CN104062854A - 用于光刻设备的调平调焦装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于光刻设备的调平调焦装置，用于使一承片台在垂向沿Z、Rx、Ry方向运动，该调平调焦装置包括设置于该承片台之下的凸轮滚子装置，该凸轮滚子装置包括一凸轮机构和位于该凸轮机构上方的滚子机构，该滚子机构由一电机驱动做旋转运动，该凸轮机构包括一轴承机构，用于使该凸轮机构与该滚子机构线性接触。

Description

用于光刻设备的调平调焦装置

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种用于光刻设备的调平调焦装置。

背景技术

光刻装置是制造集成电路的主要设备，其作用是使不同的掩膜图案依次成像到基底（如半导体硅片或LCD板）上的精确对准的位置。然而这个对准位置却因为连续图形所经历的物理和化学变化而改变，因此需要一个对准系统，以保证硅片对应掩膜的对准位置每次都能够被精确的对准。随着基底每单位表面积上的电子元件数量的增长以及电子元件的尺寸合成越来越小，对集成电路的精度要求日益提高，因此依次掩膜成像在基底上的位置必须越来越准确的固定，对光刻时对准精度的要求也越来越高。

在扫描光刻机系统中，为了使投影物镜能将掩模图案清晰地投影到工件上，需要测量工件曝光面是否与投影物镜焦面重合，因而需要使用调焦调平传感器系统测量工件曝光面的垂向位置，并使用调平调焦装置支撑承片台在垂向上作Z，Rx，Ry运动。

专利CN101303532《可切换工位的六自由度精密定位台》所公开的内容中，其技术方案是垂向调节机构由凸轮和滚子构成，三个垂向调节机构，按三角形分布于底座下方。滚子的中心轴呈水平向设置，且该中心轴通过固定件固定至底座，滚子与凸轮相互咬合，凸轮还连接至一驱动电机。通过驱动旋转电机使得垂向可以进行Z，Rx，Ry三个方向的调节。由于调节Rx和Ry时，滚子和凸轮会相对倾斜，故滚子201的外形做成桶形。

然而，现有技术CN101303532方案中桶形设计解决了滚子和凸轮会相对倾斜，但是使得凸轮与滚子连接处是点接触，点接触的后果是接触零件表面处理要求很高，接触点非常容易磨损。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种能使接触表面变大，不再产生点蚀用于光刻设备的调平调焦装置。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备的调平调焦装置，用于使一承片台在垂向沿Z、Rx、Ry方向运动，该调平调焦装置包括设置于该承片台之下的凸轮滚子装置，该凸轮滚子装置包括一凸轮机构和位于该凸轮机构上方的滚子机构，该滚子机构由一电机驱动做旋转运动，该凸轮机构包括一轴承机构，用于使该凸轮机构与该滚子机构线性接触。

更进一步地，该凸轮机构包括凸轮、位于凸轮下方的凸轮座以及位于凸轮座下方的调整垫。该调整垫为楔形调整垫，该楔形调整垫用于调整该承片台的高度。

更进一步地，所述滚子机构从上至下依次包括滚子座、轴承机构、滚子，所述滚子的形状为圆柱形。所述电机为一旋转电机，并通过一联轴器与所述滚子机构的滚子连接。

更进一步地，该所述调平调焦装置呈三角形分布于所述底板上。所述调平调焦装置与所述承片台之间设有柔性件。所述底板与所述承片台通过柔性弹片连接。所述柔性弹片的水平向为刚性，用于使该调平调焦装置不产生水平向的相对运动；垂向为柔性，用于解耦该调平调焦装置之间的垂向力。所述柔性弹片由一连接所述承片台的连接件、一连接所述底板的连接件和刚度调节件组成。

更进一步地，所述轴承机构为调心轴承，所述调心轴承使所述滚子机构的滚子沿所述凸轮机构的凸轮的轴向摆动角度。所述轴承机构为球轴承，所述球轴承通过一柔性件使所述滚子机构的滚子沿所述凸轮机构的凸轮的轴向摆动角度。

更进一步地，所述底板与所述承片台之间还设有预紧弹簧，以消除该滚子机构与该凸轮机构之间的点接触。

与现有技术相比较，本发明所公开的技术方案，采用调心轴承与柔性件可以有效解决凸轮与滚子倾斜引起卡死问题，由点接触改为线接触，有效改善点蚀现象，提高接触精度，保持伺服性能一致性。三个调平调焦装置通过柔性件与承片台连接，与承片台通过柔性弹片与底板连接，有效克服现有技术采用刚性连接造成的解耦问题。可以方便调节调平调焦装置的高度范围，增加了垂向的初始位置，使垂向初始位置不唯一。

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是应用本发明所示出的调平调焦装置的工件台结构示意图；

图2是本发明所示出的调平调焦装置的布局示意图；

图3是本发明所示出的调平调焦装置的第一实施方式的局部结构示意图；

图4是本发明所示出的调平调焦装置的第二实施方式的局部结构示意图；

图5是本发明所示出的楔形调整块示意图；

图6是本发明所示出的柔性弹片局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的一种具体实施例的用于光刻设备的调平调焦装置。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。此外，在以下描述中所使用的“X向”一词主要指与水平向平行的方向；“Y向”一词主要指与水平向平行，且与X向垂直的方向；“Z向”一词主要指与水平向垂直，且与X、Y向均垂直的方向，“垂向”一词主要指与水平向平行，“Rx向”一词主要指绕X轴方向、“Ry向”一词主要指绕Y轴方向。

本发明要解决现有技术中点接触导致需要提供高要求的表面处理的零件，通过改进使得接触表面变大，不再产生点蚀，改善接触精度，最终改善系统的伺服性能。

参照图1、图2所示，本发明应用于光刻机的运动平台，包括调平调焦装置3，用于支撑承片台1在底板4上方作垂向运动，所述工件台结构包括吸盘，所述吸盘由承片台1承载，整个承片台1的作用就是承载吸盘。调平调焦装置3a，3b，3c按三角形布置在底板4上，所述承片台1与底板之间通过柔性簧片5a，5b，5c连接；还包括设置在所述底板4与承片台1之间的预紧弹簧2。

参照图3所述调平调焦装置包括旋转电机3a1，联轴器3a2，连接件3a3，滚子座3a4，微型球轴承3a5，滚子3a6，凸轮3a7，调心球轴承3a8，凸轮座3a9和楔形调整垫3a10，所述旋转电机3a1通过联轴器3a2与滚子3a6相连接，带动滚子3a6做旋转运动，所述调心球轴承3a8在凸轮内部，可以沿轴向摆动一定角度，从而保证凸轮3a7与滚子3a6之间保持线性连接。所述楔形调整垫3a10可以调整承片台1的高度，可以使工件台在垂向上的行程范围变化。所述调心球轴承3a8可以使滚子3a6在凸轮3a7的轴向摆动角度，能够达到保证滚子3a6与凸轮3a7线接触，增加接触面积，减少点蚀发生。当Rx,Ry发生变化时，承片台1会倾斜，此时，旋转电机3a1到滚子3a6随着承片台1倾斜，如果没有调心轴承3a8则滚子3a6与凸轮3a7之间就会发生点接触，调心轴承3a8使凸轮3a7跟着承片台1倾斜，保持线接触。

参照图4所述连接件3a3可以变成柔性件，同时调心球轴承3a8变为普通球轴承，通过柔性件3a3可以使滚子3a6在凸轮3a7的轴向摆动角度，同样能够达到保证滚子3a6与凸轮3a7线接触，增加接触面积，减少点蚀发生。

所述预紧弹簧2，可以保证凸轮3a7与滚子3a6之间完全的线接触。

所述柔性簧片5a，5b，5c水平向为高刚性，用于保证三个调平调焦装置3a，3b，3c不会产生水平向的相对运动；所述柔性簧片5a，5b，5c垂向为低刚度，用于保证三个调平调焦装置3a，3b，3c垂向气浮力之间解耦。

参照图6所述，柔性簧片，由连接件5a1，连接件5a2，刚度调节件5a3，5a4组成，连接件5a2所述底板4连接，所述连接件5a1连接所述承片台1，由剖面A-A所示，通过沿方向P的正负方向来调节刚度调节件5a4相对刚度调节件5a3的相对位置，改变柔性弹片的刚度。

所述簧片5a，5b，5c水平向为高刚性，用于保证所述三个调平调焦装置3a，3b，3c跟随运动台运动时三个调平调焦装置的滚子和凸轮不会产生水平向的相对运动；所述簧片5a，5b，5c垂向为低刚度，保证三个调平调焦装置的作用力通过滚子和凸轮的接触线作用于承片台。调平调焦装置，旋转电机3a1直接驱动滚子3a6，滚子3a6与凸轮3a7咬合，转动时带动凸轮3a7旋转来抬升承片台1，三个调平调焦装置3a，3b，3c可以使承片台1在Z向独立抬升，联动时候还可以使承片台1到达要调节的Z，Rx，Ry的任意位置。并可以达到亚微米的调节精度。此外，由于调节Rx和Ry时，滚子3a6和凸轮3a7会相对倾斜，故滚子采用连接件3a3，凸轮采用调心球轴承3a8结构。调平调焦装置工作时，承片台1受到三个调平调焦装置3a，3b，3c产生的垂向的作用（每个调平调焦装置均对所述承片台1施加垂向力的作用），所述垂向力的作用点在凸轮3a7与滚子3a6的接触线，垂向力方向垂直于凸轮3a7与滚子3a6的接触线，使整个承片台在垂向运动；三个调平调焦装置配合，三个柔性簧片5a，5b，5c水平向为高刚性，保证三个调平调焦装置3a，3b，3c不会产生水平向的相对运动；柔性簧片5a，5b，5c垂向为低刚度，保证三个调平调焦装置3a，3b，3c垂向之间解耦。

通过三个调平调焦装置3a，3b，3c中凸轮与滚子在预紧弹簧的压力下，柔性元件与调心轴承的共同作用使得作用点处于线接触，有效的减少了点接触造成的磨损。三个调平调焦装置3a，3b，3c通过三对凸轮滚子支撑承片台。三对凸轮滚子通过三个凸轮座与三个楔形调节垫固定于底版上。因此，旋转电机施加的转矩由凸轮滚子转化为垂向的力。

所述承片台1和所述底板4之间的采用三个簧片5a，5b，5c进行水平向定位，限制承片台的水平向和绕水平向旋转自由度，三个簧片5a，5b，5c水平向为高刚性，保证承片台在运动时凸轮和滚子不会产生水平向的相对运动；三个簧片5a，5b，5c垂向为低刚度，保证旋转电机产生的转矩通过所述凸轮与滚子的连接点作用在所述承片台1上。

本发明的三个调平调焦装置3a，3b，3c，通过图5所示楔形调节垫调节到水平位置，可以调节到不同高度的水平位置。在改变高度的同时，不会导致调平调焦装置不能保持水平，保证承片台的正常工作。

本发明的调心轴承，柔性元件与预紧弹簧可以有效的使凸轮滚子达到线接触，从而减小磨损，其中，柔性元件和调心轴承可以联合使用，也可以单独使用。

与现有技术相比较，本发明所公开的技术方案，采用调心轴承与柔性件可以有效解决凸轮与滚子倾斜引起卡死问题，由点接触改为线接触，有效改善点蚀现象，提高接触精度，保持伺服性能一致性。三个调平调焦装置通过柔性件与承片台连接，与承片台通过柔性弹片与底板连接，有效克服现有技术采用刚性连接造成的解耦问题。可以方便调节调平调焦装置的高度范围，增加了垂向的初始位置，使垂向初始位置不唯一。

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 (13)

1.一种用于光刻设备的调平调焦装置，用于使一承片台在垂向沿Z、Rx、Ry方向运动，其特征在于，所述调平调焦装置包括设置于所述承片台之下的凸轮滚子装置，所述凸轮滚子装置包括一凸轮机构和位于所述凸轮机构上方的滚子机构，所述滚子机构由一电机驱动做旋转运动，所述凸轮机构包括一轴承机构，用于使所述凸轮机构与所述滚子机构线性接触。

2.如权利要求1所述的调平调焦装置，其特征在于，所述凸轮机构包括凸轮、位于凸轮下方的凸轮座以及位于凸轮座下方的调整垫。

3.如权利要求2所述的调平调焦装置，其特征在于，所述调整垫为楔形调整垫。

4.如权利要求1所述的调平调焦装置，其特征在于，所述滚子机构从上至下依次包括滚子座、轴承机构、滚子，所述滚子的形状为圆柱形。

5.如权利要求1所述的调平调焦装置，其特征在于，所述电机为一旋转电机，并通过一联轴器与所述滚子机构的滚子连接。

6.如权利要求1所述的调平调焦装置，其特征在于，所述调平调焦装置呈三角形分布于所述底板上。

7.如权利要求1所述的调平调焦装置，其特征在于，所述调平调焦装置与所述承片台之间设有柔性件。

8.如权利要求6所述的调平调焦装置，其特征在于，所述底板与所述承片台通过柔性弹片连接。

9.如权利要求8所述的调平调焦装置，其特征在于，所述柔性弹片的水平向为刚性，垂向为柔性。

10.如权利要求8所述的调平调焦装置，其特征在于，所述柔性弹片由一连接所述承片台的连接件、一连接所述底板的连接件和刚度调节件组成。

11.如权利要求1所述的调平调焦装置，其特征在于，所述轴承机构为调心轴承，所述调心轴承使所述滚子机构的滚子沿所述凸轮机构的凸轮的轴向摆动角度。

12.如权利要求1所述的调平调焦装置，其特征在于，所述轴承机构为球轴承，所述球轴承通过一柔性件使所述滚子机构的滚子沿所述凸轮机构的凸轮的轴向摆动角度。

13.如权利要求6所述的调平调焦装置，其特征在于，所述底板与所述承片台之间还设有预紧弹簧。