CN104749898B - 用于光刻设备降噪的共鸣器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于光刻设备降噪的共鸣器，包括：一内腔以及与该内腔连接的管口，该管口由多层材料组成，该管口由外到内依次包括外壁、空气层、吸声层和内壁穿孔板。本发明所提供的共鸣器，能够实现共振频率可调，使之与噪声源的频率相同，从而达到有效吸声的技术效果。

Description

用于光刻设备降噪的共鸣器

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降噪的共鸣器。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版(reticle)的图案形成装置用于生成对应于所述IC的单层的电路图案。可以将该图案成像到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。图案成像是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单独的衬底将包含被连续曝光的相邻目标部分的网络。常规的光刻设备包括：所谓步进机，在所述步进机中，通过将全部图案依次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分;以及所谓扫描机：在所述扫描机中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底的方式从图案形成装置将图案形成到衬底上。

高精度和高分辨率作为光刻技术当前瞄准的目标需要光刻设备的各部件之间相互精确定位，例如保持图案形成装置(例如掩模)的掩模版台、投影系统和保持衬底的衬底台。除了例如掩模版台和衬底台的定位外，投影系统也面临这种需要。在当前设备中的投影系统包括承载结构，例如透镜座架(透射光的情形)或反射镜框架(反射光的情形)，和包括多个光学元件，例如透镜元件、反射镜等。

通常在光刻机系统中，由于结构振动将会导致图像的短期误差，同时由于运动系统（如微动台、反射镜）的MA (Moving Average)和MSD(Moving Standard Deviation)的伺服位置误差导致图像畸变。降低和控制整机动态性能，将误差降低到一个较低的水平。声噪载荷（Acoustics Load）定义为空气的压力随时间的变化作用在物镜和主基板等内部世界上的效应。根据在光刻机在客户端的测试表明，在干净的空气环境下传播的声音和噪音对内部世界的扰动占总的振动干扰的比例约为40%，如图1所示。其光刻机声噪试验测试值范围在75-90dB左右。

在光刻机中，噪声会对光刻机内部世界产生影响，如物镜，物镜镜片，干涉仪，主基板。主要声源有环境噪声、电气噪声、掩模台&工件台运动噪声。 如专利US20090195760中公开内容中所示, 以运动台噪声为例，运动台有三种噪声，其一，刚体运动噪声，由刚体运动加速度引起，频率远低于150Hz，可能会对overlay产生影响；其二，结构振动噪声，频率高于150Hz，可能会对overlay和fading产生影响；其三，空气阻力产生的气动噪声，频率高于500Hz。

为了解决噪声问题,现有技术中使用的技术方案之一为共鸣器:

单个共振器可看成由几个声学作用不同的声学元件构成。开口管内及管口附近空气随声波而振动，是一个声质量元件，空腔内的压力随空气变化，是一个声顺元件。而空腔内的空气在一定程度内随声波而振动，也具有一定的声质量。空气在开口壁面的振动摩擦，它的声学作用是个声阻。当入射声波的频率接近共振器的固有频率时，孔颈的空气柱产生强烈振动，在振动过程中，由于克服摩擦阻力而消耗声能。反之，当入射声波频率远离共振器固有频率时，共振器振动很弱，因此声吸收作用很小，可见共振器吸声系数随频率而变化，最高吸声系数出现在共振频率处。

如专利US20090161085中，采用上述共鸣器原理，设计了三种共鸣器。特点为管口有多个不同体积，可以扩展吸声频率，通过有源器件调节空腔体积，可以动态调整共鸣器吸声频率。

为了解决噪声问题,现有技术中使用的技术方案之二为有源消声:

一般来说，传统的噪声控制方法对控制中高频噪声较为有效，而对低频噪声的控制效果不大，如果要做到很好的控制，将比较昂贵，甚至不可能。原因是涉及波长很长，如果用无源控制，吸声材料要很厚，消声器要很大，弹性材料（用于隔振）要很软，很厚。早在20世纪30年代，就萌发了有源控制的概念，由于电子设备和控制理论的限制，这种系统也无法推广。近30年，有源噪声和控制成为声学，特别是噪声控制理论发展是有源控制成为可能。其原理主要是用换能器发出反相噪声以抵消原有噪声，从而达到噪声降低的目的，控制噪声则用电子方法从原有噪声的测量中取得，如此而已。这个简单概念用了大半个世纪，还要继续努力才能实现。有源控制只适用于低频（500 Hz以下），高频在空间相位变化大，就不容易控制了。有源噪声控制是利用一个或多个次级噪声源发出噪声以抑制原有噪声。次级噪声源使用电子线路和扬声器，其发出的噪声功率须大于原有噪声源的噪声功率，才能实现控制。

如专利US20090195763中，设计了多种类型有源消声器（前馈式），以用于降低噪声对光刻机系统的影响。由于工件台掩模台运动产生声波，气流和其他扰动，可能会对投影系统产生影响，通过布置一系列扬声器，以减小这些扰动对设备的影响。通过传感器SE探测系统气浴管道中的噪声，通过控制系统CON驱动扬声器ACT，产生次级噪声，抵消原噪声，降低气浴噪声产生的影响。多个传感器和多个扬声器通过一个控制系统控制，降低噪声对物镜的影响。基础框架等外部结构在激励下会辐射噪声，有源消声系统布置在主机板附近吸收噪声，以降低噪声对主机板的影响。通过在水平校准器PSE附近布置传声器，通过控制系统，可以降低噪声对测量仪器的影响。通过在垂直校准STA附近布置传声器，通过控制系统，可以降低噪声对测量仪器的影响。

上述针对噪音消除的技术方案中存在的缺陷为混响噪声对光刻机内部世界的影响同样巨大,而现有技术方案中对此无解决手段。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供能有效消除混响噪音的共鸣器。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于光刻设备降噪的共鸣器，包括：一内腔以及与该内腔连接的管口，该管口由多层材料组成，该管口由外到内依次包括外壁、空气层、吸声层和内壁穿孔板。

更进一步地，该管口与该光刻设备的防护框架、气浴管道外侧或物镜连接。该吸声层由泡沫铝组成。该共鸣器还包括一位于该管口外侧的控制单元，该控制单元用于控制该管口的长度或横截面积，以改变该共鸣器的共振频率。该管口为一个或多个。该管口由所述控制单元控制向所述内腔内延伸。

更进一步地，还包括一传声器、一积分器以及一次级生源；所述传声器拾取所述管口的点信号，通过所述积分器控制所述次级声源阻抗，从而改变所述共鸣器的共振频率。所述调节机构为压电陶瓷或单轴机械人。

与现有技术相比较, 本装置管口处采用夹层穿孔，在穿孔板后粘贴吸声材料，如泡沫铝，吸声材料后端留一定空腔，吸声性能比专利US8243258B2将管口做成棱角或提高粗糙度好很多。实际上，光刻机内部世界为封闭空间，除了有直达噪声，混响噪声同样需要考虑，如果不提高共鸣器声阻，共鸣器实质为储能元件，还会提高光刻机内部混响时间，提高共鸣器声阻具有较大意义；单个共鸣器实质为单自由度共振吸声结构，其吸声频段有限，通过动态调节管口截面积D和（或）管口长度L可以动态的扩展共鸣器吸声频段，实质是动态调节共鸣器共振频率。由于光刻机内部低频噪声成分很大，特别是运动台刚体运动噪声频率远低于150Hz，如果单纯采用共振吸声，共鸣器将要做的很大，而光刻机内部空间有限，本专利考虑将共鸣器开口管往空腔内部延伸，在空腔体积不变的情况下，可以有效地扩展共鸣器低频吸声性能，并引入有源消声，通过在共鸣器内部增加激励源，利用共鸣器内部的声压来产生次级声源激励信号，可以动态调节共鸣器吸声频率，且体积很小，用于局部降噪。本发明专利提出的吸声隔声装置具有宽频隔声吸声能力噪声对光刻机整机动态性能的影响，保证了物镜系统的曝光精确度和调平调焦系统的准确性，进而提高了光刻工艺的精度。

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是典型干净空气环境中测量声压引起的振动的示意图；

图2是净化间环境声压-时间曲线示意图；

图3是本发明所涉及的用于光刻设备的共鸣器的位置布局示意图；

图4是本发明所涉及的用于光刻设备的共鸣器的结构示意图；

图5是本发明所涉及的光刻机共鸣器动态调节管口长度的结构示意图；

图6是本发明所涉及的光刻机共鸣器动态调节管口截面积的结构示意图；

图7是本发明所涉及的光刻机共鸣器的控制结构示意图。

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共鸣器。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。

在光刻设备领域，随着光刻工艺技术要求的精度和分辨率越来越高，这就需要光刻设备的各分系统之间能保持精确地定位，例如保持掩模台系统、投影系统、保持衬底的衬底台和测量系统彼此之间都能准确地定位并尽可能地提高各分系统的短期稳定性。而根据光刻设备振动测试实验表明：在干净的空气环境下传播的声音和噪音对内部世界的扰动占总的振动干扰约40%的比例，其光刻机声噪试验测试值范围在75-90dB左右。

噪声对光刻机设备各系统的影响很显著，它实际上是指气压随时间的变化作用于光刻机各分系统上。光刻机的噪声源主要来源于电气控制设备的噪声、工件台&掩模台的运动台噪声、气浴噪声和环境噪声等，主要影响光刻机内部世界的动态稳定性，如物镜（包括内部各镜片）、主基板、干涉仪等。

本发明所提供的共鸣器的装置管口处采用夹层穿孔，在穿孔板后粘贴吸声材料，如泡沫铝，吸声材料后端留一定空腔，吸声性能比现有技术将管口做成棱角或提高粗糙度好很多。实际上，光刻机内部世界为封闭空间，除了有直达噪声，混响噪声同样需要考虑，如果不提高共鸣器声阻，共鸣器实质为储能元件，还会提高光刻机内部混响时间，提高共鸣器声阻具有较大意义；单个共鸣器实质为单自由度共振吸声结构，其吸声频段有限，通过动态调节管口截面积D和（或）管口长度L可以动态的扩展共鸣器吸声频段，实质是动态调节共鸣器共振频率。由于光刻机内部低频噪声成分很大，特别是运动台刚体运动噪声频率远低于150Hz，如果单纯采用共振吸声，共鸣器将要做的很大，而光刻机内部空间有限，本发明考虑将共鸣器开口管往空腔内部延伸，在空腔体积不变的情况下，可以有效地扩展共鸣器低频吸声性能，并引入有源消声，通过在共鸣器内部增加激励源，利用共鸣器内部的声压来产生次级声源激励信号，可以动态调节共鸣器吸声频率，且体积很小，用于局部降噪。本发明提出的吸声隔声装置具有宽频隔声吸声能力噪声对光刻机整机动态性能的影响，保证了物镜系统的曝光精确度和调平调焦系统的准确性，进而提高了光刻工艺的精度。

图3是本发明所涉及的用于光刻设备的共鸣器的位置布局示意图。如图3所示，光刻机内部易受噪声影响部件为主基板4，物镜5，测量分系统18，来自基础框架1的振动可以通过减振器3有效地隔离，噪声成为光刻机内部世界主要的振动源，随着光刻机精度要求越来越高，噪声对内部世界的影响不能被忽略。从目前的研究来看，主要的噪声源有掩膜台7、工件台2运动噪声，外部环境噪声11，以及气浴系统8，噪声和电气噪声，由于光刻机内部为封闭空间，不仅要考虑直达声对内部世界影响，混响噪声同样需要考虑，将本发明装置10可装在于防护框架上，提高光刻机内部吸声能力，降低混响噪声；可以放置在气浴管道9外侧，降低气浴噪声；可放置在物镜安装点和物镜周围，降低噪声引起的物镜振动。

图4是本发明所涉及的用于光刻设备的共鸣器的结构示意图。如图4所示，本发明的重要改进之处是提高共鸣器管口声阻，外壁12和内壁15构成夹层结构，在内壁15上开细孔，并在内部铺设吸声材料14，吸声材料14与外壁12之间留空气层13，提高整个共鸣器的声阻，增加共鸣器吸声能力。本发明的隔声吸声装置结构简单，成本低，吸声能力强。

图5是本发明所涉及的光刻机共鸣器动态调节管口长度的结构示意图。如图5所示，本发明另一个改进之处是通过安装在共鸣器外壁16的控制器17动态调节管口18长度或横截面积，可以动态改变共鸣器共振频率，从而实现动态扩展共鸣器吸声频段，共鸣器外端开口管可以为一个或多个。光刻机内部主要的振动源为运动台运动，不同时刻，运动台运动规律不相同，发出的噪声也不同，通过动态的改变共鸣器共振频率，可以保证共鸣器长期高效吸声。如图6所示，通过安装在共鸣器外壁19的控制器21将开口管20向空腔内部延伸可以在不改变共鸣器体积情况下，使共鸣器获得较好的低频吸声性能，更适应于光刻机低频降噪。调节机构可以为单轴机器人、其他机械结构或压电陶瓷等。

图7是本发明所涉及的光刻机共鸣器的控制结构示意图。如图7所示，本发明利用有源噪声控制技术，与共鸣器结合，通过传声器22拾取控制点信号，利用控制器（一般为比例积分器）23可以控制次级声源24阻抗，使得共鸣器的共振频率改变，从而达到消声目的。该方案控制算法简单，共鸣器体积小。但是控制区间有限，可用于气浴管道消声或者降低关键区域噪声，如物镜处。

与现有技术相比较，本发明提出一种用于光刻机的共鸣器，实现其共振频率可调，使之与噪声源的频率相同，从而达到有效吸声的目的。本发明能够实现以下技术效果：

1. 通过改变共鸣器开口孔内部结构增加声阻。开口孔采用夹心板结构，内壁板开孔，并贴附吸声材料，外壁板密闭，外壁板与内壁板之间存在空气层；

2. 通过调节开口管长度、截面积大小，使得共鸣器共振频率在一定范围内动态可调；

3. 可调管可以往空腔内延伸，可以在不增大空腔体积情况下，扩展共鸣器低频吸声区间；

4. 基于共鸣器增加次级声源，将次级声源置于共鸣器末端，利用共鸣器内部的声压来产生次级声源激励信号，可用于气浴管道或关键位置消声。

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 (6)

1.一种用于光刻设备降噪的共鸣器，其特征在于，包括：一内腔以及与所述内腔连接的管口，所述管口由多层材料组成，所述管口由外到内依次包括外壁、空气层、吸声层和内壁穿孔板；所述共鸣器还包括一传声器、一积分器以及一次级声源；所述传声器拾取所述管口的点信号，通过所述积分器控制所述次级声源阻抗，从而改变所述共鸣器的共振频率。

2.如权利要求1所述的用于光刻设备降噪的共鸣器，其特征在于，所述管口与所述光刻设备的防护框架、气浴管道外侧或物镜连接。

3.如权利要求1所述的用于光刻设备降噪的共鸣器，其特征在于，所述吸声层由泡沫铝组成。

4.如权利要求1所述的用于光刻设备降噪的共鸣器，其特征在于，所述共鸣器还包括一位于所述管口外侧的控制单元，所述控制单元用于控制所述管口的长度或横截面积，以改变所述共鸣器的共振频率。

5.如权利要求1所述的用于光刻设备降噪的共鸣器，其特征在于，所述管口为一个或多个。

6.如权利要求4所述的用于光刻设备降噪的共鸣器，其特征在于，所述管口由所述控制单元控制向所述内腔内延伸。