CN103163738B - 用于补偿照明扫描向刀口驱动反力的装置及光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于补偿照明扫描向刀口驱动反力的装置，包括：主支架（1）、Y方向支架（19）、Y方向刀口驱动装置（b1）、X方向支架（11a）、X方向刀口驱动装置（b2），该X方向刀口驱动装置设置在该X方向支架上，该X方向支架设置在该主支架上，该Y方向刀口驱动装置设置在该Y方向支架上；还包括补偿单元和支撑簧片，该Y方向支架的底部通过该补偿单元设置在该主支架上，该Y方向支架的侧壁通过该支撑簧片与该主支架连接。

Description

用于补偿照明扫描向刀口驱动反力的装置及光刻设备

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造装备技术领域，尤其涉及一种用于补偿照明扫描向刀口驱动反力的装置及光刻设备。

背景技术

光刻设备是一种应用于集成电路制造的装备，利用该装备包括但不限于：集成电路制造光刻装置、液晶面板光刻装置、光掩模刻印装置、MEMS(微电子机械系统)/MOMS(微光机系统)光刻装置、先进封装光刻装置、印刷电路板光刻装置及印刷电路板加工装置等。

光刻是指将一系列掩模版上的芯片图形通过曝光系统依次转印到硅片相应层上的复杂的工艺过程。对承载300mm硅片的光刻机系统来说，当线宽小于100 nm时，整机系统中任何微小振动和干扰都会对系统光刻质量带来影响。因此，需要对光刻机系统内产生的运动反力进行处理，有效减小和消除这些反力对光刻性能的不利影响。

目前广泛采用的是对工件台和掩模台的长行程驱动反力采用平衡质量体方式进行反力抵消。如专利US7034920、US6449030及US6597435中公开的内容所示。

但对于处于内部世界的照明系统，扫描方向的刀口驱动电机的运动反力作为一个干扰源，从目前已有的光刻机产品来看，该刀口驱动反力并未进行任何处理。在前道扫描光刻机中，处于内部世界的照明系统，其扫描方向的刀口驱动电机的运动反力约为2~3N，因照明系统处于光刻机最顶端，距离整机重心最远，在扫描加速段，该运动反力会对内部世界造成干扰，经过初步估算，照明刀口电机驱动反力对光刻机内部框架在水平向造成0.4nm的扰动，在垂向造成0.9nm的扰动，该扰动会对整机套刻精度产生影响。该反力及其产生的扰动对处于65nm以下工艺节点的光刻机来说已经成为不可忽视的误差干扰源。

现有技术急需解决针对照明扫描向刀口驱动电机的运动反力的技术问题，从而有效减小该反力对光刻机系统光刻性能的干扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供一种用于补偿照明扫描向刀口驱动反力的装置及光刻设备，以解决针对照明扫描向刀口驱动电机的运动反力的技术问题。    

为实现上述发明目的，本发明公开一种用于补偿照明扫描向刀口驱动反力的装置，包括：

主支架、Y方向支架、Y方向刀口驱动装置、X方向支架、X方向刀口驱动装置，该X方向刀口驱动装置设置在该X方向支架上，该X方向支架设置在该主支架上，该Y方向刀口驱动装置设置在该Y方向支架上；还包括补偿单元和支撑簧片，该Y方向支架的底部通过该补偿单元设置在该主支架上，该Y方向支架的侧壁通过该支撑簧片与该主支架连接。

更进一步地，该Y方向刀口驱动装置包括至少一气浮滑块、至少一沿Y方向平行气浮导轨；该X方向刀口驱动装置包括至少一气浮滑块、至少一沿X方向平行气浮导轨。

更进一步地，该X方向刀口驱动装置包括至少一X方向驱动杆和X方向驱动电机，该X方向驱动电机包括沿X方向平行的定子和沿X方向驱动杆运动的动子；该Y方向刀口驱动装置包括至少一Y方向驱动杆和Y方向驱动电机，该Y方向驱动电机包括沿Y方向平行的定子和沿Y方向驱动杆运动的动子。还包括沿X方向平行的光栅尺以及沿Y方向平行的光栅尺。该沿X方向平行的光栅尺位于该X方向支架上，该沿Y方向平行的光栅尺位于该主支架上。该支撑弹簧有两组。该支撑弹簧的柔性行程为+/-1mm。该补偿单元是一音圈电机位置补偿单元。该音圈电机位置补偿单元包括永磁铁、线圈、磁铁、定子基座和动子基座。

本发明同时公开一种光刻设备，包括：光源及照明模块，用于提供一光束使掩模图形照射到基底上；运动台，用于提供基底的移动；该光源及照明模块包括如上文所述的装置。

本发明针对处于内部世界的照明系统其扫描向刀口驱动电机的运动反力，给出一种有效减小和消除该驱动反力的一种装置。该装置采用了平衡质量体、簧片、磁预载与音圈电机补偿相结合的运动反力抵消与补偿技术。与该反力未经任何处理的光刻机系统相比，该装置有效减小了刀口扫描向反力对光刻机曝光系统性能的影响。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所涉及的光刻设备的结构示意图；

图2是本发明所涉及的补偿照明扫描向刀口驱动反力的装置的结构示意图；

图3是本发明所使用的音圈电机位置补偿单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明公开一种用于补偿照明扫描向刀口驱动反力的装置，包括：X方向及Y方向刀口驱动装置；用于消除X方向反作用力的第一补偿单元；用于消除Y方向反作用力的第二补偿单元；支撑单元，包括相互垂直的X方向支架与Y方向支架；该第一补偿单元与该X方向支架连接；该第二补偿单元通过至少一个柔性件与该Y方向支架连接，并通过一阻尼单元与该X方向支架连接。

如图1所示，图1是本发明所涉及的光刻设备的结构示意图。一种光刻机，其主体部分主要由基础框架31、内部框架32、照明37、掩模台38、投影物镜39、工件台311、主动减振器312组成。照明37、掩模台38、投影物镜39、工件台311、测量系统（工件台激光干涉仪33、掩模台激光干涉仪34、工件台垂向测量系统310）分别安装在内部框架32上。内部框架32及安装其上的组件由一套主动减振器312支撑，主动减振器312安装在基础框架31上。其中安装在主动减振器312以上的部分统称为内部世界，照明37位于内部世界中。

照明刀口模块36位于照明37的内部，光刻时用于调整并以一定速度扫描曝光视场，照明刀口模块36的扫描向刀口驱动会产生运动反力Fy，该反力会直接作用在内部世界中，对处于内部世界的投影物镜39和测量系统（工件台激光干涉仪33、掩模台激光干涉仪34、工件台垂向测量系统310）产生影响和干扰，进而影响成像质量和套刻精度。本发明设置一补偿照明扫描向刀口驱动的装置313，用于减少甚至消除运动反力Fy。

如该补偿照明扫描向刀口驱动的装置313的详细介绍请参见图2。图2是本发明所涉及的补偿照明扫描向刀口驱动的装置的结构示意图。

该装置具体包括y扫描向刀口驱动单元b1和x扫描向刀口驱动单元b2，并分别固定安装在照明刀口安装支架1上，图2中的y向为重力方向。

其中：y扫描向刀口驱动补偿单元b1由y扫描向光栅尺2、y扫描向刀口第一驱动电机动子3a、y扫描向刀口第二驱动电机动子3b、y扫描向驱动电机定子4、y扫描向刀口第一电机驱动杆5a、y扫描向刀口第二电机驱动杆5b、第一支撑簧片6a、第二支撑簧片6b、音圈电机位置补偿机构7、1y扫描向第一刀口4a、y扫描向第二刀口14b、y扫描向刀口第一气浮滑块17a、y扫描向刀口第二气浮滑块17b、y向气浮导轨18、y向刀口驱动装置安装座19安装组成。两组y扫描向刀口通过第一刀口电机驱动杆5a及第二刀口电机驱动杆5b固装在第一气浮滑块17a及第二气浮滑块17b上，第一气浮滑块17a及第二气浮滑块17b通过气浮可以在气浮导轨18上沿y向自由移动。第一电机驱动杆5a及第二电机驱动杆5b另一端分别与第一驱动电机的动子3a及第二驱动电机的动子3b相连，第一驱动电机的动子3a及第二驱动电机的动子3b与定子4 通过电磁作用运动，y向扫描向光栅尺2会记录第一驱动电机的动子3a及第二驱动电机的动子3b的运动位置，y向扫描向光栅尺2安装在照明刀口安装支架1上。气浮导轨18和y向驱动电机定子4共同安装在y向刀口驱动装置安装座19上，安装座19通过第一支撑簧片6a及第二支撑簧6b安装在照明刀口安装支架1上，并通过音圈电机位置补偿机构7进行位置调整和补偿控制。

在本实施例的介绍中用了两组驱动电机、气浮滑块及支撑簧片等对本发明作示意性所示，但是本领域技术人员应该知道上述介绍仅为较佳实施方式，在实际工程使用中，可以采用一组或多组驱动电机、气浮滑块及支撑簧片同样能实现本发明。

第一支撑簧片6a及第二支撑簧6b在y向具有柔性刚度很小，柔性行程在+/-1mm；x向刚度大，不变形。

音圈电机位置补偿机构7的详细结构示意图如图3所示。该具体音圈电机位置补偿机构由第一永磁铁21、音圈电机磁铁部分22、音圈电机定子基座23、音圈电机线圈部分24、第二永磁铁25、音圈电机动子基座组成26，具体位置与连接关系可参见图3。音圈电机位置补偿机构7安装在y扫描向刀口驱动补偿单元b1与照明刀口安装支架1之间，对y扫描向刀口驱动补偿单元b1进行位置调整和补偿控制。y扫描向刀口驱动单元b1的垂向静态重量由第一永磁铁21及第二永磁铁25间的斥力提供支撑，并通过调整音圈电机定子基座23在照明刀口安装支架1上的安装高度，使第一支撑簧片6a及第二支撑簧6b的y向柔性变形量为零，并使第一永磁铁21和第二永磁铁25之间的磁浮间隙控制在3~4mm。当第一永磁铁21和第二永磁铁25之间的间隙增大时，音圈电机线圈部分24就沿Y向向下运动来进行补偿；当第一永磁铁21和第二永磁铁25之间的间隙减小时，音圈电机线圈部分24就沿Y向向上运动来进行补偿。音圈电机20类似一个主动阻尼器，用于衰减反力引起的y扫描向刀口驱动补偿单元b1的垂向位移，并用于动态调整和补偿扫描向刀口驱动补偿单元b1的垂向位置。

x扫描向刀口驱动补偿单元b2由x向光栅尺8、x向刀口第一驱动电机动子10a、x向刀口第二驱动电机动子10b、x向驱动电机定子11b、x向刀口第一电机驱动杆9a、x向刀口第二电机驱动杆9b、x向第一刀口15a、x向第二刀口15b、x向刀口第一气浮滑块12a、x向刀口第二气浮滑块12b、x向气浮导轨13组成。其中，两组x向刀口通过x向刀口第一电机驱动杆9a及x向刀口第二电机驱动杆9b固装在第一气浮滑块12a及第二气浮滑块12b上。第一气浮滑块12a及第二气浮滑块12b通过气浮可以在气浮导轨12上沿x向自由移动。x向刀口第一电机驱动杆9a及x向刀口第二电机驱动杆9b另一端分别与x向刀口第一驱动电机动子10a 及x向刀口第二驱动电机动子10b相连。x向刀口第一驱动电机动子10a 及x向刀口第二驱动电机动子10b与定子11b通过电磁作用运动，x向光栅尺8会记录x向刀口第一驱动电机动子10a 及x向刀口第二驱动电机动子10b的运动位置，x向光栅尺8安装在x向刀口驱动装置安装座11a上。气浮导轨13和x向驱动电机定子11b分别安装在x向刀口驱动装置安装座11a上。

同样地，在本实施例的介绍中用了两组驱动电机、气浮滑块及支撑簧片等对本发明作示意性所示，但是本领域技术人员应该知道上述介绍仅为较佳实施方式，在实际工程使用中，可以采用一组或多组驱动电机、气浮滑块及支撑簧片同样能实现本发明。

因为x向第一刀口15a、x向第二刀口15b只是离现调整并锁紧，系统扫描时不作运动，其电机驱动反力不作处理，因此将x向刀口驱动装置安装座11a直接固连在安装在照明刀口安装支架1上。

本发明针对处于内部世界的照明系统其扫描向刀口驱动电机的运动反力，给出一种有效减小和消除该驱动反力的一种装置。该装置采用了簧片、磁预载与音圈电机补偿相结合的运动反力抵消与补偿技术。与该反力未经任何处理的光刻机系统相比，该装置有效减小了刀口扫描向反力对光刻机曝光系统性能的影响。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (8)

1. 一种用于补偿照明扫描向刀口驱动反力的装置，包括：

主支架、Y方向支架、Y方向刀口驱动装置、X方向支架、X方向刀口驱动装置，所述X方向刀口驱动装置设置在所述X方向支架上，所述X方向支架设置在所述主支架上，所述Y方向刀口驱动装置设置在所述Y方向支架上；还包括补偿单元和支撑簧片，所述Y方向支架的底部通过所述补偿单元设置在所述主支架上，所述Y方向支架的侧壁通过所述支撑簧片与所述主支架连接，所述补偿单元是一音圈电机位置补偿单元，所述音圈电机位置补偿单元包括：永磁铁、线圈、磁铁、定子基座和动子基座，其特征在于，

所述永磁铁包括第一永磁铁和第二永磁铁；所述线圈为音圈电机线圈部分；所述磁铁为音圈电机磁铁部分；所述定子基座为音圈电机定子基座；所述动子基座为音圈电机动子基座组成；所述音圈电机类似一个主动阻尼器，用于衰减反力引起的y扫描向刀口驱动补偿单元的垂向位移，并用于动态调整和补偿所述扫描向刀口驱动补偿单元的垂向位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述Y方向刀口驱动装置包括至少一气浮滑块、至少一沿Y方向平行气浮导轨；所述X方向刀口驱动装置包括至少一气浮滑块、至少一沿X方向平行气浮导轨。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述X方向刀口驱动装置包括至少一X方向驱动杆和X方向驱动电机，所述X方向驱动电机包括沿X方向平行的定子和沿X方向驱动杆运动的动子；所述Y方向刀口驱动装置包括至少一Y方向驱动杆和Y方向驱动电机，所述Y方向驱动电机包括沿Y方向平行的定子和沿Y方向驱动杆运动的动子。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括沿X方向平行的光栅尺以及沿Y方向平行的光栅尺。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述沿X方向平行的光栅尺位于所述X方向支架上，所述沿Y方向平行的光栅尺位于所述主支架上。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑簧片有两组。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述支撑簧片的柔性行程为+/-1mm。

8.一种光刻设备，包括：

光源及照明模块，用于提供一光束使掩模图形照射到基底上；

运动台，用于提供基底的移动；

 其特征在于，所述光源及照明模块包括一如权利要求1至7任一项所述的装置。