CN106933045B - 一种辅助支撑装置及带有辅助支撑的光刻机设备 - Google Patents

一种辅助支撑装置及带有辅助支撑的光刻机设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种使用于光刻机设备的辅助支撑装置，从上至下依次包括相互连接的弹性支撑装置、吸振部件以及驱动磁场装置，所述驱动磁场装置对所述弹性支撑装置具有相互排斥的力，使得所述弹性支撑装置支撑用于放置工件台的吊框。这样使用磁场力以及弹性装置来调节支撑的力量，保证了在垂直方向上的自由度，还具有能够吸附地基振动的吸振部件，因此既能够补偿工件台的支撑面型，又不会引入地基振动。本发明还提供一种带有上述辅助支撑的光刻机设备，包括：工件台、用于放置工件台的吊框，还包括n个上述辅助支撑装置，n为正整数；这样使用多个辅助支撑装置，能够根据其所在位置处的面型变化调节支撑的力量，从而更好地补偿工件台的支撑面型。

Description

一种辅助支撑装置及带有辅助支撑的光刻机设备
技术领域
本发明涉及半导体光刻机领域，特别涉及一种辅助支撑装置及带有辅助支撑的光刻机设备。
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曝光系统的两面一轴(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曝光系统的位置。针对四个减振器四脚支撑的光刻机设备，其在自身重力、加工误差、集成误差以及工件台运动时动态变形的影响下会引起工件台支撑部件表面呈下凹变形，从而影响了工件台的位置精度。而且对于长行程的工件台来讲，面型的影响可能直接导致工件台无法正常地步进及扫描。
如图1所示，四脚支撑光刻设备的局部结构200，包括掩模台201、掩模支架202、曝光系统207、主基板206、吊框203、工件台204、以及减振器205。主基板206是类似矩形桌的四脚支撑结构，用于支撑曝光系统207、掩模台201等结构。吊框203也是规整的四脚结构，其上表面边缘四脚与主基板206固定连接，上表面中间用于支撑工件台204，在吊框203的下表面四脚对应位置安装有四个减振器205，如图2所示。
光刻设备工作过程中，减振器205开启，使整个结构处于悬浮状态，工件台204和掩模台201分别以曝光系统207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204与掩模台201之间的相对位置以及两者相对曝光系统207的位置。
以水平面上相互垂直的两条直线作为X轴、Y轴，以垂直于水平面的直线作为Z轴，工件台204一般可以实现X、Y、Z、Rx、Ry、Rz六个自由度方向的运动，而对于大型光刻设备来说，随着硅片或玻璃基板的尺寸加大，其对应的水平向X、Y的运动行程跟随着加长。行程越大，工件台支撑面精度越难以实现，而为保证工件台能高精度地步进和扫描，要求工件台面型能达到微米级的精度要求。
吊框203作为支撑工件台的关键部件，对其表面的平整度有极大的要求。首先，如图1所示，吊框203底部仅通过四个减振器其支撑作用，其顶部承受着所有分系统的重量，分系统及吊框203自身的重力会使吊框203上表面产生变形。其次，由于吊框203上表面的加工过程中同样会产生加工表面的残余误差。而且，在实际光刻设备集成的过程中，由于装配时的不适当会造成装配误差。这些表面面型误差均是静态误差，另外，工件台204步进和扫描过程中，由于电机驱动力和质量偏心产生力矩，造成吊框203上表面支撑受力发生变化，表面面型变化会影响工件台204沿着导轨方向运动，此表面面型误差属于动态误差。这些静、动态误差的存在最终会造成这种四脚支撑的光刻设备架构产生下凹变形，请参见图3。而四脚支撑的设备架构很难通过周边的四个减振器205去实现面型的调整。
为解决工件台支撑面的面型问题，可在吊框203下凹的底面加入支撑部件。但由于光刻机设备采用减振器作为主支撑，减振器要求保证光刻设备的位置稳定性，并且需要抑制地基振动输入，降低振动源对设备的动态性能的影响。因此，有必要发明一种能够解决工件台支撑面的面型问题且不会引入地基振动的支撑装置。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种使用于光刻机设备的辅助支撑装置及带有辅助支撑的光刻机设备，从上至下依次包括相互连接的弹性支撑装置、吸振部件以及驱动磁场装置，所述驱动磁场装置对所述弹性支撑装置具有相互排斥的力，使得所述弹性支撑装置支撑用于放置工件台的吊框，这样使用磁场力以及弹性装置来调节支撑的力量，还具有能够吸附地基振动的吸振部件，因此既能够补偿工件台的支撑面型，又不会引入地基振动。
为达到上述目的，本发明提供一种使用于光刻机设备的辅助支撑装置，包括相互连接的弹性支撑装置、吸振部件以及驱动磁场装置，所述驱动磁场装置对所述弹性支撑装置具有相互排斥的力。
作为优选，所述弹性支撑装置从上至下依次包括支撑导向件、支撑弹簧和弹簧导向件，所述支撑导向件与所述弹簧导向件套入所述支撑弹簧中。
作为优选，所述吸振部件为蝶形橡胶。
作为优选，所述驱动磁场装置从上至下依次包括相互接触的连接板、直线电机以及支撑件。
作为优选，所述连接板的上底面与所述吸振部件的下底面相互接触。
作为优选，所述直线电机的动子上绕有线圈，所述动子与所述连接板连接。
作为优选，所述直线电机的定子装有多排磁铁，所述定子与所述支撑件连接。
本发明还提供一种带有辅助支撑的光刻机设备，包括：工件台、用于放置工件台的吊框，还包括n个辅助支撑装置，n为正整数；所述辅助支撑装置包括相互连接的弹性支撑装置、吸振部件以及驱动磁场装置，所述驱动磁场装置对所述弹性支撑装置具有相互排斥的力，使得所述弹性支撑装置支撑用于放置工件台的吊框。
作为优选，至少一个所述辅助支撑装置与所述光刻机设备的质心位于同一垂向上。
作为优选，所述弹性支撑装置从上至下依次包括支撑导向件、支撑弹簧和弹簧导向件，所述支撑导向件与所述弹簧导向件套入所述支撑弹簧中，所述支撑导向件与所述吊框下底面接触。
作为优选，所述支撑导向件与所述吊框接触面的长度与宽度皆大于所述支撑弹簧的直径。
作为优选，所述吸振部件为蝶形橡胶。
作为优选，所述蝶形橡胶的下底面的长度与宽度皆大于所述支撑弹簧的直径。
作为优选，所述驱动磁场装置从上至下依次包括相互接触的连接板、直线电机以及支撑件。
作为优选，所述连接板的上底面与所述吸振部件的下底面相互接触。
作为优选，所述直线电机的动子上绕有线圈，所述动子与所述连接板连接。
作为优选，所述直线电机的定子装有多排磁铁，所述定子与所述支撑件连接。
作为优选，所述直线电机与所述光刻机设备的控制系统电路连接。
作为优选，若n大于1，则n个辅助支撑装置与吊框下底面接触，且对称分布于所述吊框下方。
作为优选，一个所述辅助支撑装置与光刻机设备的质心位于同一垂向，其余所述辅助支撑装置的分布关于所述质心对称。
作为优选，所述吊框上具有面型测量装置，所述面型测量装置与所述光刻机设备的控制系统电路连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种使用于光刻机设备的辅助支撑装置，包括相互连接的弹性支撑装置、吸振部件以及驱动磁场装置，所述驱动磁场装置对所述弹性支撑装置具有相互排斥的力。这样使用磁场力以及弹性装置来调节支撑的力量，保证了在垂直方向上的自由度，其中还具有能够吸附地基振动的蝶形橡胶，因此既能够补偿工件台的支撑面型，又不会引入地基振动。
较佳地，本发明还提供一种带有辅助支撑的光刻机设备，包括：工件台、用于放置工件台的吊框，还包括n个辅助支撑装置，n为正整数；所述辅助支撑装置包括相互连接的弹性支撑装置、吸振部件以及驱动磁场装置，所述驱动磁场装置对所述弹性支撑装置具有相互排斥的力，使得所述弹性支撑装置支撑用于放置工件台的吊框。这样使用多个辅助支撑装置，能够根据其所在位置处的面型变化调节支撑的力量，从而更好地补偿工件台的支撑面型。
附图说明
图1为现有技术中光刻设备的局部结构示意图；
图2为图1的仰视图；
图3为工件台支撑面型变化示意图；
图4为本发明提供的辅助支撑装置结构示意图；
图5为本发明提供的辅助支撑装置剖面示意图；
图6为本发明提供的使用单个辅助支撑装置时工件台的质心分布示意图；
图7为本发明提供的使用多个辅助支撑装置时工件台的质心分布示意图。
现有技术图示：200-光刻设备的局部结构、201-掩模台、202-掩模支架、203-吊框、204-工件台、205-减振器、206-主基板、207-曝光系统；
本发明图示：100-辅助支撑装置、101-支撑导向件、102-支撑弹簧、103-弹簧导向件、104-蝶形橡胶、105-动子、106-支撑件、107-定子、108-连接板、109-质心。
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。
为达到上述目的，请参照图4，本发明提供一种使用于光刻机设备的辅助支撑装置，从上至下依次包括相互连接的弹性支撑装置、吸振部件以及驱动磁场装置。
请参照图5，弹性支撑装置从上至下包括支撑导向件101、支撑弹簧102，弹簧导向件103，所述支撑导向件101与所述弹簧导向件103套入所述支撑弹簧102中，支撑导向件101与弹簧导向件103用于对支撑弹簧102起导向作用。支撑弹簧102在垂向上长度可以变化，因此具有垂向支撑的刚度，在其它方向刚度均较低。
在该辅助支撑装置支撑工件台时，由所述支撑导向件101与吊框下底面接触，且所述支撑导向件101与所述吊框接触的长度与宽度皆大于所述支撑弹簧102的直径，这样增大了支撑导向件101与吊框的接触面积，减少辅助支撑装置对吊框造成的压强。
所述吸振部件为蝶形橡胶104，蝶形橡胶104为倒T型，上部与弹簧导向件103连接，下部与驱动磁场装置连接，即所述蝶形橡胶104的下底面的长度与宽度皆大于所述支撑弹簧102的直径，这样增加了蝶型橡胶104与驱动磁场装置的接触面积，保证了弹性支撑装置的稳定性。
此外，蝶型橡胶104选用具有高阻尼系数的橡胶，能够部分地衰减外界振动源对光刻设备的干扰。
本发明采用支撑弹簧102和蝶形橡胶104串联的方式，这种结构可以实现水平向解耦，也就是说整个结构在水平面上的任意方向上的刚度可以忽略。
假设支撑弹簧102的垂向刚度为k1，蝶形橡胶104垂向刚度为k2，由于两者串联，辅助支撑装置100的垂向刚度K＝(k1×k2)/(k1+k2)。假设减振器开启使光刻设备浮起时的低频频率为f，整个光刻设备的总质量为m，则按理论估算四个减振器的总刚度为Ktotal＝m×(2πf)2，因此辅助支撑装置100垂向刚度K值低于减振器刚度至少一个数量级以上，本发明的辅助支撑装置100垂向刚度K可以由四个减振器的总刚度Ktotal部分地补偿，而辅助支撑装置100需要提供平衡吊框表面垂向变形的支持力，因此辅助支撑装置100也可以承担减振器所需承担的部分刚度，也就是说辅助支撑装置100与减振器可以互相补偿对方在垂向上的刚度，这样既能为吊框提供足够地辅助支持力，又能保证光刻设备的悬浮刚度，从而不会对光刻设备的动态性能产生影响。
请继续参照图5，所述驱动磁场装置从上至下依次包括相互接触的连接板108、直线电机以及支撑件106，其中，直线电机的动子105上绕有线圈，所述动子105与所述连接板108连接；所述直线电机的定子107装有多排磁铁，所述定子107与所述支撑件106连接。
当直线电机通电流之后在其动子105和定子107之间产生磁场，通过磁场力垂向驱动支撑弹簧102支撑吊框，也就是说使用直线电机制造对支撑弹簧102具有排斥力的磁场，利用对支撑弹簧102的排斥力而使得支撑弹簧102向上对吊框产生了支撑力量。
较佳地，所述连接板108的上底面与所述吸振部件即蝶型橡胶104的下底面相互接触，连接板108的上底面的面积大于或者等于蝶形橡胶104的面积。
较佳地，所述直线电机与光刻装置的控制系统(未图示)电路连接，由控制系统控制直线电机是否通电、通电电流的大小从而间接控制了支撑弹簧102对于吊框是否产生支撑力量以及调节支撑力的大小。
本发明还提供一种带有辅助支撑的光刻机设备，具有多个如上所述的辅助支撑装置100，与吊框下底面接触，且对称分布于所述吊框下方。
请参照图6，当使用单个辅助支撑装置100支撑吊框时，将单个辅助支撑装置100放置在整个光刻装置的质心109下方，可有效地调节吊框支撑面型。
请参照图7，使用多个辅助支撑装置100支撑吊框时，一个放置于整个光刻装置的质心109下方，其余辅助支撑装置100关于质心109对称放置，这样使用控制系统调节各个辅助支撑装置100的支撑力大小，相比于单个辅助支撑装置100，多个辅助支撑装置100的支撑具有更大的可调节性，因此在补偿支撑面型的精确度更高。
较佳地，所述吊框上具有面型测量装置，所述面型测量装置与控制系统电路连接。
使用辅助支撑装置100的步骤如下：
首先根据工件台步进或者扫描的精度要求设置吊框上表面的面型运动指标S；
其次使用面型测量装置测量吊框的上表面的面型T。
在控制系统中对比面型T与面型运动指标S：当面型T大于面型运动指标S时，控制系统控制直线电机电流从而调整吊框上表面面型低于面型运动指标S，其中吊框的支撑面型与直线电机电流的大小呈正比，通过调整直线电机电流的大小补偿吊框的支撑面型达到面型运动指标S的工作范围；
当面型T小于面型运动指标S时，保持直线电机工作状态不变。
本发明的辅助支撑装置除了可以用于四脚支撑的光刻设备中，还可以用于其它光刻设备，如具有六个减振器的六脚支撑的光刻设备。
本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例。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 (15)

1.一种使用于光刻机设备的辅助支撑装置，用于支撑吊框，其特征在于，包括相互连接的弹性支撑装置、吸振部件以及驱动磁场装置，所述弹性支撑装置从上至下依次包括支撑导向件、支撑弹簧和弹簧导向件，所述支撑导向件与所述弹簧导向件套入所述支撑弹簧中，所述支撑导向件与所述吊框下底面接触，所述驱动磁场装置从上至下依次包括相互接触的连接板、直线电机以及支撑件，所述连接板的上底面与所述吸振部件的下底面相互接触，所述驱动磁场装置对所述弹性支撑装置具有相互排斥的力。
2.如权利要求1所述的辅助支撑装置，其特征在于，所述吸振部件为蝶形橡胶。
3.如权利要求1所述的辅助支撑装置，其特征在于，所述直线电机的动子上绕有线圈，所述动子与所述连接板连接。
4.如权利要求3所述的辅助支撑装置，其特征在于，所述直线电机的定子装有多排磁铁，所述定子与所述支撑件连接。
5.一种带有辅助支撑的光刻机设备，包括：工件台、用于放置工件台的吊框，其特征在于，还包括n个辅助支撑装置，n为正整数；所述辅助支撑装置包括相互连接的弹性支撑装置、吸振部件以及驱动磁场装置，所述弹性支撑装置从上至下依次包括支撑导向件、支撑弹簧和弹簧导向件，所述支撑导向件与所述弹簧导向件套入所述支撑弹簧中，所述支撑导向件与所述吊框下底面接触，所述驱动磁场装置从上至下依次包括相互接触的连接板、直线电机以及支撑件，所述连接板的上底面与所述吸振部件的下底面相互接触，所述驱动磁场装置对所述弹性支撑装置具有相互排斥的力，使得所述弹性支撑装置支撑用于放置工件台的吊框。
6.如权利要求5所述的带有辅助支撑的光刻机设备，其特征在于，至少一个所述辅助支撑装置与所述光刻机设备的质心位于同一垂向上。
7.如权利要求5所述的带有辅助支撑的光刻机设备，其特征在于，所述支撑导向件与所述吊框接触面的长度与宽度皆大于所述支撑弹簧的直径。
8.如权利要求5所述的带有辅助支撑的光刻机设备，其特征在于，所述吸振部件为蝶形橡胶。
9.如权利要求8所述的带有辅助支撑的光刻机设备，其特征在于，所述蝶形橡胶的下底面的长度与宽度皆大于所述支撑弹簧的直径。
10.如权利要求5所述的带有辅助支撑的光刻机设备，其特征在于，所述直线电机的动子上绕有线圈，所述动子与所述连接板连接。
11.如权利要求10所述的带有辅助支撑的光刻机设备，其特征在于，所述直线电机的定子装有多排磁铁，所述定子与所述支撑件连接。
12.如权利要求10所述的带有辅助支撑的光刻机设备，其特征在于，所述直线电机与所述光刻机设备的控制系统电路连接。
13.如权利要求5所述的带有辅助支撑的光刻机设备，带有辅助支撑的光刻机设备其特征在于，若n大于1，则n个辅助支撑装置与吊框下底面接触，且对称分布于所述吊框下方。
14.如权利要求13所述的带有辅助支撑的光刻机设备带有辅助支撑的光刻机设备，其特征在于，一个所述辅助支撑装置与光刻机设备的质心位于同一垂向，其余所述辅助支撑装置的分布关于所述质心对称。
15.如权利要求13所述的带有辅助支撑的光刻机设备带有辅助支撑的光刻机设备，其特征在于，所述吊框上具有面型测量装置，所述面型测量装置与所述光刻机设备的控制系统电路连接。
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