CN106933051A - 运动台装置、曝光装置及光刻机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种运动台装置、曝光装置及光刻机，其中，所述运动台装置包括：Y向电机，所述Y向电机的电机动子可沿水平面的Y向移动；X向电机，设置在X向导轨上，所述X向导轨与所述Y向电机的电机动子连接，并由所述Y向电机牵引沿水平面的Y向移动，所述X向电机的电机动子可沿水平面的X向移动；内部框架，支承所述X向导轨；运动台，设置在所述X向电机的电机动子上。本发明提供的技术方案使得Y向电机的运动单元整体减重，提升了运动台装置的模态和振动特性，所述X向导轨通过非接触式连接内部框架，对内部框架产生的振动冲击较小，同时使运动控制平稳，提升运动控制精度。

Description

运动台装置、曝光装置及光刻机
技术领域
本发明涉及一种运动台装置、曝光装置及光刻机，应用于半导体集成电路制造领域。
背景技术
光刻技术是一种将掩模图案曝光成像到基底上的工艺技术。在光刻过程中，基底放在工件台上，通过位于光刻设备内的曝光装置，将掩模图案投射到基底表面。光刻是半导体制造过程中的关键工序，光刻机用于完成半导体制造中的光刻工艺。在光刻机中，工件台用于承载硅片或基板、并携带硅片或基板在光刻机投影物镜下完成与掩模台相配合的曝光运动，因此，工件台的控制精度直接影响到光刻效果，所以需要工件台具有良好的控制精度。在工件台运动的过程中，其运动反力直接作用于内部框架上产生冲击，将造成整个内部框架及设置在内部框架上的各个结构的振动加剧，对曝光工作造成不利影响甚至造成无法正常的曝光。
如图1所示，现有技术提出了一种曝光装置，包括照明系统11、掩模台12、投影光学系统13及工件台20，工件台20包括设置在外部框架上的两个平行设置的Y向电机，在所述Y向电机的电机动子上垂直设置有中间导轨21，构成H型结构。通过所述Y向电机驱动整个工件台20在Y向的大行程运动。所述中间导轨21上设置有X向电机22，所述X向电机22的电机动子通过安装板34设置有粗动载台24，所述粗动载台24与中间导轨21通过X滑动构件23滑动连接。通过所述X向电机22驱动粗动载台24在X向运动。所述粗动载台24上非接触式设置有微动载台25，通过设置在粗动载台24和微动载台25之间的多个音圈马达33控制微动载台25的微幅驱动。在微动载台25的下方两侧设置有加固件26，所述加固件26下方设置有空气轴承27，相应的，在所述中间导轨21的两侧等距设置有两个步进导件28，所述步进导件28作为所述空气轴承27的气浮支撑面，使微动载台25的两侧得到支撑。所述步进导件28通过连接装置29与所述中间导轨21机械式连接，并通过Y滑动构件30与内部框架31滑动连接。所述微动载台25上固定基板保持具32，基板P位于基板保持具32上。
所述现有技术将中间导轨21设置在Y向电机上，Y向电机需要直接承受设置在中间导轨21上的所有部件及步进导件28施加的负荷，承重量大，造成工件台模态和振动特性较低。步进导件28通过滑动构件与内部框架31滑动连接，对内部框架31产生振动冲击，且滑动摩擦会对控制精度造成影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减轻电机运动单元负载、降低内部冲击、提升模态和控制精度的运动台装置、曝光装置及光刻机。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种运动台装置，包括：
Y向电机，所述Y向电机的电机动子可沿水平面的Y向移动；
X向电机，设置在X向导轨上，所述X向导轨与所述Y向电机的电机动子连接，并由所述Y向电机牵引沿水平面的Y向移动，所述X向电机的电机动子可沿水平面的X向移动；
内部框架，支承所述X向导轨；
运动台，设置在所述X向电机的电机动子上。
优选的，所述Y向电机的数量为2个，设置在外部框架上。
优选的，所述Y向电机的数量为2个，设置在所述内部框架上。
优选的，所述Y向电机的电机定子通过反力消耗装置与外部框架连接。
优选的，所述反力消耗装置包括阻尼元件和/或弹簧元件。
优选的，所述内部框架上设置有Y向中间导轨，所述X向导轨下表面设有气浮结构，所述Y向中间导轨为所述气浮结构的气浮支撑面。
优选的，所述Y向中间导轨的数量为多个。
优选的，所述X向导轨通过连接件与所述Y向电机的电机动子连接，所述连接件采用Z向刚度低于X向、Y向刚度的柔性件。
优选的，所述X向导轨的数量至少为一个。
优选的，所述X向导轨的数量为2个，通过连接结构相互固定连接。
优选的，所述X向电机的数量为2个，每个所述X向电机的电机动子设置在运动台上，每个所述X向电机的电机定子对应设置在所述X向导轨上。
优选的，所述运动台包括X向滑块和微动底板，所述X向滑块上设置有所述X向电机的电机动子，所述微动底板和X向滑块之间设置有X向微动电机和Y向微动电机。
优选的，所述X向滑块两端均采用倒U形结构，覆盖于对应的X向导轨的两侧和上方，所述X向导轨内侧设置有所述X向电机的电机定子，所述X向电机的电机动子设置在所述倒U形结构的内壁上。
优选的，所述倒U形结构对应于所述X向导轨外侧和上方的内壁上设置有气浮结构，所述气浮结构支承所述X向滑块。
优选的，所述X向微动电机和Y向微动电机的数量各为2个，对称设置在X向和Y向上。
优选的，所述X向滑块上设有凹槽，所述凹槽四个内壁上设置有所述X向微动电机的电机定子或所述Y向微动电机的电机定子，所述微动底板下方通过延伸件到达所述凹槽内，所述延伸件上设置有所述X向微动电机的电机动子或所述Y向微动电机的电机动子。
优选的，所述微动底板下表面设置有气浮结构，所述X向滑块为所述气浮结构的气浮支撑面。
优选的，所述微动底板上表面固定连接承板座，所述承板座承载基板。
优选的，所述内部框架用于非接触式支撑所述X向导轨。
一种曝光装置，包括所述的运动台装置。
一种光刻机，包括所述的曝光装置。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案将现有技术中负载在Y向电机上的中间导轨及连接所述中间导轨的两个步进导件优化为X向导轨，并通过内部框架非接触式支承所述X向导轨，使得Y向电机的运动单元整体减重，提升了运动台装置的模态和振动特性，所述X向导轨通过非接触式连接内部框架，对内部框架产生的振动冲击较小，同时使运动控制平稳，提升运动控制精度。
附图说明
图1是现有技术中曝光装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例中所述运动台装置的结构示意图；
图3是图2中所述运动台装置的A-A剖视图；
图4是本发明一实施例中所述运动台装置的结构示意图；
图5是图4中所述运动台装置的B-B剖视图。
图1中所示：11、照明系统；12、掩模台；13、投影光学系统；20、工件台；21、中间导轨；22、X向电机；23、X滑动构件；24、粗动载台；25、微动载台；26、加固件；27、空气轴承；28、步进导件；29、连接装置；30、Y滑动构件；31、内部框架；32、基板保持具；33、音圈马达；34、安装板；P、基板；
图2-3中所示：101、减振器；102、内部框架；103、Y向中间导轨；104、气浮结构；105、X向导轨；106、微动底板；107a、X向电机的电机定子；107b、X向电机的电机动子；108、X向滑块；109、承板座；110a、X向微动电机的电机定子；110b、X向微动电机的电机动子；201、外部框架；202、Y向导轨；203、Y向电机；204、Y向导轨支架；205、Y向滑块；206、连接结构；207、连接件；208a、Y向微动电机的电机定子；208b、Y向微动电机的电机动子；301、干涉仪长条镜支架；302、干涉仪长条镜；
图4-5中所示：401、内部框架；402、Y向导轨支架；403、Y向滑块；404、X向导轨；405、连接件；406、Y向中间导轨；407a、Y向电机的电机定子；407b、Y向电机的电机动子；408、Y向导轨；409、连接结构；501、减振器；502、阻尼元件；503、Y向滑轨单元；504、弹簧元件；505、外部框架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
实施例1
图2和图3所示为本发明曝光装置中运动台装置的一种实施方式，所述曝光装置还包括照明系统、掩模台系统、投影光学系统、干涉仪测量系统及上述各组成部分的控制系统。其中，将水平面的Y向作为掩模台系统上掩模板与运动台装置上基板发生相对运动的方向即步进方向，将水平面的X向作为运动台装置上基板的曝光扫描方向。
所述运动台装置包括：外部框架201、内部框架103、Y向电机203、X向导轨105、X向电机、X向滑块108和微动底板106。
所述Y向电机203设置在外部框架201上，数量为2个。具体的，Y向导轨支架204固定在外部框架201上，Y向导轨202固定在所述Y向导轨支架204上，所述Y向导轨202上设置有Y向滑块205。所述Y向电机203的电机动子固定在所述Y向滑块205上，所述Y向电机203的电机定子固定在所述外部框架201上。所述Y向滑块205在所述Y向电机203的驱动下，沿水平面的Y向移动。
继续参照图2-3，所述X向导轨105通过连接件207与所述Y向滑块205连接，所述X向导轨105下表面设置有气浮结构104，并通过气浮结构104悬浮支撑于Y向中间导轨103上，所述Y向中间导轨103固定在内部框架102上。所述内部框架102通过减振器101与地面接触。较佳的，所述连接件207采用Z向刚度低于X向、Y向刚度的柔性件，可以降低所述外部框架201通过所述Y向滑块205对所述X向导轨105传递的扰动。所述Y向中间导轨103的数量可以采用1个、2个或更多个。所述X向导轨105的数量也可以采用1个、2个或更多个，本实施例采用两根X向导轨105，所述两根X向导轨105通过连接结构206固定连接。所述X向导轨105在所述Y向滑块205的牵引下，沿水平面的Y向移动，通过非接触式的气浮支撑，可使所述X向导轨105在沿Y向移动的过程中将摩擦力降低到最小。所述X向导轨105上设置有X向电机，所述X向电机的数量也为2个。具体的，以所述两根X向导轨105中的一根为例，在所述X向导轨105的内侧固定有所述X向电机的电机定子107a，所述X向电机的电机动子107b设置在X向滑块108上。
进一步的，所述X向滑块108两端均采用倒U形结构，覆盖于对应的X向导轨105的两侧和上方，所述X向电机的电机动子107b设置在所述倒U形结构面对所述X向导轨105内侧的内壁上。所述倒U形结构对应于所述X向导轨105外侧和上方的内壁上设置有气浮结构104，所述气浮结构104支承所述X向滑块108。所述X向滑块108在所述X向电机的驱动下，沿水平面的X向做最小摩擦移动。
所述X向滑块108和微动底板106之间设置有X向微动电机和Y向微动电机，所述微动底板106在所述X向滑块108的牵引下，在X向和Y向上做大行程移动，在所述X向微动电机和Y向微动电机的驱动下，在X向和Y向上相对于所述X向滑块108做短行程移动。
具体的，所述X向微动电机和Y向微动电机的数量各为2个，所述X向滑块108上设有凹槽，所述凹槽的两个X向内壁上设置有所述X向微动电机的电机定子110a，两个Y向内壁上设置有所述Y向微动电机的电机定子208a，所述微动底板106下方通过延伸件到达所述凹槽内，所述延伸件上对应设置有所述X向微动电机的电机动子110b或所述Y向微动电机的电机动子208b。所述微动底板106下表面设置有气浮结构104，所述X向滑块108为所述气浮结构104的气浮支撑面，将所述微动底板106的短行程移动的摩擦力降到最小。
所述微动底板106上表面固定连接承板座109，所述承板座109承载基板。所述微动底板106侧面上连接有干涉仪长条镜支架301和干涉仪长条镜302，以配合干涉仪测量轴的测量工作。所述承板座109、干涉仪长条镜支架301和干涉仪长条镜302跟随所述微动底板106一起运动，所述微动底板106上的X向微动电机和Y向微动电机，直接通过内部框架102上的干涉仪测量数据，因此，外部的X向和Y向扰动对运动台装置的伺服精度影响较小。
本发明提供的技术方案将现有技术中负载在Y向电机上的中间导轨及连接所述中间导轨的两个步进导件优化为所述X向导轨105，并通过内部框架102非接触式支承所述X向导轨105，使得Y向电机203的运动单元整体减重。在各个部件材料及连接刚度不变的情况下，由系统动力学微分方程的推导式：其中，ω为角频率，k为系数，m为质量，可知，质量的减轻可以提升系统的模态，因此，本发明提升了运动台装置的模态和振动特性，同时，所述X向导轨105通过非接触式连接内部框架102，对内部框架102产生的振动冲击较小，同时使运动控制平稳，提升运动控制精度。
实施例2
图4和图5所示为本发明所述运动台装置的另一种实施方式。其中，将水平面的X向作为运动台装置上基板的步进方向，将水平面的Y向作为运动台装置上基板的曝光扫描方向。
所述运动台装置的Y向电机设置在内部框架401上，数量为2个。具体的，Y向导轨支架402固定在内部框架401上，Y向导轨408固定在所述Y向导轨支架402上，所述Y向导轨408上设置有Y向滑块403。所述Y向电机的电机动子407b固定在所述Y向滑块403上，所述Y向电机的电机定子407a固定在所述内部框架401上。所述Y向滑块403在所述Y向电机的驱动下，沿水平面的Y向移动。
所述X向导轨404通过连接件405连接在所述Y向滑块403上，所述X向导轨404下表面设置有气浮结构，并通过气浮结构悬浮支撑于Y向中间导轨406上，所述Y向中间导轨406固定在所述内部框架401上。本实施例采用两根X向导轨404，所述两根X向导轨404通过连接结构409固定连接。所述X向导轨404在所述Y向滑块403的驱动下，沿水平面的Y向移动，通过非接触式的气浮支撑，可使所述X向导轨404在沿Y向移动的过程中将摩擦力降低到最小。
重点参照图5，所述Y向电机的电机定子407a通过反力消耗装置与外部框架505连接。具体的，所述反力消耗装置包括阻尼元件502和弹簧元件504，所述Y向电机的电机定子407a通过所述阻尼元件502和弹簧元件504固定在外部框架505上，且下表面通过Y向滑轨单元503与内部框架401接触，以衰减所述Y向电机对内部框架401及与内部框架401连接的结构所产生的冲击。
本发明还提供一种光刻机，包括所述的曝光装置，通过所述曝光装置实现基板的光刻曝光工艺。

Claims (21)

1.一种运动台装置，其特征在于，包括：
Y向电机，所述Y向电机的电机动子可沿水平面的Y向移动；
X向电机，设置在X向导轨上，所述X向导轨与所述Y向电机的电机动子连接，并由所述Y向电机牵引沿水平面的Y向移动，所述X向电机的电机动子可沿水平面的X向移动；
内部框架，支承所述X向导轨；
运动台，设置在所述X向电机的电机动子上。
2.根据权利要求1所述的运动台装置，其特征在于，所述Y向电机的数量为2个，设置在外部框架上。
3.根据权利要求1所述的运动台装置，其特征在于，所述Y向电机的数量为2个，设置在所述内部框架上。
4.根据权利要求3所述的运动台装置，其特征在于，所述Y向电机的电机定子通过反力消耗装置与外部框架连接。
5.根据权利要求4所述的运动台装置，其特征在于，所述反力消耗装置包括阻尼元件和/或弹簧元件。
6.根据权利要求1所述的运动台装置，其特征在于，所述内部框架上设置有Y向中间导轨，所述X向导轨下表面设有气浮结构，所述Y向中间导轨为所述气浮结构的气浮支撑面。
7.根据权利要求6所述的运动台装置，其特征在于，所述Y向中间导轨的数量为多个。
8.根据权利要求1所述的运动台装置，其特征在于，所述X向导轨通过连接件与所述Y向电机的电机动子连接，所述连接件采用Z向刚度低于X向、Y向刚度的柔性件。
9.根据权利要求1所述的运动台装置，其特征在于，所述X向导轨的数量至少为一个。
10.根据权利要求1所述的运动台装置，其特征在于，所述X向导轨的数量为2个，通过连接结构相互固定连接。
11.根据权利要求10所述的运动台装置，其特征在于，所述X向电机的数量为2个，每个所述X向电机的电机动子设置在运动台上，每个所述X向电机的电机定子对应设置在所述X向导轨上。
12.根据权利要求11所述的运动台装置，其特征在于，所述运动台包括X向滑块和微动底板，所述X向滑块上设置有所述X向电机的电机动子，所述微动底板和X向滑块之间设置有X向微动电机和Y向微动电机。
13.根据权利要求12所述的运动台装置，其特征在于，所述X向滑块两端均采用倒U形结构，覆盖于对应的X向导轨的两侧和上方，所述X向导轨内侧设置有所述X向电机的电机定子，所述X向电机的电机动子设置在所述倒U形结构的内壁上。
14.根据权利要求13所述的运动台装置，其特征在于，所述倒U形结构对应于所述X向导轨外侧和上方的内壁上设置有气浮结构，所述气浮结构支承所述X向滑块。
15.根据权利要求12所述的运动台装置，其特征在于，所述X向微动电机和Y向微动电机的数量各为2个，对称设置在X向和Y向上。
16.根据权利要求15所述的运动台装置，其特征在于，所述X向滑块上设有凹槽，所述凹槽四个内壁上设置有所述X向微动电机的电机定子或所述Y向微动电机的电机定子，所述微动底板下方通过延伸件到达所述凹槽内，所述延伸件上设置有所述X向微动电机的电机动子或所述Y向微动电机的电机动子。
17.根据权利要求12所述的运动台装置，其特征在于，所述微动底板下表面设置有气浮结构，所述X向滑块为所述气浮结构的气浮支撑面。
18.根据权利要求12所述的运动台装置，其特征在于，所述微动底板上表面固定连接承板座，所述承板座承载基板。
19.根据权利要求1或9或10所述的运动台装置，其特征在于，所述内部框架用于非接触式支撑所述X向导轨。
20.一种曝光装置，其特征在于，包括权利要求1-19中任何一项所述的运动台装置。
21.一种光刻机，其特征在于，包括权利要求20所述的曝光装置。
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