CN104749904A - 物镜支撑装置及光刻机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物镜支撑装置及光刻机，该物镜支撑装置安装在光刻机上，包括：主支撑装置和辅助支撑装置；其中，所述主支撑装置的一端与物镜法兰相连，所述主支撑装置的另一端安装在主基板上；所述辅助支撑装置的一端与物镜主体连接，所述辅助支撑装置的另一端安装在内部框架上。本发明的物镜支撑装置，通过在物镜法兰处及物镜主体处分别设置主支撑装置和辅助支撑装置，从而消除以物镜法兰安装面为中心整体绕水平向（X向或Y向）转动模态振型，提高各阶振型的模态频率值，缩减物镜顶端、中心、底端间的位移响应差值，提高曝光精度。

Description

物镜支撑装置及光刻机

技术领域

本发明涉及光刻机，特别涉及一种物镜支撑装置及光刻机。

背景技术

光刻机系统在工作过程中，工件台和掩模台分别以投影物镜的两面一轴（物面、焦面和光轴）为基准，在控制系统的驱动下，按要求的精度实现工件台与掩模台之间的相对位置以及两者相对物镜的位置。由于光刻机具有高定位精度、高同步运动精度的特点，任何外界振动的传入和内部振动的干扰，都会引起两者之间或者两者相对物镜位置的短暂错位，这将会严重影响光刻质量。引起系统内部微振动并引发错位的主要因素有地基振动的传入，步进或者扫描过程中产生的反作用力和力矩以及内部世界（包括：气液管路和气膜的振动）和外部世界的随机噪音等。为了消除各种振动因素对光刻机曝光质量的影响，就要对整机系统采取有效的隔振和减振措施。通常的解决办法是设法将光刻机的曝光单元（主要包括照明系统、掩模台、物镜和工件台）通过一套减振器同地基隔离开来，这样就可以避免外界的振动通过地基传给曝光单元。

随着大规模集成电路器件集成度的提高，光刻工作分辨力要求愈来愈高，即要求光刻机曝光系统的稳定性、测量系统的准确性和运动平台的精度也得愈来愈高，同时工作波长也愈来愈短。进入纳米精度后，光刻分辨率对振动的影响已相当敏感。投影物镜作为光刻机中最精密部件及基准，对环境振动的要求非常苛刻，通过减振器实现的单级减振已不能满足其性能需求。

通常情况下，物镜通过不锈钢块支撑在主基板上，物镜上设有安装法兰，法兰垂向设置在靠近物镜重心处，不锈钢块一端安装在法兰面上，另一端与主基板连接，实现物镜的支撑。由于布局空间、机械结构或其他原因限制，物镜安装法兰垂向安装面不能完全与物镜重心等高，物镜整体一、二阶振型（或前六阶振型之二）表现为以法兰安装面为中心整体绕水平向（X向或Y向）转动。

因此，无论采用柔性或刚性连接的方法，仅在法兰安装面处将物镜与主基板连接，都不可避免的造成物镜整体一阶振型表现为绕水平向（X向或Y向）转动，使物镜顶端、中心、底端间的位移响应产生动态差值，危害物镜动态稳定性，影响曝光精度。

发明内容

本发明提供一种物镜支撑装置及光刻机，用于消除以物镜法兰安装面为中心整体绕水平向转动模态振型。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻机和一种物镜支撑装置，该物镜支撑装置安装在光刻机上，包括：主支撑装置和辅助支撑装置；其中，所述主支撑装置的一端与物镜法兰相连，所述主支撑装置的另一端安装在主基板上；所述辅助支撑装置的一端与物镜主体连接，所述辅助支撑装置的另一端安装在内部框架上。

作为优选，所述主支撑装置为刚性支撑或柔性支撑。

作为优选，所述主支撑装置为1组或3～6组。

作为优选，所述3～6组主支撑装置与物镜法兰的安装面垂向在同一高度。

作为优选，所述辅助支撑装置的另一端通过连接件安装在主基板、测量支架或掩模台支架上。

作为优选，所述辅助支撑装置为刚性支撑或柔性支撑。所述辅助支撑装置包含柔性铰链。

作为优选，所述辅助支撑装置为1组或3～6组。

作为优选，所述3～6组辅助支撑装置垂向在同一高度。

作为优选，所述主支撑装置与辅助支撑装置之间满足下式：

$K_{x1}=l_1^2=K_{x2}\×l_2^2$

$K_{y1}\×l_1^2=K_{y2}\×l_2^2$

其中，K_x1为主支撑装置的X向总刚度，K_x2为辅助支撑装置的X向总刚度；K_y1为主支撑装置的Y向总刚度，K_y2为辅助支撑装置的Y向总刚度；l₁为物镜法兰安装面与物镜主体重心垂向距离，l₂为辅助支撑装置与物镜主体重心垂向距离。

作为优选，所述辅助支撑装置位于所述主支撑装置正上方。

作为优选，所述主支撑装置和辅助支撑装置的一侧还分别设置有阻尼器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.在物镜法兰处及物镜主体处分别设置主支撑装置和辅助支撑装置，从而消除以物镜法兰安装面为中心整体绕水平向转动模态振型，提高各阶振型的模态频率值，缩减物镜顶端、中心、底端间的位移响应差值，提高曝光精度；

2.辅助支撑装置与主支撑装置共存可以避免物镜重量造成的柔性支撑结构应力集中，降低结构应力，提高疲劳寿命；

3.结构简单，适用于各种机型的光刻机，并且方便对现有机型光刻机物镜安装方式进行改造。

附图说明

图1为实施例1中物镜支撑装置安装在分体框架式光刻机上的结构示意图；

图2为实施例1中主支撑装置和辅助支撑装置的垂向位置示意图；

图3为实施例1中物镜支撑装置与物镜主体重心垂向距离示意图；

图4为实施例1中物镜主支撑水平向位置示意图；

图5为实施例1中物镜辅助支撑水平向位置示意图；

图6为实施例2中物镜支撑装置安装在整体框架式光刻机上的结构示意图。

图1～5中：100-光刻机、101-主支撑装置、102-辅助支撑装置、103-物镜主体、104-物镜法兰、105-阻尼器、106-连接件、107-主基板、108-减振器。

图6中：200-光刻机、201-主支撑装置、202-辅助支撑装置、203-物镜主体、204-物镜法兰。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例1

结合图2～5，以图1所示的分体框架式光刻机100为例，其工件台（图中未示出）和主基板107采用不同的减振器108支撑。本发明的物镜支撑装置，包括主支撑装置101和辅助支撑装置102，其中，所述主支撑装置101的一端与物镜法兰104相连，另一端安装在主基板107上；所述辅助支撑装置102的一端与物镜主体103连接，另一端安装在内部框架上，具体为主基板107、测量支架、掩模台或内部框架的其他位置；本实施例中，所述辅助支撑装置102的另一端通过连接件106安装在主基板107上。本发明的物镜支撑装置将主支撑装置101和辅助支撑装置102分别安装在物镜法兰104处和物镜主体103处，可以消除以物镜法兰104安装面为中心整体绕水平向（X向或Y向）转动模态振型，提高各阶振型的模态频率值，缩减物镜主体103顶端、中心、底端间的位移响应差值，提高曝光精度。

请继续参照图1～5，主支撑装置101可为刚性支撑或柔性支撑，所述主支撑装置101为1组或3～6组，所述3～6组主支撑装置101与物镜法兰104的安装面垂向在同一高度。同样地，辅助支撑装置102也可为刚性支撑或柔性支撑，由单组实现或3～6组组合实现，3～6组辅助支撑装置102垂向在同一高度。

具体地，请参照图4～5，并结合图1，物镜法兰104与主基板107之间采用三组主支撑装置101连接，三组主支撑装置101以物镜主体103的重心O为圆心，两两呈120°角分布。物镜主体103与主基板107之间采用三组辅助支撑装置102连接，三组辅助支撑装置102以物镜主体103的重心O为圆心，两两呈120°角分布，辅助支撑装置102位于主支撑装置101正上方。进一步的，辅助支撑装置102中带有柔性铰链结构，保证其在水平方向有较大刚度，垂向刚度则尽量小。通常，辅助支撑装置102垂向（Z向）总刚度小于水平向总刚度，通常小于10⁸N/m，可以避免内部框架的振动向物镜主体103传递。

请重点参照图3，设主支撑装置101的X向总刚度为K_x1，物镜法兰104的安装面与物镜主体103重心O垂向距离为l₁，辅助支撑装置102的X向总刚度K_x2，辅助支撑装置102与物镜主体103重心O垂向距离为l₂，满足以下条件：

$K_{x1}\×l_1^2=K_{x2}\×l_2^2$

设主支撑装置101的Y向总刚度为K_y1，物镜法兰104安装面与物镜主体103的重心O垂向距离为l₁，辅助支撑装置102的Y向总刚度K_y2，辅助支撑装置102与物镜主体103重心O垂向距离为l₂，满足以下条件：

$K_{y1}\×l_1^2=K_{y2}\×l_2^2$

其中，辅助支撑装置102水平向刚度依赖于主支撑装置101的水平向刚度，辅助支撑装置102垂向刚度越低，越可以降低内部框架至物镜主体103的振动传递。

请参照图1，较佳的，为避免与主支撑装置101和辅助支撑装置102的固有频率相近的振动频率引起主支撑装置101或辅助支撑装置102的共振，对隔振产生的影响，所述主支撑装置101和辅助支撑装置102的一侧还分别设置有阻尼器105。

传统物镜支撑装置与本实施例物镜支撑装置随机响应计算比较如表1所示；

表1随机响应计算结果

随机响应输入输出设置：在物镜主体103与主基板107接口处加载主基板107实测加速度谱，输出物镜主体103顶面与物镜主体103中心的位移响应差值。

实施例2

本实施例中以整体框架式光刻机200为例，其工件台和主基板采用相同的减振器支撑。

与实施例1相同，物镜支撑装置包括：主支撑装置201和辅助支撑装置202，其中，所述主支撑装置201的一端与物镜法兰204相连，另一端安装在主基板上；所述辅助支撑装置202的一端与物镜主体203连接，另一端安装在内部框架上，具体为主基板、测量支架、掩模台或内部框架的其他位置。由于本实施例中物镜支撑装置的作用与实施例1相同，此处不再赘述。

综上所述，本发明的物镜支撑装置，安装在光刻机上，包括：主支撑装置和辅助支撑装置；其中，所述主支撑装置的一端与物镜法兰相连，所述主支撑装置的另一端安装在主基板上；所述辅助支撑装置的一端与物镜主体连接，所述辅助支撑装置的另一端安装在内部框架上。本发明的物镜支撑装置，通过在物镜法兰处及物镜主体处分别设置主支撑装置和辅助支撑装置，从而消除以物镜法兰安装面为中心整体绕水平向（X向或Y向）转动模态振型，提高各阶振型的模态频率值，缩减物镜顶端、中心、底端间的位移响应差值，提高曝光精度。还可以避免物镜重量造成的柔性支撑结构应力集中，降低结构应力，提高疲劳寿命。此外本发明的结构简单，适用于各种机型的光刻机，并且方便对现有机型光刻机物镜安装方式进行改造。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种物镜支撑装置，包括：主支撑装置和辅助支撑装置；其中，所述主支撑装置的一端与物镜法兰相连，所述主支撑装置的另一端安装在主基板上；所述辅助支撑装置的一端与物镜主体连接，所述辅助支撑装置的另一端安装在内部框架上。

2.如权利要求1所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述主支撑装置为刚性支撑或柔性支撑。

3.如权利要求1所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述主支撑装置为1组或3～6组。

4.如权利要求3所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述3～6组主支撑装置与物镜法兰的安装面垂向在同一高度。

5.如权利要求1所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述辅助支撑装置的另一端通过连接件安装在主基板、测量支架或掩模台支架上。

6.如权利要求1所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述辅助支撑装置为刚性支撑或柔性支撑。

7.如权利要求6所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述辅助支撑装置包含柔性铰链。

8.如权利要求1所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述辅助支撑装置为1组或3～6组。

9.如权利要求8所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述3～6组辅助支撑装置垂向在同一高度。

10.如权利要求1所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述主支撑装置与辅助支撑装置之间满足下式：

$K_{x1}=l_1^2=K_{x2}\×l_2^2$

$K_{y1}\×l_1^2=K_{y2}\×l_2^2$

其中，K_x1为主支撑装置的X向总刚度，K_x2为辅助支撑装置的X向总刚度；

K_y1为主支撑装置的Y向总刚度，K_y2为辅助支撑装置的Y向总刚度；

l₁为物镜法兰安装面与物镜主体重心垂向距离，l₂为辅助支撑装置与物镜主体重心垂向距离。

11.如权利要求1所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述主支撑装置和辅助支撑装置的一侧还分别设置有阻尼器。

12.如权利要求1所述的物镜支撑装置，其特征在于，所述辅助支撑装置位于所述主支撑装置正上方。

13.一种光刻机，其特征在于采用权利要求1-12任一所述的物镜支撑装置。