平的重要标志。在超精密机床中，超精密精动台用于对进给系统进行误差补偿，实现超精密加工；在大规模集成电路制造中，超精密精动台用于光刻设备中进行微定位和微进给；在扫描探针显微镜中，超精密精动台用于测量样品表面形貌，进行纳米加工；在生物工程方面，超精密精动台用于完成对细胞的操作，实现生物操作工程化；在医疗科学方面，超精密精动台用于显微外科手术，以便减轻医生负担，缩短手术时间，提高成功率。超精密精动台还被广泛应用于光纤对接，MEMS系统加工、封装及装配，以及电化学加工等领域中。

在半导体光刻设备中，光刻机硅片台和掩模台大多采用粗精叠层结构，包含一个超精密精动台。该微动台叠加于粗动台之上，用于对粗动台进行精度补偿。精动台定位精度决定了光刻机的曝光精度，运动速度决定了光刻机的生产效率。因此，美国、日本、欧洲等发达国家均把超精密精动台技术视为光刻机核心技术之一，对我国相关产品进行严格的进口限制。

概括目前国内外纳米级精动台研究现状，超精密微动台通常有三类，伺服电机通过滚珠丝杠传动/直线导轨支撑精动台，压电陶瓷驱动/柔性铰链支撑导向精动台，以及音圈电机或变磁阻电机驱动/气浮或磁浮支撑精动台。

前两种微动台由于支撑系统的摩擦阻尼非线性等因素影响，均无法满足光刻设备高速度、大负载、高动态特性的要求。采用音圈电机/气浮支撑的微动台可以满足光刻设备的要求，但存在结构整体性差、台体较厚和质心高等不足，其性能受到一定局限。

清华大学在2007年6月29日申请了一种6自由度精动台（申请号：200710118130.5），提供了一种应用于光刻机硅片台中的六自由度精动台，采用无摩擦阻尼的音圈电机作为驱动结构，虽然大大提高了定位精度，但是该结构体积大，结构不紧凑，不能很好地适应双台交换系统的需要。

发明内容

本发明旨在提供一种可应用于光刻机硅片台中的粗精动叠层工作台，使其具有结构简单、紧凑、质心驱动和微动台动子惯量小等特点。

本发明的技术方案如下：

本发明所述的一种带激光干涉仪测量的粗精动叠层工作台，含有一个精动台和一个粗动台，其特征在于：所述的叠层工作台还包含一个平衡块、四个隔震器和测量机架；所述的粗动台含有一个粗动台骨架、四个动铁式电磁力驱动模块和四个气浮轴承；所述的精动台设置在粗动台骨架的中间位置，精动台定子骨架与粗动台骨架连接在一起，所述的四个气浮轴承设置在粗动台骨架的四角，并与平衡块上表面形成气膜，支撑粗动台动子部分沿平衡块上表面运动；平衡块的下方四个角上布置四个隔震器；其中两个动铁式电磁力驱动模块沿X轴方向布置在粗动台的中心线上，并关于Y轴对称布置，另外两个动铁式电磁力驱动模块沿Y轴方向布置在粗动台的中心线上，并关于X轴对称布置；每一个动铁式电磁力驱动模块包括永磁体组件和长线圈组件两部分，永磁体组件由主永磁体、附永磁体以及永磁体骨架组成，主永磁体与附永磁体以Halbach阵列形式粘接固定于永磁体骨架的表面上，相邻的主永磁体与附永磁体的磁场方向相互垂直，在各永磁体之间形成封闭磁路，该永磁体组件通过永磁体骨架固定在粗动台骨架的底面，并沿粗动台骨架的边缘方向放置；每一个长线圈组件由至少三个加长矩形线圈并排水平放置在平衡块的深槽中，且长线圈组件与对应永磁体组件留有间隙；

所述的粗精动叠层工作台还含有一套激光干涉仪测量组件，该激光干涉仪测量组件含有两个激光头、三个多轴干涉仪、一个分光镜和两个干涉仪安装座；所述的激光干涉仪测量组件的全部零件都安装在所述的测量机架上，多轴干涉仪是通过干涉仪安装座安装在测量机架上，其中第一多轴干涉仪和第二多轴干涉仪分别布置在精动台的上方，第一多轴干涉仪和第二多轴干涉仪的测量方向分别沿X方向和Y方向放置，使用分光镜将第一激光头的激光光源平均分配给这两个多轴干涉仪，所述的第一多轴干涉仪和第二多轴干涉仪使用承片台侧面的反射镜面作为干涉仪的反射镜，测量精动台动子部分相对于测量机架的沿X方向、Y方向的位移和绕X轴方向、Y轴方向和Z轴方向的旋转角度；第三多轴干涉仪布置在平衡块底部下方，由第二激光头提供激光光源，该多轴干涉仪的测量方向沿Z轴方向向上，所述的第三多轴干涉仪使用精动台动子骨架底面的反射镜面作为干涉仪的反射镜，测量精动台定子部分相对于机架的沿Z方向的位移。