CN111059208B - 一种振动隔离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种振动隔离装置，包括：真空腔体(1)、真空腔体(1)内设有主基板(2)，真空腔体(1)的一内壁与主基板(2)之间设有至少一个隔振系统(3)；隔振系统(3)包括：永磁体(31)、设置有线圈(32)的线圈架(33)、主弹簧(34)、隔板(35)以及隔板弹簧(36)；永磁体(31)的一端连接主基板(2)，线圈架(33)一端固定在隔板(35)上，永磁体(31)的部分或全部置于线圈架(33)内部，线圈架(33)与永磁体(31)之间的相对位置可调；主基板(2)、主弹簧(34)、隔板(35)、隔板弹簧(36)以及真空腔体(1)依次连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种极紫外光刻真空振动隔离领域，具体涉及一种振动隔离装置。
背景技术
随着大规模集成电路的发展，曝光特征线宽指标对承载物镜及光学精密测控传感器的主基板提出了越来越高的位置稳定性要求。地面传来的随机振动及硅片台高速运动引起的扰动是影响主基板位置稳定性的重要因素之一。所以需要为主基板提供一个无振动污染的隔离环境，以确保物镜及测量传感器的正常工作。
波长为13.5纳米的极紫外(extreme-ultraviolet，EUV)光刻是目前人类科技所能达到的可大规模量产的最高光刻水平。EUV光刻机作为集成电路生产最高端的核心设备，其主要特点是内部为真空环境，这也给EUV光刻主基板的全频段振动隔离带来较大难度。
一般来说，基于作动方式隔振系统可分为机械弹簧隔振系统、气动式隔振系统和电磁式隔振系统。传统机械弹簧隔振系统因固有频率较高只能衰减较高频段的振动，对中低频段减振基本无效且还会放大振动。气动式隔振系统因其作动器为空气弹簧，其耗散的气体会破坏真空环境，不适合真空使用。电磁式隔振系统现在成为光刻机振动隔离的主流选择。
电磁式隔振系统使用电磁力作为振动扰动的抵消力，为了达到一定的隔振效果会产生较大的热量，在真空中使用时因缺乏对流尤其存在散热问题。而且其有效隔振频段一般在1Hz及以上(部分带前馈控制的电磁式隔振系统最高可达0.8Hz)，10Hz时的振动传递率可达3％(衰减约30dB)；即便如此，在最先进光刻机应用中依旧不能单独使用即能达到振动隔离要求，需要配合良好的隔振地基采用二级甚至多级隔振方案。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供的一种振动隔离装置及其调试方法，通过结合弹簧隔振原理以及电磁式隔振原理，至少用于解决真空中较大振动传递衰减、真空中热损耗等问题。
(二)技术方案
本发明提供一种振动隔离装置，包括：真空腔体1、真空腔体1内设有主基板2，真空腔体1的一内壁与主基板2之间设有至少一个隔振系统3；隔振系统3包括：永磁体31、设置有线圈32的线圈架33、主弹簧34、隔板35以及隔板弹簧36；永磁体31的一端连接主基板2，线圈架33一端固定在隔板35上，永磁体31的部分或全部置于线圈架33内部，线圈架33与永磁体31之间的相对位置可调；主基板2、主弹簧34、隔板35、隔板弹簧36以及真空腔体1依次连接。
可选地，永磁体31为空心柱体结构，主弹簧34设置于永磁体31内部且与永磁体31内壁保持一预设距离。
可选地，永磁体31为实心柱体结构，主弹簧34设置于线圈架33之外。
可选地，隔板35设置有螺纹孔，隔振系统3还包括：螺纹杆37以及电机38；螺纹杆37的尺寸与螺纹孔的尺寸对应，且能够穿过螺纹孔；隔板35、螺纹杆37、电机38以及真空腔体1依次连接。
可选地，线圈架33与永磁体31之间的相对位置可调，包括：通过隔板弹簧36调节隔板35的高度，改变线圈架33的高度，进而改变永磁体31置入线圈架33的体积。
可选地，真空腔体1上固定有至少一个的圆长杆，隔板35上设置有至少一个的通孔，圆长杆穿过通孔。
可选地，主基板2以及真空腔体1上设置有振动传感器。
可选地，线圈架33为金属线圈架。
可选地，隔板35靠近隔板弹簧36的一侧表面设置冷板；或者隔板35内部与线圈架33具有一连接通道，连接通道内设置有散热管道。
可选地，线圈架33的另一端不与主基板2接触。
(三)有益效果
1、本发明提供的永磁体连接主基板，线圈架连接隔板以及永磁体的至少一部分置于线圈架内部可以使得永磁体与线圈架之间的相对位置可调；
2、本发明提供的永磁体与线圈架之间的相对位置可调的隔振系统可以使得通电后线圈架上的线圈产生电磁力，该电磁力可以平衡主基板受到的扰动力；
3、本发明提供的依次连接的隔板弹簧、隔板以及主弹簧，可以平衡主基板受到的机械扰动力；
4、本发明提供的线圈架连接于隔板上，线圈架为金属材料，隔板为金属隔板以及隔板背离线圈架的一面设置有冷板，可以使得热量导入到隔板上；或者金属材质的隔板内部与线圈架具有一连接通道，连接通道内设置有散热管道；上述两种方法均有利于真空环境中散热。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例中极紫外光刻振动隔离装置的主体结构图；
图2示意性示出了本发明实施例中振动隔离装置第一种结构图；
图3示意性示出了本发明实施例种振动隔离装置第二种结构图。
附图标记说明：1-真空腔体；2-主基板；3-隔振系统；31-永磁体；32-线圈；33-线圈架；34-主弹簧；35-隔板；36-隔板弹簧；37-螺纹杆；38-电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
参阅图1，图1示意性示出了本发明实施例中极紫外光刻振动隔离装置的主体结构图。图1中的结构包括：真空腔体1、主基板2以及两个隔振系统3；主基板2以及隔振系统3设置于真空腔体1的内壁上，隔振系统3设置于真空腔体1以及主基板2之间。
参阅图2，图2示意性示出了本发明实施例中振动隔离装置第一种结构图；以及参阅图3，图3示意性示出了本发明实施例中振动隔离装置第二种结构图。其中，隔振系统3包括：至少一个的永磁体31、至少一个设置有线圈32的线圈架33、至少一个的主弹簧34、至少一个的隔板35、以及至少一个的隔板弹簧36。其中，永磁体31、线圈架33、主弹簧34、隔板35以及隔板弹簧的具体数量本实施例中不做具体限制。上述线圈架33为闭合结构，线圈架33例如可以为闭合环形结构，上述永磁体31置于该闭合环形结构中，上述线圈架33具体的闭合结构形状本发明不做具体限制。
永磁体31的一端连接主基板2，线圈架33的一端连接隔板35；线圈架33的另一端不与主基板2接触。永磁体31的至少一部分置于线圈架33的内部，并且线圈架33与永磁体31之间的相对位置可调。制备永磁体31的材料包括：钐、钴、或钕铁硼材料；制备线圈架33的材料包括铝、铜、不锈钢等非磁性材料。
主基板2、主弹簧34、隔板35、隔板弹簧36、真空腔体1的内壁依次连接。隔板弹簧36具有弹性以及阻尼功能，至少一个的隔板弹簧36具有防止隔板35扭摆的功能。
图2中，永磁体31为空心柱体结构，主弹簧34设置于永磁体31内部且与永磁体31内壁保持一预设距离。当永磁体31轴向充磁时，该永磁体31内部的磁力线方向为上下竖直方向，此时机械隔振部在电磁隔振部的内部。
图3中，永磁体31为实心柱体结构，主弹簧34设置于线圈架33之外。此时机械隔振部在电磁隔振部的外部。隔板35上设置有螺纹孔，图2以及图3的隔振系统还包括螺纹杆37以及电机38，上述隔板35、螺纹杆37、电机38以及真空腔体1的内壁依次连接。
上述结构中，线圈架32与永磁体31之间的相对位置可调，包括：
通过电机38带动与之连接的螺纹杆37，该螺纹杆37与隔板35上的螺纹孔螺接，控制电机38匀速缓慢转动，然后电机38可控制螺纹杆37以及隔板弹簧36上下调节隔板35的高度，因为线圈架33连接于隔板35，永磁体31连接主基板2，并且永磁体31的至少一部分置于线圈架33内部，因此永磁体31与线圈架33之间的相对位置可调。
本发明实施例中的主基板2以及真空腔体1上设置有振动传感器。
当本发明实施例中的振动隔离装置在无扰动情况下时，主弹簧33与主基板2连接，整个装置处于静止状态，使得主基板2的重量全都被主弹簧33承受。本发明实施例中的主弹簧34为一刚性弹簧时、该主弹簧34的中心轴与螺纹杆37的中心轴重合，还与永磁体31的中心轴重合，因此该振动隔离装置相当于纯机械弹簧隔振系统，对于高频振动，例如该高频振动可以为50Hz以上的振动扰动力，此时的扰动主要由主弹簧34来抵消。将此时静止状态下的主基板2的位置设置为零位。
当本发明实施例中的振动隔离装置受到振动等扰动时，零位发生改变，此时给线圈32通电，使得永磁体31的轴向产生电磁力，即永磁体31内部的磁场线方向为上下方向。通过上文中提及的调整永磁体31与线圈架33之间的相对位置，以及改变线圈32中通入的一预设范围的电流大小和一预设范围的电流方向可以实现主基板2上受到的扰动力与电磁力平衡，从而使得主基板2始终保持振动隔离状态。并且，主基板2以及真空腔体1上设置的振动传感器可以适时测得主基板2上受到扰动时的数据，通过反馈或者前馈算法对该数据分析后可以控制电流的大小和方向，进而控制主基板2的平衡，此时为电磁隔振，该电磁隔振可以平衡50Hz以下的振动扰动力。
因此，本发明实施例中的上述结构可以实现真空中的振动传递衰减并保持从高频段到低频段范围内优良的隔振效果。
本发明实施例中的真空腔体1上还固定由至少一个的圆长杆，该圆长杆以及通孔在图1、图2以及图3中未作示出。隔板35上设置有至少一个的通孔，一个圆长杆对应穿过一个通孔，通孔的孔径略大于圆长杆的直径，当隔板35发生微扭摆时，隔板35即与圆长杆接触，使得圆长杆对隔板35进行机械限位。
本发明实施例中，当主弹簧34的使用时间过长时，主弹簧34的刚度系数会发生变化，但是主基板2相对真空腔体1的位置需要保持不变，因此线圈32以及永磁体31会产生电磁力使得上述位置保持不变，该电磁力产生热量会给系统在真空中散热带来负担。此时可以通过电机38缓慢且匀速的旋转螺纹杆37，调节隔板35上下的高度，即使长时间使用该主弹簧34时，也能保证主基板2在零位不变，该方法可以减少真空中热损耗，并且在不需要更换主弹簧34的情况下也能延长系统的使用寿命。
本发明实施例中，与隔板35连接的线圈架33为金属线圈架，且隔板35为金属隔板。该金属材质的隔板35以及线圈架33可以在真空环境下快速的将热量传导至隔板35上，通过隔板35的另一面设置有冷板；或者，隔板35内部与线圈架33具有一连接通道，连接通道内设置有散热管道；当金属材质的隔板35与金属材质的线圈架33连接并固定为一体结构时，在隔板35内具有一连接通道，该连接通道内设置有散热管道，该散热管道还与连接线圈架33连接，上述散热管道例如可以与外界的冷水管相连；上述两种结构可以将热量快速导出。
本发明实施例中的隔离装置需要满足在真空环境下也能正常使用，且其所有材料都应为低释气材料，以避免对系统的真空度带来影响。
本发明实施例中的振动隔离装置应用于极紫外光刻时，振动隔离装置中的包含通电导线的真空部分除了满足工作真空正常使用和低释气材料要求外，还有真空释气成分及分压要求，一般需要满足清洁真空要求；其中，释气成分及分压要求为O2＜6.0×10-5Pa、H2O＜2.0×10-3Pa、CxHy(45-100amu)＜5.0×10-5Pa、CxHy(＞100amu)＜2.0×10-6Pa。
本发明还提供了一种振动隔离装置的调试方法，包括：
S1、在隔板35上增加或减少质量块，找平所述隔板35；
S2、在步骤S1的所述隔板35上安装至少设置有线圈的线圈架34，再次找平所述隔板35；
S3、在步骤S2的所述隔板35上设置至少一个的主弹簧34、至少一个的永磁体31，将主基板2设置于主弹簧34以及永磁体31上；
S4、在步骤S3中的主基板2上增加或者减少质量块，找平主基板2；
S5、在步骤S4中的主基板2以及步骤S1中的真空腔体1上设置振动传感器；
其中，步骤S6中，在空气中以及真空中调试振动隔离装置的振动隔离性能包括：
在空气中或者真空中扰动主基板2，并且给线圈32通入一预设大小以及一预设方向的电流，使得永磁体31以及线圈32产生感应磁场，感应磁场产生感应磁场力；
根据振动传感器中的数据判断主基板2以及真空腔室1受到的电磁力与扰动产生的扰动力能否平衡，若平衡，则性能好；若不平衡，则调节电流的大小和方向，使得主基板2受力平衡。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种振动隔离装置，包括：真空腔体(1)、所述真空腔体(1)内设有主基板(2)，所述真空腔体(1)的一内壁与所述主基板(2)之间设有至少一个隔振系统(3)；
所述隔振系统(3)包括：永磁体(31)、设置有线圈(32)的线圈架(33)、主弹簧(34)、隔板(35)以及隔板弹簧(36)；
所述永磁体(31)的一端连接所述主基板(2)，所述线圈架(33)一端固定在所述隔板(35)上，所述永磁体(31)的部分或全部置于所述线圈架(33)内部，所述线圈架(33)与所述永磁体(31)之间的相对位置可调；
所述主基板(2)、所述主弹簧(34)、所述隔板(35)、所述隔板弹簧(36)以及所述真空腔体(1)依次连接；
其中，所述线圈架(33)为金属线圈架；所述隔板(35)靠近所述隔板弹簧(36)的一侧表面设置冷板；或者所述隔板(35)内部与所述线圈架(33)具有一连接通道，所述连接通道内设置有散热管道；所述隔板(35)设置有螺纹孔，所述隔振系统(3)还包括：螺纹杆(37)以及电机(38)；所述螺纹杆(37)的尺寸与所述螺纹孔的尺寸对应，且能够穿过所述螺纹孔；
所述隔板(35)、所述螺纹杆(37)、所述电机(38)以及所述真空腔体(1)依次连接。
2.根据权利要求1所述的隔离装置，其中，所述永磁体(31)为空心柱体结构，所述主弹簧(34)设置于所述永磁体(31)内部且与所述永磁体(31)内壁保持一预设距离。
3.根据权利要求1所述的隔离装置，其中，所述永磁体(31)为实心柱体结构，所述主弹簧(34)设置于所述设置有线圈(32)的线圈架(33)之外。
4.根据权利要求1所述的隔离装置，其中，所述线圈架(33)与所述永磁体(31)之间的相对位置可调，包括：
通过所述隔板弹簧(36)调节所述隔板(35)的高度，改变所述线圈架(33)的高度，进而改变所述永磁体(31)置入所述线圈架(33)的体积。
5.根据权利要求1所述的隔离装置，其中，所述真空腔体(1)上固定有至少一个的圆长杆，所述隔板(35)上设置有至少一个的通孔，所述圆长杆穿过所述通孔。
6.根据权利要求1所述的隔离装置，其中，所述主基板(2)以及所述真空腔体(1)上设置有振动传感器。
7.根据权利要求1所述的隔离装置，其中，所述线圈架(33)的另一端不与所述主基板(2)接触。
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