CN205374983U - 一种可动刀口装置和光刻机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可动刀口装置及具有该可动刀口装置的光刻机系统，可动刀口装置位于照明光源和掩膜版之间，包括外部框架和位于外部框架内的两对相互正交刀口刀片组件，每对刀口刀片组件包括两个相互平行的刀口刀片组件，每个刀口刀片组件中包括定子支架、位于定子支架上的直线电机、与直线电机通过转接件连接的刀片以及与刀片连接的气浮滑块，定子支架的底面和侧面为气浮滑块提供导向。由于气浮导轨中的气浮滑块是悬浮在导轨上，因此减小了摩擦，而且减少了导轨磨损，提高了寿命。由于气浮导轨中气膜厚度几乎不受速度的影响，即使在极低的速度时也运动平稳，由于气浮导轨几乎不会产生热量，不会产生热变形，无需添加冷却装置，且减少了污染。

Description

一种可动刀口装置和光刻机系统

技术领域

本实用新型涉及半导体光刻领域，特别涉及一种可动刀口装置和光刻机系统。

背景技术

在半导体制作中，光刻工艺是最为重要的工艺步骤之一。光刻是指将一系列掩膜版上的芯片图形通过曝光系统依次转印到硅片相应层上的复杂的工艺过程。对承载300mm硅片的光刻机系统来说，当线宽小于100nm时，整机系统中任何微小振动和干扰都会对系统光刻质量带来影响。因此，需要对光刻机系统内产生的运动振动进行优化，有效减小和消除这些振动对光刻性能的不利影响。

光刻过程中，激光光束通过一个狭缝窗口将掩膜版图形投影曝光到工件台上的硅片上。曝光系统通过一套装置调整隙缝窗口的大小，称为可动刀口装置。可动刀口装置的工作原理是：两个方向的刀片相互运动拼接形成狭缝窗口。在步进曝光中，狭缝窗口的尺寸在曝光前预先调整好；在扫描曝光中，狭缝窗口须在扫描方向与工件台、掩模台同步扫描。

现有技术中提出了一种X/Y向刀口共面布的可动刀口结构，分别通过四套摩擦轮和旋转电机独立驱动四个共面的刀片，实现窗口调整。其中的可动刀口结构的缺点是其共面的刀片运动时相互耦合，运动层间相互干扰，不能满足高加速度的工作需求；摩擦轮结构和旋转电机的传动和驱动方式具有一定的误差传递，精度不高。

除此以外，现有技术中的可动刀口装置存在以下几个问题：

1.刀片工作时线缆的作用力对机构精度造成影响，尤其是刀片装置结构中的光栅尺，由于光栅尺中的读数头是安装在刀片上的，而读数头在工作过程中必须将从光栅尺上读出的数据通过数据线传输至整个光刻机系统的控制系统中，因此安装在刀片上的读数头需要将数据线从刀片上引到控制系统中，但在曝光过程中，刀片位置需要经常变化，而刀片上的数据线的存在影响了刀片的移动，在移动过程中发生错误，导致曝光产生误差；

2.可动刀口装置平衡弹簧长时间工作后，产生塑性变形，其弹性模量发生变化，则会影响可动刀口装置的工作。如刀片初始化时，问题原因为直线电机由位于直线电机上端的平衡弹簧限位至初始化位置，但由于平衡弹簧长时间使用后产生严重变形，直线电机会移动至下方边缘部分，处于光刻机系统位置计算的范围之外，导致初始化时寻找相位出错，从而出现初始化时位置报错；

3.直线电机中定子固定，而动子上绕有线缆，且线缆与其它机器连接，而在工作时，动子须相对于定子作运动，导致动子上的线缆也一起运动，因此在空间设计时，须给上述线缆的运动留有空间，增大了布线压力；

4.现有技术中，可动刀口装置使用直线导轨，其具有以下缺点：

(1)由于直线导轨的径向间隙会极大的影响导轨的行走精度、负载能力和刚性。因而根据用途会选择适当的预压，造成导轨的摩擦系数和阻力较大，在高速运动的情况下产生热量引起热变形；

(2)直线导轨运行时会产生粉尘，造成污染；

(3)直线导轨需要定期补给少量的润滑脂，因此容易造成污染；

(4)虽然直线导轨是理想的滚动导向装置，导轨上的动摩擦力与静摩擦力相差很小，因此即使给予了直线导轨动力，由于内部摩擦力的存在，会抵消部分动力，从而造成直线导轨的爬行；

(5)直线导轨在长时间高速工作状况下，高速往复动作对导轨的寿命影响较大。

综上所述，有必要发明一种可动刀口装置，能够解决上述问题，从而能够减小误差，增加使用寿命。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出了一种可动刀口装置以及具有这种可动刀口装置的光刻机系统，位于照明光源和掩膜版之间，包括外部框架和位于所述外部框架内的两对相互正交刀口刀片组件，每对所述刀口刀片组件包括两个相互平行的所述刀口刀片组件，每个所述刀口刀片组件中包括定子支架、位于所述定子支架上的直线电机、与所述直线电机通过转接件连接的刀片以及与所述刀片连接的气浮滑块，所述定子支架的底面和侧面为所述气浮滑块提供导向。由于气浮导轨中的气浮滑块是悬浮在导轨上，因此减小了摩擦，而且减少了导轨磨损，提高了寿命。

为达到上述目的，本实用新型提供一种可动刀口装置，位于照明光源和掩膜版之间，包括外部框架和位于所述外部框架内的两对相互正交刀口刀片组件，每对所述刀口刀片组件包括两个相互平行的所述刀口刀片组件，每个所述刀口刀片组件中包括定子支架、位于所述定子支架上的直线电机、与所述直线电机通过转接件连接的刀片以及与所述刀片连接的气浮滑块，所述定子支架的底面和侧面为所述气浮滑块提供导向。

作为优选，所述直线电机的动子固定在所述定子支架上，所述直线电机的定子通过所述转接件与所述刀片连接。

作为优选，所述定子两端设有磁阻限位器，所述磁阻限位器固定在所述定子支架上。

作为优选，所述气浮滑块的承压面上布设有凹面和若干小孔节流器，所述小孔节流器将正压气体输送到承压面中，所述凹面将负压气体输送到承压面上，所述气浮滑块在二者共同作用下呈悬浮状态。

作为优选，所述承压面呈L型，所述承压面悬浮在所述定子支架的底面和侧面。

作为优选，所述刀口刀片组件还包括光栅尺和读数头，所述光栅尺安装在所述转接件上，所述读数头固定在所述定子支架上。

本实用新型还提供一种光刻机系统，具有上述的可动刀口装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种可动刀口装置以及具有这种可动刀口装置的光刻机系统，可动刀口装置位于照明光源和掩膜版之间，包括外部框架和位于所述外部框架内的两对相互正交刀口刀片组件，每对所述刀口刀片组件包括两个相互平行的所述刀口刀片组件，每个所述刀口刀片组件中包括定子支架、位于所述定子支架上的直线电机、与所述直线电机通过转接件连接的刀片以及与所述刀片连接的气浮滑块，所述定子支架的底面和侧面为所述气浮滑块提供导向。由于气浮导轨中的气浮滑块是悬浮在导轨上，因此减小了摩擦，而且减少了导轨磨损，提高了寿命。此外由于气浮导轨中气膜厚度几乎不受速度的影响，即使在极低的速度时也运动平稳，另外由于气浮导轨几乎不会产生热量，不会产生热变形，因此无需添加冷却装置，同时也减少了污染。

本实用新型还提供了一种如上所述可动刀口装置以及具有这种可动刀口装置的光刻机系统，其中所述刀口刀片组件还包括光栅尺和读数头，所述光栅尺安装在所述转接件上，所述读数头固定在所述定子支架上，由于读数头安装在定子支架上，数据线则从定子支架上引出，因此数据线不会影响刀片在曝光过程中的移动，从而能够减小误差。

本实用新型还提供一种如上所述的可动刀口装置以及具有这种可动刀口装置的光刻机系统，其中每个刀口刀片组件中的直线电机的动子固定在所述定子支架上，所述直线电机的定子通过所述转接件与所述刀片连接，这种直线电机上动子固定，定子用作驱动部分，因此在工作时，动子上的线缆固定，无需留有线缆运动的空间，因此减小了布线压力，同时也避免了线缆的运动对光刻机系统的工作造成的影响。

本实用新型还提供一种如上所述的可动刀口装置以及具有这种可动刀口装置的光刻机系统，其中每个刀口刀片组件中所述定子两端设有磁阻限位器，所述磁阻限位器固定在所述定子支架上，利用磁阻限位器的反向次阻力也就是排斥力，在停机时可以防止下方的磁阻限位器利用其对直线电机的排斥力可以使直线电机停止时不会运动至下方的边缘位置，减小开机初始化时出错的可能性，并且由于磁阻限位器没有运动惯性，无疲劳损坏的可能，使用寿命比平衡弹簧长。

附图说明

图1为本实用新型提供的可动刀口装置结构示意图；

图2与图3皆为本实用新型提供的刀口刀片组件结构示意图；

图4为气浮滑块的原理示意图；

图5为气浮滑块结构示意图。

图中：1-外部框架、2-第一刀口刀片组件、3-第二刀口刀片组件、4-第三刀口刀片组件、5-第四刀口刀片组件、6-转接件、7-光栅尺、8-直线电机、9-定子支架、10-气浮滑块、11-磁阻限位器、12-小孔节流器、13-滑块气浮面、14-环形凹面、15-刀片、16-刀片支架。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

请参照图1，为达到上述目的，本实用新型提供一种可动刀口装置，在光刻机系统中，位于照明光源和掩膜版之间，作用是通过自身的刀片的移动将刀片之间拼接形成的缝隙窗口的大小进行调整，从而当照明光源通过该可动刀口装置照向掩膜版时调整照明光源中激光光束形成的光斑直径的大小。

请参照图1，可动刀口装置包括外部框架1和位于所述外部框架1内的两对相互正交刀口刀片组件，每对所述刀口刀片组件包括两个相互平行的所述刀口刀片组件，即四个刀口刀片组件，分别为第一刀口刀片组件2、第二刀口刀片组件3、第三刀口刀片组件4、第四刀口刀片组件5，请继续参照图1，其中第一刀口刀片组件2和第三刀口刀片组件4相互平行，在整个外部框架1内部沿Y向排列，而第二刀口刀片组件3和第四刀口刀片组件5相互平行，在外部框架1内部沿X向排列，第一刀口刀片组件2垂直于第二刀口刀片组件3和第四刀口刀片组件5，则第三刀口刀片组件4也垂直于第二刀口刀片组件3和第四刀口刀片组件5。

请参照图2，每个所述刀口刀片组件中包括侧面为“L”型的定子支架9、位于所述定子支架9上的直线电机8、与所述直线电机8通过转接件6连接的刀片15、位于刀片15下方的刀片支架16，以及位于刀片支架16与定子支架9侧面之间光栅尺7，光栅尺7的读数头固定于所述定子支架9的侧面，所述光栅尺7的数据线由所述读数头引出，光栅尺7安装在转接件6上，这样数据线则从定子支架9上引出，因此不会影响刀片15在曝光过程中的移动，从而减小误差。

请参照图2，每个所述直线电机8的动子安装在所述定子支架9上，而位于动子上方的定子则与转接件6连接，所述直线电机8的动子侧绕有线缆，定子侧为磁铁，动子固定，由与转接件6连接的定子驱动，这样线缆则位于固定在定子支架9上的动子上，避免了现有技术中由于动子需要相对于定子运动而带动了线缆一起运动，从而避免了线缆的运动对光刻机系统其它部件的影响以及空间布线压力的增大。

请参照图1，每个刀口刀片组件中的直线电机8通过转接件6带动刀片15沿着X向或者Y向运动。第一刀口刀片组件2和第三刀口刀片组件4由各自的直线电机8驱动从而在X轴方向运动，第二刀口刀片组件3和第四刀口刀片组件5由各自的直线电机8驱动在Y轴方向运动。

请继续参照图2，所述定子支架9两侧具有用于给所述直线电机8限位的磁阻限位器11，磁阻限位器11安装在定子两端，由于磁阻限位器11的磁力与定子之间起反向磁力作用，在停机时，反向磁阻力即排斥力会阻止直线电机8定子向极边缘处移动，从而可以防止直线电机8在停机后定子停止的位置靠下，减小开机初始化时出错的可能性。

此外，由于磁阻限位器11在工作时仅靠自身的磁力，不产生运动惯性，因此无疲劳损坏的可能，使用寿命比传统的平衡弹簧长。

请继续参照图2-4，直线电机8的移动采用闭式气静压导轨进行导向，其中闭式静压导轨由位于定子支架9下方的气浮滑块10来实现。气浮滑块10位于定子支架9与刀片支架16之间，且固定在刀片支架16上，在直线电机8的带动下，气浮滑块10沿着所述定子支架9的底面和侧面滑动。

请参照图2至图5，气浮滑块10的滑块气浮面13同样为“L”型，与定子支架9的底面和侧面相匹配上，滑块气浮面13包括垂直的第一面和第二面，请参照图5，气浮滑块10的第一面和第二面的中部皆有环形凹面14，在环形凹面14中皆有一个通气孔，在第一面和第二面两端皆有若干小孔节流器12，本实施例中，在同一个面上分布有四个小孔节流器12，且排列成两行两列的形式。在气浮滑块10工作时，外界压力泵通过管道将正压气体通过小孔节流器12输送至气浮滑块10的第一面和第二面上，因此在小孔节流器12周围，由于正压气体的存在会向定子支架9的底面与侧面给予一个排斥推力，同时外界压力泵通过另外一个管道将高压气体输送至负压发生器中，将正压气体转换成负压并通过环形凹面14中的通气孔传送至环形凹面14中，使得环形凹面14以及环形凹面14周围形成负压，环形凹面14对定子支架9产生吸引拉力，这种吸引拉力与上述小孔节流器12周围对定子支架9的排斥推力相平衡时，气浮滑块10则悬浮在定子支架9的底面和侧面上，这样在移动时可以不与导轨接触，实现无摩擦和无振动的平滑移动，并且由于无摩擦，导轨磨损极小，能长期保持制造精度，减少了维修的工作量，并且无需使用润滑剂，不会产生污染。气浮滑块10与定子支架9之间形成了气膜，这种气膜可以将误差均匀化，有效降低制造精度来获得较高的导向精度，提高了运动精度，此外，气膜的厚度几乎不受速度的影响，即使在极低速度运行时，也不会产生爬行，使得运行平稳，气浮滑块10的运行时几乎不产生热量，不会产生热变形，无需添加冷却措施，并且气浮滑块10表面的负压气体也可以带走一部分热量，也不影响运动精度。

显然本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种可动刀口装置，其特征在于，位于照明光源和掩膜版之间，包括外部框架和位于所述外部框架内的两对相互正交刀口刀片组件，每对所述刀口刀片组件包括两个相互平行的所述刀口刀片组件，每个所述刀口刀片组件中包括定子支架、位于所述定子支架上的直线电机、与所述直线电机通过转接件连接的刀片以及与所述刀片连接的气浮滑块，所述定子支架的底面和侧面为所述气浮滑块提供导向。

2.如权利要求1所述的可动刀口装置，其特征在于，所述直线电机的动子固定在所述定子支架上，所述直线电机的定子通过所述转接件与所述刀片连接。

3.如权利要求2所述的可动刀口装置，其特征在于，所述定子两端设有磁阻限位器，所述磁阻限位器固定在所述定子支架上。

4.如权利要求1所述的可动刀口装置，其特征在于，所述气浮滑块的承压面上布设有凹面和若干小孔节流器，所述小孔节流器将正压气体输送到承压面中，所述凹面将负压气体输送到承压面上，所述气浮滑块在二者共同作用下呈悬浮状态。

5.如权利要求4所述的可动刀口装置，其特征在于，所述承压面呈L型，所述承压面悬浮在所述定子支架的底面和侧面。

6.如权利要求1所述的可动刀口装置，其特征在于，所述刀口刀片组件还包括光栅尺和读数头，所述光栅尺安装在所述转接件上，所述读数头固定在所述定子支架上。

7.一种光刻机系统，其特征在于，具有如权利要求1～6中任意一项所述的可动刀口装置。