CN1896875A

CN1896875A - 一种光刻机

Info

Publication number: CN1896875A
Application number: CN 200610027271
Authority: CN
Inventors: 翟晶; 刘晖
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2007-01-17

Abstract

本发明设计一种光刻机，将传统光刻机的工件台、掩膜台与投影系统均旋转90度，这样做使得工件台和掩膜台在垂直平面内运动，从而消除了掩膜台和工件台的运动对整机稳定性的影响，降低了控制补偿的难度，提高了光刻机工作稳定性。

Description

一种光刻机

所属技术领域

本发明属于集成电路制造工艺中的光刻技术，特别是关于一种光刻机。

背景技术

在大规模半导体集成电路的前端制造设备中，光刻机是最复杂、要求最高的设备，集光机电技术于一身，尤其是对机械系统的精密性与稳定性的要求几乎达到了极限。为了达到这样的要求，在光刻机的设计和生产过程中，需要重视以下两个方面的问题：

首先是外部环境及地面震动等各方面的扰动问题。在光刻机的工作过程中，为了达到微观精度(微米级或纳米级)的工作环境，需要利用隔震系统对这方面的扰动进行最大可能的消除和抑制，目前用得最多的是利用空气弹簧系统来进行震动隔离，因为空气弹簧系统具有比较低的固有频率，可以将更宽的频段扰动隔离消减。其次是工件台、掩膜台等内部运动部件的运动造成的扰动问题，这主要是由于重心的偏移造成的倾覆力矩的变化。目前一般是通过主动减震控制系统进行力矩的补偿和位置控制。随着光刻机内部运动部件质量和运动速度的提高，这种补偿控制面临着极大的压力和困难。

对于减震和隔震的问题，解决的方案一般是从震源的控制、震动传递路径上的控制以及增加耗能材料和介质这三个方面来入手来进行控制。

传统的光刻机结构如图1和图2所示，整个系统分为内部系统和外部系统，安放在主动减震器6上的系统称为内部系统，其余为外部系统，主要包括外部框架5。主机板7水平放置在主动减震器上，投影物镜2安装在主机板上，并保持基本竖直。离轴对准系统8、掩膜台9、调平调焦系统4以及工件台3作为内部系统安装在主机板上。整个内部系统通过主动减震器来实现震动隔离及位置和力矩补偿。掩膜传输系统11，硅片传输系统10以及照明系统1属于外部系统，对光刻机的整体稳定性不构成影响。

具有以上结构的光刻机，在运动过程中，掩膜台9和工件台3在水平方向做往复运动，这种运动会造成掩膜台9和工件台3的重心偏移，由此使得系统产生竖直平面内的倾覆力矩，而且随着掩膜台9、工件台3工作位置的变化，这种倾覆力矩也随之变化，这种变化对系统的稳定性产生了一定的干扰。为了消除倾覆力矩带来的扰动，主动减震器6必须实时追踪检测并进行力矩补偿。随着掩膜台9和工件台3运动速度和加速度的提高，力矩补偿在反应时间和精度控制上的难度也越来越大。这就需要从扰动源头上来加以考虑，以降低力矩补偿的难度。

发明内容

本发明的目的是要提供一种光刻机结构，主要解决上述现有技术中存在的问题，以提高光刻机工作的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：提供一种光刻机，包括驱动电机、主基板及其承载的照明系统、曝光系统、运动系统、预对准台和测量系统，工件台和掩膜台保持垂直放置，并在垂直平面内运动，投影物镜保持水平放置，整个光刻机的光线工作路径与水平面基本保持平行。

其中，所述的光刻机设有放置在地面的主动减震器，以隔离主基板与外部之间的震动。所述的主动减震器之上的框架称为内部框架，预对准台、测量系统和曝光系统安放在内部框架内。所述的内部框架内还设有掩膜台气浮轴承和工件台气浮轴承，将掩膜台和工件台悬浮在内部框架内。光刻机设有支撑工件台和掩膜台的大理石，该大理石用加强筋结构固定在主基板上。所述的投影物镜采用凹台结构支撑，凹台用螺栓固定在主基板上。所述的驱动电机通过气浮导轨、电磁耦合与掩膜台和工件台非接触联结。驱动电机被固定在地面上，其运动的反作用力作用在地面。

本发明的有益效果是消除了掩膜台和工件台的运动对整机稳定性的影响，降低了控制补偿的难度。

附图说明

图1是传统的光刻机整机一个实施例的结构示意图；

图2是传统的光刻机整机另一实施例的结构示意图；

图3是本发明的光刻机一个实施例的主体结构示意图；

图4是图3相对侧的光刻机结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作更为详细的解释：

本发明涉及一种投影式光刻设备结构设计，适应光刻机的更高性能要求，包括：用于支撑工件台导轨、掩膜台导轨的连接方式；用于支撑连接物镜的平台结构；用于光源系统稳定支撑的连接结构设计。本发明在传统光刻机的基础上将主要照明系统、曝光系统、运动系统旋转90度，工件台和掩膜台在垂直平面内运动，整个光刻机的光线工作路径与水平面基本保持平行。工件台和掩膜台保持基本垂直放置，它们的运动基本不会造成扰动力矩的变化，降低外部减震机构的补偿难度。

图3、图4为依据本发明光刻机一个实施例的结构示意图。参照传统光刻机，该光刻机由整机框架、减震系统、精密运动系统、精密实时测量系统、对准系统、精密曝光系统和驱动电机组成。该整机框架由一套主动减震器分隔为内部框架和外部框架，驱动电机被固定在外部框架上。

其中，整体框架包括：测量基板119，主基板103；利用主动减震器110，我们将安放在主动减震器110之上的框架称为内部框架，其余的是外部框架。驱动电机125、126、127、128被固定在地面上，精密运动系统、精密实时测量系统、对准系统、精密曝光系统位于内部框架上。

该减震系统包括主动减震器107、110、111，主动减震器111主要是减小由于曝光快门112的运动产生的震动，使传递到物镜的震动大幅度减小；而主动减震器107主要是抑制用于安装干涉仪105的测量基板119的谐振；主动减震器110带有洛伦兹电机，可以进行106自由度减震，通过前馈和反馈控制来减小来自地面、驱动电机和系统内部震动，为整机提供一个相对静止的工作环境。该减震系统中还包括掩膜台气浮轴承115和工件台气浮轴承102，它们将掩膜台114和工件台122悬浮在内部框架内，这种悬浮状态进一步隔离了震动。而直线电机的气浮导轨、电磁耦合124、电磁耦合129和电磁耦合130的非接触联结结构阻止了电机震动传递到掩膜台114和工件台122。

该精密运动系统由工件台大理石101，动子123，工件台122，掩膜台大理石116，掩膜台114组成。大理石101竖直放置。在大理石101的两侧采用加强筋的结构形式进行固定，以防止这种结构形式下平台底部的应力和顶部的挠度过大。

该精密实时测量系统干涉仪105、129，传感器117，硅片调平测量系统120组成。

该对准系统由硅片预对准台121，精密对准系统106，掩膜精确对准131组成。

该精密曝光系统由投影物镜118，曝光快门112，照明系统113组成。投影物镜水平放置，采用凹台108进行支撑，物镜凹台和物镜通过螺栓连接，从而保证物镜相对支撑平板的稳定性，并保持光线水平。照明系统需要保持照明光束基本水平。

本发明装置工作时，驱动电机125，126，127，128运动的反作用力作用在地面，从而减小了内部框架的变形和震动，提高了内部框架的稳定性。

本发明中掩膜传输系统109和硅片传输系统104通过将预对准台安放在内部框架内，减小了预对准过程和传输过程中震动对精度的影响，提高了预对准的精度。整机的测量系统和曝光系统也安放在内部框架内，受到主动减震控制，使整机有了更稳定的平台，而运动系统有了更高精度的运动速度。

该光刻机特殊的结构和主动减震系统，可以将该装置的曝光精度提高到纳米曝光的水平。

以上介绍的仅仅是基于本发明的几个较佳实施例，并不能以此来限定本发明的范围。任何对本发明的方法作本技术领域内熟知的步骤的替换、组合、分立，以及对本发明实施步骤作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims

1、一种光刻机，包括驱动电机、主基板及其承载的照明系统、曝光系统、运动系统、预对准台和测量系统，其特征在于：工件台和掩膜台保持垂直放置，并在垂直平面内运动，投影物镜保持水平放置，整个光刻机的光线工作路径与水平面基本保持平行。

2、根据权利要求1所述的光刻机，其特征在于所述的光刻机设有放置在地面的主动减震器，以隔离主基板与外部之间的震动。

3、根据权利要求2所述的光刻机，其特征在于安放在所述的主动减震器之上的框架称为内部框架，预对准台、测量系统和曝光系统安放在内部框架内。

4、根据权利要求3所述的光刻机，其特征在于所述的内部框架内还设有掩膜台气浮轴承和工件台气浮轴承，将掩膜台和工件台悬浮在内部框架内。

5、根据权利要求1所述的光刻机，其特征在于所述的光刻机设有支撑工件台和掩膜台的大理石，该大理石用加强筋结构固定在主基板上。

6、根据权利要求1所述的光刻机，其特征在于所述的投影物镜采用凹台结构支撑，凹台用螺栓固定在主基板上。

7、根据权利要求1所述的光刻机，其特征在于所述的驱动电机通过气浮导轨、电磁耦合与掩膜台和工件台非接触联结。

8、根据权利要求1所述的光刻机，其特征在于所述的驱动电机被固定在地面上，其运动的反作用力作用在地面。