[發明專利]光刻機調焦調平機構以及光刻機調平機構

有效

• 申請號: 201110182278.1
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102854751A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 王大志;何凱;杜如虛
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F9/00
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

【技術領域】

本發明涉及精密儀器領域，特別是涉及一種光刻機調焦調平機構和光刻機調平機構。

【背景技術】

光刻機作為推動集成電路發展的核心驅動力，集成電路的發展對光刻機分辨率提出了越來越高的要求。但隨著光刻機分辨率的提高，光刻機物鏡的焦深呈加速縮短趨勢，如果實際焦深達不到光刻工藝要求的焦深容限，將嚴重影響曝光線條質量和集成電路的成品率。焦深已成為阻礙光投影光刻技術向更高分辨率發展的關鍵因素。為了充分利用光學系統有限的焦深，在曝光時需要對硅片進行調焦和調平。因此，精密、高效的調焦調平機構對光投影光刻的意義十分重大。

目前，在光刻機中使用的三點式調焦調平機構主要分為兩種，一種是柔性鉸鏈式三點支撐調焦調平機構，另一種是絲杠式三點支撐調焦調平機構。柔性鉸鏈式三點支撐調焦調平機構包含有三個呈等邊三角形配置的壓電陶瓷驅動器，其中一個驅動器的一端與底座固連，另一端與承載臺通過柔性鉸鏈與底座和承載臺固連。這種調焦調平機構在自然狀態下具有一個繞豎直方向的轉動自由度，機構處于欠約束狀態；在但輸入狀態下，機構具有兩個自由度，機構的驅動輸入數小于自由度數，機構處于欠確定運動狀態。由于繞豎直方向轉動自由度的存在，這使機構在該方向的剛度大大降低，易于造成承載臺傾斜，機構的穩定性差；在調平過程中在該方向易于發生相對轉動，從而對調平工作帶來不確定性，導致調平收斂速度低，降低了調平效率，且不利于硅片調平精度的保持。同時，機構中柔性鉸鏈結構的設計及控制復雜，加工制造成本高。絲杠式三點支撐調焦調平機構包含有三組電機/絲杠支撐結構，且呈等邊三角形配置。機構自由度和約束分析表明：這種調平機構同樣存在欠約束和欠確定運動問題，機構的穩定性差。在調平過程中，承載臺有可能發生繞豎直方向的轉動或平面上的平動，導致調平收斂速度低，降低了調平效率。同時，這種機構僅能實現調平，不能調焦，需要單獨采用平行四邊形柔性鉸鏈結構進行調焦，這大大增加了機構在豎直方向的尺寸，結構復雜，不夠緊湊。

【發明內容】

基于此，有必要提供一種完全約束、具有運動確定性、加工成本低廉且滿足實時調焦調平要求的光刻機調焦調平機構。

一種光刻機調焦調平機構，包括：底座；壓電陶瓷驅動器組件，包括固定連接的壓電陶瓷驅動器與球頭支承，所述壓電陶瓷驅動器組件的數量為三個，所述壓電陶瓷驅動器固定于所述底座上，三個所述壓電陶瓷驅動器組件呈直角三角形配置；承載臺組件，包括承載臺，所述承載臺組件開設有用于容置第一球頭支承的弧形槽、用于容置第二球頭支承的條狀槽和用于容置第三球頭支承的平面凸臺，且弧形槽、條狀槽和平面凸臺呈直角三角形配置；拉簧組件，與所述底座和承載臺固定連接，用于實現承載臺和底座的力封閉。

優選的，所述直角三角形為等腰直角三角形，且直角為所述弧形槽所對應的角。

優選的，所述弧形槽為錐孔或圓孔，所述條狀槽的截面為V形或圓弧形，且條狀槽的槽向與其所在的直角邊方向相同，所述承載臺上設置平面凸臺用于容置所述第三球頭。

優選的，所述拉簧組件包括相互連接的拉簧和拉桿組件，所述拉桿組件的數量為兩個且分別設置于拉簧的一端，所述拉桿組件包括軸承座、關節軸承以及螺紋拉桿，所述關節軸承設于軸承座內，連接所述關節軸承和螺紋拉桿，所述軸承座設有開口，所述螺紋拉桿從所述開口伸出軸承座與所述拉簧連接，所述拉桿組件中的第一拉桿組件與底座固定連接，第二拉桿組件與承載臺固定連接。

優選的，所述關節軸承為推力關節軸承、角接觸關節軸承和球頭桿端關節軸承中的一種。

上述光刻機調焦調平機構，在自然放置狀態下，調焦調平機構承載臺的6個自由度被完全約束，承載臺具有確定位置，由此解決了現有調焦調平機構的欠約束問題。在壓電陶瓷驅動器組件的驅動下，調焦調平機構的輸入數等于機構的自由度數，機構具有確定的運動，由此解決了現有調焦調平機構的欠確定運動問題。通過采用運動學結構，消除了三點支撐式調平機構豎直方向的冗余自由度，避免了該自由度破壞硅片調平精度的問題，并提高了機構的剛度和穩定性，具有元件變形小，環境適應性強的特點；同時，通過運動學接口取消了調平機構的柔性鉸鏈結構，大大簡化了系統的設計和制造，降低了成本。

還提供一種光刻機調焦調平機構。