一种光刻机掩模台隔振装置

技术领域

本发明涉及振动抑制领域，特别是涉及一种光刻机掩模台隔振装置。

背景技术

在集成电路(IC)工业的发展中，光刻技术一直起着至关重要的作用。这其中为代表的光刻机，集超精密测量与运动控制技术和光刻技术于一体，实现将掩模板上的芯片图形曝光到工件台上的硅片上的功能。在步进光刻机中，掩模台通过光源照明系统、投影物镜和工件台，将掩模图形曝光刻蚀在晶圆上，其中掩模台系统基座是与投影物镜套筒顶部直接刚性相连的。而在光刻机掩模台工作过程中，掩模台在高速、高加速度运动中产生的细微振动，容易引起掩模台及与跟其相连的投影物镜两者之间的对准位置发生偏离，由于光刻机的精度为纳米级别，即使是极其微小的位置偏离，都会直接影响后续晶圆的光刻质量。为了消除振动因素对光刻机掩模台运动与定位精度的影响，就要求掩模台系统基座与投影物镜套筒顶部连接的支撑装置兼顾隔振和支撑功能。然而，现有技术中，还未有针对掩模台系统基座与投影物镜套筒顶部连接而特殊设计的隔振支撑装置。

发明内容

本申请的目的是提供一种光刻机掩模台隔振装置，其不仅能够支撑掩模台基座稳定固定在投影物镜套筒上，而且能够实现掩模台水平方向的隔振，并提高光刻质量和精度。

本申请的目的是通过如下技术方案实现的：

一种光刻机掩模台隔振装置，包括：掩模台基座，投影物镜套筒，以及连接所述掩模台基座及所述投影物镜套筒的连接装置；

所述连接装置包括第一支撑组件、第二支撑组件及第三支撑组件，所述第一支撑组件、所述第二支撑组件及所述第三支撑组件处于同一平面，所述第一支撑组件包括：第一底部连接部、第一顶部连接部及第一柔性片，所述第一柔性片的两侧分别连接所述第一底部连接部及所述第一顶部连接部，所述第一顶部连接部与所述掩模台基座相连，所述第一底部连接部与所述投影物镜套筒相连；

所述第二支撑组件包括：第二底部连接部、第二顶部连接部及第二柔性片，所述第二柔性片的两侧分别连接所述第二底部连接部及所述第二顶部连接部，所述第二顶部连接部与所述掩模台基座相连，所述第二底部连接部与所述投影物镜套筒相连；

所述第三支撑组件包括：第三底部连接部、第三顶部连接部及第三柔性片，所述第三柔性片的两侧分别连接所述第三底部连接部及所述第三顶部连接部，所述第三顶部连接部与所述掩模台基座相连，所述第三底部连接部与所述投影物镜套筒相连；

沿所述连接装置的俯视方向观察：

沿所述第一柔性片的长度方向延伸形成第一连接线，沿所述第二柔性片的长度方向延伸形成第二连接线，沿所述第三柔性片的长度方向延伸形成第三连接线，所述第一连接线、所述第二连接线与所述第三连接线之间围合形成经过所述第一柔性片、所述第二柔性片及所述第三柔性片的等腰三角形，其中，所述第一连接线形成所述等腰三角形的底边，且所述第一柔性片的横截面的几何中心到所述第二柔性片的横截面的几何中心的距离，与所述第一柔性片的横截面的几何中心到所述第三柔性片的横截面的几何中心的距离相等。

本申请的一些实施例中，所述等腰三角形的顶角为60°～120°。

本申请的一些实施例中，所述等腰三角形的顶角为80°～100°。

本申请的一些实施例中，还包括三个连接板，三个所述连接板分别连接于所述第一顶部连接部与所述掩模台基座之间、所述第二顶部连接部与所述掩模台基座之间以及所述第三顶部连接部与所述掩模台基座之间，且三个所述连接板的面积均大于所述第一顶部连接部、所述第二顶部连接部以及所述第三顶部连接部的面积。

本申请的一些实施例中，所述第一底部连接部的底面上设有第一定位销孔，所述第三底部连接部的底面上设有第二定位销孔，且所述第一定位销孔为圆形孔，所述第二定位销孔为腰形孔，所述投影物镜套筒的顶面的相应位置设有定位销。

本申请的一些实施例中，所述掩模台基座的几何中心、所述等腰三角形的几何中心以及所述投影物镜套筒的中心轴线位于一条直线上。

本申请的一些实施例中，所述第一柔性片、所述第二柔性片与所述第三柔性片的厚度比为2：1：1，且所述第二柔性片与所述第三柔性片结构相同。

本申请的一些实施例中，所述第一柔性片的厚度为2～4mm，所述第二柔性片和所述第三柔性片的厚度均为1～2mm。

本申请的一些实施例中，所述连接装置的材料为弹簧钢、不锈钢或殷钢。

本申请的一些实施例中，所述第一底部连接部与所述第一顶部连接部在水平方向垂直布置，所述第二底部连接部与所述第二顶部连接部在水平方向垂直布置，所述第三底部连接部与所述第三顶部连接部在水平方向垂直布置。

本申请的光刻机掩模台隔振装置，与现有技术相比，其有益效果在于：本申请的光刻机掩模台隔振装置在掩模台基座和投影物镜套筒之间设置连接装置，将传统的刚性连接转变为柔性连接，通过连接装置中从上到下依次设置的顶部连接部、柔性片和底部连接部，并采用支撑点呈等腰三角形布置的形式将掩模台基座与投影物镜套筒连接起来，支撑平稳可靠，且柔性片结构的连接装置在掩模台水平方向上具有低刚度甚至零刚度的特性，进而在掩模台水平方向上起到隔振效果。

附图说明

图1是本方案的整体结构示意图；

图2是本方案的连接装置的仰视方向的安装布局图；

图3是本方案的柔性片的俯视方向的布置示意图；

图4是本方案的第一支撑组件的主视图；

图5是本方案的第一支撑组件的左视图；

图6是本方案的第一支撑组件的俯视图；

图7是本方案的第一支撑组件的立体图；

图8是本方案的第二支撑组件的主视图；

图9是本方案的第二支撑组件的左视图；

图10是本方案的第二支撑组件的俯视图；

图11是本方案的第二支撑组件的立体图；

图12是本方案的第三支撑组件的主视图；

图13是本方案的第三支撑组件的左视图；

图14是本方案的第三支撑组件的俯视图；

图15是本方案的第三支撑组件的立体图。

图中，1、掩模台基座；2、连接装置；21、第一支撑组件；211、第一底部连接部；212、第一柔性片；2121、第一连接线；213、第一顶部连接部；22、第二支撑组件；221、第二底部连接部；222、第二柔性片；2221、第二连接线；223、第二顶部连接部；23、第三支撑组件；231、第三底部连接部；232、第三柔性片；2321、第三连接线；233、第三顶部连接部；3、投影物镜套筒；4、连接板；5、第一定位销孔；6、第二定位销孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，应当理解的是，本申请中采用术语“底部”、“顶部”、“中心”等指示方位或位置关系基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1-图15所示，本申请实施例提出一种光刻机掩模台隔振装置，包括：掩模台基座1，投影物镜套筒3，以及连接掩模台基座1及投影物镜套筒3的连接装置2；

连接装置包括第一支撑组件21、第二支撑组件22及第三支撑组件23，第一支撑组件21、第二支撑组件22及第三支撑组件23处于同一平面，第一支撑组件21包括：第一底部连接部211、第一顶部连接部213及第一柔性片212，第一柔性片212的两侧分别连接第一底部连接部211及第一顶部连接部213，第一顶部连接部213与掩模台基座1相连，第一底部连接部211与投影物镜套筒3相连；

第二支撑组件22包括：第二底部连接部221、第二顶部连接部223及第二柔性片222，第二柔性片222的两侧分别连接第二底部连接部221及第二顶部连接部223，第二顶部连接部223与掩模台基座1相连，第二底部连接部221与投影物镜套筒3相连；

第三支撑组件23包括：第三底部连接部231、第三顶部连接部233及第三柔性片232，第三柔性片232的两侧分别连接第三底部连接部231及第三顶部连接部233，第三顶部连接部233与掩模台基座1相连，第三底部连接部231与投影物镜套筒3相连；

沿连接装置2的俯视方向观察：

沿第一柔性片212的长度方向延伸形成第一连接线2121，沿第二柔性片222的长度方向延伸形成第二连接线2221，沿第三柔性片232的长度方向延伸形成第三连接线2321，第一连接线2121、第二连接线2221与第三连接线2321之间围合形成经过第一柔性片212、第二柔性片222及第三柔性片232的等腰三角形，其中，第一连接线2121形成等腰三角形的底边，且第一柔性片212的横截面的几何中心到第二柔性片222的横截面的几何中心的距离，与第一柔性片212的横截面的几何中心到第三柔性片232的横截面的几何中心的距离相等。

基于上述技术方案，在掩模台基座1和投影物镜套筒3之间增加连接装置2，并且连接装置2包括竖直放置的三个柔性片，从而将掩模台基座1与投影物镜套筒3原来的刚性连接转变为柔性连接，达到减振的效果。同时三个柔性片的长度延伸方向能够形成等腰三角形结构，其中第一柔性片212位于等腰三角形的顶点位置，第二柔性片222和第三柔性片232分别位于等腰三角形的两个底点位置，此结构不仅能够实现水平方向负刚度隔振，且整个支撑结构平稳可靠。

在此说明负刚度隔振原理，根据振动理论，振动中被动隔振位移对位移的传递函数的模为：

其中，ω为振动频率，ω

由式(1)可知，当

对于上述第一支撑组件21、第二支撑组件22和第三支撑组件23，第一柔性片212、第二柔性片222和第三柔性片232可简化为两端固定的欧拉压杆模型，则其水平方向刚度理论模型为：

k＝6EI[1-(p/p

其中，p

由式(2)可知，当柔性片受到的轴向载荷大于临界载荷(p>p

通过上述描述可知，光刻机掩模台采用上述的连接装置2，可以通过连接装置2的水平负刚度特性、受到振动冲击产生的柔性变形和等腰三角形安装布局稳定的支撑，来减小掩模台基座1在水平方向上的振动，进而减小掩模台在高速、高加速度运动时水平方向运动冲击和振动造成的定位和运动误差，保障光刻机的光刻精度。

本申请的一些实施例中，如图1-3所示，等腰三角形的顶角为60°～120°，即等腰三角形的两个底角为30°～60°，这种角度布置使得三个柔性片的位置布局更加合理，并且，设定等腰三角形的几何中心为原点，设定过该原点并与第一连接线2121平行的直线为Y轴，原点向第三柔性片232延伸的方向为Y轴正方向；设定等腰三角形过顶点的中垂线为X轴，原点向等腰三角形的顶点延伸的方向为X轴正方向。当等腰三角形的顶角为60°时，Y轴方向的隔振效果要明显强于X轴方向的隔振效果；当等腰三角形的顶角为120°时，X轴方向的隔振效果要明显强于Y轴方向的隔振效果。由于光刻机在工作过程中可能存在某一个方向振动大的问题，所以可以通过调整上述角度，改变其在某一个方向上的隔振效果。

优选地，等腰三角形的顶角为80°～100°，即等腰三角形的两个底角为40°～50°，此时X轴和Y轴上的隔振效果趋于平衡，更优选地，等腰三角形的顶角为90°，等腰三角形的两个底角为45°，此时X轴和Y轴上的隔振效果基本完全平衡，隔振效果更好，且三个柔性片的布置位置也更加合理，支撑稳定。

本申请的一些实施例中，如图1、2所示，还包括三个连接板4，三个连接板4分别设于第一顶部连接部213与掩模台基座1之间、第二顶部连接部223与掩模台基座1之间以及第三顶部连接部233与掩模台基座1之间，且三个连接板4的面积均大于第一顶部连接部213、第二顶部连接部223以及第三顶部连接部233的面积。光刻机的掩模台基座1一般为花岗岩材质，而柔性支撑组件通常为不锈钢材质，由于不锈钢的硬度远大于花岗岩，直接连接很容易造成连接处花岗岩材质破损，所以需要在掩模台基座1和柔性支撑组件之间设置连接板4，并且三个连接板4的面积要分别大于第一顶部连接部213、第二顶部连接部223和第三顶部连接部233的面积，以增大接触面积，避免接触应力过大造成掩模台基座1的破损，从而保护掩模台基座1。

优选地，连接板4的材料硬度介于掩模台基座1与第一顶部连接部213、第二顶部连接部223、第三顶部连接部233所用材料硬度之间，采用硬度介于二者之间的材料，在掩模台基座1与三个顶部连接部之间起到过渡和缓冲的效果，可以更好地保护掩模台基座1。

本申请的一些实施例中，如图2所示，第一底部连接部211的底面上设有第一定位销孔5，第三底部连接部231的底面上设有第二定位销孔6，且第一定位销孔5为圆形孔，第二定位销孔6为腰形孔，投影物镜套筒3的顶面的相应位置设有定位销，由于第一支撑组件21、第二支撑组件22和第三支撑组件23相互之间距离较大，而且三者布局要求严格的等腰三角形关系，所以通过第一定位销孔5和第二定位销孔6实现定位。首先将定位销安装到投影物镜套筒3顶部的销孔位置，然后将已经安装上连接装置2的掩模台基座1放置在投影物镜套筒3的上方，且第一底部连接部211的底面上的第一定位销孔5对准定位销放置，第一定位销孔5为圆形孔，其形状与定位销相适配，可以准确地定位；而第三底部连接部231的底面上的第二定位销孔6为腰形孔，腰形孔上的半圆直径与定位销相适配，使定位销可以沿腰形孔的长度方向移动，避免因加工或安装误差导致定位销与第二定位销孔6存在错位，产生安装不上的问题；第二支撑组件22不设置定位销孔，在实际的安装过程中，第二支撑组件22可以在第一支撑组件21和第三支撑组件23安装好后再安装，以补偿第一支撑组件21和第三支撑组件23的安装误差和加工误差，保证三个支撑组件都能装配到整个系统中。

本申请的一些实施例中，如图1所示，掩模台基座1的几何中心、等腰三角形的几何中心以及投影物镜套筒3的中心轴线位于一条直线上，上述三者的中心位于一条直线上可以保证光刻精度，并且等腰三角形的三点支撑更加稳定。

本申请的一些实施例中，如图3所示，第一柔性片212、第二柔性片222与第三柔性片232的厚度比为2：1：1，且第二柔性片222与第三柔性片232结构相同，采用这种厚度比，可以保证三个柔性片的承载面积在X轴和Y轴方向上对称相等，参考图3所示，首先是X轴，柔性片的承载面积在某一方向对称相等，需要对比柔性片在该方向上的投影面积，由于X轴经过等腰三角形的中垂线，所以X轴两侧的柔性片在X轴上的投影面积必然对称相等；然后是Y轴，Y轴左侧为第一柔性片212，Y轴右侧为第二柔性片222和第三柔性片232，由于第一柔性片212的厚度是第二柔性片222和第三柔性片232的两倍，则第一柔性片212在Y轴上的投影面积等于第二柔性片222和第三柔性片232在Y轴上的投影面积之和。由于X轴和Y轴方向上的承载面积对称相等，所以整个装置受力均衡，支撑稳定。

具体地，第一柔性片212的厚度为2～4mm，第二柔性片222和第三柔性片232的厚度均为1～2mm，在此说明柔性片的厚度选取的依据，首先，为实现稳定可靠的支撑，根据材料力学中材料轴向拉压许用应力规定，要求柔性片工作时承载截面的强度在许用应力以内，取单独一个柔性片支撑整个掩模台的极限情况，则柔性片的横截面积为：

A≥F

其中，A＝d×l为柔性片允许的最小横截面积，d为柔性片厚度，l为柔性片长度；F

常用的光刻机掩模台重量一般在30kg～90kg之间，取质量为90kg的掩模台作为支撑对象，并选择304不锈钢作为柔性片材料，304不锈钢的许用应力为[σ]＝137MPa，参阅图4～图15所示，作为实施例数据，第一柔性片212长度为40mm、宽度为15mm、厚度为3mm，第二柔性片222和第三柔性片232的长度为56.57mm、宽度为15mm、厚度为1.5mm，当选取承载面积较小的第二柔性片222或第三柔性片232作为单独一个柔性片支撑的极限情况时，根据式(3)可知，第二柔性片222或第三柔性片232的最小厚度为：

d≥G

由式(4)可知，第二柔性片222或第三柔性片232的厚度的最小值为0.14mm，本方案的厚度范围1mm～2mm远远高于最小厚度需求，并且满足设计要求。

本申请的一些实施例中，连接装置2的材料为弹簧钢、不锈钢或殷钢，这几种材料具有耐用寿命高、疲劳强度高、热变形小、稳定性高、耐腐蚀性能好等优点，并且易于获取，特别适合作为柔性支撑的结构材料。

本申请的一些实施例中，如图4-图15所示，第一底部连接部211与第一顶部连接部213在水平方向垂直布置，第二底部连接部221与第二顶部连接部223在水平方向垂直布置，第三底部连接部231与第三顶部连接部233在水平方向垂直布置，使得支撑组件整体在水平面内的正交方向的承载受力均匀，作为优选的实施方式，上述的六个连接部均为长方体结构，且长方体结构的长度为70mm，宽度为40mm，高度为15mm。

另外，除上述的柔性片结构外，本方案还可使用圆切口型柔性铰链、双曲线型柔性铰链、抛物线型柔性铰链、反转抛物线型柔性铰链、正割型柔性铰链或双曲余弦型柔性铰链，同样能够实现本方案的隔振与支撑功能。

综上，本申请的光刻机掩模台隔振装置在掩模台基座1和投影物镜套筒3之间设置连接装置2，将传统的刚性连接转变为柔性连接，通过连接装置2中从上到下依次设置的顶部连接部、柔性片和底部连接部，并采用支撑点呈等腰三角形布置的形式将掩模台基座1与投影物镜套筒3连接起来，支撑平稳可靠，且柔性片结构的连接装置2在掩模台水平方向上具有低刚度甚至零刚度的特性，进而在掩模台水平方向上起到隔振效果。

以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。