专利名称：一种步进扫描光刻机隔振系统模拟试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隔振系统模拟试验装置，特别是涉及一种微电子制造技术领域中光刻机的精密隔振系统及工件台、掩模台的精密定位技术，该系统可以用于步进扫描光刻机及其他精密定位系统中。
背景技术：
集成电路超精微细加工工艺包括光刻、刻蚀、氧化、扩散、掺杂、溅射等上百道工序，工艺非常复杂，设备要求极高，其中，实现超微图形成像的光刻技术一直是推动IC工艺技术水平发展的核心驱动力，光刻机是集成电路装备中最为重要的关键设备，其投资已占生产线总投资的30％以上。随着分辨率和可靠性要求越来越高，光刻机的制造难度也越来越大。
一台光刻机通常由工作平台及其减振系统、精密定位系统、测量系统、光源系统和精确控制系统组成，而工作平台及其减振系统性能的好坏是影响光刻机光刻精度的关键因素之一，在光刻工作过程中占据着重要的地位。光刻机超精密工件台是光刻机的核心部件之一，其运动精度直接影响光刻机的分辨力，速度和加速度直接影响光刻机的工作效率。常见的工作平台有直线电机式、电磁式、压电式、摩擦驱动式及滚珠丝杠式，其中使用最为广泛的是直线电机式和压电式，直线电机式一般用作工作平台的粗动运动，压电式常用于工作平台的微动定位运动。步进扫描光刻机的结构示意图，整个光刻机可分为四个主要部分振动隔离系统、运动系统、光学系统和整机支架。振动隔离系统包括橡胶层和三个减振器，主要完成外界振动干扰的衰减和内部振动的主动补偿；光学系统完成硅片的曝光；整机支架支撑各个部件；而运动系统则是整个光刻机的核心部件。
光刻机在工作过程中，由于工件台和掩模台等分系统具有较高的运动加速度和运动速度，运动部件产生的大惯量和其它外部因素将引起光刻机工作核心部分-工作平台(安装光源系统)的振动，从而影响曝光的质量。在光刻机曝光过程中如何精确地保证其静态和动态的相对稳定是一个非常关键的技术问题。为了保证光刻机在工作过程中具有极高的精度，必须将运动部分的产生振动和曝光部分隔离，现代扫描光刻机采用了振动隔离和主动减振技术。光刻机必须在一个具备良好隔振性能的工作平台上进行工作，否则任何微小的振动，如说话的声音或人员在附近的走动所引起的振动都会影响到光刻机的工作性能。这就对光刻机的工作环境和光刻机自身设计提出了更高的要求。光刻机是极端紧密的机电设备，要求在极为安静的环境条件下安装，并在较宽的频带范围内具有减振、隔振能力。从光刻机目前所达到的最小线宽来看，没有高精度的隔振性能工作平台，就不可能达到那样的光刻精度。
和传统的光刻机相比，高效步进扫描光刻机的成像质量除了受光学系统质量的影响外，还取决于工件台与掩模台的动态定位及动态同步性能。工件台、掩模台的运行精度、速度、加速度以及动态定位和扫描同步性能是影响整机光刻质量和生产率的重要因素。可见，要实现上述运动要求，就必须构造一个精度足够高的运动硬件系统和设计出与之配套的高性能的运动控制算法(策略)。因此，合理选择设计控制系统硬件从而保证工件台与掩模台多轴运动系统的动态定位精度和同步运动精度，并使其按预定的速度、加速度曲线运动，也是隔振试验平台运动控制系统设计的一个关键内容。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能把工作核心部分-安装光源系统的工作平台的振动控制在设计容许的范围之内，从而提高硅片的光刻精度，同时也可以进行精密定位、同步控制等的步进扫描光刻机隔振系统模拟试验装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下一种步进扫描光刻机隔振系统模拟试验装置，在基座上固定安装有左下立柱、右下立柱，XA定位平台和XB定位平台分别安装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别安装有左上立柱和右上立柱，直线电机安装座两端分别固定在所述的左上立柱和右上立柱的上表面，多个减振器安装在基座的上表面，工作平台直接所述的多个减振器的上表面，左前掩模台立柱、左后掩模台立柱、右前掩模台立柱、右后掩模台立柱固定安装在所述的工作平台上，左掩模台垫座和右掩模台垫座分别安装在所述的左前掩模台立柱、左后掩模台立柱、右前掩模台立柱、右后掩模台立柱上表面，掩模台垫固定在所述的左掩模台垫座和右掩模台垫座的中间；Y2定位平台固定在所述的直线电机安装座的上表面，掩模台连接臂固定在Y2定位平台的动子上面，掩模台安装在第一气浮轴承，所述的第一气浮轴承通过第一真空气垫安装在所述的掩模台垫上，所述的第一气浮轴承固定安装在掩模台连接臂上；左转接板和右转接板分别安装在所述的XA定位平台和XB定位平台的动子上面，连接板安装在所述的左转接板和右转接板的上表面，Y1定位平台安装在连接板的上表面，工件台连接臂固定在Y1定位平台的动子上面，工件台安装在第二气浮轴承上，所述的第二气浮轴承通过第二真空气垫安装在所述的工作平台上，第二气浮轴承固定连接在所述的工件台连接臂上。
采用上述技术方案的光刻机隔振系统模拟试验装置，根据步进扫描光刻机的运动特点和结构原理，把整个试验装置分成内部世界和外部世界两大部分，外部世界主要完成模拟光刻机的精密步进扫描运动，使工件台和掩模台按预定的速度、加速度曲线运动，完全再现真正光刻机的步进扫描运动；内部世界主要是安装光学系统、工件台以及掩模台，为完成最后的光刻服务。内部世界和外部世界通过可以实现6自由度的高精度主动减振器来连接，目的是把外部世界所产生的振动传到内部世界去的部分尽量降低，以保证内部世界的安静。
设计了一种H型的工件台精密定位系统，采用了精密滚珠丝杠定位平台和双边同步驱动技术，可以进行二维直线运动和微小的转动，安装在外部世界。
设计了一种采用直线电机进行精密运动和定位的掩模台驱动系统，可以进行一维运动，安装在外部世界。
设计了一种连接臂和气浮连接装置，把工件台连接到H型的精密定位驱动系统中。
设计了一种连接臂和气浮连接装置，把掩模台连接到直线电机精密定位驱动系统中。
设计了一种独特的花岗岩结构，以满足安装各种部件的需要。
本发明可以完全再现步进扫描光刻机的运动特征，达到步进扫描光刻机要求的初步定位精度，而且可以通过改变其定位系统的运动参数以及外界的振动环境参数来研究对内部世界振动的影响。此外还不需要安装昂贵的光源系统，研究结果不仅可以为我国为具有中国自主知识产权的步进扫描光刻机的研制提供理论基础和指导，而且可以用来指导其他领域的同步控制及精密定位研究。
综上所述，本发明是一种能把工作核心部分一安装光源系统的工作平台的振动控制在设计容许的范围之内，从而提高硅片的光刻精度，同时也可以进行精密定位、同步控制等的步进扫描光刻机隔振系统模拟试验装置。
图1是本发明结构示意图主视图；图2是本发明结构示意图左视图；图3本发明立体图。
具体实施例方式
参见图1、图2和图3，在基座1上通过螺钉固定安装有左下立柱2、右下立柱25，XA定位平台4和XB定位平台24分别通过螺钉安装在左下立柱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上表面另外一端分别通过螺钉安装有左上立柱8和右上立柱20，直线电机安装座11两端分别通过螺钉固定在左上立柱8和右上立柱20的上表面，四个减振器3安装在基座1的上表面，工作平台19直接四个减振器3的上表面，左前掩模台立柱7、左后掩模台立柱7、右前掩模台立柱21、右后掩模台立柱通过螺钉固定安装在工作平台19上，左掩模台垫座12和右掩模台垫座18分别通过螺钉安装在左前掩模台立柱7、左后掩模台立柱7、右前掩模台立柱21、右后掩模台立柱上表面，掩模台垫17通过螺钉固定在左掩模台垫座12和右掩模台垫座18的中间；Y2定位平台13通过螺钉固定在直线电机安装座11的上表面，掩模台连接臂26通过螺钉固定在Y2定位平台13的动子上面，掩模台14安装在第一气浮轴承15上，第一气浮轴承15通过第一真空气垫16安装在掩模台垫17上，第一气浮轴承15通过螺钉固定安装在掩模台连接臂26上；左转接板5和右转接板23分别通过螺钉安装在XA定位平台4和XB定位平台24的动子上面，连接板22通过螺钉安装在左转接板5和右转接板24的上表面，Y1定位平台6通过螺钉安装在连接板22的上表面，工件台连接臂28通过螺钉固定在Y1定位平台6的动子上面，工件台10安装在第二气浮轴承9上，第二气浮轴承9通过第二真空气垫24安装在工作平台19上，第二气浮轴承9通过螺钉固定连接在工件台连接臂28上。
参见图1、图2和图3，把整个步进扫描光刻机隔振系统模拟试验装置在设计时分为内部世界和外部世界两大部分，外部世界如图1所示包括基座1，左下立柱2，右下立柱25，XA定位平台4，左转接板5，Y1定位平台6，连接板22，右转接板23，XB定位平台24，以及图2中的直线电机安装座11，Y2定位平台13，掩模台连接臂26，第一气浮轴承15，工件台连接臂28，第二气浮轴承9。内部世界如图2中所示包括工作平台19，四个掩模台立柱是左前掩模台立柱7、左后掩模台立柱7、右前掩模台立柱21、右后掩模台立柱，两根掩模台垫座是左掩模台垫座12和右掩模台垫座18，掩模台垫17，掩模台14，第一真空气垫16，工件台10以及第二真空气垫27；外部世界和内部世界通过4个能够实现6自由度减振的高精度主动隔振器3连接起来，对整个内部世界进行主被动隔振，隔振的主要目的就是降低内部世界的振动。
如图1所示，基座1是整个试验平台的基础，左下立柱2、右下立柱25通过螺钉固定在基座上，XA定位平台4和XB定位平台24分别安装在左下立柱2和右下立柱25上表面的一端，左下立柱2和右下立柱25另外一端分别用螺钉安装左上立柱8和右上立柱20。然后把图2中所示的直线电机安装座11在两端通过螺钉固定左上立柱8和右上立柱20的上表面，图2中所示的Y2定位平台13直接通过两排螺钉固定在直线电机安装座11的上表面。如图1所示的左转接板5和右转接板23通过螺钉分别安装在XA定位平台4和XB定位平台24的动子上面，连接板22通过螺钉直接安装在左转接板5和右转接板23的上表面，Y1定位平台6也通过螺钉安装在连接板22的上表面。
如图1所示的4个减振器3直接通过螺钉安装在基座1的上表面，如图2所示的内部世界的工作平台19直接放在图1中所示的4个减振器3的上表面。如图2所示的左前掩模台立柱7、左后掩模台立柱7、右前掩模台立柱21、右后掩模台立柱通过螺钉固联在工作平台19上，两根左掩模台垫座12和右掩模台垫座18通过螺钉分别安装在四个左前掩模台立柱7、左后掩模台立柱7、右前掩模台立柱21、右后掩模台立柱上表面，掩模台垫17就通过螺钉固定在两根左掩模台垫座12和右掩模台垫座18的中间。
安装时，首先在处理好的地基上安装调平如图1中所示的花岗岩基座1，根据减振器的安装位置安装4个减振器3。4个减振器3安装调平后安装如图2中所示的工作平台19。然后安装如图1所示的左下立柱2和右下立柱25，调整好两者之间的平行度和位置度，再把左上立柱8和右上立柱20分别安装在左下立柱2和右下立柱25的相关位置，之后安装如图2所示的直线电机安装座11，调好和基座1之间的平行度。安装内部世界中如图2所示的4个左前掩模台立柱7、左后掩模台立柱7、右前掩模台立柱21、右后掩模台立柱、两根左掩模台垫座12和右掩模台垫座18，掩模台垫17，注意调平工作平台19上表面和掩模台垫17上表面的平行度在规定的范围内。整个大理石构件安装完毕后，进行调平和微调，保证相关面和基座上表面的平行度以及垂直度，以利安装精密定位系统。
完成上述各项工作之后，进行精密定位系统的安装，首先安装如图1所示XA定位平台4和XB定位平台24，并保证他们的相对位置精度，然后把左转接板5和右转接板23分别安装在XA定位平台4和XB定位平台24的动子上面，安装连接板22在左转接板5和右转接板23的上表面，再把Y1定位平台6安装在连接板22的上表面。如图2所示的工件台连接臂28通过螺钉固定在Y1定位平台6的动子上面，然后把调试安装好的如图2中所示的工件台10、第二气浮轴承9和第二真空气垫27在气源接通的情况下通过第二气浮轴承9用螺钉固联在工件台连接臂28上。如图2所示的第二气浮轴承9把工件台10和工作平台19联系起来，允许工件台10在工作平台19的上表面进行二维直线运动和微小的转动，来模拟步进扫描光刻机工件台的运动。
安装如图2中所示的Y2定位平台13在直线电机安装座11上，掩模台连接臂26通过螺钉固定在Y2定位平台13的动子上面，然后把调试安装好的如图2中所示的掩模台14、第一气浮轴承15和第一真空气垫16在气源接通的情况下通过第一气浮轴承15用螺钉固联在掩模台连接臂26上。如图2所示的第一气浮轴承15把掩模台14和掩模台垫17联系起来，允许掩模台14在掩模台垫17的上表面进行一维直线运动，来模拟步进扫描光刻机掩模台的运动。
参见图1、图2和图3，使用时，先打开气源，再打开整个系统电源，启动各部分；工作结束，首先关掉系统电源，再关气源。保持环境干净，长期不使用，须用塑料袋将气浮轴承部分罩上。长期不使用后又开始使用，要把环境清理干净，工作前打开气源吹至少半小时。
把减振器及其相关附件通电，根据要求设置好各项参数，使减振器开始工作，这时可以测试内部世界的静态参数以及改变外界环境振动状况来研究对内部世界振动的影响。然后开启工控机，设定工件台和掩模台驱动系统的运动参数，驱动工件台、掩模台按照设定的速度、加速度曲线运动，同时测试工作平台的振动加速度和位移变化，并保存供研究使用。此外，还可以改变步进速度、同步扫描速度、增加载荷、增加外界干扰等手段来测试外界环境的变化对内部世界工作台振动特性的影响，寻找影响光刻机内部振动的主要因素和解决办法。
权利要求
一种步进扫描光刻机隔振系统模拟试验装置，其特征是在基座(1)上固定安装有左下立柱(2)、右下立柱(25)，XA定位平台(4)和XB定位平台(24)分别安装在左下立柱(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)上表面另外一端分别安装有左上立柱(8)和右上立柱(20)，直线电机安装座(11)两端分别固定在所述的左上立柱(8)和右上立柱(20)的上表面，多个减振器(3)安装在基座(1)的上表面，工作平台(19)直接所述的多个减振器(3)的上表面，左前掩模台立柱(7)、左后掩模台立柱(7)、右前掩模台立柱(21)、右后掩模台立柱固定安装在所述的工作平台(19)上，左掩模台垫座(12)和右掩模台垫座(18)分别安装在所述的左前掩模台立柱(7)、左后掩模台立柱(7)、右前掩模台立柱(21)、右后掩模台立柱上表面，掩模台垫(17)固定在所述的左掩模台垫座(12)和右掩模台垫座(18)的中间；Y2定位平台(13)固定在所述的直线电机安装座(11)的上表面，掩模台连接臂(26)固定在Y2定位平台(13)的动子上面，掩模台(14)安装在第一气浮轴承(15)，所述的第一气浮轴承(15)通过第一真空气垫(16)安装在所述的掩模台垫(17)上，所述的第一气浮轴承(15)固定安装在掩模台连接臂(26)上；左转接板(5)和右转接板(23)分别安装在所述的XA定位平台(4)和XB定位平台(24)的动子上面，连接板(22)安装在所述的左转接板(5)和右转接板(24)的上表面，Y1定位平台(6)安装在连接板(22)的上表面，工件台连接臂(28)固定在Y1定位平台(6)的动子上面，工件台(10)安装在第二气浮轴承(9)上，所述的第二气浮轴承(9)通过第二真空气垫(24)安装在所述的工作平台(19)上，第二气浮轴承(9)固定连接在所述的工件台连接臂(28)上。
全文摘要
本发明公开了一种步进扫描光刻机隔振系统模拟试验装置，把整个试验装置分成内部世界和外部世界两大部分，外部世界主要完成模拟光刻机的精密步进扫描运动，使工件台和掩模台按预定的速度、加速度曲线运动，完全再现真正光刻机的步进扫描运动；内部世界主要是安装光学系统、工件台以及掩模台，为完成最后的光刻服务。内部世界和外部世界通过可以实现6自由度的高精度主动减振器来连接，把外部世界所产生的振动传到内部世界去的部分尽量降低，以保证内部世界的安静。本发明是一种能把工作核心部分一安装光源系统的工作平台的振动控制在设计容许的范围之内，提高硅片的光刻精度，同时也可以进行精密定位、同步控制等的步进扫描光刻机隔振系统模拟试验装置。
文档编号H01L21/027GK1932647SQ20061003237
公开日2007年3月21日 申请日期2006年10月9日 优先权日2006年10月9日
发明者吴运新, 邓习树, 李建平, 贺地球, 王永华, 杨辅强, 袁志扬, 蔡良斌 申请人:中南大学