TW201734661A - 運動台裝置、曝光裝置及光刻機 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種運動台裝置、曝光裝置及光刻機，其中，運動台裝置包括：Y向電機，Y向電機的電機轉子可沿水平面的Y向移動；X向電機，設置在X向導軌上，X向導軌與Y向電機的電機轉子連接，並由Y向電機牽引沿水平面的Y向移動，X向電機的電機轉子可沿水平面的X向移動；內部框架，支承X向導軌；運動台，設置在X向電機的電機轉子上。本發明提供的技術手段使得Y向電機的運動單元整體減重，提升了運動台裝置的模態和振動特性，X向導軌透過非接觸式連接內部框架，對內部框架產生的振動衝擊較小，同時使運動控制平穩，提升運動控制精度。

Description

運動台裝置、曝光裝置及光刻機
本發明關於一種運動台裝置、曝光裝置及光刻機，應用於半導體積體電路製造領域。
光刻技術是一種將光罩圖案曝光成像到基底上的製程技術。在光刻過程中，基底放在工件臺上，透過位於光刻設備內的曝光裝置，將光罩圖案投射到基底表面。光刻是半導體製造過程中的關鍵程序，光刻機用於完成半導體製造中的光刻製程。在光刻機中，工件台用於承載矽片或基板、並攜帶矽片或基板在光刻機投影物鏡下完成與光罩台相配合的曝光運動，因此，工件台的控制精度直接影響到光刻效果，所以需要工件台具有良好的控制精度。在工件台運動的過程中，其運動反力直接作用於內部框架上產生衝擊，將造成整個內部框架及設置在內部框架上的各個結構的振動加劇，對曝光工作造成不利影響甚至造成無法正常的曝光。
如第1圖所示，習知技術提出了一種曝光裝置，包括照明系統11、光罩台12、投影光學系統13及工件台20，工件台20包括設置在外部框架上的兩個平行設置的Y向電機，在Y向電機的電機轉子上垂直設置有中間導軌21，構成H型結構。透過Y向電機驅動整個工件台20在Y向的大行程運動。中間導軌21上設置有X向電機22，X向電機22的電機轉子透過安裝板34設置有粗動載台24，粗動載台24與中間導軌21透過X滑動構件23滑動連接。透過X向電機22驅動粗動載台24在X向運動。粗動載台24上非接觸式設置有微動載台25，透過設置在粗動載台24和微動載台25之間的複數個音圈馬達33控制微動載台25的微幅驅動。在微動載台25的下方兩側設置有加固件26，加固件26下方設置有空氣軸承27，相應的，在中間導軌21的兩側等距設置有兩個步進導件28，步進導件28作為空氣軸承27的氣浮支撐面，使微動載台25的兩側得到支撐。步進導件28透過連接裝置29與中間導軌21機械式連接，並透過Y滑動構件30與內部框架31滑動連接。微動載台25上固定基板保持具32，基板P位於基板保持具32上。
習知技術將中間導軌21設置在Y向電機上，Y向電機需要直接承受設置在中間導軌21上的所有部件及步進導件28施加的負荷，承重量大，造成工件台模態和振動特性較低。步進導件28透過滑動構件與內部框架31滑動連接，對內部框架31產生振動衝擊，且滑動摩擦會對控制精度造成影響。
本發明所要解決的技術問題是提供一種減輕電機運動單元負載、降低內部衝擊、提升模態和控制精度的運動台裝置、曝光裝置及光刻機。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案予以實現：
一種運動台裝置，包括Y向電機，所述Y向電機的電機轉子可沿水平面的Y向移動；X向電機，設置在X向導軌上，所述X向導軌與所述Y向電機的電機轉子連接，並由所述Y向電機牽引沿水平面的Y向移動，所述X向電機的電機轉子可沿水平面的X向移動；內部框架，支承所述X向導軌；運動台，設置在所述X向電機的電機轉子上。
較佳地，所述Y向電機的數量為2個，設置在外部框架上。
較佳地，所述Y向電機的數量為2個，設置在所述內部框架上。
較佳地，所述Y向電機的電機定子透過反力消耗裝置與外部框架連接。
較佳地，所述反力消耗裝置包括阻尼元件和/或彈簧元件。
較佳地，所述內部框架上設置有Y向中間導軌，所述X向導軌下表面設有氣浮結構，所述Y向中間導軌為所述氣浮結構的氣浮支撐面。
較佳地，所述Y向中間導軌的數量為複數個。
較佳地，所述X向導軌透過連接件與所述Y向電機的電機轉子連接，所述連接件採用Z向剛度低於X向、Y向剛度的柔性件。
較佳地，所述X向導軌的數量至少為一個。
較佳地，所述X向導軌的數量為2個，透過連接結構相互固定連接。
較佳地，所述X向電機的數量為2個，每個所述X向電機的電機轉子設置在運動台上，每個所述X向電機的電機定子對應設置在所述X向導軌上。
較佳地，所述運動台包括X向滑塊和微動底板，所述X向滑塊上設置有所述X向電機的電機轉子，所述微動底板和X向滑塊之間設置有X向微動電機和Y向微動電機。
較佳地，所述X向滑塊兩端均採用倒U形結構，覆蓋於對應的X向導軌的兩側和上方，所述X向導軌內側設置有所述X向電機的電機定子，所述X向電機的電機轉子設置在所述倒U形結構的內壁上。
較佳地，所述倒U形結構對應於所述X向導軌外側和上方的內壁上設置有氣浮結構，所述氣浮結構支承所述X向滑塊。
較佳地，所述X向微動電機和Y向微動電機的數量各為2個，對稱設置在X向和Y向上。
較佳地，所述X向滑塊上設有凹槽，所述凹槽四個內壁上設置有所述X向微動電機的電機定子或所述Y向微動電機的電機定子，所述微動底板下方透過延伸件到達所述凹槽內，所述延伸件上設置有所述X向微動電機的電機轉子或所述Y向微動電機的電機轉子。
較佳地，所述微動底板下表面設置有氣浮結構，所述X向滑塊為所述氣浮結構的氣浮支撐面。
較佳地，所述微動底板上表面固定連接承板座，所述承板座承載基板。
較佳地，所述內部框架用於非接觸式支撐所述X向導軌。
一種曝光裝置，包括所述的運動台裝置。
一種光刻機，包括所述的曝光裝置。
與習知技術相比，本發明提供的技術方案將習知技術中負載在Y向電機上的中間導軌及連接所述中間導軌的兩個步進導件優化為X向導軌，並透過內部框架非接觸式支承所述X向導軌，使得Y向電機的運動單元整體減重，提升了運動台裝置的模態和振動特性，所述X向導軌透過非接觸式連接內部框架，對內部框架產生的振動衝擊較小，同時使運動控制平穩，提升運動控制精度。
下面結合圖式對本發明作詳細描述：
實施例1
第2和3圖所示為本發明曝光裝置中運動台裝置的一種實施方式，曝光裝置更包括照明系統、光罩台系統、投影光學系統、干涉儀測量系統及上述各組成部分的控制系統。其中，將水平面的Y向作為光罩台系統上掩範本與運動台裝置上基板發生相對運動的方向即步進方向，將水平面的X向作為運動台裝置上基板的曝光掃描方向。
運動台裝置包括：外部框架201、內部框架102、Y向電機203、X向導軌105、X向電機、X向滑塊108和微動底板106。
Y向電機203設置在外部框架201上，數量為2個。具體的，Y向導軌支架204固定在外部框架201上，Y向導軌202固定在Y向導軌支架204上，Y向導軌202上設置有Y向滑塊205。Y向電機203的電機轉子固定在Y向滑塊205上，Y向電機203的電機定子固定在外部框架201上。Y向滑塊205在Y向電機203的驅動下，沿水平面的Y向移動。
繼續參照第2及3圖，X向導軌105透過連接件207與Y向滑塊205連接，X向導軌105下表面設置有氣浮結構104，並透過氣浮結構104懸浮支撐於Y向中間導軌103上，Y向中間導軌103固定在內部框架102上。內部框架102透過減振器101與地面接觸。較佳的，連接件207採用Z向剛度低於X向、Y向剛度的柔性件，可以降低外部框架201透過Y向滑塊205對X向導軌105傳遞的擾動。Y向中間導軌103的數量可以採用1個、2個或更多個。X向導軌105的數量也可以採用1個、2個或更多個，本實施例採用兩根X向導軌105，兩根X向導軌105透過連接結構206固定連接。X向導軌105在Y向滑塊205的牽引下，沿水平面的Y向移動，透過非接觸式的氣浮支撐，可使X向導軌105在沿Y向移動的過程中將摩擦力降低到最小。X向導軌105上設置有X向電機，X向電機的數量也為2個。具體的，以兩根X向導軌105中的一根為例，在X向導軌105的內側固定有X向電機的電機定子107a，X向電機的電機轉子107b設置在X向滑塊108上。
進一步的，X向滑塊108兩端均採用倒U形結構，覆蓋於對應的X向導軌105的兩側和上方，X向電機的電機轉子107b設置在倒U形結構面對X向導軌105內側的內壁上。倒U形結構對應於X向導軌105外側和上方的內壁上設置有氣浮結構104，氣浮結構104支承X向滑塊108。X向滑塊108在X向電機的驅動下，沿水平面的X向做最小摩擦移動。
X向滑塊108和微動底板106之間設置有X向微動電機和Y向微動電機，微動底板106在X向滑塊108的牽引下，在X向和Y向上做大行程移動，在X向微動電機和Y向微動電機的驅動下，在X向和Y向上相對於X向滑塊108做短行程移動。
具體的，X向微動電機和Y向微動電機的數量各為2個，X向滑塊108上設有凹槽，凹槽的兩個X向內壁上設置有X向微動電機的電機定子110a，兩個Y向內壁上設置有Y向微動電機的電機定子208a，微動底板106下方透過延伸件到達凹槽內，延伸件上對應設置有X向微動電機的電機轉子110b或Y向微動電機的電機轉子208b。微動底板106下表面設置有氣浮結構104，X向滑塊108為氣浮結構104的氣浮支撐面，將微動底板106的短行程移動的摩擦力降到最小。
微動底板106上表面固定連接承板座109，承板座109承載基板。微動底板106側面上連接有干涉儀長條鏡支架301和干涉儀長條鏡302，以配合干涉儀測量軸的測量工作。承板座109、干涉儀長條鏡支架301和干涉儀長條鏡302跟隨微動底板106一起運動，微動底板106上的X向微動電機和Y向微動電機，直接透過內部框架102上的干涉儀測量資料，因此，外部的X向和Y向擾動對運動台裝置的伺服精度影響較小。
本發明提供的技術方案將習知技術中負載在Y向電機上的中間導軌及連接中間導軌的兩個步進導件優化為X向導軌105，並透過內部框架102非接觸式支承X向導軌105，使得Y向電機203的運動單元整體減重。在各個部件材料及連接剛度不變的情況下，由系統動力學微分方程的推導式：，其中，ω為角頻率，k為係數，m為品質，可知，品質的減輕可以提升系統的模態，因此，本發明提升了運動台裝置的模態和振動特性，同時，X向導軌105透過非接觸式連接內部框架102，對內部框架102產生的振動衝擊較小，同時使運動控制平穩，提升運動控制精度。
實施例2
第4和5圖所示為本發明運動台裝置的另一種實施方式。其中，將水平面的X向作為運動台裝置上基板的步進方向，將水平面的Y向作為運動台裝置上基板的曝光掃描方向。
運動台裝置的Y向電機設置在內部框架401上，數量為2個。具體的， Y向導軌支架402固定在內部框架401上，Y向導軌408固定在Y向導軌支架402上，Y向導軌408上設置有Y向滑塊403。Y向電機的電機轉子407b固定在Y向滑塊403上，Y向電機的電機定子407a固定在內部框架401上。Y向滑塊403在Y向電機的驅動下，沿水平面的Y向移動。
X向導軌404透過連接件405連接在Y向滑塊403上，X向導軌404下表面設置有氣浮結構104，並透過氣浮結構104懸浮支撐於Y向中間導軌406上，Y向中間導軌406固定在內部框架401上。本實施例採用兩根X向導軌404，兩根X向導軌404透過連接結構409固定連接。X向導軌404在Y向滑塊403的驅動下，沿水平面的Y向移動，透過非接觸式的氣浮支撐，可使X向導軌404在沿Y向移動的過程中將摩擦力降低到最小。
重點參照第5圖，Y向電機的電機定子407a透過反力消耗裝置與外部框架505連接。具體的，反力消耗裝置包括阻尼元件502和彈簧元件504，Y向電機的電機定子407a透過阻尼元件502和彈簧元件504固定在外部框架505上，且下表面透過Y向滑軌單元503與內部框架401接觸，以衰減Y向電機對內部框架401及與內部框架401連接的結構所產生的衝擊。
本發明更提供一種光刻機，包括的曝光裝置，透過曝光裝置實現基板的光刻曝光製程。
11‧‧‧照明系統 12‧‧‧光罩台 13‧‧‧投影光學系統 20‧‧‧工件台 21‧‧‧中間導軌 22‧‧‧X向電機 23‧‧‧X滑動構件 24‧‧‧粗動載台 25‧‧‧微動載台 26‧‧‧加固件 27‧‧‧空氣軸承 28‧‧‧步進導件 29‧‧‧連接裝置 30‧‧‧Y滑動構件 31‧‧‧內部框架 32‧‧‧基板保持具 33‧‧‧音圈馬達 34‧‧‧安裝板 P‧‧‧基板 101‧‧‧減振器 102‧‧‧內部框架 103‧‧‧Y向中間導軌 104‧‧‧氣浮結構 105‧‧‧X向導軌 106‧‧‧微動底板 107a‧‧‧X向電機的電機定子 107b‧‧‧X向電機的電機轉子 108‧‧‧X向滑塊 109‧‧‧承板座 110a‧‧‧X向微動電機的電機定子 110b‧‧‧X向微動電機的電機轉子 201‧‧‧外部框架 202‧‧‧Y向導軌 203‧‧‧Y向電機 204‧‧‧Y向導軌支架 205‧‧‧Y向滑塊 206‧‧‧連接結構 207‧‧‧連接件 208a‧‧‧Y向微動電機的電機定子 208b‧‧‧Y向微動電機的電機轉子 301‧‧‧干涉儀長條鏡支架 302‧‧‧干涉儀長條鏡 401‧‧‧內部框架 402‧‧‧Y向導軌支架 403‧‧‧Y向滑塊 404‧‧‧X向導軌 405‧‧‧連接件 406‧‧‧Y向中間導軌 407a‧‧‧Y向電機的電機定子 407b‧‧‧Y向電機的電機轉子 408‧‧‧Y向導軌 409‧‧‧連接結構 501‧‧‧減振器 502‧‧‧阻尼元件 503‧‧‧Y向滑軌單元 504‧‧‧彈簧元件 505‧‧‧外部框架
第1圖是習知技術中曝光裝置的結構示意圖。
第2圖是本發明一實施例中運動台裝置的結構示意圖。
第3圖是第2圖中運動台裝置的A-A剖視圖。
第4圖是本發明一實施例中運動台裝置的結構示意圖。
第5圖是第4圖中運動台裝置的B-B剖視圖。
102‧‧‧內部框架
103‧‧‧Y向中間導軌
105‧‧‧X向導軌
108‧‧‧X向滑塊
110a‧‧‧X向微動電機的電機定子
110b‧‧‧X向微動電機的電機轉子
201‧‧‧外部框架
202‧‧‧Y向導軌
203‧‧‧Y向電機
204‧‧‧Y向導軌支架
205‧‧‧Y向滑塊
206‧‧‧連接結構
207‧‧‧連接件
208a‧‧‧Y向微動電機的電機定子
208b‧‧‧Y向微動電機的電機轉子

Claims (21)

  1. 一種運動台裝置，其包括： 一Y向電機，一Y向電機的電機轉子可沿一水平面的Y向移動； 一X向電機，設置在一X向導軌上，該X向導軌與該Y向電機的電機轉子連接，並由該Y向電機牽引沿該水平面的Y向移動，一X向電機的電機轉子可沿該水平面的X向移動； 一內部框架，支承該X向導軌；以及 一運動台，設置在該X向電機的電機轉子上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之運動台裝置，其中該Y向電機的數量為2個，設置在一外部框架上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之運動台裝置，其中該Y向電機的數量為2個，設置在該內部框架上。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之運動台裝置，其更包括一Y向電機的電機定子透過一反力消耗裝置與一外部框架連接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之運動台裝置，其中該反力消耗裝置包括一阻尼元件和/或一彈簧元件。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之運動台裝置，其中該內部框架上設置有一Y向中間導軌，該X向導軌下表面設有一氣浮結構，該Y向中間導軌為該氣浮結構的氣浮支撐面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之運動台裝置，其中該Y向中間導軌的數量為複數個。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之運動台裝置，其中該X向導軌透過連接件與該Y向電機的電機轉子連接，該連接件採用一Z向剛度低於X向、Y向剛度的柔性件。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之運動台裝置，其中該X向導軌的數量至少為一個。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之運動台裝置，其中該X向導軌的數量為2個，透過一連接結構相互固定連接。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之運動台裝置，其中該X向電機的數量為2個，各該X向電機的電機轉子設置在該運動台上，各X向電機的電機定子對應設置在該X向導軌上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之運動台裝置，其中該運動台包括一X向滑塊和微動底板，該X向滑塊上設置有該X向電機的電機轉子，該微動底板和該X向滑塊之間設置有一X向微動電機和一Y向微動電機。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之運動台裝置，其中該X向滑塊兩端均採用一倒U形結構，覆蓋於對應的該X向導軌的兩側和上方，該X向導軌內側設置有一X向電機的電機定子，該X向電機的電機轉子設置在該倒U形結構的內壁上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之運動台裝置，其中該倒U形結構對應於該X向導軌外側和上方的內壁上設置有一氣浮結構，該氣浮結構支承該X向滑塊。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之運動台裝置，其中該X向微動電機和Y向微動電機的數量各為2個，對稱設置在一X向和一Y向上。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之運動台裝置，其中該X向滑塊上設有一凹槽，該凹槽四個內壁上設置有一X向微動電機的電機定子或一Y向微動電機的電機定子，該微動底板下方透過一延伸件到達該凹槽內，該延伸件上設置有一X向微動電機的電機轉子或一Y向微動電機的電機轉子。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之運動台裝置，其中該微動底板下表面設置有一氣浮結構，該X向滑塊為該氣浮結構的氣浮支撐面。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之運動台裝置，其中該微動底板上表面固定連接一承板座，該承板座承載基板。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之運動台裝置，其中該內部框架用於非接觸式支撐該X向導軌。
  20. 一種曝光裝置，其包括如申請專利範圍第1項至第19項中任何一項所述之運動台裝置。
  21. 一種光刻機，其包括如申請專利範圍第20項所述之曝光裝置。
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