專利名稱：一種大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域中光刻裝置的柔性支撐機構(gòu)，特別是一種大阻 尼的精密柔性支撐機構(gòu)。
背景技術(shù)：
光刻是半導(dǎo)體制造工藝中非常重要的一道工序，特征線寬是光刻的重要指標(biāo)之一，減小光刻的特征線寬能夠有效提高IC電路的集成度。但是，影響特征線寬的因素多而復(fù)雜，其中一個潛在的瓶頸就是投影物鏡的微振動。而引起投影物鏡微振動的主要因素有地基振動、運動平臺的掃描作用力(系統(tǒng)中工件 臺和掩模臺的步進和掃描)、內(nèi)部世界(氣液管路和氣膜)的振動和外部世界的 隨機噪音等。通常解決高精度裝置的微振動問題的基本辦法是設(shè)法將裝置同安裝地基隔 離開來，以避免將外界的振動通過地基導(dǎo)入，引起裝置的振動。美國專利 US5，953,105 (公告日1999年9月14日)，US6，038，013 。>告日2000年3 月14日)和US5，187，519 (公告曰1993年2月16日)是采用以下方法的將 投影物鏡安裝在主基板上，主基板通過振動隔離系統(tǒng)懸浮在基礎(chǔ)框架之上，振 動隔離系統(tǒng)將主基板、物鏡系統(tǒng)與外部世界隔離開來形成內(nèi)部世界，通過主動 控制的隔振器進行減振隔振，從而有效隔離和消除地基振動及工件臺和掩模臺 的掃描作用力引起的振動通過主基板傳入投影物鏡，通過這種方法可使物鏡光 學(xué)系統(tǒng)的微振動問題得到一定的改善和降低。但是以上專利均采用物鏡所在的 內(nèi)部世界一體隔離減振，因物鏡內(nèi)部世界(氣液管路和氣膜)的擾動和外部世界的隨機噪音引起的投影物鏡的微振動問題并沒有得到有效的解決。美國專利US6，791，664 (公告日2004年9月14日)中使用了簡單的鋼質(zhì) 柔性機構(gòu)作為物鏡的支撐塊。為了防止物鏡位置發(fā)生過約束，在支撐塊上加工 有依據(jù)動力學(xué)原理進行設(shè)計的柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，從而使得物鏡懸浮的總體剛度以
及整機相關(guān)的諧振頻率都能被限制在一定的范圍內(nèi)。但是，因為這種鋼質(zhì)柔性支撐機構(gòu)會對物鏡起支撐和定位作用，因此對涉及z和Rx方向的兩個自由度的 剛度較大，無法被動調(diào)節(jié)。因此對應(yīng)特定模態(tài)下，引起物鏡在這兩個方向的微 振動無法得到有效減振。另外，由于鋼質(zhì)柔性塊的阻尼很小，對于低頻振動(小 于500Hz)，減振效果很不理想。對于特征線寬小于等于100nm的光刻工藝來說， 光刻機的啄光系統(tǒng)要求工件臺(包括掩模臺)相對于投影物鏡的定位誤差不超 過2nm，因此，原有低阻尼的鋼質(zhì)支撐機構(gòu)難以實現(xiàn)物鏡需要的穩(wěn)定性指標(biāo)。 對此，專利US6，791，664采取將壓電陶瓷作動器和壓電傳感器作為一體植入鋼質(zhì) 支撐塊中的方法，根據(jù)檢測到的壓電傳感器的振動信號，控制壓電陶瓷作動器 的伸縮來調(diào)整支撐塊的阻尼比，實現(xiàn)物鏡的主動減振。通過這種減振方式，使 得針對物鏡主要低頻模態(tài)——"操縱桿"模態(tài)的相對阻尼由原先的0.2%提高到 16%,可以有效地降低振動振幅達86%。但同時針對"鐘擺式"模態(tài)的減振效果改 善并不大。而且采用美國專利公開的技術(shù)方案降低了柔性支撐塊的支撐剛度； 壓電陶資的主動減振方式，需要采用特定控制算法的控制器進行控制，加大了 實現(xiàn)的復(fù)雜度；同時壓電陶瓷動作時，壓電陶瓷上下表面發(fā)生輕微錯動而產(chǎn)生 側(cè)向剪切力會降低壓電作動器的使用壽命，并影響其長期工作的穩(wěn)定性和可靠 性。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于在物鏡和主基板間提供一種大阻尼柔性支撐機構(gòu)， 對物鏡高階模態(tài)振型進行減振和消除，它主要針對物鏡內(nèi)部世界(氣液管路和 氣膜)的擾動和外部世界的隨機噪音引起物鏡的微振動進行減振和消振。為達到上述的目的，本實用新型提供一種大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，它由柔 性塊本體和大阻尼橡膠體組成，所述柔性塊本體靠近上下兩端處分別設(shè)置有一 組橫向貫穿柔性塊本體的垂向彈性鉸鏈，柔性塊本體正面的中部開有通槽，兩 側(cè)設(shè)有 一對側(cè)向彈性鉸鏈，通槽與每一側(cè)向彈性鉸鏈之間還設(shè)有 一 中部彈性鉸 鏈，所述的大阻尼橡膠體容設(shè)在通槽中，并通過前、后檔板壓緊固定。在上述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)中，所述的柔性塊本體為 一長方體不銹鋼體。
在上述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)中，所述側(cè)向彈性鉸鏈的垂向狹縫與中部 彈性鉸鏈的狹縫連通。在上述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)中，所述的大阻尼橡膠體截面形狀同通槽 的形狀，體積略大于通槽的容積。在上述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)中，所述的中部彈性4交鏈靠近通槽的一端 設(shè)置有一對通孔，前后檔板通過夾緊螺釘、螺母將大阻尼橡膠體壓緊固定在通 槽內(nèi)，所述螺釘穿過中部彈性鉸鏈的通孔與螺母鎖緊。在上述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)中，所述的柔性塊本體頂部開有一個階梯 孔，所述大阻尼橡膠體的中部開有一個沿豎直方向的腰型通孔，階梯孔和腰型 通孔由一個螺栓連接并通過階梯孔底端的螺紋獰緊。在上述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)中，所述的柔性塊本體頂部對稱分布有兩 螺紋孔，垂向彈性鉸鏈與螺紋孔相交處開有兩個通孔。在上述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)中，所述的柔性塊本體底部等間距分布有 四組/\個螺紋孑匕。本實用新型由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下 的優(yōu)點和積極效果1. 本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，適應(yīng)性強，具有大阻尼的顯著特點，同 時擁有Rx， Ry, Rz, x, y五個自由度的微調(diào)能力，并在z向具有一定的支撐剛 度；2. 由于該柔性支撐機構(gòu)具有五個方位的微調(diào)柔性，可以避免物鏡安裝時發(fā)生 過約束問題，從而有效地過濾物鏡的高頻振動；3. 因其具有大阻尼的特點，所以可以有效地對物鏡的低頻振動進行減振和消 除，滿足Bumping光刻機等精密設(shè)備的工作要求。


本實用新型的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)由以下的實施例及附圖 給出。圖1為投影物鏡的減振裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為柔性塊支撐的物鏡的主要振動模態(tài)示意圖； 圖3為本實用新型柔性塊本體的主視圖； 圖4為本實用新型柔性塊本體的側(cè)視圖； 圖5為大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)的裝配示意圖。
具體實施方式
以下將對本實用新型的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)作進一步的詳細(xì)描述。圖l示出了投影物鏡l、柔性支撐機構(gòu)4、主基板2和主動減振系統(tǒng)3的位 置關(guān)系。在本實施例中，三個柔性支撐機構(gòu)4等圓周布置在物4竟1與主基板2 之間，并通過安裝接口連接。主基板2和物鏡1 一體通過三組主動減振系統(tǒng)3 安裝在基礎(chǔ)框架(未圖示)上。投影物鏡1在與主基板2連接時由于采用了鋼 質(zhì)柔性塊支撐，使物鏡伴生出兩種主要的比較活躍的低特征頻率的振動模態(tài)， 它們分別是"操縱桿"模態(tài)和"鐘擺式"模態(tài)，如圖2所示。圖2左邊的是"操縱桿" 模態(tài)，指物鏡相對主基板，在物鏡安裝面的兩水平軸x軸和y軸附近發(fā)生微轉(zhuǎn) Rx和Ry;圖2右邊的是"鐘擺式"模態(tài)，指物鏡相對主基板安裝面發(fā)生的微小 的水平偏移Ax和Ay,"鐘擺式"模態(tài)主要受限于物鏡支撐塊的切向剛度；另夕卜， 還有特征頻率比較高的兩個懸浮模態(tài)，是指沿垂直軸z軸的微小運動Az和以z 軸為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動Rz。為了使物鏡對應(yīng)兩種模態(tài)的微振盡快衰減和耗散完畢，需要在適度提高柔 性支撐塊的垂向剛度和切向剛度的同時，增加支撐塊的阻尼比。本實用新型針 對Bumping步進光刻機(線寬2,，單機套刻精度500nm)提出了 一種解決方 式，即在高剛度鋼質(zhì)支撐塊內(nèi)加工出經(jīng)過動力學(xué)分析設(shè)計的代表彈簧和彈性鉸 鏈的微細(xì)結(jié)構(gòu)，同時在這些貫穿的溝槽內(nèi)填充有高阻尼的橡膠類材料。填充的 材料必須符合光刻環(huán)境要求并具有大阻尼、適度剛度、同支撐塊材料表面的粘 結(jié)性好，不脫落的特點。參閱圖3至圖5,本實用新型的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)4主要由柔性塊本 體5和大阻尼橡膠體21組成。柔性塊本體5為一長方體不銹鋼體，其靠近上下 兩端處對稱位置各設(shè)置有一組垂向彈性鉸鏈15,并橫向貫穿于柔性塊本體5中， 形成垂向彈性鉸鏈區(qū)14，該兩組垂向彈性鉸鏈15的作用是提供物鏡l沿x、 y方向的微小轉(zhuǎn)動Rx、 Ry和位移Ax、 Ay。 柔性塊本體5正面中部開有截面類似于對開口的兩把"剪刀"的通槽8，兩倒 設(shè)有一對側(cè)向彈性鉸鏈13，通槽8與每一側(cè)向彈性鉸鏈13之間還設(shè)有一中部彈 性鉸鏈23,于本實施例中，側(cè)向彈性鉸鏈13的垂向狹縫與中部彈性鉸鏈23的 狹縫相連通，形成側(cè)向彈性鉸鏈區(qū)9，以起到z向減振的作用。大阻尼橡膠體 21的截面形狀同通槽8的形狀，體積略大于通槽8的容積，從而當(dāng)其容設(shè)在通 槽8中時，能夠與通槽8緊密貼合。中部彈性鉸鏈23靠近通槽8的一端還設(shè)有 一對通孔22,前、后檔板17、 19通過夾緊螺釘20、螺母16將大阻尼橡膠體21 壓緊固定在通槽8內(nèi)，螺釘20穿過中部彈性鉸鏈23的通孔22與螺母16鎖緊。柔性塊本體5的頂部對稱分布有兩螺紋孔11,作為物4竟1的安裝接口，形 成物鏡安裝接口區(qū)6。由于螺紋孔11的孔徑較深，為避免影響垂向彈性鉸鏈15 的工作性能，在螺紋孔11與垂向彈性鉸鏈15的相交處開設(shè)兩個通孔25。除了 兩個螺紋孔11外，柔性塊本體5頂部還開有一個階梯孔7，大阻尼橡膠體21的 中部沿豎直方向開有一個與之對應(yīng)的腰型通孔24，階梯孔7和腰型通孔24由一 個螺栓18連接并通過階梯孔7底端的螺紋擰緊，用以從縱向壓緊大阻尼橡膠體 21,并實現(xiàn)側(cè)向彈性鉸鏈13的預(yù)緊。通過調(diào)節(jié)螺栓18的鎖緊程度，可適當(dāng)調(diào) 節(jié)該柔性支撐機構(gòu)的z向剛度。柔性塊本體5的底部等間距分布有四組八個螺紋孔12，作為與主基板2的安 裝接口，形成主基板安裝接口區(qū)10。對于柔性支撐機構(gòu)4的物鏡安裝接口區(qū)6和主基板安裝接口區(qū)10的具體形 式，可以根據(jù)物鏡1的具體形式進行適度調(diào)整，其對物鏡1及柔性支撐機構(gòu)4 的基本模態(tài)和減振效果的影響并不大。綜上所述，采用本實用新型的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)4，可以實現(xiàn)物鏡在 Rx, Ry， Rz， x, y五個自由度的微調(diào)，避免了物鏡安裝時的過定位問題，對物 鏡的高頻振動可以進行有效地過濾。同時因每一柔性塊本體5中部安裝有前后 上下均被壓緊的大阻尼橡膠體21,阻尼比大幅增加，可以有效地對物鏡的低頻 振動進行減振和消除。預(yù)緊螺栓18具有適度調(diào)整柔性塊垂向支撐剛度的功能。 前后兩擋板17、 19具有壓緊和密封大阻尼橡膠體21的功能。
權(quán)利要求1、一種大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)(4)由柔性塊本體(5)和大阻尼橡膠體(21)組成，所述柔性塊本體(5)靠近上下兩端處分別設(shè)置有一組橫向貫穿柔性塊本體(5)的垂向彈性鉸鏈(15)，柔性塊本體(5)正面的中部開有通槽(8)，兩側(cè)設(shè)有一對側(cè)向彈性鉸鏈(13)，通槽(8)與每一側(cè)向彈性鉸鏈(13)之間還設(shè)有一中部彈性鉸鏈(23)，所述的大阻尼橡膠體(21)容設(shè)在通槽(8)中，并通過前、后檔板(17、19)壓緊固定。
2、 如權(quán)利要求1所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的柔 性塊本體(5)為一長方體不銹鋼體。
3、 如權(quán)利要求1所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述側(cè)向 彈性鉸鏈(13)的垂向狹縫與中部彈性鉸鏈(23)的狹縫連通。
4、 如權(quán)利要求1所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的大 阻尼橡月交體(21)截面形狀同通槽(8)的形狀。
5、 如權(quán)利要求1所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的大 阻尼橡膠體(21)的體積略大于通槽(8)的容積。
6、 如權(quán)利要求1所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的中 部彈性鉸鏈(23)靠近通槽(8)的一端設(shè)置有一對通孔(22)。
7、 如權(quán)利要求6所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的前、 后檔板(17、 19)通過夾緊螺釘(20)、螺母(16)將大阻尼橡膠體(21)壓緊 固定在通槽(8)內(nèi)，所述螺釘(20)穿過中部彈性鉸鏈(23)的通孔(22)與 螺母(16)鎖緊。
8、 如權(quán)利要求1所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的柔 性塊本體(5)頂部開有一個階梯孔(7)。
9、 如權(quán)利要求8所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述大阻 尼橡膠體(21)的中部開有一個沿豎直方向的腰型通孔(24)。
10、 如權(quán)利要求9所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的 階梯孔(7)和腰型通孔(24)由一個螺栓(18)連接并通過階梯孔(7)底端
11、 如權(quán)利要求1所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的 柔性塊本體(5)頂部對稱分布有兩螺紋孔(11 )。
12、 如權(quán)利要求11所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的 垂向彈性鉸鏈(15)與螺紋孔(11 )相交處開有兩個通孔(25)。
13、 如權(quán)利要求1所述的大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)，其特征在于所述的 柔性塊本體(5)底部等間距分布有四組八個螺紋孔(12)。
專利摘要本實用新型提供了一種大阻尼精密柔性支撐機構(gòu)。其由柔性塊本體和大阻尼橡膠體組成，所述柔性塊本體靠近上下兩端處分別設(shè)置有一組橫向貫穿柔性塊本體的垂向彈性鉸鏈，柔性塊本體正面的中部開有通槽，兩側(cè)設(shè)有一對側(cè)向彈性鉸鏈，通槽與每一側(cè)向彈性鉸鏈之間還設(shè)有一中部彈性鉸鏈，所述的大阻尼橡膠體容設(shè)在通槽中，并通過前、后擋板壓緊固定。該柔性支撐機構(gòu)阻尼大，不僅能有效的對物鏡的低頻振動進行減振和消除，而且具有五個方位的微調(diào)柔性，可以避免物鏡安裝時發(fā)生過約束問題，從而有效地過濾物鏡的高頻振動。該柔性支撐機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，適應(yīng)性強，能滿足Bumping光刻機等精密設(shè)備的工作要求。
文檔編號G03F7/20GK201017175SQ20072006742
公開日2008年2月6日 申請日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者嚴(yán)天宏, 王天明 申請人:上海微電子裝備有限公司