CN114032969A - 精密仪器多级隔振系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种精密仪器多级隔振系统，通过在地基中环设第一深槽隔振沟，使第一深槽隔振沟用于将地基划分为外地基和内地基；将精密仪器设置在内地基上，在第一深槽隔振沟中填充第一隔振介质，从而在多方面进行减振，能够将运动部件激励的振动与地面低频随机振动解耦，通过阻断运动部件扰动力的传递路径，从振源入手减小主基板上的振动，并且分别针对宽频和窄频振动选择不同的高阻尼隔振材料作为第一隔振介质，采取串联的方式来填充第一深槽隔振沟，以满足硅片定位的高精度要求，如此不仅通过隔振器将运动部件与主基板隔开，而且还能减少振源，从而极大减小振动，提高光刻机中硅片的运动定位精度。

Description

精密仪器多级隔振系统及方法

技术领域

本发明涉及精密设备技术领域，更为具体地，涉及一种精密仪器多级隔振系统及方法。

背景技术

光刻机作为精度达纳米级的精密设备，减振隔振技术是光刻机系统设计中的关键技术。光刻机中的振动来源主要为来自地面的低频振动，以及运动部件和水气部件在工作过程中激励的振动。在现有的光刻机中，运动部件通过空气弹簧支撑，直接放置在地面上，运动部件与机架通过销配合的机械接口连接，为了对地面的低频振动进行隔振，通常采用的技术方案为在机架与主基板之间使用三至四个主动隔振器连接。

虽然使用主动隔振器将运动部件与主基板隔开，但由于隔振率的限制，主动隔振器只能减振却不能将振动完全隔离。运动部件在工作过程中产生的激励，与地面的低频随机振动耦合，通过地面和机械接口两条路径传递到主动隔振器安装位置，使主基板上经过主动隔振器衰减后的振动依然过大，导致光刻机中硅片的运动定位精度无法满足指标要求。

因此，亟需一种能够将运动部件激励的振动与地面低频随机振动解耦，通过阻断运动部件扰动力的传递路径，从振源入手减小主基板上的振动的精密仪器多级隔振系统、方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种精密仪器多级隔振系统、方法，以解决现有技术中使用主动隔振器将运动部件与主基板隔开，但由于隔振率的限制，主动隔振器只能减振却不能将振动完全隔离，运动部件在工作过程中产生的激励，与地面的低频随机振动耦合，通过地面和机械接口两条路径传递到主动隔振器安装位置，使主基板上经过主动隔振器衰减后的振动依然过大，导致光刻机中硅片的运动定位精度无法满足指标要求的问题。

本发明提供的一种精密仪器多级隔振系统，包括精密仪器，其中，所述精密仪器包括主基板，在所述主基板下方设置有机架，其中，

在所述主基板与所述机架之间设置有隔振器，所述隔振器用于在所述机架与所述主基板之间为所述主基板减振；

在地基中环设有第一深槽隔振沟，所述第一深槽隔振沟用于将地基划分为外地基和内地基；其中，所述精密仪器设置在所述内地基上；

在所述第一深槽隔振沟中填充有第一隔振介质。

优选地，所述第一隔振介质外侧使用沥青砂浆隔离带包裹。

优选地，所述第一隔振介质为1层。

优选地，所述第一隔振介质为2层以上。

优选地，当所述第一隔振介质为2层时，所述第一隔振介质包括第一外介质层和第一内介质层。

优选地，所述第一外介质层采用高阻尼橡胶块或金属橡胶隔振器；

所述第一内介质层采用粉质粘土或挤塑苯板。

优选地，在所述内地基中设置有第二深槽隔振沟；所述第二深槽隔振沟用于将所述内地基划分为第一地基和第二地基；

在所述第二深槽隔振沟中填充有第二隔振介质。

优选地，在所述机架内设置有运动部件；

所述机架与所述运动部件独立设置；其中，

所述机架的底部设置在所述第一地基上；

所述运动部件通过空气弹簧设置在所述第二地基上。

优选地，在所述机架与所述运动部件之间设置有位移传感器。

优选地，所述位移传感器与所述精密仪器的控制系统相连；

所述位移传感器用于感测所述运动部件上的硅片与所述主基板间的刚性位移，并将所述刚性位移的数据传输至所述控制系统，以使所述控制系统根据所述刚性位移进行精密定位补偿。

优选地，所述第二隔振介质包括第二外介质层和第二内介质层。

优选地，所述第二外介质层采用高阻尼橡胶块或金属橡胶隔振器；

所述第二内介质层采用粉质粘土或挤塑苯板。

另一方面，本发明还提供一种精密仪器多级隔振方法，采用如上所述的精密仪器隔振系统实现精密仪器的隔振处理，所述多级隔振方法包括如下隔振处理：

在所述精密仪器的主基板与设置在所述主基板下方的机架之间设置隔振器，以在所述机架与所述主基板之间为所述主基板减振；

在所述主基板与所述机架之间设置隔振器，以通过所述隔振器在所述机架与所述主基板之间为所述主基板减振；

在地基中环设置第一深槽隔振沟，在所述第一深槽隔振沟中填充第一隔振介质；其中，所述第一深槽隔振沟用于将地基划分为外地基和内地基，所述精密仪器设置在所述内地基上。

优选地，还包括如下隔振处理：

在所述内地基中设置第二深槽隔振沟，在所述第二深槽隔振沟中填充第二隔振介质；其中，所述第二深槽隔振沟用于将所述内地基划分为第一地基和第二地基。

从上面的技术方案可知，本发明提供的精密仪器多级隔振系统及方法，通过在地基中环设第一深槽隔振沟，使第一深槽隔振沟用于将地基划分为外地基和内地基；将精密仪器设置在内地基上，在第一深槽隔振沟中填充第一隔振介质，并且在主基板与机架之间设置有隔振器，隔振器用于在机架与主基板之间为主基板减震，从而在多方面进行减振，能够将运动部件激励的振动与地面低频随机振动解耦，通过阻断运动部件扰动力的传递路径，从振源入手减小主基板上的振动，同时可采取低成本、省空间的隔振措施进一步降低地面振动等级，分别针对宽频和窄频振动选择不同的高阻尼隔振材料作为第一隔振介质，采取串联的方式来填充第一深槽隔振沟，以满足硅片定位的高精度要求，如此不仅通过隔振器将运动部件与主基板隔开，而且还能减少振源，从而极大减小振动，提高光刻机中硅片的运动定位精度。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明书内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的精密仪器多级隔振系统的剖面图；

图2为根据本发明实施例的精密仪器多级隔振方法的剖面图

附图标记如下：1、主基板；2、隔振器；3、机架；4、位移传感器；5、运动部件；6、空气弹簧；7、外地基；8、第一外介质层；9、第一内介质层； 10、第二外介质层；11、第二内介质层。

具体实施方式

在现有的光刻机中，运动部件通过空气弹簧支撑，直接放置在地面上，运动部件与机架通过销配合的机械接口连接，为了对地面的低频振动进行隔振，通常采用的技术方案为在机架与主基板之间使用三至四个主动隔振器连接，虽然使用主动隔振器将运动部件与主基板隔开，但由于隔振率的限制，主动隔振器只能减振却不能将振动完全隔离。运动部件在工作过程中产生的激励，与地面的低频随机振动耦合，通过地面和机械接口两条路径传递到主动隔振器安装位置，使主基板上经过主动隔振器衰减后的振动依然过大，导致光刻机中硅片的运动定位精度无法满足指标要求。

针对上述问题，本发明提供一种精密仪器多级隔振系统，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

为了说明本发明提供的精密仪器多级隔振系统，图1对本发明实施例的精密仪器多级隔振系统进行了示例性标示。

以下示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。

如图1所示，本发明提供的本发明实施例的精密仪器多级隔振系统，包括精密仪器，其中，该精密仪器包括主基板1，在该主基板1下方设置有机架 3，在地基7中环设有第一深槽隔振沟(8、9所处位置)，该第一深槽隔振沟用于将地基划分为外地基和内地基；其中，精密仪器设置在内地基上；该外地基即为以第一深槽隔振沟为边界没有放置精密仪器的地基，该内地基即为放置精密仪器的地基，该第一深槽隔振沟的具体规格不作限制，在第一深槽隔振沟中填充有第一隔振介质，该第一隔振介质(8、9)的层数和填充物也不做限制，可以为一层也可以为两层，设置可以为多层，具体可根据地基PSD 的测试结果而定。

在图1所示的实施例中，以当下的地面测试结果为例，在动力泵的作用下，光刻机安置地面有50Hz～80Hz的频率振动干扰较大，若仅仅在在主基板与机架之间设置有隔振器2，使隔振器在机架3与主基板之间为主基板减振，主基板的振动回减小但仍无法消失，因此在本实施例中，该第一隔振介质外侧使用沥青砂浆隔离带包裹，第一隔振介质可以为1层，也可以为2层以上，在本实施例中，该第一隔振介质为两层，当第一隔振介质为2层时，该第一隔振介质包括第一外介质层8和第一内介质层9，该第一外介质层8用来衰减50Hz～80Hz左右频段的振动，采用高阻尼橡胶块或金属橡胶隔振器；该第一内介质层9用来衰减1～100Hz的低频地面随机振动采用粉质粘土或挤塑苯板，该第一隔振介质，并且在本实施例中，第一隔振介质外侧使用沥青砂浆隔离带包裹，需要说明的是，各层隔振介质的最终尺寸和材质确定由定量仿真计算结果和精密设备的指标来指导决定，在此不作具体限制，从而能够在根源上减少来自于地基的振动，进而提高精密仪器中硅片的运动定位精度。

在图1所述的实施例中，在内地基中设置有第二深槽隔振沟(10、11所处位置)；该第二深槽隔振沟用于将该内地基划分为第一地基和第二地基，在该第二深槽隔振沟中填充有第二隔振介质(10、11)，该第二深槽隔振沟的规格不作具体限制，在本实施例中，在机架3内设置有运动部件；该机架3与运动部件5独立设置；其中，该机架3的底部设置在该第一地基上；该运动部件5通过空气弹簧6设置在第二地基上，具体的，由于传统的精密仪器中，运动部件通过空气弹簧支撑，直接放置在地面上，且运动部件与机架通过销配合的机械接口连接，二者是相连接的，但是该种连接方式使运动部件和机架为一体，运动部件振动则带动机架振动，从而主基板也会随之振动，因此在本实施例中，取消传统精密仪器中的机械接口，使二者独立放置，运动部件底部的空气弹簧独立放置在第二地基上，机架3的底部独立放置在第一地基上，二者无触接，从而二者之间的振动不相关，能够有效防止二者产生振动关联。

在图1所示的实施例中，该第二隔振介质包括第二外介质层10和第二内介质层11，在本实施例中，该第二外介质层10与第一外介质层8相似采用高阻尼橡胶块或金属橡胶隔振器，该第二内介质层11与第一内介质层9相似采用粉质粘土或挤塑苯板，两个第二隔振介质一个用来衰减地面基础振动，另一个用来衰减运动部件和气泵工作时的主要频率，从而隔断第一地基与第二地基之间的振动，进而中断机架3与运动部件5之间的振动，因此在根本上进一步杜绝了振动经由运动部件5、机架3传递至主基板1中，提高精密仪器的精度。

此外，在机架3与运动部件5之间设置有位移传感器4，该位移传感器4 与精密仪器的控制系统相连，该位移传感器4用于感测运动部件5上的硅片与主基板1间的刚性位移，并将该刚性位移的数据传输至控制系统，以使控制系统根据刚性位移进行精密定位补偿，也就是说即使在本实施例中取消了传统精密仪器中运动部件与机架的机械接口也不会影响精密仪器的正常使用，并且提高了使用精度。

综上所述，本发明提供的精密仪器多级隔振系统取消机械接口，将机架和运动部件分别放置在单独的混凝土地基上，混凝土地基之间设置深槽隔振沟(第一、第二深槽隔振沟)，深槽隔振沟内布置有隔振介质(第一、第二隔振介质)，隔振介质具备高阻尼特性以消耗地基之间的振动能量；隔振介质可以是一层、两层或者多层，层数根据初始地基振动测试的PSD来决定，且隔振介质低成本、省空间；初始地基振动测试结果中，如果有贡献明显过大的振动来源，则隔振介质需至少包括两层，其中一层用来衰减贡献大的特定频率的振动能量，另一层用来衰减宽频范围内的振动能量，目的是机架安装位置地基和运动部件放置位置地基的振动等级都达到VC-E以上，同时运动部件工作时，运动部件安装地基与机架安装地基之间的隔振率达到-40db以下，机架安装地基的地面振动等级仍维持在VC-E以上，由此极大减少主基板的振动，满足硅片定位的高精度要求。

通过上述实施方式可以看出，本发明提供的精密仪器多级隔振系统，通过在地基中环设第一深槽隔振沟，使第一深槽隔振沟用于将地基划分为外地基和内地基；将精密仪器设置在内地基上，在第一深槽隔振沟中填充第一隔振介质，并且在主基板与机架之间设置有隔振器，隔振器用于在机架与主基板之间为主基板减震，从而在多方面进行减振，能够将运动部件激励的振动与地面低频随机振动解耦，通过阻断运动部件扰动力的传递路径，从振源入手减小主基板上的振动，同时可采取低成本、省空间的隔振措施进一步降低地面振动等级，分别针对宽频和窄频振动选择不同的高阻尼隔振材料作为第一隔振介质，采取串联的方式来填充第一深槽隔振沟，以满足硅片定位的高精度要求，如此不仅通过隔振器将运动部件与主基板隔开，而且还能减少振源，从而极大减小振动，提高光刻机中硅片的运动定位精度。

如图2所示，本发明还提供一种精密仪器多级隔振方法，采用如上所述的精密仪器隔振系统实现精密仪器的隔振处理，所述多级隔振方法包括如下隔振处理：

S1：在精密仪器的主基板与设置在主基板下方的机架之间设置隔振器，以在机架与主基板之间为所述主基板减振；

S2：在主基板与机架之间设置隔振器，以通过隔振器在所述机架与主基板之间为主基板减振；

S3：在地基中环设置第一深槽隔振沟，在第一深槽隔振沟中填充第一隔振介质；其中，第一深槽隔振沟用于将地基划分为外地基和内地基，精密仪器设置在内地基上。

并且，还包括如下隔振处理：

S4：在内地基中设置第二深槽隔振沟，在第二深槽隔振沟中填充第二隔振介质；其中，第二深槽隔振沟用于将所述内地基划分为第一地基和第二地基。

如上所述，本发明提供的精密仪器多级隔振方法，通过在地基中环设第一深槽隔振沟，使第一深槽隔振沟用于将地基划分为外地基和内地基；将精密仪器设置在内地基上，在第一深槽隔振沟中填充第一隔振介质，并且在主基板与机架之间设置有隔振器，隔振器用于在机架与主基板之间为主基板减震，从而在多方面进行减振，能够将运动部件激励的振动与地面低频随机振动解耦，通过阻断运动部件扰动力的传递路径，从振源入手减小主基板上的振动，同时可采取低成本、省空间的隔振措施进一步降低地面振动等级，分别针对宽频和窄频振动选择不同的高阻尼隔振材料作为第一隔振介质，采取串联的方式来填充第一深槽隔振沟，以满足硅片定位的高精度要求，如此不仅通过隔振器将运动部件与主基板隔开，而且还能减少振源，从而极大减小振动，提高光刻机中硅片的运动定位精度。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的精密仪器多级隔振系统、方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的精密仪器多级隔振系统、方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (14)

1.一种精密仪器多级隔振系统，包括精密仪器，其中，所述精密仪器包括主基板，在所述主基板下方设置有机架，其特征在于，

在所述主基板与所述机架之间设置有隔振器，所述隔振器用于在所述机架与所述主基板之间为所述主基板减振；

在地基中环设有第一深槽隔振沟，所述第一深槽隔振沟用于将地基划分为外地基和内地基；其中，所述精密仪器设置在所述内地基上；

在所述第一深槽隔振沟中填充有第一隔振介质。

2.如权利要求1所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，

所述第一隔振介质外侧使用沥青砂浆隔离带包裹。

3.如权利要求1或2所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，

所述第一隔振介质为1层。

4.如权利要求1或2所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，

所述第一隔振介质为2层以上。

5.如权利要求4所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，当所述第一隔振介质为2层时，所述第一隔振介质包括第一外介质层和第一内介质层。

6.如权利要求5所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，

所述第一外介质层采用高阻尼橡胶块或金属橡胶隔振器；

所述第一内介质层采用粉质粘土或挤塑苯板。

7.如权利要求1所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，

在所述内地基中设置有第二深槽隔振沟；所述第二深槽隔振沟用于将所述内地基划分为第一地基和第二地基；

在所述第二深槽隔振沟中填充有第二隔振介质。

8.如权利要求7所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，

在所述机架内设置有运动部件；

所述机架与所述运动部件独立设置；其中，

所述机架的底部设置在所述第一地基上；

所述运动部件通过空气弹簧设置在所述第二地基上。

9.如权利要求8所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，

在所述机架与所述运动部件之间设置有位移传感器。

10.如权利要求9所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，

所述位移传感器与所述精密仪器的控制系统相连；

所述位移传感器用于感测所述运动部件上的硅片与所述主基板间的刚性位移，并将所述刚性位移的数据传输至所述控制系统，以使所述控制系统根据所述刚性位移进行精密定位补偿。

11.如权利要求7或8所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，

所述第二隔振介质包括第二外介质层和第二内介质层。

12.如权利要求11所述的精密仪器多级隔振系统，其特征在于，

所述第二外介质层采用高阻尼橡胶块或金属橡胶隔振器；

所述第二内介质层采用粉质粘土或挤塑苯板。

13.一种精密仪器多级隔振方法，采用如权利要求1-12中任一项所述的精密仪器隔振系统实现精密仪器的隔振处理，所述多级隔振方法包括如下隔振处理：

在所述精密仪器的主基板与设置在所述主基板下方的机架之间设置隔振器，以在所述机架与所述主基板之间为所述主基板减振；

在所述主基板与所述机架之间设置隔振器，以通过所述隔振器在所述机架与所述主基板之间为所述主基板减振；

在地基中环设置第一深槽隔振沟，在所述第一深槽隔振沟中填充第一隔振介质；其中，所述第一深槽隔振沟用于将地基划分为外地基和内地基，所述精密仪器设置在所述内地基上。

14.如权利要求13所述的精密仪器多级隔振方法，其特征在于，还包括如下隔振处理：

在所述内地基中设置第二深槽隔振沟，在所述第二深槽隔振沟中填充第二隔振介质；其中，所述第二深槽隔振沟用于将所述内地基划分为第一地基和第二地基。

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