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TWI541616B - Objective lens support device and lithography machine - Google Patents

Objective lens support device and lithography machine Download PDF

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TWI541616B
TWI541616B TW103145771A TW103145771A TWI541616B TW I541616 B TWI541616 B TW I541616B TW 103145771 A TW103145771 A TW 103145771A TW 103145771 A TW103145771 A TW 103145771A TW I541616 B TWI541616 B TW I541616B
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Description

物鏡支撐裝置及光刻機
本發明係關於光刻機，特別係關於一種物鏡支撐裝置及光刻機。
光刻機系統在工作過程中，工件台和光罩台分別以投影物鏡的兩面一軸(物面、焦面和光軸)為基準，在控制系統的驅動下，按要求的精度實現工件台與光罩台之間的相對位置以及兩者相對物鏡的位置。由於光刻機具有高定位精度、高同步運動精度的特點，任何外界振動的傳入和內部振動的干擾，都會引起兩者之間或者兩者相對物鏡位置的短暫錯位，這將會嚴重影響光刻品質。引起系統內部微振動並引發錯位的主要因素有地基振動的傳入，步進或者掃描過程中產生的反作用力和力矩以及內部世界(包括：氣液管路和氣膜的振動)和外部世界的隨機噪音等。為了消除各種振動因素對光刻機曝光品質的影響，就要對整機系統採取有效的隔振和減振措施。通常的解決辦法是設法將光刻機的曝光單元(主要包括照明系統、光罩台、物鏡和工件台)通過一套減振器同地基隔離開來，這樣就可以避免外界的振動通過地基傳給曝光單元。
隨著大型積體電路器件積體度的提高，光刻工作解析度要求愈來愈高，即要求光刻機曝光系統的穩定性、測量系統的準確性和運動平臺的精度也得愈來愈高，同時工作波長也愈來愈短。 進入奈米精度後，光刻解析度對振動的影響已相當敏感。投影物鏡作為光刻機中最精密部件及基準，對環境振動的要求非常苛刻，通過減振器實現的單級減振已不能滿足其性能需求。
通常情況下，物鏡通過不銹鋼塊支撐在主基板上，物鏡上設有安裝凸緣，凸緣垂向設置在靠近物鏡重心處，不銹鋼塊一端安裝在凸緣面上，另一端與主基板連接，實現物鏡的支撐。由於佈局空間、機械結構或其他原因限制，物鏡安裝凸緣垂向安裝面不能完全與物鏡重心等高，物鏡整體一、二階振型(或前六階振型之二)表現為以凸緣安裝面為中心整體繞水平向(X方向或Y方向)轉動。
因此，無論採用柔性或剛性連接的方法，僅在凸緣安裝面處將物鏡與主基板連接，都不可避免的造成物鏡整體一階振型表現為繞水平向(X方向或Y方向)轉動，使物鏡頂端、中心、底端間的位移響應產生動態差值，危害物鏡動態穩定性，影響曝光精度。
本發明提供一種物鏡支撐裝置及光刻機，用於消除以物鏡凸緣安裝面為中心整體繞水平向轉動模態振型。
為解決上述技術問題，本發明提供一種用於光刻機的物鏡支撐裝置，上述光刻機包括一物鏡系統和內部框架，上述內部框架包括一主基板，上述物鏡系統安裝在主基板上，上述物鏡系統包括物鏡主體和物鏡凸緣，其中，上述物鏡支撐裝置包括：一個或多個垂向設置的主支撐裝置和一個或多個水平向設置的輔助支撐裝置；其中，每個上述主支撐裝置的一端與物鏡凸緣相連，另一端 安裝在主基板上；每個上述輔助支撐裝置的一端與物鏡主體連接，另一端安裝在上述內部框架上。
較佳為，上述主支撐裝置為剛性支撐或柔性支撐。
較佳為，上述物鏡支撐裝置包括1組或3至6組上述主支撐裝置。
較佳為，上述3至6組主支撐裝置與物鏡凸緣的安裝面垂向在同一高度。
較佳為，上述內部框架還包括測量支架和光罩台支架，每個上述輔助支撐裝置的另一端通過連接件安裝在主基板、測量支架或光罩台支架上。
較佳為，上述輔助支撐裝置為剛性支撐或柔性支撐。
較佳為，上述輔助支撐裝置包含柔性鉸鏈。
較佳為，上述輔助支撐裝置為1組或3至6組。
較佳為，上述3至6組輔助支撐裝置垂向在同一高度。
較佳為，上述主支撐裝置與輔助支撐裝置之間滿足下式： 其中，Kx1為主支撐裝置的X方向總剛度，Kx2為輔助支撐裝置的X方向總剛度；Ky1為主支撐裝置的Y方向總剛度，Ky2為輔助支撐裝置的Y方向總剛度；l 1 為物鏡凸緣安裝面與物鏡主體重心垂向距離，l 2 為輔助支撐裝置與物鏡主體重心垂向距離。
較佳為，上述輔助支撐裝置位於上述主支撐裝置正上方。
較佳為，上述物鏡支撐裝置還包括分別位於上述主支撐裝置和輔助支撐裝置一側的阻尼器。
本發明還提供了採用上述物鏡支撐裝置的光刻機。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：1.在物鏡凸緣處及物鏡主體處分別設置主支撐裝置和輔助支撐裝置，從而消除以物鏡凸緣安裝面為中心整體繞水平向轉動模態振型，提高各階振型的模態頻率值，縮減物鏡頂端、中心、底端間的位移響應差值，提高曝光精度；2.輔助支撐裝置與主支撐裝置共存可以避免物鏡重量造成的柔性支撐結構應力集中，降低結構應力，提高疲勞壽命；3.結構簡單，適用於各種機型的光刻機，並且方便對現有機型光刻機物鏡安裝方式進行改造。
100‧‧‧光刻機
101‧‧‧主支撐裝置
102‧‧‧輔助支撐裝置
103‧‧‧物鏡主體
104‧‧‧物鏡凸緣
105‧‧‧阻尼器
106‧‧‧連接件
107‧‧‧主基板
108‧‧‧減振器
109‧‧‧基礎框架
200‧‧‧光刻機
201‧‧‧主支撐裝置
202‧‧‧輔助支撐裝置
203‧‧‧物鏡主體
204‧‧‧物鏡凸緣
205‧‧‧阻尼器
206‧‧‧連接件
207‧‧‧主基板
208‧‧‧減振器
209‧‧‧主基板支架
圖1為實施例1中物鏡支撐裝置安裝在分體框架式光刻機上的結構示意圖。
圖2為實施例1中主支撐裝置和輔助支撐裝置的垂向位置示意圖。
圖3為實施例1中物鏡支撐裝置與物鏡主體重心垂向距離示意圖。
圖4為實施例1中物鏡主支撐水平向位置示意圖。
圖5為實施例1中物鏡輔助支撐水平向位置示意圖。
圖6為實施例2中物鏡支撐裝置安裝在整體框架式光刻機上的結構示意圖。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發明附圖均採用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
[實施例1]
以圖1所示的分體框架式光刻機100為例，上述光刻機100放置在地基上，包括照明系統、投影物鏡、工件台、光罩台等主要部件，由於本發明主要涉及物鏡的支撐裝置，為簡單起見，圖中省略了照明系統、工件台、光罩台等部件，然而這並不影響本領域技術人員理解本發明。如圖1所示，主基板107通過減振器108安裝在基礎框架109上，投影物鏡安裝在主基板107上，投影物鏡包括物鏡主體103和物鏡凸緣104。在本實施例的分體框架式光刻機100中，工件台(圖中未示出)和主基板107採用不同的減振器支撐，本實施例中採用減振器108支撐主基板107。請結合參閱圖2至圖5，本發明的物鏡支撐裝置，包括一個或多個垂向(Z方向)設置的主支撐裝置101和一個或多個水平向(XY平面內)設置的輔助支撐裝置102，其中，每個上述主支撐裝置101的一端與物鏡凸緣104相連，另一端安裝在主基板107上；每個上述輔助支撐裝置102的一端與物鏡主體103連接，另一端安裝在內部框架上，具體為主基板107、測量支架、光罩台或內部框架的其他位置；本實施例中，上述輔助支撐裝置102的另一端通過連接件106安裝在主基板107上。本發明的物鏡支撐裝置將主支撐裝置101和輔助支撐裝置102分別安裝在物鏡凸緣104處 和物鏡主體103處，可以消除以物鏡凸緣104安裝面為中心整體繞水平向(X方向或Y方向)轉動模態振型，提高各階振型的模態頻率值，縮減物鏡主體103頂端、中心、底端間的位移響應差值，提高曝光精度。
請繼續參照圖1至圖5，主支撐裝置101可為剛性支撐或柔性支撐，上述主支撐裝置101為1組或3至6組，上述3至6組主支撐裝置101與物鏡凸緣104的安裝面垂向在同一高度。同樣地，輔助支撐裝置102也可為剛性支撐或柔性支撐，由單組實現或3至6組組合實現，3至6組輔助支撐裝置102垂向在同一高度。較佳地，輔助支撐裝置102的組數與主支撐裝置101的組數相同且設置位置相應。
具體地，請參照圖4及圖5，並結合圖1，在本實施例中，物鏡凸緣104與主基板107之間採用三組主支撐裝置101連接，三組主支撐裝置101均勻排布在物鏡主體103外周，且相對於物鏡主體103的中心軸兩兩呈120°角分佈。物鏡主體103與主基板107之間採用三組輔助支撐裝置102連接，三組輔助支撐裝置102的延伸線重合於位於物鏡主體103的中心軸上的一點，且兩兩呈120°角分佈，輔助支撐裝置102位於主支撐裝置101正上方。進一步的，輔助支撐裝置102中帶有柔性鉸鏈結構，保證其在水平方向有較大剛度，垂向剛度則儘量小。通常，輔助支撐裝置102垂向(Z方向)總剛度(即所有的輔助支撐裝置102的Z方向剛度之和)小於水平向總剛度，通常小於108N/m，可以避免內部框架的振動向物鏡主體103傳遞。
請重點參照圖3，設主支撐裝置101的X方向總剛度(即所有的主支撐裝置101的X方向剛度之和)為K x1 ，物鏡凸緣104的安裝面，即物鏡凸緣104的底部所在的平面，與物鏡主體103重心O垂 向距離為l 1 ，輔助支撐裝置102的X方向總剛度(即所有的輔助支撐裝置102的X方向剛度之和)為K x2 ，輔助支撐裝置102與物鏡主體103重心O垂向距離為l 2 ，滿足以下條件： 設主支撐裝置101的Y方向總剛度(即所有的主支撐裝置101的Y方向剛度之和)為K y1 ，物鏡凸緣104安裝面與物鏡主體103的重心O垂向距離為l 1 ，輔助支撐裝置102的Y方向總剛度(即所有的輔助支撐裝置102的Y方向剛度之和)為K y2 ，輔助支撐裝置102與物鏡主體103重心O垂向距離為l 2 ，滿足以下條件： 其中，輔助支撐裝置102水平向剛度依賴於主支撐裝置101的水平向剛度，輔助支撐裝置102垂向剛度越低，越可以降低內部框架至物鏡主體103的振動傳遞。
請參照圖1，較佳的，為避免與主支撐裝置101和輔助支撐裝置102的固有頻率相近的振動頻率引起主支撐裝置101或輔助支撐裝置102的共振，對隔振產生的影響，上述主支撐裝置101和輔助支撐裝置102的一側還分別設置有阻尼器105。
採用傳統物鏡支撐裝置與採用本實施例物鏡支撐裝置的投影物鏡的隨機響應計算結果比較如表1所示： 隨機響應輸入輸出設置：在物鏡主體103與主基板107介面處載入主基板107實測加速度譜，輸出物鏡主體103頂面與物鏡主體103中心的位移響應差值。
[實施例2]
如圖6所示，本實施例中以整體框架式光刻機200為例，其工件台和主基板207採用相同的減振器208支撐。圖6中與圖1相同的部件採用相似的符號表示。
與實施例1相同，物鏡支撐裝置包括：一個或多個垂向設置的主支撐裝置201和一個或多個水平向設置的輔助支撐裝置202，其中，上述主支撐裝置201的一端與物鏡凸緣204相連，另一端安裝在主基板207上；上述輔助支撐裝置202的一端與物鏡主體203連接，另一端通過連接件206安裝在內部框架上，具體為主基板、測量支架、光罩台或內部框架的其他位置。由於本實施例中物鏡支撐裝置的作用與實施例1相同，此處不再贅述。
綜上所述，本發明的物鏡支撐裝置，安裝在光刻機上，包括：主支撐裝置和輔助支撐裝置；其中，上述主支撐裝置的一端與物鏡凸緣相連，上述主支撐裝置的另一端安裝在主基板上；上述輔助支撐裝置的一端與物鏡主體連接，上述輔助支撐裝置的另一端安裝在內部框架上。本發明的物鏡支撐裝置，通過在物鏡凸緣處及物鏡主體處分別設置主支撐裝置和輔助支撐裝置，從而消除以物鏡凸緣安裝面為中心整體繞水平向(X方向或Y方向)轉動模態 振型，提高各階振型的模態頻率值，縮減物鏡頂端、中心、底端間的位移響應差值，提高曝光精度。還可以避免物鏡重量造成的柔性支撐結構應力集中，降低結構應力，提高疲勞壽命。此外本發明的結構簡單，適用於各種機型的光刻機，並且方便對現有機型光刻機物鏡安裝方式進行改造。
顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。
101‧‧‧光刻機
102‧‧‧輔助支撐裝置
103‧‧‧物鏡主體
104‧‧‧物鏡凸緣
105‧‧‧阻尼器
106‧‧‧連接件
107‧‧‧主機板
108‧‧‧減振器
109‧‧‧基礎框架

Claims (12)

  1. 一種用於光刻機的物鏡支撐裝置，上述光刻機包括一物鏡系統和內部框架，上述內部框架包括一主基板，上述物鏡系統安裝在主基板上，上述物鏡系統包括物鏡主體和物鏡凸緣，其特徵在於，上述物鏡支撐裝置包括：一個或多個垂向設置的主支撐裝置和一個或多個水平向設置的輔助支撐裝置；其中，每個上述主支撐裝置的一端與物鏡凸緣相連，另一端安裝在主基板上；每個上述輔助支撐裝置的一端與物鏡主體連接，另一端安裝在上述內部框架上，其中，上述主支撐裝置與輔助支撐裝置之間滿足下式： 其中，K x1為主支撐裝置的X方向總剛度，K x2為輔助支撐裝置的X方向總剛度；K y1為主支撐裝置的Y方向總剛度，K y2為輔助支撐裝置的Y方向總剛度；l 1為物鏡凸緣安裝面與物鏡主體重心垂向距離，1 2為輔助支撐裝置與物鏡主體重心垂向距離。
  2. 如申請專利範圍第1項之物鏡支撐裝置，其中，上述主支撐裝置為剛性支撐或柔性支撐。
  3. 如申請專利範圍第1項之物鏡支撐裝置，其中，上述物鏡支撐裝置包括1組或3至6組上述主支撐裝置。
  4. 如申請專利範圍第3項之物鏡支撐裝置，其中，上述3至6組主支撐裝置與物鏡凸緣的安裝面垂向在同一高度。
  5. 如申請專利範圍第1項之物鏡支撐裝置，其中，上述內部框架 還包括測量支架和光罩台支架，每個上述輔助支撐裝置的另一端通過連接件安裝在主基板、測量支架或光罩台支架上。
  6. 如申請專利範圍第1項之物鏡支撐裝置，其中，上述輔助支撐裝置為剛性支撐或柔性支撐。
  7. 如申請專利範圍第6項之物鏡支撐裝置，其中，上述輔助支撐裝置包含柔性鉸鏈。
  8. 如申請專利範圍第1項之物鏡支撐裝置，其中，上述輔助支撐裝置為1組或3至6組。
  9. 如申請專利範圍第8項之物鏡支撐裝置，其中，上述3至6組輔助支撐裝置垂向在同一高度。
  10. 如申請專利範圍第1項之物鏡支撐裝置，其中，還包括分別位於上述主支撐裝置和輔助支撐裝置一側的阻尼器。
  11. 如申請專利範圍第1項之物鏡支撐裝置，其中，上述輔助支撐裝置位於上述主支撐裝置正上方。
  12. 一種光刻機，其特徵在於採用申請專利範圍第1至11項中任一項之物鏡支撐裝置。
TW103145771A 2013-12-31 2014-12-26 Objective lens support device and lithography machine TWI541616B (zh)

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