一種步進掃描光刻機隔振系統模擬試驗裝置的製作方法

2023-06-05 00:34:16 6

專利名稱：一種步進掃描光刻機隔振系統模擬試驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種隔振系統模擬試驗裝置，特別是涉及一種微電子製造技術領域中光刻機的精密隔振系統及工件臺、掩模臺的精密定位技術，該系統可以用於步進掃描光刻機及其他精密定位系統中。
背景技術：
集成電路超精微細加工工藝包括光刻、刻蝕、氧化、擴散、摻雜、濺射等上百道工序，工藝非常複雜，設備要求極高，其中，實現超微圖形成像的光刻技術一直是推動IC工藝技術水平發展的核心驅動力，光刻機是集成電路裝備中最為重要的關鍵設備，其投資已佔生產線總投資的30％以上。隨著解析度和可靠性要求越來越高，光刻機的製造難度也越來越大。
一臺光刻機通常由工作平臺及其減振系統、精密定位系統、測量系統、光源系統和精確控制系統組成，而工作平臺及其減振系統性能的好壞是影響光刻機光刻精度的關鍵因素之一，在光刻工作過程中佔據著重要的地位。光刻機超精密工件臺是光刻機的核心部件之一，其運動精度直接影響光刻機的分辨力，速度和加速度直接影響光刻機的工作效率。常見的工作平臺有直線電機式、電磁式、壓電式、摩擦驅動式及滾珠絲槓式，其中使用最為廣泛的是直線電機式和壓電式，直線電機式一般用作工作平臺的粗動運動，壓電式常用於工作平臺的微動定位運動。步進掃描光刻機的結構示意圖，整個光刻機可分為四個主要部分振動隔離系統、運動系統、光學系統和整機支架。振動隔離系統包括橡膠層和三個減振器，主要完成外界振動幹擾的衰減和內部振動的主動補償；光學系統完成矽片的曝光；整機支架支撐各個部件；而運動系統則是整個光刻機的核心部件。
光刻機在工作過程中，由於工件臺和掩模臺等分系統具有較高的運動加速度和運動速度，運動部件產生的大慣量和其它外部因素將引起光刻機工作核心部分-工作平臺(安裝光源系統)的振動，從而影響曝光的質量。在光刻機曝光過程中如何精確地保證其靜態和動態的相對穩定是一個非常關鍵的技術問題。為了保證光刻機在工作過程中具有極高的精度，必須將運動部分的產生振動和曝光部分隔離，現代掃描光刻機採用了振動隔離和主動減振技術。光刻機必須在一個具備良好隔振性能的工作平臺上進行工作，否則任何微小的振動，如說話的聲音或人員在附近的走動所引起的振動都會影響到光刻機的工作性能。這就對光刻機的工作環境和光刻機自身設計提出了更高的要求。光刻機是極端緊密的機電設備，要求在極為安靜的環境條件下安裝，並在較寬的頻帶範圍內具有減振、隔振能力。從光刻機目前所達到的最小線寬來看，沒有高精度的隔振性能工作平臺，就不可能達到那樣的光刻精度。
和傳統的光刻機相比，高效步進掃描光刻機的成像質量除了受光學系統質量的影響外，還取決於工件臺與掩模臺的動態定位及動態同步性能。工件臺、掩模臺的運行精度、速度、加速度以及動態定位和掃描同步性能是影響整機光刻質量和生產率的重要因素。可見，要實現上述運動要求，就必須構造一個精度足夠高的運動硬體系統和設計出與之配套的高性能的運動控制算法(策略)。因此，合理選擇設計控制系統硬體從而保證工件臺與掩模臺多軸運動系統的動態定位精度和同步運動精度，並使其按預定的速度、加速度曲線運動，也是隔振試驗平臺運動控制系統設計的一個關鍵內容。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能把工作核心部分-安裝光源系統的工作平臺的振動控制在設計容許的範圍之內，從而提高矽片的光刻精度，同時也可以進行精密定位、同步控制等的步進掃描光刻機隔振系統模擬試驗裝置。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下一種步進掃描光刻機隔振系統模擬試驗裝置，在基座上固定安裝有左下立柱、右下立柱，XA定位平臺和XB定位平臺分別安裝在左下立柱和右下立柱上表面的一端，在所述的左下立柱和右下立柱上表面另外一端分別安裝有左上立柱和右上立柱，直線電機安裝座兩端分別固定在所述的左上立柱和右上立柱的上表面，多個減振器安裝在基座的上表面，工作平臺直接所述的多個減振器的上表面，左前掩模臺立柱、左後掩模臺立柱、右前掩模臺立柱、右後掩模臺立柱固定安裝在所述的工作平臺上，左掩模臺墊座和右掩模臺墊座分別安裝在所述的左前掩模臺立柱、左後掩模臺立柱、右前掩模臺立柱、右後掩模臺立柱上表面，掩模臺墊固定在所述的左掩模臺墊座和右掩模臺墊座的中間；Y2定位平臺固定在所述的直線電機安裝座的上表面，掩模臺連接臂固定在Y2定位平臺的動子上面，掩模臺安裝在第一氣浮軸承，所述的第一氣浮軸承通過第一真空氣墊安裝在所述的掩模臺墊上，所述的第一氣浮軸承固定安裝在掩模臺連接臂上；左轉接板和右轉接板分別安裝在所述的XA定位平臺和XB定位平臺的動子上面，連接板安裝在所述的左轉接板和右轉接板的上表面，Y1定位平臺安裝在連接板的上表面，工件臺連接臂固定在Y1定位平臺的動子上面，工件臺安裝在第二氣浮軸承上，所述的第二氣浮軸承通過第二真空氣墊安裝在所述的工作平臺上，第二氣浮軸承固定連接在所述的工件臺連接臂上。
採用上述技術方案的光刻機隔振系統模擬試驗裝置，根據步進掃描光刻機的運動特點和結構原理，把整個試驗裝置分成內部世界和外部世界兩大部分，外部世界主要完成模擬光刻機的精密步進掃描運動，使工件臺和掩模臺按預定的速度、加速度曲線運動，完全再現真正光刻機的步進掃描運動；內部世界主要是安裝光學系統、工件臺以及掩模臺，為完成最後的光刻服務。內部世界和外部世界通過可以實現6自由度的高精度主動減振器來連接，目的是把外部世界所產生的振動傳到內部世界去的部分儘量降低，以保證內部世界的安靜。
設計了一種H型的工件臺精密定位系統，採用了精密滾珠絲槓定位平臺和雙邊同步驅動技術，可以進行二維直線運動和微小的轉動，安裝在外部世界。
設計了一種採用直線電機進行精密運動和定位的掩模臺驅動系統，可以進行一維運動，安裝在外部世界。
設計了一種連接臂和氣浮連接裝置，把工件臺連接到H型的精密定位驅動系統中。
設計了一種連接臂和氣浮連接裝置，把掩模臺連接到直線電機精密定位驅動系統中。
設計了一種獨特的花崗巖結構，以滿足安裝各種部件的需要。
本發明可以完全再現步進掃描光刻機的運動特徵，達到步進掃描光刻機要求的初步定位精度，而且可以通過改變其定位系統的運動參數以及外界的振動環境參數來研究對內部世界振動的影響。此外還不需要安裝昂貴的光源系統，研究結果不僅可以為我國為具有中國自主智慧財產權的步進掃描光刻機的研製提供理論基礎和指導，而且可以用來指導其他領域的同步控制及精密定位研究。
綜上所述，本發明是一種能把工作核心部分一安裝光源系統的工作平臺的振動控制在設計容許的範圍之內，從而提高矽片的光刻精度，同時也可以進行精密定位、同步控制等的步進掃描光刻機隔振系統模擬試驗裝置。


圖1是本發明結構示意圖主視圖；圖2是本發明結構示意圖左視圖；圖3本發明立體圖。
具體實施例方式
參見圖1、圖2和圖3，在基座1上通過螺釘固定安裝有左下立柱2、右下立柱25，XA定位平臺4和XB定位平臺24分別通過螺釘安裝在左下立柱2和右下立柱25上表面的一端，在左下立柱2和右下立柱25上表面另外一端分別通過螺釘安裝有左上立柱8和右上立柱20，直線電機安裝座11兩端分別通過螺釘固定在左上立柱8和右上立柱20的上表面，四個減振器3安裝在基座1的上表面，工作平臺19直接四個減振器3的上表面，左前掩模臺立柱7、左後掩模臺立柱7、右前掩模臺立柱21、右後掩模臺立柱通過螺釘固定安裝在工作平臺19上，左掩模臺墊座12和右掩模臺墊座18分別通過螺釘安裝在左前掩模臺立柱7、左後掩模臺立柱7、右前掩模臺立柱21、右後掩模臺立柱上表面，掩模臺墊17通過螺釘固定在左掩模臺墊座12和右掩模臺墊座18的中間；Y2定位平臺13通過螺釘固定在直線電機安裝座11的上表面，掩模臺連接臂26通過螺釘固定在Y2定位平臺13的動子上面，掩模臺14安裝在第一氣浮軸承15上，第一氣浮軸承15通過第一真空氣墊16安裝在掩模臺墊17上，第一氣浮軸承15通過螺釘固定安裝在掩模臺連接臂26上；左轉接板5和右轉接板23分別通過螺釘安裝在XA定位平臺4和XB定位平臺24的動子上面，連接板22通過螺釘安裝在左轉接板5和右轉接板24的上表面，Y1定位平臺6通過螺釘安裝在連接板22的上表面，工件臺連接臂28通過螺釘固定在Y1定位平臺6的動子上面，工件臺10安裝在第二氣浮軸承9上，第二氣浮軸承9通過第二真空氣墊24安裝在工作平臺19上，第二氣浮軸承9通過螺釘固定連接在工件臺連接臂28上。
參見圖1、圖2和圖3，把整個步進掃描光刻機隔振系統模擬試驗裝置在設計時分為內部世界和外部世界兩大部分，外部世界如圖1所示包括基座1，左下立柱2，右下立柱25，XA定位平臺4，左轉接板5，Y1定位平臺6，連接板22，右轉接板23，XB定位平臺24，以及圖2中的直線電機安裝座11，Y2定位平臺13，掩模臺連接臂26，第一氣浮軸承15，工件臺連接臂28，第二氣浮軸承9。內部世界如圖2中所示包括工作平臺19，四個掩模臺立柱是左前掩模臺立柱7、左後掩模臺立柱7、右前掩模臺立柱21、右後掩模臺立柱，兩根掩模臺墊座是左掩模臺墊座12和右掩模臺墊座18，掩模臺墊17，掩模臺14，第一真空氣墊16，工件臺10以及第二真空氣墊27；外部世界和內部世界通過4個能夠實現6自由度減振的高精度主動隔振器3連接起來，對整個內部世界進行主被動隔振，隔振的主要目的就是降低內部世界的振動。
如圖1所示，基座1是整個試驗平臺的基礎，左下立柱2、右下立柱25通過螺釘固定在基座上，XA定位平臺4和XB定位平臺24分別安裝在左下立柱2和右下立柱25上表面的一端，左下立柱2和右下立柱25另外一端分別用螺釘安裝左上立柱8和右上立柱20。然後把圖2中所示的直線電機安裝座11在兩端通過螺釘固定左上立柱8和右上立柱20的上表面，圖2中所示的Y2定位平臺13直接通過兩排螺釘固定在直線電機安裝座11的上表面。如圖1所示的左轉接板5和右轉接板23通過螺釘分別安裝在XA定位平臺4和XB定位平臺24的動子上面，連接板22通過螺釘直接安裝在左轉接板5和右轉接板23的上表面，Y1定位平臺6也通過螺釘安裝在連接板22的上表面。
如圖1所示的4個減振器3直接通過螺釘安裝在基座1的上表面，如圖2所示的內部世界的工作平臺19直接放在圖1中所示的4個減振器3的上表面。如圖2所示的左前掩模臺立柱7、左後掩模臺立柱7、右前掩模臺立柱21、右後掩模臺立柱通過螺釘固聯在工作平臺19上，兩根左掩模臺墊座12和右掩模臺墊座18通過螺釘分別安裝在四個左前掩模臺立柱7、左後掩模臺立柱7、右前掩模臺立柱21、右後掩模臺立柱上表面，掩模臺墊17就通過螺釘固定在兩根左掩模臺墊座12和右掩模臺墊座18的中間。
安裝時，首先在處理好的地基上安裝調平如圖1中所示的花崗巖基座1，根據減振器的安裝位置安裝4個減振器3。4個減振器3安裝調平後安裝如圖2中所示的工作平臺19。然後安裝如圖1所示的左下立柱2和右下立柱25，調整好兩者之間的平行度和位置度，再把左上立柱8和右上立柱20分別安裝在左下立柱2和右下立柱25的相關位置，之後安裝如圖2所示的直線電機安裝座11，調好和基座1之間的平行度。安裝內部世界中如圖2所示的4個左前掩模臺立柱7、左後掩模臺立柱7、右前掩模臺立柱21、右後掩模臺立柱、兩根左掩模臺墊座12和右掩模臺墊座18，掩模臺墊17，注意調平工作平臺19上表面和掩模臺墊17上表面的平行度在規定的範圍內。整個大理石構件安裝完畢後，進行調平和微調，保證相關面和基座上表面的平行度以及垂直度，以利安裝精密定位系統。
完成上述各項工作之後，進行精密定位系統的安裝，首先安裝如圖1所示XA定位平臺4和XB定位平臺24，並保證他們的相對位置精度，然後把左轉接板5和右轉接板23分別安裝在XA定位平臺4和XB定位平臺24的動子上面，安裝連接板22在左轉接板5和右轉接板23的上表面，再把Y1定位平臺6安裝在連接板22的上表面。如圖2所示的工件臺連接臂28通過螺釘固定在Y1定位平臺6的動子上面，然後把調試安裝好的如圖2中所示的工件臺10、第二氣浮軸承9和第二真空氣墊27在氣源接通的情況下通過第二氣浮軸承9用螺釘固聯在工件臺連接臂28上。如圖2所示的第二氣浮軸承9把工件臺10和工作平臺19聯繫起來，允許工件臺10在工作平臺19的上表面進行二維直線運動和微小的轉動，來模擬步進掃描光刻機工件臺的運動。
安裝如圖2中所示的Y2定位平臺13在直線電機安裝座11上，掩模臺連接臂26通過螺釘固定在Y2定位平臺13的動子上面，然後把調試安裝好的如圖2中所示的掩模臺14、第一氣浮軸承15和第一真空氣墊16在氣源接通的情況下通過第一氣浮軸承15用螺釘固聯在掩模臺連接臂26上。如圖2所示的第一氣浮軸承15把掩模臺14和掩模臺墊17聯繫起來，允許掩模臺14在掩模臺墊17的上表面進行一維直線運動，來模擬步進掃描光刻機掩模臺的運動。
參見圖1、圖2和圖3，使用時，先打開氣源，再打開整個系統電源，啟動各部分；工作結束，首先關掉系統電源，再關氣源。保持環境乾淨，長期不使用，須用塑膠袋將氣浮軸承部分罩上。長期不使用後又開始使用，要把環境清理乾淨，工作前打開氣源吹至少半小時。
把減振器及其相關附件通電，根據要求設置好各項參數，使減振器開始工作，這時可以測試內部世界的靜態參數以及改變外界環境振動狀況來研究對內部世界振動的影響。然後開啟工控機，設定工件臺和掩模臺驅動系統的運動參數，驅動工件臺、掩模臺按照設定的速度、加速度曲線運動，同時測試工作平臺的振動加速度和位移變化，並保存供研究使用。此外，還可以改變步進速度、同步掃描速度、增加載荷、增加外界幹擾等手段來測試外界環境的變化對內部世界工作檯振動特性的影響，尋找影響光刻機內部振動的主要因素和解決辦法。
權利要求
一種步進掃描光刻機隔振系統模擬試驗裝置，其特徵是在基座(1)上固定安裝有左下立柱(2)、右下立柱(25)，XA定位平臺(4)和XB定位平臺(24)分別安裝在左下立柱(2)和右下立柱(25)上表面的一端，在所述的左下立柱(2)和右下立柱(25)上表面另外一端分別安裝有左上立柱(8)和右上立柱(20)，直線電機安裝座(11)兩端分別固定在所述的左上立柱(8)和右上立柱(20)的上表面，多個減振器(3)安裝在基座(1)的上表面，工作平臺(19)直接所述的多個減振器(3)的上表面，左前掩模臺立柱(7)、左後掩模臺立柱(7)、右前掩模臺立柱(21)、右後掩模臺立柱固定安裝在所述的工作平臺(19)上，左掩模臺墊座(12)和右掩模臺墊座(18)分別安裝在所述的左前掩模臺立柱(7)、左後掩模臺立柱(7)、右前掩模臺立柱(21)、右後掩模臺立柱上表面，掩模臺墊(17)固定在所述的左掩模臺墊座(12)和右掩模臺墊座(18)的中間；Y2定位平臺(13)固定在所述的直線電機安裝座(11)的上表面，掩模臺連接臂(26)固定在Y2定位平臺(13)的動子上面，掩模臺(14)安裝在第一氣浮軸承(15)，所述的第一氣浮軸承(15)通過第一真空氣墊(16)安裝在所述的掩模臺墊(17)上，所述的第一氣浮軸承(15)固定安裝在掩模臺連接臂(26)上；左轉接板(5)和右轉接板(23)分別安裝在所述的XA定位平臺(4)和XB定位平臺(24)的動子上面，連接板(22)安裝在所述的左轉接板(5)和右轉接板(24)的上表面，Y1定位平臺(6)安裝在連接板(22)的上表面，工件臺連接臂(28)固定在Y1定位平臺(6)的動子上面，工件臺(10)安裝在第二氣浮軸承(9)上，所述的第二氣浮軸承(9)通過第二真空氣墊(24)安裝在所述的工作平臺(19)上，第二氣浮軸承(9)固定連接在所述的工件臺連接臂(28)上。
全文摘要
本發明公開了一種步進掃描光刻機隔振系統模擬試驗裝置，把整個試驗裝置分成內部世界和外部世界兩大部分，外部世界主要完成模擬光刻機的精密步進掃描運動，使工件臺和掩模臺按預定的速度、加速度曲線運動，完全再現真正光刻機的步進掃描運動；內部世界主要是安裝光學系統、工件臺以及掩模臺，為完成最後的光刻服務。內部世界和外部世界通過可以實現6自由度的高精度主動減振器來連接，把外部世界所產生的振動傳到內部世界去的部分儘量降低，以保證內部世界的安靜。本發明是一種能把工作核心部分一安裝光源系統的工作平臺的振動控制在設計容許的範圍之內，提高矽片的光刻精度，同時也可以進行精密定位、同步控制等的步進掃描光刻機隔振系統模擬試驗裝置。
文檔編號H01L21/027GK1932647SQ20061003237
公開日2007年3月21日 申請日期2006年10月9日 優先權日2006年10月9日
發明者吳運新, 鄧習樹, 李建平, 賀地球, 王永華, 楊輔強, 袁志揚, 蔡良斌 申請人:中南大學