一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统技术方案

一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统，主要用于光刻机系统中。该系统包括掩膜台、驱动电机和机架；驱动电机为动铁式磁浮平面电机，驱动电机的永磁体阵列和掩膜台连接在一起，组成了该掩膜台系统的动子部分；驱动电机的线圈阵列和机架连接在一起，组成了该掩膜台系统的定子部分；驱动电机可实现该掩膜台系统的六自由度运动，平面光栅尺则作为该掩膜台系统的测量传感器用于掩膜台的位置反馈测量。粗精动一体磁浮掩膜台在减小了掩模台体积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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统，主要用于光刻机系统中。该系统包括掩膜台、驱动电机和机架；驱动电机为动铁式磁浮平面电机，驱动电机的永磁体阵列和掩膜台连接在一起，组成了该掩膜台系统的动子部分；驱动电机的线圈阵列和机架连接在一起，组成了该掩膜台系统的定子部分；驱动电机可实现该掩膜台系统的六自由度运动，平面光栅尺则作为该掩膜台系统的测量传感器用于掩膜台的位置反馈测量。粗精动一体磁浮掩膜台在减小了掩模台体积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。【专利说明】一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统
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
。
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膜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如图1所示。来自光源45的深紫外光透过掩膜台上的掩模版47、透镜系统49将掩模版上的一部分图形成像在硅片50的某个Chip上。为进行硅片上一个chip的曝光，掩膜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，掩膜台以4倍于娃片台扫描速度的速度向与娃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硅片的特定芯片(Chip)上。当一个chip扫描结束后,掩膜台和娃片台分别进行减速运动，同时娃片台进行步进运动，将下一个要曝光的chip移动到投影物镜下方。此后，掩膜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，掩膜台往返进行加速、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。根据对掩膜台的运动要求，掩膜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，掩膜台的行程超过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。提高掩膜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，掩膜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。为了满足掩膜台大行程和高速高精度的苛刻要求，传统的掩膜台系统通常采用粗-精动叠层的驱动结构。对掩膜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，上层音圈电机及其附属结构和掩膜台都需要底层直线电机来驱动，大大增加了底层直线电机的负担，系统结构复杂，限制了掩膜台的运动精度，妨碍了其加速度的提闻。
技术实现思路
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、套刻精度和分辨率的提高，本专利技术提供了 一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统。本专利技术的技术方案如下:一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统，其特征在于:该系统包括掩膜台台体、驱动电机和机架；所述的掩膜台台体位于该掩膜台系统的中部，所述的驱动电机采用两组，两组驱动电机对称布置在掩膜台台体沿X方向的两个侧面上，驱动电机的永磁体阵列和掩膜台台体连接在一起，构成该掩膜台系统的动子部分，两组驱动电机的线圈阵列和机架连接在一起，构成该掩膜台系统的定子部分，每个驱动电机在X方向、Y方向和Z方向的三个方向出力。所述的驱动电机的线圈阵列的线圈采用叠层正交线圈，多个叠层正交线圈沿线性方向依次排列；或线圈阵列的线圈采用单层绕制线圈，多个单层线圈沿线性方向依次排列，且相邻两个线圈的绕线方向相互垂直；线圈阵列中的每个线圈由通电线圈和线圈骨架组成，整个线圈固定在机架上。所述的一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统，其特征在于: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掩膜台与机架之间相对位置的两个传感器组件；所述的每个传感器组件包括一个平面衍射光栅尺、多个光栅读数头和一个光栅读数头连接板；所述的两个传感器组件沿X轴方向对称布置在掩膜台台体的下方；所述的每个传感器组件的光栅读数头通过光栅读数头连接板与机架连接在一起，所述的光栅读数头沿X轴方向等间距对称分布在掩膜台台体的两侧，且固定于光栅读数头连接板的上表面，所述的每侧的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掩膜台台体沿X轴方向的两侧边上；所述的光栅读数头与平面衍射光栅尺之间保留间隙。本专利技术所述的一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统，其特征在于:所述的掩膜台台体为薄壁壳体，由碳化硅陶瓷材料制成。本专利技术所述的一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统，其特征在于:所述的驱动电机的永磁体阵列由主永磁体、附永磁体和永磁体背板组成，主永磁体与附永磁体以Halbach二维平面阵列形式粘接固定于永磁体背板的表面上，相邻的主永磁体与附永磁体的磁场方向相互垂直，在各永磁体之间形成封闭磁路。本专利技术所述的一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统具有以下优点及突出性效果:与采用气浮导轨支承的传统掩膜台相比，本专利技术所述的掩膜台采用磁悬浮支承，不需要气浮系统，简化了系统结构，避免了气浮引入的振动和噪声，而且可以满足极紫外光刻所需的高真空度环境；所有的驱动装置的额定功率很小，比较容易实现轻量化设计。这样，整个系统的总功率将大大小于传统的采用具备高速和高加速度性能直线电机的掩膜台系统，整个系统的发热也大大减小。另一方面，与传统的粗精动叠层结构相比，本专利技术所述的一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统取消了这种多个单自由度运动部件叠加的结构，系统中动子的结构大大简化，考虑到驱动装置的轻量化设计，系统动子的总质量大大减小，动子本身的模态和刚度也大大提高，进而提高了掩膜台的响应速度和其运动过程中的速度，加速度和运动定位精度，最后大大提高了光刻机的生产率、套刻精度和分辨率。图附说明图1是本专利技术所述一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统的结构示意图。图2是本专利技术所述一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统驱动电机的结构示意图。图3是本专利技术所述一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统平面衍射光栅尺测量的结构示意图。图4a、图4b是本专利技术所述一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统中两种无铁芯线圈的三维示意图。图5a、图5b是本专利技术所述一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统中驱动电机永磁体阵列充磁方向的示意图。图中:1—掩膜台台体；2—机架；4一永磁体阵列；5—线圈阵列；9—线圈；10—线圈骨架；12—永磁体背板；13—主永磁体；14一附永磁体；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粗精动一体的磁浮掩膜台系统，其特征在于：该系统包括掩膜台台体（1）、驱动电机和机架（2）；所述的掩膜台台体（1）位于该掩膜台系统的中部，所述的驱动电机采用两组，两组驱动电机对称布置在掩膜台台体（1）沿X方向的两个侧面上，驱动电机的永磁体阵列（4）和掩膜台台体（1）连接在一起，构成该掩膜台系统的动子部分，两组驱动电机的线圈阵列和机架（2）连接在一起，构成该掩膜台系统的定子部分，每个驱动电机在X方向、Y方向和Z方向的三个方向出力；?所述的驱动电机的线圈阵列（5）的线圈采用叠层正交线圈，多个叠层正交线圈沿线性方向依次排列；或线圈阵列的线圈采用单层绕制线圈，多个单层线圈沿线性方向依次排列，且相邻两个线圈的绕线方向相互垂直；线圈阵列（5）中的每个线圈由通电线圈（9）和线圈骨架（10）组成，整个线圈固定在机架（2）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱煜，张鸣，刘召，杨开明，徐登峰，田丽，张利，秦慧超，叶伟楠，张金，穆海华，尹文生，胡金春，胡楚雄，赵彦坡，胡清平，
申请(专利权)人：清华大学，北京华卓精科科技有限公司，
类型：发明
国别省市：