[發明專利]光刻機工件臺磁預緊平衡定位系統

有效

• 申請號: 201110377903.8
• 申請日: 2011-11-12
• 公開（公告）號: CN102393611A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 崔繼文;趙雄浩;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于半導體光學光刻制造技術領域，主要涉及光刻機中的超精密硅片運動定位系統，特別是具有平衡質量減振裝置的高速工件臺定位系統。

背景技術

光學光刻技術是半導體芯片制造業中的主流技術，相對于其他光刻技術，光學光刻技術具有生產率高、定位精度高等優點。作為集成電路芯片前道生產過程中最重要的工序之一，它的基本原理是利用以光致抗蝕劑為中間媒介實現圖形的變換、轉移和處理，最終把圖像信息傳遞到硅片上，即將掩模板上的設計電路圖按照一定的比例縮小轉印到半導體芯片上的一種工藝過程，該工序所需設備稱為光刻機。

單個半導體芯片上晶體管數目的增長是以光刻技術能得到的特征線寬不斷縮小來推動的。線寬也稱為制程，是指芯片中晶體管之間導線的連線寬度。目前INTEL公司生產的45nm制程CPU已經得到了廣泛應用，32nm制程的CPU也已經投放市場。隨著對光刻線寬、套刻精度、生產率等要求的不斷提高，對作為光刻機的核心部件之一的超精密高速工件臺的定位和減振要求也不斷提高。由于光刻機工件臺的定位精度直接決定了轉印后硅片上電路的線寬大小。全球三大光刻設備生產商：荷蘭ASML，日本NIKON，日本CANON，在各自產品系列的研發中，均對光刻機工件臺作了大量研究，并結合實際生產過程不斷進行改進。他們在其產品中普遍使用了平衡質量減振技術，由于光刻機工件臺主要具有三個方向的運動自由度，即X、Y和沿Z軸扭轉。所以主要考慮這三個自由度方向上的振動抑制和定位精度。

光刻機工作過程中產生的振動主要由內部振動和外部振動兩部分組成。在早期的生產工藝中，硅片直徑不大于200mm且對線寬和產率要求較低，光刻機內部振動影響較小，主要考慮消除外部振動。目前300mm直徑的硅片已經得到廣泛應用，而且產率也不斷提高。光刻機的內部振動對各項設備指標的影響越來越大，尤其對光刻精度和速度的不斷提高起了嚴重的制約作用。

光刻機工件臺在工作過程中具有較高的運動加速度和運動速度，尤其在高加速度起停過程中，工件臺產生的沖擊力若得不到很好的緩沖，會對基臺產生較大振動，這是光刻機機內振動的主要來源。另外，工件臺在X、Y向平面運動過程中，偏離中軸線的加減速運動會造成工件臺沿Z軸的扭轉，這對于高精度的定位來說不容忽視，需要采取措施抑制。

針對以上問題，國內外相關廠商和研究機構進行了大量的研究，目前采取的主要技術手段是利用動量守恒原理，采取平衡質量減振機構削弱光刻機內部振動。

專利US6885430B2、ZL200710045582、US7034920B2、ZL200410009257、ZL200710042417均利用該原理進行設計。

在專利US6885430B2中，Nikon公司采取了雙硅片臺的形式，一個硅片臺預對準的同時，另一個進行光刻。硅片臺建立在X方向和Y方向獨立的兩個平衡質量塊上，平衡質量塊上安裝了直線電機定子并通過氣浮軸承與基座進行連接，當直線電機帶動硅片臺運動時，作用在電機定子上的反作用力推動了平衡質量塊向相反方向運動(動量守恒)。由于平衡質量塊是氣浮連接于基座上，這就避免了反作用力對基座的直接沖擊，振動得以削弱。X、Y向平衡質量塊分離的形式雖然結構簡單緊湊，控制相對容易，但當硅片臺的運動速度不斷提升，偏離中軸線加減速運動時，由于角動量的不守恒，將會引起沿Z軸的轉動趨勢(Rotation?z，簡稱Rz)增大，如果不加以抵償，將會引起工件臺振動，影響精密定位。

上海微電子裝備有限公司在其專利ZL200710045582中采取了一種原理上較為簡單直觀的減振方式，在基臺的下部對稱布置了一套與上部運動單元(主要包括硅片臺、X向氣浮導軌、X向直線電機、Y向直線電機的2個動子)完全相同的運動機構，并采取相反的運動策略來抵消上部運動單元工作過程中對基臺的反作用力。這種結構雖然能夠較好地抵消X、Y平面方向上基臺受到的作用力，但在上部硅片偏離軸線運動時，下部對稱機構將在偏離軸線另一側反方向運動，結果產生使Z軸扭轉的力偶，相比于單個運動單元，該方案Rz加倍，使抑制Rz更加困難。另外，這種結構采取了兩套完全相同的設備，機械結構復雜，整機經濟性差。