[發明專利]一種掩膜臺系統

有效

• 申請號: 201110008388.6
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102096338A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 張鳴;朱煜;汪勁松;閔偉;尹文生;胡金春;徐登峰;楊開明;穆海華;段廣洪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;H02N15/00;H02N11/00
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及光刻機掩膜臺系統，該系統主要應用于半導體光刻機中，屬于半導體制造裝備領域。

技術背景

在集成電路芯片的生產過程中，芯片的設計圖形在硅片表面光刻膠上的曝光轉印(光刻)是其中最重要的工序之一，該工序所用的設備稱為光刻機(曝光機)。光刻機的分辨率和曝光效率極大的影響著集成電路芯片的特征線寬(分辨率)和生產率。而作為光刻機關鍵系統的掩膜臺系統的運動精度和工作效率，又在很大程度上決定了光刻機的分辨率和曝光效率。

步進掃描投影光刻機基本原理如圖1所示。來自光源45的深紫外光透過掩膜臺上的掩模版47、透鏡系統49將掩模版上的一部分圖形成像在硅片50的某個Chip上。為進行硅片上一個chip的曝光，掩膜臺和硅片臺需分別進行加速運動，并在運動到曝光起始位置時同時達到掃描曝光所要求的4∶1的速度。此后，硅片臺以均勻的速度向掃描運動方向運動，掩膜臺以4倍于硅片臺掃描速度的速度向與硅片臺掃描運動的反方向作掃描運動，兩者的運動要求達到極其精確的同步，最終將掩模版上的全部圖形成像在硅片的特定芯片(Chip)上。當一個chip掃描結束后，掩膜臺和硅片臺分別進行減速運動，同時硅片臺進行步進運動，將下一個要曝光的chip移動到投影物鏡下方。此后，掩膜臺向與上次掃描運動方向相反的方向加速、掃描、減速，硅片臺則按照規劃的方向加速、掃描、減速，在同步掃描過程中完成一個chip的曝光。如此不斷重復，掩膜臺往返進行加速、掃描、減速的直線運動，硅片臺按照規劃的軌跡進行步進和掃描運動，完成整個硅片的曝光。

根據對掩膜臺的運動要求，掩膜臺主要提供沿掃描方向往返超精密高速直線運動的功能。其行程應滿足chip長度的4倍、并加上加減速的距離；其掃描速度應為硅片臺掃描速度的4倍，最高加速度也相應的會高于硅片臺的最高加速度。按照國外典型光刻機商品的技術指標，掩膜臺的行程超過100mm(有的機型達到200mm)，掃描速度達到1000mm/s，最高加速度達到20m/s2，即2g。提高掩膜臺的掃描速度和加速度(硅片臺也同步提高)，能有效的提高光刻機的生產率。

最為重要的是，掩膜臺必需能夠實現與硅片臺掃描運動的超高精度的同步運動，對45nm光刻機而言，其同步精度要求MA(移動平均偏差)小于2.25nm，MSD(移動標準偏差)小于5.4nm。其中，MA主要影響曝光的套刻精度，MSD主要影響曝光分辨率。

為了滿足掩膜臺大行程和高速高精度的苛刻要求，傳統的掩膜臺系統通常采用粗-精動疊層的驅動結構(如圖2所示)。掩膜臺系統由粗動臺15和疊加在其上的精動臺14組成。其中，粗動臺15采用左直線電機13和右直線電機12組成的高速大行程的雙邊驅動系統驅動；精動臺14則由X方向的音圈電機17和Y方向的音圈電機18驅動，對掩膜臺進行實時高精度的微調，滿足其運動精度的要求。這種疊層驅動結構在運動時，上層音圈電機及其附屬結構和掩膜臺都需要底層直線電機來驅動，大大增加了底層直線電機的負擔，系統結構復雜，限制了掩膜臺的運動精度，妨礙了其加速度的提高。

發明內容

為了提高光刻機掩模臺的加速度，速度和定位精度，進而促進光刻機的生產率、套刻精度和分辨率的提高，本發明提供了一種掩膜臺系統。

本發明的技術方案如下：

一種掩膜臺系統，其特征在于：該系統包括掩膜臺、磁懸浮裝置、振動裝置以及驅動裝置，所述磁懸浮裝置含有固定在掩膜臺上的懸浮永磁體和固定在光刻機機架上的鐵磁性部件；所述振動裝置包括分別設置在掩模臺兩端的兩個運動永磁體和兩個固定在光刻機機架上的靜止電磁鐵，且兩者的同極相對而互斥，使掩膜臺在兩個靜止電磁鐵之間的區域往復運動；所述驅動裝置包括一個以上的X方向驅動裝置，一個以上Y方向驅動裝置和一個以上的Z方向驅動裝置，每個驅動裝置都含有固定在光刻機機架上的線圈陣列和固定在掩膜臺上的永磁體陣列；所述X方向驅動裝置驅動掩膜臺在振動裝置中做往復直線運動；所述Z方向驅動裝置配合磁懸浮裝置調節掩膜臺在Z軸方向的位置以及繞X軸和Y軸轉動的兩個轉動自由度，使掩膜臺在工作過程中保持懸浮狀態；所述Y方向驅動裝置負責調整掩膜臺沿Y軸的位置和繞Z軸的轉動自由度。

本發明所述的一種掩膜臺系統，其特征還在于：所述磁懸浮裝置的懸浮永磁體為稀土永磁體，且對稱分布在掩膜臺上表面的四個角上，所述磁懸浮裝置的鐵磁性部件與懸浮永磁體對應分布并固定在光刻機機架上，且在掩膜臺運動過程中始終吸引懸浮永磁體。