用于光学衍射轮自转镜片工位设置的装置与方法

摘要

本发明公开一种光学衍射轮，包括轮体、在轮体几何中心的旋转轴和至少一个自转镜片工位设置的装置，所述自转镜片工位设置的装置包括：镜片保持架，所述镜片保持架用于安装所述自转镜片；圆环形直线电机，所述圆环形直线电机的定子与所述光学衍射轮的轮体固定，所述圆环形直线电机的动子沿所述定子的圆周旋转运动；真空吸附器，所述真空吸附器安装于所述镜片保持架，所述真空吸附器与所述圆环形直线电机的动子保持相对位置固定，其特征在于，所述真空吸附器用于通过与所述圆环形直线电机的动子的相对固定关系，随着所述动子的移动实现所述自转镜片的旋转角度的控制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域,尤其涉及一种用于光学衍射轮自转镜片工位设置的装置与方法。

背景技术

光学衍射轮是应用在光刻机照明系统中的一种光学衍射机构，主要用来产生不同的照明模式，如：传统照明、二级照明、四级照明等。光刻机在对硅片或基板进行曝光动作时，根据不同的生产目标与工艺条件，需要采用不同的照明模式，如传统照明、二级照明、四级照明等模式，光学衍射轮上有6片（或8片或其他数量片）特殊的镜片，分布在衍射轮上以衍射轮几何中心为圆心，半径为R的圆弧面上。衍射轮的几何中心装有旋转轴，衍射轮可以在旋转电机的带动下绕旋转轴旋转，通常称为主旋转机构。在这6片（或8片或其他数量片）特殊的镜片中其中有2片（或4片或其他数量片）是可以自转的，通常称为自转单元。光学衍射轮就是通过环绕装在自身几何中心的旋转轴的旋转来选择对应的通光镜片以产生不同的照明模式，其中，当通光镜片选择的是可以自转的镜片时，自转的镜片又可以旋转特定的工位（即特定的旋转角度），对应到特定的照明模式，匹配特定的曝光场景工艺。

现有技术的光学衍射轮（以下简称DOE）中的可以自转的镜片的特定的工位设定（即特定自转角度设定）是通过以下方式来实现的：如图1所示，可以自转的镜片在镜片保持架的支撑下装在DOE上，镜片保持架的外围套有同步带轮，称为大同步带轮，在DOE的轮盘面上的另一特定位置处装有一小同步带轮，该小同步带轮可以由伺服电机来驱动旋转，在大同步带轮与小同步带轮上套有一橡胶质的同步带，这样，伺服电机驱动小同步带轮旋转，小同步带轮带动橡胶质的同步带运动，同步带又带动大同步带轮旋转，从而实现自转镜片的旋转，实现不同的工位设置，以产生不同的照明模式。

采用现有自转单元设计存在如下弊端：一，由同步带轮齿隙宽度造成的分辨率问题。自转镜片的工位角度随大同步带轮在同步带的带动下旋转，大小同步带轮通过齿隙与同步带连接，大小同步带轮齿隙的宽度会影响镜片旋转角度的最小分辨率，影响自转镜片工位设置的精度。在光刻领域，对精度的要求非常高，同步带轮齿隙的宽度受物理条件限制不能做的太细，势必会影响镜片旋转角度的分辨率。二，负载结构级联复杂造成的能耗增大，伺服电机的旋转带动小同步带轮转动，小同步带轮通过齿隙的摩擦带动橡胶同步带运动，同步带的运动又通过齿隙摩擦带动大同步带轮旋转，大同步带轮的旋转带动自转镜片的旋转，复杂的级联机构造成等效负载的增大，使得能耗增大。三，橡胶质同步带变形造成的摩擦力建模与补偿漂移问题。为适应光刻工艺的高精度控制要求，需要对同步带与同步带轮之间的摩擦力进行精确建模并进行合理补偿，然而由于同步带的橡胶材质的特性，同步带在运动过程中会发生不同的形变量，导致同步带与同步带轮接触面的粗糙程度不断发生变化，对于精确分析建立其摩擦力模型非常不利，往往难以建立其比较精确客观的摩擦力模型；另一方面，在已使用一种模型对同步带的摩擦力进行补偿后，由于其橡胶材质的原因，在同步带运行一段时间后会发生形变量，导致其接触面的粗糙程度发生变化，从而摩擦力也会跟随变化，会造成摩擦力的补偿不精准，影响控制精度，这就需要不断地校准摩擦力的变化情况，解决其补偿漂移问题。

发明内容

为了克服现有技术中缺陷，本发明提供一种级联结构简单、能耗降低的自转镜片工位设置的装置。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种光学衍射轮，包括轮体、在轮体几何中心的旋转轴和至少一个自转镜片工位设置的装置，所述自转镜片工位设置的装置包括：镜片保持架，所述镜片保持架用于安装所述自转镜片；圆环形直线电机，所述圆环形直线电机的定子与所述光学衍射轮的轮体固定，所述圆环形直线电机的动子沿所述定子的圆周旋转运动；真空吸附器，所述真空吸附器安装于所述镜片保持架，所述真空吸附器与所述圆环形直线电机的动子保持相对位置固定，其特征在于，所述真空吸附器用于通过与所述圆环形直线电机的动子的相对固定关系，随着所述动子的移动实现所述自转镜片的旋转角度的控制。

更进一步地，该圆环形直线电机的动子上固定一平面吸附片，用于与该真空吸附器保持相对位置固定。

更进一步地，该镜片保持架上包括一光电接近开关，用于检测该圆环形直线电机的动子与所述定子的相对位置。

更进一步地，该圆环形直线电机的圆心与该自转镜片的圆心一致。

更进一步地，该真空吸附器包括一真空发生器，用于产生真空。

更进一步地，该真空吸附器可伸缩移动，当该真空吸附器位于该镜片保持架平面之外时，该真空吸附器与该圆环形直线电机的动子产生真空吸附并保持相对位置固定，当该真空吸附器位于该镜片保持架平面之内时，该真空吸附器与该圆环形直线电机的动子解除相对位置固定。

本发明同时公开一种用于光学衍射轮自转镜片工位设置的方法，包括：步骤一、将自转镜片移动至一通光孔径位置处；步骤二、使该自转镜片与一圆环形直线电机的动子保持相对位置固定；步骤三、该圆环形直线电机的动子沿该圆环形直线电机的定子的圆周旋转运动并带动该自转镜片旋转。

更进一步地，所述步骤三中，还有一镜片保持架，所述镜片保持架上包括一光电接近开关，用于检测所述圆环形直线电机的动子与所述定子的相对位置。

更进一步地，所述步骤三中，还有一真空吸附器，所述真空吸附器安装于所述镜片保持架，所述真空吸附器与所述圆环形直线电机的动子保持相对位置固定，其特征在于，所述真空吸附器用于通过与所述圆环形直线电机的动子的相对固定关系，随着所述动子的移动实现所述自转镜片的旋转角度的控制。

与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案由于自转镜片保持架采用真空吸附方式吸附在直线电机的动子上，因而本发明中自转镜片的自转分辨率不会受到同步带轮齿隙宽窄的影响，而是直接由电机的运动分辨率决定，因而具有调整精度高和运动分辨率高的优点。

本发明摒弃了旋转电机带动小同步带轮，小同步带轮带动同步带，同步带带动大同步带轮来实现镜片自转的方案，而采用直接由圆环形直线电机的动子来带动镜片进行旋转的方案，具有级联结构简单，等效负载小的优点，从而降低了能耗。

本发明中的电机动子上附有一平面吸附片，镜片保持架上的气浮通过真空吸附的方式吸附在动子上的平面吸附片上，采用这样的设计具有磨擦损耗小，同时两接触面之间的粗糙程度相比现有技术不会发生频繁变化，因而能够更好地对磨擦力进行分析建模，同时无需频繁校正磨擦补偿的漂移问题。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是现有技术中所涉及的光学衍射轮的结构示意图；

图2是本发明所涉及的光学衍射轮的结构示意图；

图3是本发明所涉及的光学衍射轮的左视图；

图4是镜片旋转角度与电机动子移动距离对应关系。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明采用将装在自转镜片保持架上的真空吸附器直接吸附在圆环形直线电机的动子上，由直线电机直接驱动自转镜片进行旋转的方案，具有旋转分辨率高、等效负载小的优点。图2为本发明中DOE（光学衍射轮）的主视图，图3为DOE（光学衍射轮）的左视图。图2、图3中，1为DOE的轮体；不能自转的镜片3与能自转的镜片4分布在DOE上以轮体自身几何中心为圆心，半径为R的圆弧面上；2为装在轮体几何中心的旋转轴，可以在旋转电机13的带动下转动DOE轮体，从而选择不同的通光镜片来对应固定安装的通光孔径15，光刻机的照明系统中产生的特定波长的光线沿图3中的箭头方向通过通光孔径15照射到特定的通光镜片上，从而产生匹配特定工艺生产模式的照明模式，如传统照明模式、二级照明模式、四级照明模式等。2和13合称DOE的主旋转机构。14为DOE的固定支架，DOE通过14固定安装在光刻机的照明系统中，从而能够在13的带动下绕2旋转，以选择不同的通光镜片产生不同的照明模式。当通光镜片选择的是可以自转的镜片4时，自转镜片4又可以通过设置不同的旋转角度以产生不同的照明模式。

本发明中自转镜片4的旋转通过如下装置实现：镜片保持架5装在DOE的轮体1上，可以在轮体1上实现旋转。可以自转的镜片4固定安装在镜片保持架5上，自转镜片4可以随镜片保持架5一起旋转。圆环形直线电机的定子8通过固定支架11固定在DOE轮体1上，圆环形直线电机的定子8的半径大小R’以匹配自转镜片4的大小，并能匹配真空吸附器7与自转镜片几何中心距离的大小。在圆环形直线电机的动子9上附有一平面吸附片10，用于真空吸附。装在镜片保持架5上特定位置处的光电接近开关6，用于检测圆环形直线电机动子9的位置；装在镜片保持架5上特定位置处的真空吸附器7，可以进行伸缩运动。只有在进行吸附动作时，真空吸附器7才会伸出到保持架5所在平面之上，来吸附附着在动子9上的平面吸附片10，其他情况下，7保持在保持架5所在平面之下。真空发生器12，负责给真空吸附器7产生真空。光电接近开关6和真空吸附器7都装在镜片保持架5的固定位置处，如刚好对应到自转镜片的特定角度处，如0°、30°、45°、60°、90°等镜片特定工位处。

自转镜片4的详细工位设置（即自转角度设置）方法如下：先通过2与13组成的主旋转机构将可以自转的镜片4旋转到对应与通光孔径15的位置处，然后启动圆环形直线电机，电机的动子9沿顺时针方向沿圆环形定子8旋转，此处的顺时针方向定义为图2中从通光孔径15望向DOE轮体1的角度的顺时针方向，在电机的动子9旋转到装在镜片保持架5上的光电接近开关6的位置处时，接近开关6产生触发信号，使得动子9停止运动，保持固定位置。同时触发真空吸附器7开始运动，并使得7伸出镜片保持架5所在平面之上，到达离镜片保持架5所在平面距离为H的工位处（此处的H定义为动子9上平面吸附片10与镜片保持架5之间的距离，这样，在真空吸附器7伸出距离镜片保持架H的位置处时，真空吸附器7刚好到达动子9上的平面吸附片10处），在真空吸附器7到达工位H处时，真空吸附器7停止运动，同时触发真空发生器12开始产生真空，真空吸附器7吸附在平面吸附片10上，即使得镜片保持架5与动子9保持相对的固定位置关系，也即自转镜片4与动子9的相对固定位置关系，如此以来，自转镜片4就可以在圆环形直线电机的动子9的带动下进行工位设置（即旋转角度设置）。为设定镜片自转运动的初始基准，在将自转镜片4安装到镜片保持架5的工装过程时，将自转镜片4的特定物理位置，如0°位置（或30°、45°等其他物理位置）对应到镜片保持架5上的真空吸附器7与光电接近开关6的位置处，保持自转镜片4与真空吸附器7的固定位置对应关系。如此以来，在真空吸附装置7吸附在平面吸附片10之后，自转镜片4的初始工位就与电机动子9保持固定，如图4所示，如自转镜片需要旋转角度°时，根据公式（1），则只需使电机动子移动L的距离。

(1)

式中R’为圆环形直线电机定子8的半径，定子8半径R’的大小取决于自转镜片的大小以及真空吸附器7与自转镜片几何中心距离的大小。

在本发明方案中由于通过真空吸附器7将自转镜片4与电机动子9保持固定位置关系，因而通过控制电机动子9的移动距离L就可以实现自转镜片4旋转角度的设置，即自转镜片4的旋转分辨率完全由电机的分辨率决定，通过电机选型完全可以实现镜片旋转的高分辨率，从而实现高精度的定位设置，而现有技术中自转镜片4的旋转分辨率受大小同步带轮与同步带齿隙宽窄的影响，因而本发明在旋转分辨率与定位精度上具有极大优势。

本发明中摈弃了现有技术中采用由旋转电机带动小同步带轮，小同步带轮带动同步带，同步带带动大同步带轮来实现自转镜片4旋转角度设置的方案技术，而是采用直接由电机动子9来带动自转镜片4旋转实现自转镜片4工位设置的技术方法，具有级联结构简单，等效负载小的优点，这样，本发明技术中电机的驱动功率得到降低，节省了能源消耗。

为实现对自转镜片4工位设置的精确控制，需要对自转镜片4与电机动子9之间的级联结构的摩擦力进行分析建模，并在对电机的控制中进行补偿。本发明中采用真空吸附的方式进行负载的带动，级联简单，形变量小，具有摩擦分析建模简单的优点。同时在采用一种摩擦模型对接触面之间的摩擦力进行补偿后，由于本发明中摈弃了现有技术中采用易发生形变变化的橡胶质同步带，因而接触面之间的粗糙程度不会频繁发生变化，也就不会发生现有技术中摩擦补偿不断发生漂移变化的情况，亦不需频繁校正摩擦影响。因此本发明在一定程度上减少了分析、校正的工作量，同时提高了控制精度。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。