带平面衍射光栅测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统，该系统包括粗动台、精动台和机架；粗动台含有一个粗动台台体、驱动装置和粗动台重力平衡组件，粗动台台体设置在精动台的外部，将精动台包围在中间，实现粗动台的六自由度运动。该掩膜台系统还含有平面衍射光栅传感器测量系统，该测量系统包含六组平面衍射光栅传感器组件，用于测量精动台与基座之间的相对位置，可同时进行三自由度的测量。本发明专利技术在调整掩模台姿态的同时既提高了掩模台的速度、加速度和控制带宽，又满足了高运动精度和定位精度的要求，进而提高了光刻机的生产率、套刻精度和分辨率，并且测量精度和测量速度也很高，可适应掩模台的高响应速度、高加速度和高运动定位精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光刻机掩模台系统，该系统主要应用于半导体光刻机中，属于半导体制造装备领域。
技术介绍
在集成电路芯片的生产过程中，芯片的设计图形在硅片表面光刻胶上的曝光转印(光刻)是其中最重要的工序之一，该工序所用的设备称为光刻机(曝光机)。光刻机的分辨率和曝光效率极大的影响着集成电路芯片的特征线宽(分辨率)和生产率。而作为光刻机关键系统的掩模台系统的运动精度和工作效率，又在很大程度上决定了光刻机的分辨率和曝光效率。步进扫描投影光刻机基本原理是:来自光源的深紫外光透过掩模台上的掩模版、透镜系统将掩模版上的一部分图形成像在硅片的某个Chip上。为进行硅片上一个chip的曝光，掩模台和硅片台需分别进行加速运动，并在运动到曝光起始位置时同时达到扫描曝光所要求的4:1的速度。此后，硅片台以均匀的速度向扫描运动方向运动，掩模台以四倍于硅片台扫描速度的速度向与硅片台扫描运动的反方向作扫描运动，两者的运动要求达到极其精确的同步，最终将掩模版上的全部图形成像在娃片的特定芯片(Chip)上。当一个chip扫描结束后，掩模台和硅片台分别进行减速运动，同时硅片台进行步进运动，将下一个要曝光的chip移动到投影物镜下方。此后,掩模台向与上次扫描运动方向相反的方向加速、扫描、减速，硅片台则按照规划的方向加速、扫描、减速，在同步扫描过程中完成一个chip的曝光。如此不断重复，掩模台往返进行加速、扫描、减速的直线运动，硅片台按照规划的轨迹进行步进和扫描运动，完成整个硅片的曝光。根据对掩模台的运动要求，掩模台主要提供沿扫描方向往返超精密高速直线运动的功能。其行程应满足chip长度的4倍、并加上加减速的距离；其扫描速度应为硅片台扫描速度的4倍,最高加速度也相应的会高于娃片台的最高加速度。按照国外典型光刻机商品的技术指标，掩模台的行程超过IOOmm (有的机型达到200mm),扫描速度达到1000mm/s,最高加速度达到20m/s2，即2g。提高掩模台的扫描速度和加速度(硅片台也同步提高)，能有效的提闻光刻机的生广率。最为重要的是，掩模台必需能够实现与硅片台扫描运动的超高精度的同步运动，对45nm光刻机而言，其同步精度要求MA (移动平均偏差)小于2.25nm，MSD (移动标准偏差)小于5.4nm。其中，MA主要影响曝光的套刻精度，MSD主要影响曝光分辨率。为了满足掩模台大行程和高速、高精度的苛刻要求，传统的掩模台系统通常采用粗精动叠层的驱动结构。掩模台系统由粗动台和叠加在其上的精动台组成。其中，粗动台采用左直线电机和右直线电机组成的高速大行程的双边驱动系统驱动，气浮导轨支承；精动台则由X方向的音圈电机和Y方向的音圈电机驱动，对掩模台进行实时高精度的微调，满足其运动精度的要求。这种叠层驱动结构在运动时，单自由度往复运动的底层直线电机的双边驱动结构，采用气浮导轨支承，结构复杂，装配精度要求极高，从而限制了掩模台的运动精度，妨碍了其加速度的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种带平面衍射光栅测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统，一是为了提高光刻机掩模台的加速度，速度和定位精度，进而促进光刻机的生产率、套刻精度和分辨率，降低装配精度的要求；二是为了更好地适应掩模台的高响应速度、高加速度和高运动定位精度的要求，进而提高测量精度，降低生产成本。本专利技术的技术方案如下:带平面衍射光栅测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统，该系统包括精动台、粗动台和基座，所述的粗动台含有一个粗动台台体和驱动装置，其特征在于:所述的粗动台台体设置在精动台的外部，将精动台包围在中间；所述的驱动装置包括大行程驱动模块和小行程驱动模块两部分，大行程驱动模块由两组关于X轴方向对称布置在粗动台台体两侧的X方向直线电机组成，小行程驱动模块由四组同时驱动Y方向和Z方向的两自由度直线电机组成，四组两自由度直线电机两两关于X轴方向对称布置在粗动台台体两侧，并位于大行程驱动模块下方；所述的粗动台还包含两个粗动台重力平衡组件，所述的两个粗动台重力平衡组件布置在粗动台台体上方，沿X轴方向对称布置在粗动台台体两侧，每个粗动台重力平衡组件包含一个粗动台重力平衡导磁板和两个粗动台重力平衡永磁体，粗动台重力平衡导磁板与X方向直线电机的永磁体阵列连接在一起，粗动台重力平衡永磁体分别布置在粗动台台体上表面，沿X轴方向的侧边关于Y轴方向对称布置，并与粗动台重力平衡导磁板留有间隙。该系统还含有平面衍射光栅测量系统，所述的平面衍射光栅测量系统包括用于测量精动台与基座之间相对位置的六个传感器组件；所述的每个传感器组件包括平面衍射光栅尺、光栅读数头和光栅读数头支架；所述的六个传感器组件布置在精动台的底面，且沿Y轴方向对称布置；所述的六个光栅读数头沿Y轴方向等间距对称分布，所述的每侧的三个光栅读数头共用一个平面衍射光栅尺；所述的平面衍射光栅尺安装在精动台台体底面沿Y轴方向的两侧边上，所述的光栅读数头安装在光栅读数头支架上，光栅读数头支架安装在基座的上表面，光栅读数头与平面衍射光栅尺之间保留间隙；当粗动台沿Y轴方向做往复运动时，保证每侧沿Y轴方向至少有两个光栅读数头进行正常测量，同一侧的两组传感器共同实现X方向、Y方向和Z方向的位移测量，以及绕X轴和Z轴旋转的角度的测量；关于Y轴对称的相对应的两组传感器共同实现绕Y轴旋转的角度的测量；本专利技术所述的带平面衍射光栅测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述每个X方向直线电机由两组永磁体阵列和一组线圈阵列组成；所述每个两自由度直线电机由一组永磁体阵列和一组线圈阵列组成，且沿X方向同侧的两个两自由度直线电机共用一组永磁体阵列；x方向直线电机的两组永磁体阵列以及两自由度直线电机的四组永磁体阵列都固定在基座上的水平面上；x方向直线电机的两组线圈阵列和两自由度直线电机的四组线圈阵列均分别固定在粗动台台体上。本专利技术所述的带平面衍射光栅测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的精动台包含精动台台体、洛伦兹电机和精动台重力补偿组件；所述的洛伦兹电机包含三种洛伦兹电机，每种洛伦兹电机对称分布在精动台台体沿Y轴方向的两侧面，其中，第一种洛伦兹电机的驱动方向为沿X轴方向，关于X轴对称布置，每侧至少两个，驱动精动台台体沿X方向和绕Z轴旋转方向运动；第二种洛伦兹电机的驱动方向沿Y轴方向并通过精动台质心，每侧至少一个，驱动精动台台体沿Y方向运动；第三种洛伦兹电机的位于精动台台体的四个角上，同时关于X轴对称布置，每侧两个，其驱动方向沿Z轴方向，驱动精动台台体沿Z方向、绕X轴旋转方向和Y轴旋转方向运动。本专利技术所述的带平面衍射光栅测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的精动台重力补偿组件包含四个精动台重力补偿单元，每一个精动台重力补偿单元由一个精动台重力平衡导磁板和一个精动台重力平衡永磁体组成，所述的四个精动台重力补偿单元分别分布在精动台台体的四个角上，其中四个精动台重力平衡导磁板分别固定在粗动台台体上；四个精动台重力平衡永磁体分别固定在精动台台体上，且与精动台重力平衡导磁板的位置相对应，同时与精动台重力平衡导磁板之间留有间隙。本专利技术所述的带平面衍射光栅测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统，其特征在于:所述的粗动台台体为薄壁壳体，由碳化娃陶瓷材料制成。本本文档来自技高网...
【技术保护点】
带平面衍射光栅测量的具有六自由度粗动台的掩膜台系统，该系统包括精动台、粗动台和基座（10），所述的粗动台含有一个粗动台台体（2）和驱动装置，其特征在于：所述的粗动台台体（2）设置在精动台的外部，将精动台包围在中间；所述的驱动装置包括大行程驱动模块和小行程驱动模块两部分，大行程驱动模块由两组关于X轴方向对称布置在粗动台台体（2）两侧的X方向直线电机组成，小行程驱动模块由四组同时驱动Y方向和Z方向的两自由度直线电机组成，四组两自由度直线电机两两关于X轴方向对称布置在粗动台台体（2）两侧，并位于大行程驱动模块下方；所述的粗动台还包含两个粗动台重力平衡组件，所述的两个粗动台重力平衡组件布置在粗动台台体（2）上方，沿X轴方向对称布置在粗动台台体（2）两侧，每个粗动台重力平衡组件包含一个粗动台重力平衡导磁板（11）和两个粗动台重力平衡永磁体（12），粗动台重力平衡导磁板（11）与X方向直线电机的永磁体阵列连接在一起，粗动台重力平衡永磁体（12）分别布置在粗动台台体（2）上表面，沿X轴方向的侧边关于Y轴方向对称布置，并与粗动台重力平衡导磁板（11）留有间隙。所述掩膜台系统还含有平面衍射光栅测量系统，所述的平面衍射光栅测量系统包括用于测量精动台与基座（10）之间相对位置的六个传感器组件；所述的每个传感器组件包括平面衍射光栅尺（27）、光栅读数头（25）和光栅读数头支架（26）；所述的六个传感器组件布置在精动台的底面，且沿Y轴方向对称布置；六个光栅读数头（25）沿Y轴方向等间距对称分布，每侧的三个光栅读数头（25）共用一个平面衍射光栅尺（27）；所述的平面衍射光栅尺（27）安装在精动台底面沿Y轴方向的两侧边上，所述的光栅读数头（25）安装在光栅读数头支架（26）上，光栅读数头支架（26）安装在基座（10）的上表面，光栅读数头（25）与平面衍射光栅尺（27）之间保留间隙；当粗动台沿Y轴方向做往复运动时，保证每侧沿Y轴方向至少有两个光栅读数头（25）进行正常测量，同一侧的两组传感器共同实现X方向、Y方向和Z方向的位移测量，以及绕X轴和Z轴旋转的角度测量；关于Y轴对称的相对应的两组传感器共同实现绕Y轴旋转的角度测量。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张鸣，朱煜，成荣，杨开明，徐登峰，刘召，刘昊，田丽，张利，叶伟楠，张金，穆海华，尹文生，胡金春，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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