CN103472681A - 光刻机运动台反力抵消装置及应用其的光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻机运动台反力抵消装置及应用其的光刻机。光刻机运动台反力抵消装置包括反力框架、配重块、阻尼元件以及弹性元件。配重块设置于光刻机运动台电机定子的一端。阻尼元件一端连接于电机定子的一端，另一端连接于反力框架。弹性元件设置于电机定子的两端。电机定子设置在滑块上，滑块设置在运动台大理石之上的固定直线导轨上，滑块带动电机定子沿固定直线导轨做直线运动。当电机定子与滑块、配重块一起在电机驱动反力作用下沿导轨做直线运动时，电机定子将会沿反力方向运动，其动能在配重块与阻尼元件的作用下逐渐衰减。本发明公开的光刻机运动台反力抵消装置缓冲行程小，并可达到衰减运动台反力的效果。

Description

光刻机运动台反力抵消装置及应用其的光刻机

技术领域

本发明涉及一种反力抵消技术，尤其涉及一种光刻机运动台反力抵消装置及应用其的光刻机。

背景技术

光刻是半导体制造过程中一道非常重要的工序，它是将一系列掩模版上的芯片图形通过曝光依次转移到硅片相应层上的工艺过程，被认为是大规模集成电路制造中的核心步骤。半导体制造中一系列复杂而耗时的光刻工艺主要由相应的光刻机来完成。

光刻机中的硅片台主要作用为承载硅片、并携带硅片在投影物镜下完成与掩模台相匹配的曝光运动。当硅片台和掩模台在整机内部框架之内时，两个运动台的运动反力将直接作用于内部框架，从而造成整个内部框架的振动加剧，如果其振动指标超过整机的性能约束将不能进行正常的曝光工作。

美国专利US5844664和US5953105将运动台电机定子放在外部框架，运动台曝光时所产生的反作用力将直接通过与外部框架的连接作用于外部框架，从而减少对光刻机内部框架的冲击影响。然而该种方案对整机框架和运动台的结构设计均提出较高的要求，在一定程度上降低了运动台的模块化设计程度，运动台与整机的集成工艺将比较复杂。

专利WO2008/129762A1给出的工件台结构方案中，将配置在两个方向的长行程驱动电机的定子均放置在光刻机的基础框架上，而其微动台部分则通过一个垂向气力可以在内部框架提供的大理石平台上做无摩擦运动，从而将长行程运动部分和微动台部分放置在相互隔离的两个框架上，减少了对光刻机内部框架的冲击。然而，此种工件台结构较为复杂，并且其垂向高度较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光刻机运动台反力抵消装置及应用其的光刻机，能够解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的光刻机运动台反力抵消装置包括反力框架、配重块、阻尼元件以及弹性元件。反力框架设置于光刻机基础框架上。配重块设置于光刻机运动台电机定子的一端。阻尼元件一端连接于电机定子的一端，另一端连接于反力框架。弹性元件一端连接于电机定子，另一端连接于反力框架。弹性元件设置在电机定子的两端。电机定子设置在滑块上，滑块设置在运动台大理石之上的固定直线导轨上，滑块带动电机定子沿固定直线导轨做直线运动。当电机定子与滑块、配重块一起在电机驱动反力作用下沿固定直线导轨做直线运动时，电机定子与滑块、配重块的动能在配重块与阻尼元件的作用下逐渐衰减，在电机定子停止运动后，电机定子在弹性元件的作用下回复至初始位置。

在本发明的一实施例中，阻尼元件与弹性元件通过反力框架将力传递至基础框架。

在本发明的一实施例中，光刻机运动台反力抵消装置还包括第一位移测量元件与第二位移测量元件。第一位移测量元件位于电子定子与运动台电机动子之间，用于测量电机定子与运动台电机动子之间的相对位移。第二位移测量元件位于电机动子与运动台大理石之间，用于测量电机动子与运动台大理石之间的相对位移。

本发明还提供了一种光刻机，包括基础框架、内部框架、曝光系统、运动台以及前述任一实施例提供的光刻机运动台反力抵消装置。

在本发明的一实施例中，曝光系统和运动台都设置在内部框架内。

在本发明的一实施例中，基础框架与内部框架之间设置有减震器。

本发明提供的光刻机运动台反力抵消装置，通过在电机定子上配置配重块，并配合与反力框架相连接的弹性元件和阻尼元件，达到衰减运动台反力的效果，同时降低了对整机框架和运动台的设计要求。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的光刻机的结构示意图；

图2是本发明一较佳实施例的光刻机运动台反力抵消装置的主视图；

图3是本发明一较佳实施例的光刻机运动台反力抵消装置的俯视图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

图1是本发明一较佳实施例的光刻机的结构示意图。请参考图1。在本实施例中，光刻机包括基础框架1、减震器2以及内部框架3、硅片台4、投影物镜5、掩模台6、光刻机运动台反力抵消装置7、电机动子14（参见图2）以及电机定子15（参见图2）。

在本实施例中，基础框架1可为整个系统提供安装的基础。减震器2设置于基础框架1与内部框架3之间。如此，可隔离来自基础框架1的振动，减少对内部框架3的冲击影响。

在本实施例中，硅片台4、投影物镜5以及用于承载掩模的掩模台6皆可设置于内部框架3上。硅片台4可用于承载硅片并带动硅片相对内部框架3运动，以在投影物镜5下完成与掩模台6相匹配的曝光运动。

在本实施例中，光刻机运动台反力抵消装置7可设置于基础框架1上并连接电机定子15。如此，驱动硅片台4运动的电机定子15所受的驱动反力将直接作用于光刻机运动台反力抵消装置7之上，这样一方面可直接减小反作用力对内部框架3的冲击，另一方面亦可降低减震器2补偿硅片台4运动反力的性能要求，从而可以保证整机内部框架中所有部件处在较小的振动环境中。关于光刻机运动台反力抵消装置7的具体结构可参见图2与图3。

图2是本发明一较佳实施例的光刻机运动台反力抵消装置的主视图。图3是本发明一较佳实施例的光刻机运动台反力抵消装置的俯视图。请参考图2与图3。在本实施例中，光刻机的内部框架3上可进一步设置运动台大理石8，其沿Y向的两侧可分别具有一个X向滑轨17。如此，硅片台4可在电机动子14和电机定子15的相互作用下，在运动台大理石8之上沿两侧的X向滑轨17在X向做无摩擦地扫描或步进运动。

在本实施例中，光刻机运动台反力抵消装置7可包括弹性元件9、导轨10、滑块11、第一位移测量元件12、第二位移测量元件13、阻尼元件16、配重块18以及反力框架19。然而，本发明对此不作任何限制。

在本实施例中，导轨10可沿X向设置于底座的运动台大理石8上，而滑块11则连接电机定子15的底部，并可滑动地设置于导轨10。如此，当硅片台4在电机驱动力作用下沿X向滑轨17在X向运动时，电机定子15及滑块11、配重块18则可在电机驱动反力作用下通过滑块11沿导轨10同时做X向的无摩擦直线运动。在本实施例中，由于电机定子15是通过滑块11和导轨10放置在运动台大理石8之上，因此不会增加硅片台和整机框架之间的接口设计难度，硅片台自身的模块化程度不会降低。然而，本发明对此不作任何限制。

在本实施例中，第一位移测量元件12位于电机动子14与电机定子15之间，第二位移测量元件13位于电机动子14与底座的运动台大理石8之间。当硅片台4在电机驱动力作用下运动时，第一位移测量元件12可用于测量电机定子15与电机动子14之间的相对位移，而第二位移测量元件13可用于测量电机动子14与运动台大理石8之间的相对位移。如此，结合第一位移测量器件12和第二位移测量器件13的位移测量结果，则可以计算得知硅片台4在整机坐标系中的绝对位置。据此，电机驱动软件能够准确地计算出每一个位置上的驱动力大小，从而使电机按照硅片台4在X向所规划的轨迹路线输出合适的驱动力。然而，本发明对此不作任何限制。

在本实施例中，配重块18设置于电机定子15上，用以增加沿导轨10运动部件的质量，从而增加滑块11与导轨10之间的摩擦阻力。在此，配重块18可设置于电机定子15的一端。然而，本发明对此不作任何限制。在其他实施例中，配重块18可设置于电机定子15的任意位置。

在本实施例中，反力框架19可设置于底座的基础框架1上。然而，本发明对此不作任何限制。在其他实施例中，亦可不设置此反力框架19。在本实施例中，两个弹性元件9，例如可为弹簧，可分别连接于电机定子15的两端。即，两个弹性元件9分别设置于电机定子15的两端，且弹性元件9的一端连接电机定子15，另一端连接反力框架19。在初始状态下，两个弹性元件9可皆处于自然状态，即未受拉伸亦未受压缩。当电机定子15沿X向运动时，其中一端的弹性元件9即受到拉伸，另一端的弹性元件9即受到压缩。如此，当电机定子15停止运动后，即可通过两个弹性元件9储存的弹性势能而回复至初始位置。

在本实施例中，阻尼元件16可仅设置于电机定子15的一端，且阻尼元件16的一端连接电机定子15的一端，另一端连接于反力框架19。当电机定子15及滑块11、配重块18沿X向运动时，通过选择合适的阻尼系数，可以在阻尼元件16的缓冲行程内有效衰减电机定子15及滑块11、配重块18的动能，并可以保证光刻机运动台反力抵消装置7在X向的行程相对较小，从而不会因电机定子15在X向的运动行程而使运动台大理石8的尺寸增加导致光刻机整机在X向尺寸的扩大。另外，由于阻尼元件16的存在，因此来自基础框架1的振动将在一定程度上得到衰减而不会影响硅片台自身的运动性能。在此，本发明对阻尼元件16的个数不作任何限制。在其他实施例中，可在电机定子15的两端分别设置一个阻尼元件16。配重块18和弹性元件9、阻尼元件16参数的合理搭配可以使电机定子及与之相连部件的运动速度和频率得到控制。

以下以电机驱动硅片台4沿X正方向运动为例进行说明。当硅片台4在电机驱动力作用下沿X正方向运动时，电机定子15以及与其相连接的滑块11、配重块18将在电机驱动反力作用下沿导轨10朝着X负方向做直线运动。此时，阻尼元件16将做相应的伸缩运动。电机定子15及滑块11、配重块18连同与其一起沿X负方向运动的部件的动能，会在阻尼元件16的缓冲行程内逐渐衰减。在电机定子15停止运动后，其又可在两个弹性元件9的作用下回复至初始位置。配重块18、阻尼元件16和弹性元件9的合理配置可以有效控制电机定子15及滑块11、配重块18一起运动的运动速度和频率。

综上所述，本发明实施例提供的光刻机运动台反力抵消装置，通过在电机定子上配置配重块，并配合与反力框架相连接的弹性元件和阻尼元件，达到衰减运动台反力的效果，同时降低了对整机框架和运动台的设计要求。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种光刻机运动台反力抵消装置，其特征是，包括：

反力框架，设置于光刻机基础框架上；

配重块，设置于光刻机运动台电机定子的一端；

阻尼元件，其一端连接于所述电机定子的一端，另一端连接于所述反力框架；以及

弹性元件，一端连接于所述的电机定子，另一端连接于所述反力框架；

所述弹性元件设置在所述电机定子的两端；

所述电机定子设置在滑块上，所述滑块设置在运动台大理石之上的固定直线导轨上，所述滑块带动所述电机定子沿所述固定直线导轨做直线运动；

其中当所述电机定子与所述滑块、所述配重块一起在电机驱动反力作用下沿所述固定直线导轨做直线运动时，所述电机定子与所述滑块、所述配重块的动能在所述配重块与所述阻尼元件的作用下逐渐衰减，在所述电机定子停止运动后，所述电机定子在所述弹性元件的作用下回复至初始位置。

2.根据权利要求1所述的光刻机运动台反力抵消装置，其特征是，所述阻尼元件与所述弹性元件通过所述反力框架将力传递至基础框架。

3.根据权利要求1所述的光刻机运动台反力抵消装置，其特征是，还包括：

第一位移测量元件，位于所述电机定子与所述运动台电机动子之间，用于测量所述电机定子与所述运动台电机动子之间的相对位移；以及

第二位移测量元件，位于所述电机动子与所述运动台大理石之间，用于测量所述电机动子与所述运动台大理石之间的相对位移。

4.一种光刻机，其特征是，包括：

基础框架；

内部框架；

曝光系统；

运动台；以及

如权利要求1至3中任意一项所述的光刻机运动台反力抵消装置。

5.根据权利要求4所述的光刻机，其特征是，所述曝光系统和所述运动台都设置在所述内部框架内。

6.根据权利要求5所述的光刻机，其特征是，所述基础框架与所述内部框架之间设置有减震器。

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