[發明專利]光刻機運動平臺及其微運動平臺和控制方法

有效

• 申請號: 201710007443.7
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN108279551B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 陳慶生;楊曉峰;徐云浪;吳立偉
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 上海上谷知識產權代理有限公司 31342
• 代理人: 蔡繼清

本發明公開了一種光刻機運動平臺及其微運動平臺和控制方法。微運動平臺在結構上采用由對稱分布的磁阻式電機和高精度的音圈電機相結合的方式，由磁阻式電機提供高加速所需的大推力，由音圈電機提供高精度的定位能力，雙重電機驅動模式的采用結合了兩種電機的優點，同時規避了兩種電機的缺點。在控制方案上，本發明公開了采用雙通道雙重電機的控制模式，前饋通道由開環控制的磁阻式電機組成，其大推力特性可以保證微動臺高加/減速過程所需的大推力，磁阻式電機和功率放大器構成的電流環控制的帶寬通常大于位置閉環控制的帶寬，更加容易實現快速跟蹤。而利用音圈電機作為反饋控制，可以進一步保證等速運動和定位時的精度。

技術領域

本發明屬于集成電路芯片制造領域，具體涉及一種光刻機運動平臺及其微運動平臺和控制方法。

背景技術

依照摩爾定律，集成電路芯片的集成度每三年可提高四倍，而且近年來有超越此規律的趨勢。在集成電路的飛速發展過程中，光刻機設備起到了基礎支撐性的作用。在掃描式光刻機中，一方面，曝光成像是在高速運動中完成的，其掃描和定位精度直接影響到光刻機的成像精度和套刻精度，因而其掃描和定位精度需要達到納米級精度。另一方面，運動加速度和速度直接影響產率大小，因而需要高加速度和高速度。但是，高加速、高速通常會引起振動從而導致精度惡化，而曝光前整定時間的加長又會導致產率的下降，使得高加速、高速度與高精度定位能力通常是矛盾的。所以說掩模臺和工件臺的高速高精度運動控制技術是極具挑戰性的，是精密工程領域中精密定位技術的先進代表，也是光刻機的最核心技術之一。

目前，最先進的ArF(波長193nm)浸沒式32nm量產光刻機的套刻精度達到2nm，產率≧200WPH，掩模臺加速度與速度分別達到12g和2.8m/s，而這并不是技術的終點。隨著IC芯片繼續向20nm和10nm級節點邁進，對下一代光刻機的套刻及產率提出更苛刻的要求，掩模臺加速度與速度將分別達到≥20g和5m/s。

一般地，光刻機的工件臺和掩模臺都采用粗微動結構。光刻機的微動臺是實現高加速、高精度的關鍵所在，特別是在掃描和步進運動中，雖然光刻機微動臺由粗動臺來帶動，但并不意味著在高加速階段其驅動機構音圈電機不出力，而是和粗動臺按照同樣的加速度提供推力，否則粗微動會因為相對位置超過微動臺的行程而發生碰撞。為了實現高加速度，光刻機微動臺要求質量輕，另外，為了滿足納米級定位精度，光刻機微動臺必須具有高剛度結構和高性能驅動機構以實現高帶寬控制。從而，對光刻機微動臺從結構、驅動機構到控制都要求極高。目前，光刻機微動臺驅動技術主要采用直線音圈電機和洛倫茨力磁浮平面電機，磁阻式電機的出現也引起人們的關注，這三種電機的特點如下所述。

1、直線音圈電機具有低擾動、響應頻率高等特點，是對位置、速度和力進行精確控制的最佳選擇，被廣泛采用為微動臺的驅動機構，但其缺點是效率低、功耗大。高加速度需要大推力的電機，在目前幾乎已經達到極限的狀態下，如果下一代光刻機微動臺仍然采用音圈電機來驅動以實現更大推力，其尺寸將變得非常龐大且其發熱問題會直接影響激光干涉儀的測量精度，為其配套的冷卻水管布線等將變得非常困難，使得音圈電機無法滿足下一代光刻機微動臺的要求。

2、洛侖茲力磁浮平面電機有可能實現粗微動一體化，而且可以實現高加速度所需要的大推力，但是由于電機常數脈動大而且很難實現精確測量和補償，因而無法達到納米級精度要求，預計在今后相當長的時間里無法取代音圈電機。目前光刻機巨頭荷蘭的ASML公司在最新型的光刻機(NXT3100)中，也只能把其作為工件臺的粗動臺的驅動機構。

3、磁阻式電機產生的推力與通過的電流平方成正比，通入很小的電流就可以產生很大的推力，是近年來非常引人注目的研究方向。但是，該電機的非線性特性使得控制較難，非線性磁滯引起的勻速運動和定位精度隨著位置發生變化，重復性較差，對于微米級精度的應用來說可以忽略其影響，但是對于納米級精度的光刻機微動臺，這些問題若不解決將使其無法替代音圈電機作為驅動微動臺的執行機構。

目前，尚未有很好的能滿足光刻高加速、高速度以及高精度運動要求的下一代光刻機微動臺驅動機構或者控制技術出現。